Stepen infracrvenog analizatora pečenja za pržilicu kave: 13 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:07

Uvod

Kava je piće koje se širom svijeta konzumira zbog svojih senzornih i funkcionalnih svojstava. Okus, aroma, kava i sadržaj antioksidansa kave samo su neke od osobina koje su industriju kave učinile tako uspješnom. Dok podrijetlo, kvaliteta i vrste boranija utječu na kvalitetu krajnjeg proizvoda, prženje kave je najutjecajniji faktor.

Obično tokom pečenja majstor pečenja (visoko obučena osoba) koristi svojstva zrna kao što su temperatura, tekstura, miris, zvuk i boja kako bi ocijenio i prema tome prilagodio pečenje. Nakon prženja, zrna kafe se ocjenjuju kako bi se osigurala kvaliteta zrna. Agtron Process Analyzer je industrijski standardni instrument koji se koristi za mjerenje stepena prženja u zrnu kave pomoću infracrvene skraćene spektrofotometrije. Stepen prženja je u osnovi mjerenje kvaliteta kafe na osnovu stepena toplote koja se prenosi tokom pečenja i kategoriše kafu u svijetla, srednja i tamna pečenja.

Nedavno je došlo do rasta malih kompanija za pečenje koje nude prilagođena interna pečenja. Ove kompanije traže jeftinije alternative za zapošljavanje i obuku majstora pečenja ili korištenje skupog Agtron Process Analyzer -a. Infracrveni analizator stupnja prženja za pržilicu kave, kako je opisano u ovom dokumentu, zamišljeno je kao jeftino sredstvo za mjerenje stepena prženja zrna kafe. Infracrveni analizator stupnja prženja koristi aparat za ispiranje, alat koji se nalazi na pržionicama kave koji se koristi za uzorkovanje kave tokom prženja, za držanje uzorka kave. Probač je umetnut u analizator gdje se AS7263 NIR spektralni senzor koristi za mjerenje 6 različitih infracrvenih opsega (610, 680, 730, 760, 810 i 860nm). Mjerenja refleksije se prenose putem Bluetootha i tada se mogu korelirati sa stupnjem pečenja. Analizator se prvo mora kalibrirati pritiskom na dugme na unutrašnjoj strani kutije u kojoj se PVC koristi kao balans bijele boje jer ima relativno ravnu refleksiju u spektralnom području koje detektira senzor.

Korak 1: Materijali

Lista materijala

1. SparkFun Qwiic Shield (https://www.sparkfun.com/products/14352)
2. SparkFun Qwiic konektor (https://www.sparkfun.com/products/14427)
3. SparkFun AS7263 NIR spektralni senzor (https://www.sparkfun.com/products/14351)
4. 4 x VCC 6150 lampe 5V.06A (žarulje sa žarnom niti) (https://www.mouser.com/)
5. 2 x trenutna dugmeta
6. 2 x 10 kOhm otpornika
7. DC Barrel Jack Female (https://www.sparkfun.com/products/10288)
8. HC-05 Bluetooth modul (https://www.amazon.com/)
9. Prekidač
10. Solid State relej (AD-SSR6M12-DC-200D) (https://www.automationdirect.com/)
11. 1/2 "PVC kapica
12. 1/2 "x 1/2" x 3/4 "PVC razvodnik
13. Zanatska kutija (hobi hobi)
14. Arduino Uno
15. Tryer
16. Napajanje 5V 2A (https://www.adafruit.com/product/276)

17. USB kabel - standardni A -B (kabel za programiranje)

Napomene o materijalima

VCC 6150 lampe - Ovo su žarulje sa žarnom niti izabrane zbog visokog infracrvenog izlaza. Sijalice sa žarnom niti se koriste umesto LED svetla koje se nalazi na modulu AS7263 jer ugrađena LED ne emituje infracrveni izlaz potreban za odbijanje zrna kafe i naknadno merenje senzorom. Osim toga, važno je napomenuti da se u ovom dizajnu žarulje sa žarnom niti napajaju iz izvora napajanja 5V 2A, a Arduino kontrolira putem releja. SparkFun pruža dva ugrađena lemna igla na modulu AS7263 u svrhu napajanja i upravljanja pomoćnim izvorom svjetla, međutim ti se pinovi ne koriste jer ne daju dovoljno napona ili amperaže za dovoljno napajanje odabranih žarulja sa žarnom niti.

SparkFun Qwiic Shield - Ovaj štit se koristi zbog svoje sposobnosti da se lako poveže sa AS7263 senzorom putem Qwicc konektora. Štit također nudi pomak logičkog nivoa od 3,3 V i veliko područje prototipiranja.

Solid State Relej - Ova vrsta releja je odabrana zbog svojih brzih i tihih mogućnosti prebacivanja, međutim, skupa je i nepotrebna jer bi i standardni električni relej radio. Ako koristite standardni električni relej, možda će biti potrebno promijeniti kôd kako biste usporili proces uzorkovanja i kalibracije.

Veličina PVC -a - Veličina PVC -a je odabrana zbog promjera ručnog pokušaja i trebala bi se promijeniti ako se koristi pokušaj druge veličine.

HC-05 Bluetooth modul-Za promjenu bauda korištene su upute (https://www.instructables.com/id/How-to-Set-AT-Command-Mode-for-HC-05-Bluetooth-Mod/) brzina modula od 9600 do 115200 kako bi odgovarala brzini prijenosa AS7263.

Korak 2: Shema ožičenja

S1 - Prekidač za napajanje

SSR1 - Relej čvrstog stanja

B1 - Dugme za uzorkovanje

B2 - Dugme za kalibraciju

R1 - 10kOhm otpornik

R2 - 10kOhm otpornik

L1, L2, L3, L4 - Sijalice sa žarnom niti

Korak 3: Montiranje neadekvatnih žarulja na AS7263

Napravljen je 3D štampani montažni prsten (isporučen STL) koji drži lampe oko senzora. Svjetiljke su paralelno ožičene, a vruće ljepilo je korišteno kako bi se spriječilo dodirivanje žica svjetiljki. Umjesto vrućeg ljepila može se koristiti izolacija od tekuće gume. Zatim su korištene male žice za pričvršćivanje montažnog prstena na senzor vezanjem žica kroz otvore predviđene na senzoru.

Korak 4: Sastavite Tryer Port

Na stražnjoj strani PVC kapice izbušena je rupa za prilagođavanje trenutnog gumba. PVC strana od 3/4 stranice je odrezana, a patentni zatvarači su pričvršćeni za pričvršćivanje senzora na probnu utičnicu. Možda će trebati prilagoditi duljinu t -veličine kako bi se prilagodila veličini pokušaja. Umetnut je zarez na strani porta PVC t -profila za poravnavanje uzorka graha u probaču sa senzorom.

Korak 5: Ožičenje SSD releja i prekidača za napajanje

Svjetla su bila serijski ožičena sa poluprovodničkim relejem i priključkom za istosmjernu cijev.

Vin na Qwiic štitu je spojen na DC priključnicu cijevi putem prekidača za napajanje.

Uzemljenje na Qwiic štitu povezano je s uzemljenjem priključnice DC cijevi.

Korak 6: Ožičenje gumba za kalibraciju

Gumb za kalibraciju spojen je na napajanje, Digital 2 i uzemljen pomoću otpornika.

Korak 7: Ožičenje dugmeta za uzorkovanje

Dugme za uzorkovanje je spojeno na napajanje, Digital 3 i uzemljenje pomoću otpornika.

Korak 8: Ožičenje ULAZA na poluprovodnički relej

Ulazna strana poluprovodničkog releja bila je spojena na Digital 5 i uzemljenje.

Korak 9: Ožičenje Bluetooth modula

Bluetooth modul je ožičen u skladu sa priloženim dijagramom ožičenja.

VCC - 5V

RXD - Digitalni 11

TXD - Digital 10

GND - GND

Korak 10: Kodirajte

Otpremite kôd koji ste dobili na Arduino Uno pomoću programskog kabela.

Kao referencu, SparkFun nudi vodič za pokretanje AS726x (https://learn.sparkfun.com/tutorials/as726x-nirvi)

OPREZ !! Prilikom testiranja koda pobrinite se da Arduino ne prima napajanje i iz 5V napajanja i iz programskog kabela. Ovo će ispržiti Arduino

Korak 11: Prikazivanje rezultata putem Bluetootha

Za prikaz rezultata Bluetooth veze preuzmite Bluetooth Electronics kompanije keuwlsoft iz trgovine Google Play. Spremite datoteku DegreeOfRoastInfraRedAnalyzer.kwl u mapu keulsoft u internoj memoriji Bluetooth uređaja. Koristite ikonu za spremanje u aplikaciji za učitavanje kwl datoteke. Zatim se povežite na HC-05 Bluetooth modul i pokrenite učitanu datoteku.

Korak 12: Zaključci

Legenda o talasnoj dužini:

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

Senzor AS7263 NIR korišten je za mjerenje spektralne refleksije zrna kave na 6 različitih valnih duljina za neprženu kavu, kao i za svijetlo, srednje i tamno pečenje. Rezultati senzora pokazuju da infracrvena refleksija opada s višim stupnjevima pečenja na svim ispitanim valnim duljinama. Utvrđeno je da je valna duljina s najvećom varijacijom prema stupnju pečenja 860nm. Ovaj sistem pruža brzu i laku osnovu za offline mjerenje stepena prženja zrna kafe. Podaci s ovog senzora pružit će pržionicama kave dodatnu metodu kontrole kvalitete osiguravajući ponavljanje pečenja i smanjujući ljudske greške. Potrebno je dalje raditi na povezivanju infracrvenih podataka sa industrijskim standardima.

Korak 13: Posebno hvala…

• Dr. Timothy Bowser - savjetnik
• Dr. Ning Wang - član Odbora
• Dr Paul Weckler - član Odbora
• Dan Jolliff - US Roaster Corp.
• Connor Cox - Centar za napredak nauke i tehnologije u Oklahomi
• Odsjek za biosisteme i poljoprivredno inženjerstvo na Državnom univerzitetu Oklahoma, Stillwater, OK
• Centar za hranu i poljoprivredne proizvode na Državnom univerzitetu Oklahoma, Stillwater, OK