Grad de analizor cu infraroșu prăjit pentru prăjituri de cafea: 13 pași (cu imagini)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:45

Introducere

Cafeaua este o băutură consumată în întreaga lume atât pentru proprietățile sale senzoriale, cât și pentru cele funcționale. Gustul, aroma, cofeina și conținutul de antioxidanți ale cafelei sunt doar câteva calități care au făcut ca industria cafelei să aibă un succes atât de mare. În timp ce originea, calitatea și speciile boabelor verzi afectează calitatea produsului final, prăjirea cafelei este cel mai influent factor.

De obicei, în timpul prăjirii, maestrul de friptură (un individ foarte instruit) folosește proprietăți ale boabelor, cum ar fi temperatura, textura, mirosul, sunetul și culoarea pentru a evalua și a regla friptura în consecință. După prăjire, boabele de cafea sunt evaluate pentru a asigura calitatea boabelor. Analizorul de proces Agtron este un instrument industrial utilizat pentru măsurarea gradului de boabe de cafea prăjite folosind spectrofotometrie prescurtată în infraroșu aproape. Gradul de prăjire este în esență o măsurare a calității cafelei bazată pe gradul de căldură transferat în timpul prăjirii și clasifică cafeaua în prăjituri ușoare, medii și întunecate.

Recent s-a înregistrat o creștere a companiilor mici de prăjire care oferă prăjiri interne personalizate. Aceste companii caută alternative mai puțin costisitoare la angajarea și instruirea unui masterat de roast sau la utilizarea scumpului Analizor de proces Agtron. Analizorul pentru gradul de prăjire cu infraroșu pentru prăjitoarele de cafea, descris în acest document, este menit să fie un mijloc ieftin de măsurare a gradului de prăjire a boabelor de cafea. Analizorul cu infraroșu pentru gradul de prăjire folosește un instrument de încercare, un instrument găsit pe prăjitoarele de cafea utilizate pentru a testa cafeaua în timpul prăjirii, pentru a păstra un eșantion de cafea. Testerul este introdus în analizor unde senzorul spectral AS7263 NIR este utilizat pentru a măsura 6 benzi diferite de infraroșu (610, 680, 730, 760, 810 și 860nm). Măsurătorile de reflectanță sunt transmise prin Bluetooth și pot fi apoi corelate cu gradul de prăjire. Analizorul trebuie mai întâi calibrat apăsând un buton din interiorul cutiei în care PVC-ul este utilizat ca un balans de alb, deoarece are o reflectanță relativ plană în domeniul spectral detectat de senzor.

Pasul 1: Materiale

Lista materialelor

1. SparkFun Qwiic Shield (https://www.sparkfun.com/products/14352)
2. Conector SparkFun Qwiic (https://www.sparkfun.com/products/14427)
3. Senzor spectral SparkFun AS7263 NIR (https://www.sparkfun.com/products/14351)
4. 4 x lămpi VCC 6150 5V.06A (becuri incandescente) (https://www.mouser.com/)
5. 2 x butoane instantanee
6. 2 rezistoare de 10kOhm
7. DC Barrel Jack Female (https://www.sparkfun.com/products/10288)
8. Modul Bluetooth HC-05 (https://www.amazon.com/)
9. Întrerupător
10. Releu de stare solidă (AD-SSR6M12-DC-200D) (https://www.automationdirect.com/)
11. Capac din PVC de 1/2"
12. Tee din PVC de 1/2 "x 1/2" x 3/4"
13. Craft Box (Lobby Hobby)
14. Arduino Uno
15. Tryer
16. Alimentare 5V 2A (https://www.adafruit.com/product/276)

17. Cablu USB - Standard A-B (Cablu de programare)

Note despre materiale

Lămpi VCC 6150 - Acestea sunt becuri incandescente alese datorită puterii lor ridicate în infraroșu. Becurile cu incandescență sunt utilizate în locul luminii LED furnizate pe modulul AS7263 deoarece LED-ul de la bord nu emite ieșirea în infraroșu necesară pentru a reflecta boabele de cafea și pentru a fi ulterior măsurată de senzor. În plus, este important să rețineți că în acest design becurile incandescente sunt alimentate de la sursa de alimentare 5V 2A și controlate de Arduino printr-un releu. SparkFun oferă doi pini de lipit la bord pe modulul AS7263 în scopul alimentării și controlului unei surse de lumină auxiliare, cu toate acestea acești pini nu sunt utilizați deoarece nu furnizează suficientă tensiune sau amperaj pentru a alimenta suficient becurile incandescente alese.

SparkFun Qwiic Shield - Acest scut este utilizat datorită capacității sale de a se conecta cu ușurință la senzorul AS7263 printr-un conector Qwicc. Scutul oferă, de asemenea, atât o deplasare logică de 3,3V, cât și o zonă mare de prototipare.

Releu în stare solidă - Acest tip de releu a fost ales datorită capacităților sale de comutare rapidă și silențioasă, cu toate acestea, este costisitor și inutil, deoarece un releu electric standard ar funcționa și el. Dacă utilizați un releu electric standard, codul poate fi necesar să fie modificat pentru a încetini procesul de eșantionare și calibrare.

Dimensiunea PVC - Dimensiunea PVC-ului a fost aleasă din cauza diametrului încercatorului la îndemână și ar trebui modificată dacă se utilizează un încercator de dimensiuni diferite.

Modul Bluetooth HC-05 - Un instructables (https://www.instructables.com/id/How-to-Set-AT-Command-Mode-for-HC-05-Bluetooth-Mod/) a fost folosit pentru a schimba baud-ul rata modulului de la 9600 la 115200 pentru a se potrivi cu rata de transmisie a AS7263.

Pasul 2: Schema de cablare

S1 - Comutator de alimentare

SSR1 - Releu de stare solidă

B1 - Buton de eșantionare

B2 - Buton de calibrare

R1 - Rezistor 10kOhm

R2 - Rezistor 10kOhm

L1, L2, L3, L4 - Becuri incandescente

Pasul 3: Montarea becurilor incadente pe AS7263

Un inel de montare tipărit 3D (furnizat cu STL) a fost realizat pentru a ține lămpile în jurul senzorului. Lămpile au fost cablate în paralel și s-a folosit adeziv fierbinte pentru a împiedica contactul cablurilor lămpilor. Izolarea din cauciuc lichid poate fi utilizată în locul lipiciului fierbinte. Apoi, s-au folosit fire mici pentru a fixa inelul de montare pe senzor prin legarea firelor prin găurile prevăzute pe senzor.

Pasul 4: Asamblați portul Tryer

O gaură a fost găurită în partea din spate a capacului din PVC pentru a găzdui butonul momentan. Partea de 3/4 a teului din PVC a fost tăiată și s-au folosit legături cu fermoar pentru a fixa senzorul la portul de încercare. Este posibil ca lungimea teei să fie ajustată pentru a se potrivi cu dimensiunea încercatorului. O crestătură a fost introdusă în partea de port a teei din PVC pentru a alinia proba de fasole în încercator cu senzorul.

Pasul 5: Cablarea releului de stare solidă și a comutatorului de alimentare

Luminile de la au fost cablate în serie cu releu în stare solidă și mufa de butoi DC.

Vinul de pe scutul Qwiic a fost conectat la mufa cilindrului DC printr-un comutator de alimentare.

Pământul de pe scutul Qwiic a fost conectat la pământul cricului cilindric DC.

Pasul 6: Cablarea butonului de calibrare

Butonul de calibrare a fost conectat la alimentare, Digital 2 și la masă folosind un rezistor.

Pasul 7: Cablarea butonului de eșantionare

Butonul de eșantionare a fost conectat la alimentare, Digital 3 și la masă folosind un rezistor.

Pasul 8: Cablarea intrării la releu de stare solidă

Partea de intrare a releului în stare solidă a fost conectată la Digital 5 și împământată.

Pasul 9: Cablarea modulului Bluetooth

Modulul Bluetooth a fost conectat conform schemei de cablare furnizate.

VCC - 5V

RXD - Digital 11

TXD - Digital 10

GND - GND

Pasul 10: Cod

Încărcați codul furnizat pe Arduino Uno folosind cablul de programare.

Ca referință, SparkFun oferă un ghid de pornire pentru AS726x (https://learn.sparkfun.com/tutorials/as726x-nirvi)

PRUDENȚĂ!! Când testați codul, asigurați-vă că Arduino nu primește energie atât de la sursa de alimentare de 5V, cât și de la cablul de programare. Acest lucru va prăji Arduino

Pasul 11: Afișarea rezultatelor prin Bluetooth

Pentru a afișa rezultatele Bluetooth, descărcați Bluetooth Electronics de la keuwlsoft din Magazinul Google Play. Salvați fișierul DegreeOfRoastInfraRedAnalyzer.kwl în folderul keulsoft din memoria internă a dispozitivului Bluetooth. Utilizați pictograma de salvare din aplicație pentru a încărca fișierul kwl. Apoi, conectați-vă la modulul Bluetooth HC-05 și rulați fișierul încărcat.

Pasul 12: Concluzii

Legenda lungimii de undă:

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

Senzorul AS7263 NIR a fost utilizat pentru a măsura reflectanța spectrală a boabelor de cafea la 6 lungimi de undă diferite pentru cafeaua neprăjită, precum și pentru prăjiturile ușoare, medii și întunecate. Rezultatele obținute de la senzor arată că reflectanța în infraroșu scade odată cu gradul mai mare de prăjire pe toate lungimile de undă testate. Lungimea de undă cu cea mai mare variație în funcție de gradul de prăjire sa dovedit a fi de 860nm. Acest sistem oferă o bază rapidă și ușor de utilizat pentru măsurarea offline a gradului de prăjire a boabelor de cafea. Datele de la acest senzor vor oferi prăjitorilor de cafea o metodă suplimentară de control al calității, asigurând prăjituri repetabile și reducând erorile umane. Trebuie depuse eforturi suplimentare pentru corelarea datelor în infraroșu cu standardele din industrie.

Pasul 13: Mulțumiri speciale pentru…

• Dr. Timothy Bowser - Consilier
• Dr. Ning Wang - membru al comitetului
• Dr. Paul Weckler - membru al comitetului
• Dan Jolliff - US Roaster Corp.
• Connor Cox - Centrul Oklahoma pentru Avansarea Științei și Tehnologiei
• Departamentul de Biosisteme și Inginerie Agricolă de la Universitatea de Stat din Oklahoma, Stillwater, OK
• Centrul pentru produse alimentare și agricole de la Oklahoma State University, Stillwater, OK