Stupeň pečeného infračerveného analyzátoru pro kávovary: 13 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:22

Úvod

Káva je nápoj konzumovaný po celém světě jak pro své senzorické, tak pro funkční vlastnosti. Káva, chuť, vůně, kofein a obsah antioxidantů jsou jen některé z vlastností, díky nimž je kávový průmysl tak úspěšný. Zatímco původ, kvalita a druhy zelených zrn ovlivňují kvalitu konečného produktu, pražení kávy je tím nejvlivnějším faktorem.

Během pražení obvykle pečený pán (vysoce trénovaný jedinec) používá vlastnosti fazolí, jako je teplota, textura, vůně, zvuk a barva, aby vyhodnotil a odpovídajícím způsobem upravil pečeně. Po pražení jsou kávová zrna posouzena, aby byla zajištěna kvalita zrn. Agtron Process Analyzer je průmyslový standardní přístroj používaný k měření stupně pražených kávových zrn pomocí infračervené zkrácené spektrofotometrie. Stupeň pražení je v podstatě měřítkem kvality kávy na základě rozsahu tepla přenášeného během pražení a kategorizuje kávu na světlou, střední a tmavou.

V poslední době došlo k nárůstu malých pražíren, které nabízejí vlastní pečení. Tyto společnosti hledají levnější alternativy k najímání a školení pečeného mistra nebo pomocí drahého analyzátoru procesů Agtron. Infračervený analyzátor míry pražení pražíren kávy, jak je popsán v tomto dokumentu, je míněn jako levný způsob měření stupně pražení kávových zrn. Infračervený analyzátor míry pražení používá k uchování vzorku kávy tryer, nástroj, který se nachází na pražičích kávy používaných k odběru kávy během pražení. Tryska se vloží do analyzátoru, kde se pomocí spektrálního senzoru NIR AS7263 NIR měří 6 různých infračervených pásem (610, 680, 730, 760, 810 a 860nm). Měření odrazivosti se přenáší přes Bluetooth a poté je lze korelovat se stupněm pražení. Analyzátor musí být nejprve kalibrován stisknutím tlačítka na vnitřní straně krabice, ve které je jako vyvážení bílé použito PVC, protože má ve spektrálním rozsahu detekovaném senzorem relativně plochou odrazivost.

Krok 1: Materiály

Seznam materiálů

1. SparkFun Qwiic Shield (https://www.sparkfun.com/products/14352)
2. Konektor SparkFun Qwiic (https://www.sparkfun.com/products/14427)
3. Spektrální senzor NIR SparkFun AS7263 (https://www.sparkfun.com/products/14351)
4. 4 x VCC 6150 lampy 5V.06A (žárovky) (https://www.mouser.com/)
5. 2 x Momentary Push buttons
6. Rezistory 2 x 10 kOhm
7. Jack Barrel Jack Female (https://www.sparkfun.com/products/10288)
8. Modul Bluetooth HC-05 (https://www.amazon.com/)
9. Vypínač
10. Polovodičové relé (AD-SSR6M12-DC-200D) (https://www.automationdirect.com/)
11. 1/2 "uzávěr z PVC
12. 1/2 "x 1/2" x 3/4 "PVC tričko
13. Craft Box (Hobby Lobby)
14. Arduino Uno
15. Tryer
16. Napájení 5V 2A (https://www.adafruit.com/product/276)

17. Kabel USB - standardní A -B (programovací kabel)

Poznámky k materiálům

Žárovky VCC 6150 - Jedná se o žárovky vybrané kvůli jejich vysokému infračervenému výkonu. Žárovky se používají místo světla LED poskytovaného na modulu AS7263, protože vestavěná LED nevyzařuje infračervený výstup potřebný k odrazu od kávových zrn a je následně měřen senzorem. Kromě toho je důležité si uvědomit, že v tomto provedení jsou žárovky napájeny ze zdroje 5V 2A a ovládány Arduinem prostřednictvím relé. SparkFun poskytuje dva integrované pájecí piny na modulu AS7263 za účelem napájení a ovládání pomocného světelného zdroje, tyto kolíky se však nepoužívají, protože neposkytují dostatečné napětí nebo proud pro dostatečné napájení zvolených žárovek.

Štít SparkFun Qwiic - Tento štít se používá kvůli své schopnosti snadno se připojit k senzoru AS7263 prostřednictvím konektoru Qwicc. Štít také poskytuje logické posunutí úrovně 3,3 V a velkou plochu pro prototypování.

Solid State Relay - Tento druh relé byl vybrán kvůli jeho rychlému a tichému spínání, ale je drahý a zbytečný, protože by fungovalo i standardní elektrické relé. Pokud používáte standardní elektrické relé, může být nutné kód upravit, aby se zpomalil proces odběru vzorků a kalibrace.

Velikost PVC - Velikost PVC byla zvolena z důvodu průměru testeru, který je k dispozici, a měla by být změněna, pokud používáte trysku jiné velikosti.

Modul Bluetooth HC-05-Ke změně přenosové rychlosti byl použit návod (https://www.instructables.com/id/How-to-Set-AT-Command-Mode-for-HC-05-Bluetooth-Mod/) rychlost modulu od 9600 do 115200, aby odpovídala přenosové rychlosti AS7263.

Krok 2: Schéma zapojení

S1 - vypínač

SSR1 - polovodičové relé

B1 - Tlačítko vzorkování

B2 - Kalibrační tlačítko

R1 - odpor 10 kOhm

R2 - odpor 10 kOhm

L1, L2, L3, L4 - žárovky

Krok 3: Montáž žárovek Incadeent na AS7263

Byl vyroben 3D tištěný montážní kroužek (součástí dodávky STL), který drží lampy kolem senzoru. Lampy byly zapojeny paralelně a bylo použito horké lepidlo, aby se vývody lamp vzájemně nedotýkaly. Místo horkého lepidla lze použít izolaci z tekuté gumy. Dále byly použity malé dráty k zajištění montážního kroužku k senzoru tím, že se kabely provlékly otvory poskytovanými na senzoru.

Krok 4: Sestavte Tryer Port

Do zadní části víčka z PVC byla vyvrtána díra pro uložení dočasného tlačítka. 3/4 strana odpaliště z PVC byla odříznuta a k upevnění senzoru k otvoru trychtýře byly použity stahovací pásky. Délku odpaliště může být nutné upravit tak, aby odpovídala velikosti trysky. Do zářezu byl vložen zářez portovou stranu T -kusu z PVC, aby byl vzorek fazole ve zkoušečce zarovnán se senzorem.

Krok 5: Zapojení polovodičového relé a vypínače

Světla z nich byla zapojena do série s polovodičovým relé a stejnosměrným konektorem.

Vin na štítu Qwiic byl připojen ke konektoru DC barelu pomocí vypínače.

Uzemnění na štítu Qwiic bylo spojeno se zemí DC barel jacku.

Krok 6: Zapojení kalibračního tlačítka

Kalibrační tlačítko bylo připojeno k napájení, Digital 2 a zemi pomocí odporu.

Krok 7: Zapojení tlačítka vzorkování

Tlačítko pro vzorkování bylo připojeno k napájení, Digital 3 a zemi pomocí odporu.

Krok 8: Zapojení VSTUPU do polovodičového relé

Vstupní strana polovodičového relé byla zapojena do Digital 5 a uzemněna.

Krok 9: Zapojení modulu Bluetooth

Modul Bluetooth byl zapojen podle dodaného schématu zapojení.

VCC - 5V

RXD - digitální 11

TXD - digitální 10

GND - GND

Krok 10: Kód

Nahrajte dodaný kód do Arduino Uno pomocí programovacího kabelu.

Jako referenci poskytuje SparkFun průvodce spuštěním AS726x (https://learn.sparkfun.com/tutorials/as726x-nirvi)

POZOR!! Při testování kódu se ujistěte, že Arduino nedostává energii jak z 5V napájecího zdroje, tak z programovacího kabelu. To bude smažit Arduino

Krok 11: Zobrazení výsledků prostřednictvím Bluetooth

Chcete -li zobrazit výsledky Bluetooth, stáhněte si Bluetooth Electronics od keuwlsoft z Obchodu Google Play. Uložte soubor DegreeOfRoastInfraRedAnalyzer.kwl do složky keulsoft v interním úložišti zařízení Bluetooth. Pomocí ikony uložení v aplikaci načtěte soubor kwl. Poté se připojte k modulu Bluetooth HC-05 a spusťte načtený soubor.

Krok 12: Závěry

Legenda o vlnové délce:

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

Senzor NIR AS7263 byl použit k měření spektrální odrazivosti kávových zrn na 6 různých vlnových délkách u nepražené kávy a také u světlých, středních a tmavých pražení. Výsledky ze snímače ukazují, že infračervená odrazivost klesá s vyššími stupni pražení na všech testovaných vlnových délkách. Bylo zjištěno, že vlnová délka s největší variací podle stupně pražení je 860 nm. Tento systém poskytuje rychle a snadno použitelný základ pro offline měření stupně pražení kávových zrn. Data z tohoto senzoru poskytnou pražičům kávy další metodu kontroly kvality zajištěním opakovatelných pražení a omezení lidské chyby. Je třeba dále pracovat na korelaci infračervených dat s průmyslovými standardy.

Krok 13: Zvláštní poděkování…

• Dr. Timothy Bowser - poradce
• Dr. Ning Wang - člen výboru
• Dr. Paul Weckler - člen výboru
• Dan Jolliff - US Roaster Corp.
• Connor Cox - Oklahoma Center for the Advancement of Science and Technology
• Katedra biosystému a zemědělského inženýrství na Oklahoma State University, Stillwater, OK
• Centrum potravinářských a zemědělských produktů na Oklahoma State University, Stillwater, OK