Stupeň pečeného infračerveného analyzátora pre pražiarne kávy: 13 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:59

Úvod

Káva je nápoj konzumovaný po celom svete pre svoje senzorické aj funkčné vlastnosti. Káva, chuť, aróma, kofeín a obsah antioxidantov sú len niektoré z vlastností, vďaka ktorým je kávový priemysel taký úspešný. Aj keď pôvod, kvalita a druhy zelených zŕn ovplyvňujú kvalitu konečného produktu, praženie kávy je najdôležitejším faktorom.

V priebehu praženia zvyčajne majster (vysoko školený jednotlivec) používa vlastnosti fazule, ako je teplota, textúra, vôňa, zvuk a farba, aby vyhodnotil a zodpovedajúcim spôsobom upravil pečenie. Po upražení sa kávové zrná hodnotia, aby sa zaistila kvalita zrna. Agtron Process Analyzer je priemyselný štandardný prístroj používaný na meranie stupňa pražených kávových zŕn pomocou spektrofotometrie v skrátenej infračervenej oblasti. Stupeň praženia je v podstate meradlom kvality kávy založenej na rozsahu tepla prenášaného počas praženia a rozdeľuje kávu do svetlých, stredných a tmavých pražení.

Nedávno došlo k nárastu malých pražiarskych spoločností, ktoré ponúkajú vlastné praženie. Tieto spoločnosti hľadajú lacnejšie alternatívy k prenájmu a školeniu pečeného majstra alebo pomocou drahého analyzátora procesov Agtron. Infračervený analyzátor stupňa praženia pre pražiarne kávy, ako je popísaný v tomto dokumente, je myslený ako lacný spôsob merania stupňa praženia kávových zŕn. Infračervený analyzátor stupňa praženia používa na uchovávanie vzorky kávy tester, nástroj, ktorý sa nachádza v pražiarňach používaných na vzorkovanie kávy počas praženia. Skúšačka sa vloží do analyzátora, kde sa pomocou spektrálneho senzora NIR AS7263 NIR meria 6 rôznych infračervených pásiem (610, 680, 730, 760, 810 a 860 nm). Merania odrazivosti sa prenášajú cez Bluetooth a potom ich možno korelovať so stupňom praženia. Analyzátor sa musí najskôr kalibrovať stlačením tlačidla na vnútornej strane škatule, v ktorej sa ako vyváženie bielej používa PVC, pretože má v spektrálnom rozsahu detekovanom snímačom relatívne plochú odrazivosť.

Krok 1: Materiály

Zoznam materiálov

1. Štít SparkFun Qwiic (https://www.sparkfun.com/products/14352)
2. Konektor SparkFun Qwiic (https://www.sparkfun.com/products/14427)
3. Spektrálny senzor NIR SparkFun AS7263 (https://www.sparkfun.com/products/14351)
4. 4 x žiarovky VCC 6150 5V.06A (žiarovky) (https://www.mouser.com/)
5. 2 x Momentálne tlačidlá
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 "PVC uzáver
12. 1/2 "x 1/2" x 3/4 "PVC tričko
13. Craft Box (Hobby Lobby)
14. Arduino Uno
15. Skúšačka
16. Napájanie 5V 2A (https://www.adafruit.com/product/276)

17. Kábel USB - štandardný A -B (programovací kábel)

Poznámky k materiálom

Svietidlá VCC 6150 - Jedná sa o žiarovky zvolené kvôli ich vysokému infračervenému výkonu. Žiarovky sa používajú namiesto LED svetla dodávaného na module AS7263, pretože integrovaná LED dióda nevyžaruje infračervený výstup potrebný na odraz od kávových zŕn a na následné meranie pomocou senzora. Okrem toho je dôležité poznamenať, že v tomto prevedení sú žiarovky napájané zo zdroja 5 V 2 A a ovládané Arduino pomocou relé. SparkFun poskytuje dva integrované spájkovacie kolíky na module AS7263 na účely napájania a riadenia pomocného zdroja svetla, tieto kolíky sa však nepoužívajú, pretože neposkytujú dostatočné napätie alebo prúd na dostatočné napájanie zvolených žiaroviek.

Štít SparkFun Qwiic - Tento štít sa používa kvôli svojej schopnosti ľahko sa pripojiť k senzoru AS7263 prostredníctvom konektora Qwicc. Štít tiež poskytuje logické radenie na úrovni 3,3 V a veľkú plochu prototypov.

Polovodičové relé - Tento druh relé bol zvolený kvôli jeho rýchlym a tichým spínacím schopnostiam, je však drahý a nepotrebný, pretože by fungovalo aj štandardné elektrické relé. Pri použití štandardného elektrického relé môže byť potrebné kód upraviť, aby sa spomalil proces vzorkovania a kalibrácie.

Veľkosť PVC - Veľkosť PVC bola zvolená z dôvodu priemeru testera, ktorý je k dispozícii, a mala by sa zmeniť, ak používate trysku s inou veľkosťou.

Modul Bluetooth HC-05-Na zmenu prenosovej rýchlosti bol použitý návod (https://www.instructables.com/id/How-to-Set-AT-Command-Mode-for-HC-05-Bluetooth-Mod/) rýchlosť modulu od 9600 do 115200, aby zodpovedala prenosovej rýchlosti AS7263.

Krok 2: Schéma zapojenia

S1 - Vypínač napájania

SSR1 - polovodičové relé

B1 - Vzorkovacie tlačidlo

B2 - Kalibračné tlačidlo

Rezistor R1 - 10 kOhm

Rezistor R2 - 10 kOhm

L1, L2, L3, L4 - žiarovky

Krok 3: Montáž žiaroviek na AS7263

Bol vyrobený 3D tlačený montážny krúžok (vrátane STL), ktorý držal žiarovky okolo senzora. Lampy boli zapojené paralelne a bolo použité horúce lepidlo, aby sa vývody žiaroviek navzájom nedotýkali. Namiesto horúceho lepidla je možné použiť izoláciu z tekutej gumy. Ďalej boli na upevnenie montážneho krúžku k senzoru použité malé drôty previazaním drôtov cez otvory poskytnuté na senzore.

Krok 4: Zostavte port Tryer

Do zadnej časti viečka z PVC bol vyvŕtaný otvor na umiestnenie dočasného tlačidla. 3/4 strana odpaliska z PVC bola odrezaná a na zaistenie senzora k otvoru skúšačky bol použitý suchý zips. Dĺžku odpaliska možno bude potrebné prispôsobiť veľkosti testera. Do otvoru bol vložený zárez portová strana odpaliska z PVC na zarovnanie vzorky fazule v skúšobnom zariadení so senzorom.

Krok 5: Zapojenie polovodičového relé a vypínača

Svetlá z boli zapojené do série s polovodičovým relé a DC sudovým konektorom.

Vin na štíte Qwiic bol pripojený k hlavnému konektoru DC pomocou vypínača.

Uzemnenie na štíte Qwiic bolo spojené so zemou valcového konektora DC.

Krok 6: Zapojenie kalibračného tlačidla

Kalibračné tlačidlo bolo pripojené k napájaniu, digitálu 2 a uzemneniu pomocou odporu.

Krok 7: Zapojenie tlačidla vzorkovania

Tlačidlo vzorkovania bolo pripojené k napájaniu, digitálu 3 a uzemneniu pomocou odporu.

Krok 8: Pripojenie VSTUPU k polovodičovému relé

Vstupná strana polovodičového relé bola zapojená do systému Digital 5 a uzemnenia.

Krok 9: Zapojenie modulu Bluetooth

Modul Bluetooth bol zapojený podľa dodanej schémy zapojenia.

VCC - 5V

RXD - digitálny 11

TXD - digitálny 10

GND - GND

Krok 10: Kód

Nahrajte dodaný kód do Arduino Uno pomocou programovacieho kábla.

Ako referencia poskytuje SparkFun sprievodcu spustením pre AS726x (https://learn.sparkfun.com/tutorials/as726x-nirvi)

POZOR !! Pri testovaní kódu sa uistite, že Arduino nie je napájané 5V napájacím zdrojom, ale ani programovacím káblom. To bude vyprážať Arduino

Krok 11: Zobrazovanie výsledkov prostredníctvom Bluetooth

Ak chcete zobraziť výsledky Bluetooth, stiahnite si aplikáciu Bluetooth Electronics od spoločnosti keuwlsoft z Obchodu Google Play. Uložte súbor DegreeOfRoastInfraRedAnalyzer.kwl do priečinka keulsoft vo vnútornom úložisku zariadenia Bluetooth. Na uloženie súboru kwl použite ikonu uloženia v aplikácii. Potom sa pripojte k modulu Bluetooth HC-05 a spustite načítaný súbor.

Krok 12: Závery

Legenda o vlnovej dĺžke:

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

NIR senzor AS7263 bol použitý na meranie spektrálnej odrazivosti kávových zŕn na 6 rôznych vlnových dĺžkach u nepraženej kávy, ako aj u svetlých, stredných a tmavých pražení. Výsledky zo senzora ukazujú, že infračervená odrazivosť klesá s vyššími stupňami praženia na všetkých testovaných vlnových dĺžkach. Vlnová dĺžka s najväčšími odchýlkami podľa stupňa praženia bola 860 nm. Tento systém poskytuje rýchlo a ľahko použiteľný základ pre offline meranie stupňa praženia kávových zŕn. Údaje z tohto senzora poskytnú pražiarňam kávy ďalší spôsob kontroly kvality zaistením opakovateľných pražení a znížením ľudskej chyby. Je potrebné vykonať ďalšiu prácu na zosúladení infračervených údajov s priemyselnými štandardmi.

Krok 13: Osobitné poďakovanie…

• Dr. Timothy Bowser - poradca
• Ning Wang - člen výboru
• Dr. Paul Weckler - člen výboru
• Dan Jolliff - US Roaster Corp.
• Connor Cox - Oklahoma centrum pre rozvoj vedy a technológie
• Katedra biosystému a poľnohospodárskeho inžinierstva na Oklahoma State University, Stillwater, OK
• Centrum potravinárskych a poľnohospodárskych produktov na Oklahoma State University, Stillwater, OK