Βαθμός Roast Infrared Analyzer for Coffee Roasters: 13 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:36

Εισαγωγή

Ο καφές είναι ένα ποτό που καταναλώνεται σε όλο τον κόσμο τόσο για τις αισθητηριακές όσο και για τις λειτουργικές του ιδιότητες. Η γεύση, το άρωμα, η καφεΐνη και το αντιοξειδωτικό του καφέ είναι μερικές μόνο ιδιότητες που έχουν κάνει τη βιομηχανία καφέ τόσο επιτυχημένη. Ενώ η προέλευση, η ποιότητα και τα είδη των πράσινων φασολιών επηρεάζουν την ποιότητα του τελικού προϊόντος, το ψήσιμο του καφέ είναι ο πιο σημαντικός παράγοντας.

Τυπικά, κατά τη διάρκεια του ψησίματος, ο καβουρδιστής (ένα ιδιαίτερα εκπαιδευμένο άτομο) χρησιμοποιεί ιδιότητες των φασολιών, όπως η θερμοκρασία, η υφή, η μυρωδιά, ο ήχος και το χρώμα για να αξιολογήσει και να προσαρμόσει ανάλογα το ψητό. Μετά το ψήσιμο, οι κόκκοι του καφέ αξιολογούνται για να διασφαλιστεί η ποιότητα των κόκκων. Το Agtron Process Analyzer είναι ένα τυπικό βιομηχανικό όργανο που χρησιμοποιείται για τη μέτρηση του βαθμού κόκκων καφέ ψητού χρησιμοποιώντας φασματοφωτομετρία κοντινής υπέρυθρης περικοπής. Ο βαθμός ψησίματος είναι ουσιαστικά μια μέτρηση της ποιότητας του καφέ με βάση την έκταση της θερμότητας που μεταφέρεται κατά τη διάρκεια του ψητού και κατηγοριοποιεί τον καφέ σε ελαφριά, μεσαία και σκοτεινά ψητά.

Πρόσφατα υπήρξε μια αύξηση μικρών εταιρειών ψησίματος που προσφέρουν προσαρμοσμένα ψητά στο σπίτι. Αυτές οι εταιρείες αναζητούν λιγότερο δαπανηρές εναλλακτικές λύσεις για να προσλάβουν και να εκπαιδεύσουν έναν roast master ή να χρησιμοποιήσουν τον ακριβό Agtron Process Analyzer. Το Degree of Roast Infrared Analyzer for Coffee Roasters, όπως περιγράφεται σε αυτό το έγγραφο, προορίζεται να είναι ένα φθηνό μέσο μέτρησης του βαθμού ψησίματος κόκκων καφέ. Το Degree of Roast Infrared Analyzer χρησιμοποιεί ένα δοχείο, ένα εργαλείο που βρίσκεται σε καβουρδιστές καφέ που χρησιμοποιούνται για τη δοκιμή του καφέ κατά τη διάρκεια του ψησίματος, για να κρατήσει ένα δείγμα καφέ. Ο δοκιμαστής εισάγεται στον αναλυτή όπου ο αισθητήρας AS7263 NIR Spectral χρησιμοποιείται για τη μέτρηση 6 διαφορετικών ζωνών υπερύθρων (610, 680, 730, 760, 810 και 860nm). Οι μετρήσεις ανάκλασης μεταδίδονται μέσω Bluetooth και μπορούν στη συνέχεια να συσχετιστούν με το βαθμό ψησίματος. Ο αναλυτής πρέπει πρώτα να βαθμονομηθεί πιέζοντας ένα κουμπί στο εσωτερικό του κουτιού στο οποίο χρησιμοποιείται το PVC ως ισορροπία λευκού, καθώς έχει σχετικά επίπεδη ανάκλαση στη φασματική περιοχή που ανιχνεύεται από τον αισθητήρα.

Βήμα 1: Υλικά

Κατάλογος Υλικών

1. SparkFun Qwiic Shield (https://www.sparkfun.com/products/14352)
2. SparkFun Qwiic Connector (https://www.sparkfun.com/products/14427)
3. SparkFun AS7263 NIR Spectral Sensor (https://www.sparkfun.com/products/14351)
4. 4 x VCC 6150 Λαμπτήρες 5V.06A (Λάμπες πυρακτώσεως) (https://www.mouser.com/)
5. 2 x Στιγμιαία κουμπιά
6. 2 αντιστάσεις 10kOhm
7. DC Barrel Jack Female (https://www.sparkfun.com/products/10288)
8. HC-05 Bluetooth Module (https://www.amazon.com/)
9. Διακόπτης ρεύματος
10. Ρελέ στερεάς κατάστασης (AD-SSR6M12-DC-200D) (https://www.automationdirect.com/)
11. Κάλυμμα PVC 1/2"
12. Τσάι PVC 1/2 "x 1/2" x 3/4 "PVC
13. Craft Box (Hobby Lobby)
14. Arduino Uno
15. Δοκιμαστής
16. Τροφοδοτικό 5V 2A (https://www.adafruit.com/product/276)

17. Καλώδιο USB - Τυπικό A -B (Καλώδιο προγραμματισμού)

Σημειώσεις για τα υλικά

Λάμπες VCC 6150 - Πρόκειται για λαμπτήρες πυρακτώσεως που επιλέχθηκαν λόγω της υψηλής υπέρυθρης εξόδου τους. Οι λαμπτήρες πυρακτώσεως χρησιμοποιούνται αντί της λυχνίας LED που παρέχεται στη μονάδα AS7263 επειδή η ενσωματωμένη λυχνία LED δεν εκπέμπει την υπέρυθρη έξοδο που απαιτείται για να αντανακλάται από τους κόκκους καφέ και στη συνέχεια να μετρηθεί από τον αισθητήρα. Επιπλέον, είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι σε αυτό το σχέδιο οι λαμπτήρες πυρακτώσεως τροφοδοτούνται από την πηγή ισχύος 5V 2A και ελέγχονται από το Arduino μέσω ρελέ. Το SparkFun παρέχει δύο ενσωματωμένους πείρους συγκόλλησης στη μονάδα AS7263 με σκοπό την τροφοδοσία και τον έλεγχο μιας βοηθητικής πηγής φωτός, ωστόσο αυτές οι ακίδες δεν χρησιμοποιούνται επειδή δεν παρέχουν αρκετή τάση ή ένταση για να τροφοδοτήσουν επαρκώς τους επιλεγμένους λαμπτήρες πυρακτώσεως.

SparkFun Qwiic Shield - Αυτή η ασπίδα χρησιμοποιείται λόγω της ικανότητάς της να συνδέεται εύκολα στον αισθητήρα AS7263 μέσω ενός συνδετήρα Qwicc. Η ασπίδα παρέχει επίσης μετατόπιση λογικού επιπέδου 3,3V και μεγάλη περιοχή πρωτοτύπων.

Ρελέ στερεάς κατάστασης - Αυτό το είδος ρελέ επιλέχθηκε λόγω των γρήγορων και αθόρυβων δυνατοτήτων μεταγωγής του, ωστόσο, είναι ακριβό και περιττό καθώς θα λειτουργούσε επίσης ένα τυπικό ηλεκτρικό ρελέ. Εάν χρησιμοποιείτε τυπικό ηλεκτρικό ρελέ, ο κωδικός μπορεί να χρειαστεί να τροποποιηθεί για να επιβραδύνει τη διαδικασία δειγματοληψίας και βαθμονόμησης.

Μέγεθος PVC - Το μέγεθος PVC επιλέχθηκε λόγω της διαμέτρου του δοκιμαστή στο χέρι και πρέπει να αλλάξει εάν χρησιμοποιείτε δοκιμαστικό διαφορετικού μεγέθους.

HC-05 Bluetooth Module-Χρησιμοποιήθηκε ένας οδηγός (https://www.instructables.com/id/How-to-Set-AT-Command-Mode-for-HC-05-Bluetooth-Mod/) για την αλλαγή του baud ποσοστό της μονάδας από 9600 έως 115200 για να ταιριάζει με τον ρυθμό baud του AS7263.

Βήμα 2: Διάγραμμα καλωδίωσης

S1 - Διακόπτης ισχύος

SSR1 - Ρελέ στερεάς κατάστασης

Β1 - Κουμπί δειγματοληψίας

B2 - Κουμπί βαθμονόμησης

R1 - Αντίσταση 10kOhm

R2 - Αντίσταση 10kOhm

L1, L2, L3, L4 - Λαμπτήρες πυρακτώσεως

Βήμα 3: Συναρμολόγηση λανθασμένων λαμπτήρων στο AS7263

Ένας δακτύλιος στερέωσης με 3D εκτύπωση (παρέχεται STL) κατασκευάστηκε για να συγκρατεί τους λαμπτήρες γύρω από τον αισθητήρα. Οι λαμπτήρες ήταν καλωδιωμένοι παράλληλα και η θερμή κόλλα χρησιμοποιήθηκε για να μην αγγίζουν τα καλώδια των λαμπτήρων. Αντί για θερμή κόλλα μπορεί να χρησιμοποιηθεί μόνωση από υγρό καουτσούκ. Στη συνέχεια, χρησιμοποιήθηκαν μικροσκοπικά σύρματα για τη στερέωση του δακτυλίου στερέωσης στον αισθητήρα, συνδέοντας τα σύρματα μέσω των οπών που παρέχονται στον αισθητήρα.

Βήμα 4: Συναρμολογήστε τη θύρα Tryer

Μια τρύπα ανοίχτηκε στο πίσω μέρος του καπακιού PVC για να χωρέσει το στιγμιαίο πάτημα του κουμπιού. Η πλευρά 3/4 του PVC μπλουζιού κόπηκε και οι φερμουάρ χρησιμοποιήθηκαν για τη στερέωση του αισθητήρα στη θύρα δοκιμής. Το μήκος του μπλουζιού μπορεί να χρειαστεί να προσαρμοστεί για να χωρέσει το μέγεθος του δοκιμαστή. Έγινε εγκοπή η πλευρά της θύρας του PVC για να ευθυγραμμίσει το δείγμα φασολιών στον δοκιμαστή με τον αισθητήρα.

Βήμα 5: Καλωδίωση του ρελέ στερεάς κατάστασης και του διακόπτη ισχύος

Τα φώτα από το ενσύρματο ήταν σε σειρά με ρελέ στερεάς κατάστασης και την υποδοχή βαρελιού DC.

Το Vin στην ασπίδα Qwiic συνδέθηκε με την υποδοχή κάννης DC μέσω ενός διακόπτη τροφοδοσίας.

Το έδαφος στην ασπίδα Qwiic συνδέθηκε με τη γείωση του γρύλου βαρελιού DC.

Βήμα 6: Καλωδίωση του κουμπιού βαθμονόμησης

Το κουμπί βαθμονόμησης συνδέθηκε στην τροφοδοσία, το ψηφιακό 2 και τη γείωση χρησιμοποιώντας μια αντίσταση.

Βήμα 7: Καλωδίωση του κουμπιού δειγματοληψίας

Το κουμπί δειγματοληψίας συνδέθηκε στην τροφοδοσία, το ψηφιακό 3 και στη γείωση χρησιμοποιώντας μια αντίσταση.

Βήμα 8: Καλωδίωση της εισόδου στο ρελέ στερεάς κατάστασης

Η πλευρά εισόδου του ρελέ στερεάς κατάστασης συνδέθηκε με το Digitalηφιακό 5 και γείωσε.

Βήμα 9: Καλωδίωση της μονάδας Bluetooth

Η μονάδα Bluetooth συνδέθηκε σύμφωνα με το διάγραμμα καλωδίωσης που παρέχεται.

VCC - 5V

RXD - Digitalηφιακό 11

TXD - Digitalηφιακό 10

GND - GND

Βήμα 10: Κωδικός

Ανεβάστε τον κωδικό που παρέχεται στο Arduino Uno χρησιμοποιώντας το καλώδιο προγραμματισμού.

Ως αναφορά, το SparkFun παρέχει έναν οδηγό εκκίνησης για το AS726x (https://learn.sparkfun.com/tutorials/as726x-nirvi)

ΠΡΟΣΟΧΗ!! Κατά τη δοκιμή του κώδικα, βεβαιωθείτε ότι το Arduino δεν λαμβάνει ρεύμα τόσο από το τροφοδοτικό 5V όσο και από το καλώδιο προγραμματισμού. Αυτό θα τηγανίσει το Arduino

Βήμα 11: Εμφάνιση αποτελεσμάτων μέσω Bluetooth

Για να εμφανίσετε τα αποτελέσματα Bluetooth, κατεβάστε το Bluetooth Electronics by keuwlsoft από το Google Play Store. Αποθηκεύστε το αρχείο DegreeOfRoastInfraRedAnalyzer.kwl στο φάκελο keulsoft στον εσωτερικό χώρο αποθήκευσης της συσκευής Bluetooth. Χρησιμοποιήστε το εικονίδιο αποθήκευσης στην εφαρμογή για να φορτώσετε το αρχείο kwl. Στη συνέχεια, συνδεθείτε στη μονάδα Bluetooth HC-05 και εκτελέστε το φορτωμένο αρχείο.

Βήμα 12: Συμπεράσματα

Μύθος μήκους κύματος:

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

Ο αισθητήρας AS7263 NIR χρησιμοποιήθηκε για τη μέτρηση της φασματικής ανάκλασης των κόκκων καφέ σε 6 διαφορετικά μήκη κύματος για μη καβουρδισμένο καφέ, καθώς και για ελαφριά, μεσαία και σκοτεινά ψητά. Τα αποτελέσματα από τον αισθητήρα δείχνουν ότι η υπέρυθρη ανάκλαση μειώνεται με υψηλότερους βαθμούς ψησίματος σε όλα τα δοκιμασμένα μήκη κύματος. Το μήκος κύματος με τη μεγαλύτερη διακύμανση ανάλογα με το βαθμό ψητού βρέθηκε να είναι 860nm. Αυτό το σύστημα παρέχει μια γρήγορη και εύχρηστη βάση για τη μέτρηση εκτός σύνδεσης του βαθμού ψησίματος κόκκων καφέ. Τα δεδομένα από αυτόν τον αισθητήρα θα παρέχουν στους ψητές καφέ μια επιπλέον μέθοδο ποιοτικού ελέγχου, εξασφαλίζοντας επαναλαμβανόμενα ψητά και μειώνοντας το ανθρώπινο λάθος. Πρέπει να γίνει περαιτέρω εργασία για να συσχετιστούν τα δεδομένα υπέρυθρων ακτίνων με τα πρότυπα της βιομηχανίας.

Βήμα 13: Ένα ιδιαίτερο ευχαριστώ στους…

• Δρ Timothy Bowser - Σύμβουλος
• Δρ. Ning Wang - Μέλος της Επιτροπής
• Δρ Paul Weckler - Μέλος της Επιτροπής
• Dan Jolliff - US Roaster Corp.
• Connor Cox - Oklahoma Center for the Advancement of Science and Technology
• Το Τμήμα Βιοσυστημάτων και Γεωργικής Μηχανικής στο Πολιτειακό Πανεπιστήμιο της Οκλαχόμα, Stillwater, ΟΚ
• Το Κέντρο Τροφίμων και Γεωργικών Προϊόντων στο Πανεπιστήμιο της Οκλαχόμα, Stillwater, ΟΚ