Grauzdēta infrasarkanā analizatora pakāpe kafijas grauzdētājiem: 13 soļi (ar attēliem)

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:56

Ievads

Kafija ir dzēriens, ko patērē visā pasaulē gan pēc maņu, gan funkcionālajām īpašībām. Kafijas garša, aromāts, kofeīns un antioksidantu saturs ir tikai dažas īpašības, kas padarījušas kafijas industriju tik veiksmīgu. Kamēr zaļo pupiņu izcelsme, kvalitāte un sugas ietekmē galaprodukta kvalitāti, kafijas grauzdēšana ir visietekmīgākais faktors.

Parasti grauzdēšanas laikā cepšanas meistars (augsti apmācīts indivīds) izmanto pupiņu īpašības, piemēram, temperatūru, tekstūru, smaržu, skaņu un krāsu, lai attiecīgi novērtētu un pielāgotu cepeti. Pēc grauzdēšanas kafijas pupiņas tiek novērtētas, lai nodrošinātu pupiņu kvalitāti. Agtron Process Analyzer ir nozares standarta instruments, ko izmanto, lai izmērītu grauzdētu kafijas pupiņu temperatūru, izmantojot tuvu infrasarkano staru spektrofotometriju. Cepšanas pakāpe būtībā ir kafijas kvalitātes mērījums, pamatojoties uz grauzdēšanas laikā nodotā siltuma apjomu, un iedala kafiju gaišos, vidējos un tumšos grauzdējumos.

Nesen ir pieaudzis mazu grauzdēšanas uzņēmumu skaits, kas piedāvā pēc pasūtījuma gatavotus cepešus. Šie uzņēmumi meklē lētākas alternatīvas, lai pieņemtu darbā un apmācītu cepeša meistaru vai izmantotu dārgo Agtron procesu analizatoru. Kafijas grauzdētāju grauzdētā infrasarkanā analizatora pakāpe, kā aprakstīts šajā dokumentā, ir domāts kā lēts līdzeklis kafijas pupiņu grauzdēšanas pakāpes mērīšanai. Cepta infrasarkanā analizatora grāds izmanto izmēģinātāju - rīku, kas atrodams kafijas grauzdētājos, ko izmanto, lai paraugu ņemtu kafiju grauzdēšanas laikā, lai turētu kafijas paraugu. Mēģinātājs tiek ievietots analizatorā, kur AS7263 NIR Spectral sensoru izmanto, lai izmērītu 6 dažādas infrasarkanās joslas (610, 680, 730, 760, 810 un 860 nm). Atstarošanas mērījumi tiek pārraidīti, izmantojot Bluetooth, un pēc tam tos var saistīt ar cepšanas pakāpi. Analizators vispirms ir jākalibrē, nospiežot pogu kastes iekšpusē, kurā PVC tiek izmantots kā baltās krāsas balanss, jo tam ir samērā plakana atstarošana sensora atklātajā spektra diapazonā.

1. solis: materiāli

Materiālu saraksts

1. SparkFun Qwiic Shield (https://www.sparkfun.com/products/14352)
2. SparkFun Qwiic savienotājs (https://www.sparkfun.com/products/14427)
3. SparkFun AS7263 NIR spektrālais sensors (https://www.sparkfun.com/products/14351)
4. 4 x VCC 6150 lampas 5V.06A (kvēlspuldzes) (https://www.mouser.com/)
5. 2 x īslaicīgas spiedpogas
6. 2 x 10 kOhm rezistori
7. DC Barrel Jack Female (https://www.sparkfun.com/products/10288)
8. HC-05 Bluetooth modulis (https://www.amazon.com/)
9. Strāvas slēdzis
10. Cietvielu relejs (AD-SSR6M12-DC-200D) (https://www.automationdirect.com/)
11. 1/2 "PVC vāciņš
12. 1/2 "x 1/2" x 3/4 "PVC Tee
13. Amatniecības kaste (hobija vestibils)
14. Arduino Uno
15. Izmēģinātājs
16. 5V 2A barošanas avots (https://www.adafruit.com/product/276)

17. USB kabelis - standarta A -B (programmēšanas kabelis)

Piezīmes par materiāliem

VCC 6150 lampas - šīs ir kvēlspuldzes, kas izvēlētas to augstās infrasarkanās jaudas dēļ. Kvēlspuldzes tiek izmantotas AS7263 moduļa gaismas diodes vietā, jo iebūvētā gaismas diode neizstaro infrasarkano staru izvadi, kas nepieciešama, lai atstarotu kafijas pupiņas un pēc tam to mērītu ar sensoru. Turklāt ir svarīgi atzīmēt, ka šajā dizainā kvēlspuldzes tiek darbinātas no 5V 2A barošanas avota un to kontrolē Arduino, izmantojot releju. SparkFun nodrošina divas iebūvētas lodēšanas tapas uz moduļa AS7263, lai barotu un kontrolētu papildu gaismas avotu, tomēr šīs tapas netiek izmantotas, jo tās nenodrošina pietiekamu spriegumu vai strāvas stiprumu, lai pietiekami barotu izvēlētās kvēlspuldzes.

SparkFun Qwiic Shield - šis vairogs tiek izmantots, jo tas var viegli izveidot savienojumu ar AS7263 sensoru, izmantojot Qwicc savienotāju. Vairogs nodrošina arī 3,3 V loģiskā līmeņa maiņu un lielu prototipu veidošanas laukumu.

Cietvielu relejs - Šāda veida relejs tika izvēlēts tā ātro un kluso pārslēgšanās iespēju dēļ, tomēr tas ir dārgs un nevajadzīgs, jo darbotos arī standarta elektriskais relejs. Ja izmantojat standarta elektrisko releju, kods var būt jāmaina, lai palēninātu paraugu ņemšanas un kalibrēšanas procesu.

PVC izmērs - PVC izmērs tika izvēlēts, ņemot vērā izmēģinātāja diametru, un tas ir jāmaina, ja tiek izmantots cita izmēra izmēģinātājs.

HC-05 Bluetooth modulis-lai mainītu bodu, tika izmantoti norādījumi (https://www.instructables.com/id/How-to-Set-AT-Command-Mode-for-HC-05-Bluetooth-Mod/). moduļa ātrums no 9600 līdz 115200, lai tas atbilstu AS7263 datu pārraides ātrumam.

2. darbība: elektroinstalācijas shēma

S1 - barošanas slēdzis

SSR1 - cietvielu relejs

B1 - Paraugu ņemšanas poga

B2 - kalibrēšanas poga

R1 - 10 kOhm rezistors

R2 - 10 kOhm rezistors

L1, L2, L3, L4 - kvēlspuldzes

3. darbība: kvēlspuldžu uzstādīšana pie AS7263

Tika izgatavots 3D drukāts montāžas gredzens (komplektā STL), lai turētu lampas ap sensoru. Lampas tika savienotas paralēli, un tika izmantota karstā līme, lai lampu vadi nesaskartos. Karstās līmes vietā var izmantot šķidras gumijas izolāciju. Pēc tam montāžas gredzena piestiprināšanai pie sensora tika izmantoti mazi vadi, sasienot vadus caur caurumiem, kas atrodas uz sensora.

4. darbība: samontējiet izmēģinātāja portu

PVC vāciņa aizmugurē tika urbts caurums, lai ievietotu īslaicīgo spiedpogu. PVC tee 3/4 collu puse tika nogriezta, un sensora piestiprināšanai pie izmēģinājuma porta tika izmantotas rāvējslēdzējas saites. Iespējams, ka ceļa garums būs jāpielāgo, lai tas atbilstu izmēģinātāja izmēram. PVC tējas pieslēgvietas pusē, lai pupiņu paraugu izmēģinātājā izlīdzinātu ar sensoru.

5. solis: cietvielu releja un barošanas slēdža vadu pievienošana

Gaismas no tika savienotas virknē ar cietvielu releju un līdzstrāvas mucas ligzdu.

Vin uz Qwiic vairoga tika savienots ar līdzstrāvas mucas ligzdu, izmantojot barošanas slēdzi.

Zeme uz Qwiic vairoga bija savienota ar DC mucas ligzdas zemi.

6. darbība: kalibrēšanas pogas savienošana ar vadu

Kalibrēšanas poga tika pievienota strāvas padevei, Digital 2 un zemē, izmantojot rezistoru.

7. darbība: paraugu ņemšanas pogas savienošana

Paraugu ņemšanas poga tika pievienota strāvas padevei, Digital 3 un zemē, izmantojot rezistoru.

8. solis: IEVADES pievienošana cietvielu relejam

Cietvielu releja ieejas puse tika pievienota Digital 5 un iezemēta.

9. solis: Bluetooth moduļa pievienošana

Bluetooth modulis tika pievienots vadam saskaņā ar pievienoto shēmu.

VCC - 5V

RXD - digitālais 11

TXD - digitālais 10

GND - GND

10. darbība: kods

Augšupielādējiet Arduino Uno piegādāto kodu, izmantojot programmēšanas kabeli.

Kā atsauci SparkFun nodrošina AS726x palaišanas rokasgrāmatu (https://learn.sparkfun.com/tutorials/as726x-nirvi)

UZMANĪBU !! Pārbaudot kodu, pārliecinieties, vai Arduino nesaņem barošanu gan no 5 V barošanas avota, gan no programmēšanas kabeļa. Tas apcep Arduino

11. darbība. Rezultātu parādīšana, izmantojot Bluetooth

Lai parādītu Bluetooth rezultātus, lejupielādējiet Bluetooth Electronics, izmantojot keuwlsoft, no Google Play veikala. Saglabājiet failu DegreeOfRoastInfraRedAnalyzer.kwl Bluetooth ierīces iekšējās atmiņas mapē keulsoft. Lietojumprogrammā izmantojiet saglabāšanas ikonu, lai ielādētu kwl failu. Pēc tam izveidojiet savienojumu ar Bluetooth moduli HC-05 un palaidiet ielādēto failu.

12. darbība. Secinājumi

Viļņa garuma leģenda:

• R - 610 nm
• S - 680 nm
• T - 730 nm
• U - 760 nm
• V - 810 nm
• Platums - 860 nm

AS7263 NIR sensors tika izmantots, lai mērītu kafijas pupiņu spektrālo atstarojumu 6 dažādos viļņu garumos negrauzdētai kafijai, kā arī gaišiem, vidējiem un tumšiem cepešiem. Sensora rezultāti rāda, ka infrasarkanā atstarošana samazinās ar augstāku cepšanas pakāpi visos pārbaudītajos viļņu garumos. Tika konstatēts, ka viļņa garums ar vislielākajām variācijām atbilstoši grauzdēšanas pakāpei ir 860 nm. Šī sistēma nodrošina ātru un viegli lietojamu pamatu kafijas pupiņu grauzdēšanas pakāpes mērīšanai bezsaistē. Šī sensora dati nodrošinās kafijas grauzdētājus par papildu kvalitātes kontroles metodi, nodrošinot atkārtotus grauzdējumus un samazinot cilvēku kļūdas. Jāturpina darbs, lai infrasarkano staru datus saistītu ar nozares standartiem.

13. darbība. Īpašs paldies…

• Dr Timothy Bowser - padomnieks
• Dr Ning Wang - komitejas loceklis
• Dr Paul Weckler - komitejas loceklis
• Dens Džolifs - ASV Roaster Corp.
• Konors Kokss - Oklahomas Zinātnes un tehnoloģiju attīstības centrs
• Oklahomas Valsts universitātes Biosistēmu un lauksaimniecības inženierzinātņu katedra, Stillwater, OK
• Pārtikas un lauksaimniecības produktu centrs Oklahomas štata universitātē, Stillwater, OK