Paahdetun infrapuna -analysaattorin aste kahvipaahtimille: 13 vaihetta (kuvilla)

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:02

Johdanto

Kahvi on juoma, jota kulutetaan ympäri maailmaa sekä aistinvaraisten että toiminnallisten ominaisuuksiensa vuoksi. Kahvin maku, aromi, kofeiini ja antioksidanttipitoisuus ovat vain muutamia ominaisuuksia, jotka ovat tehneet kahviteollisuudesta niin menestyvän. Vihreiden papujen alkuperä, laatu ja lajit vaikuttavat lopputuotteen laatuun, mutta kahvin paahtaminen on vaikuttavin tekijä.

Tyypillisesti paahtamisen aikana paahtomestari (korkeasti koulutettu yksilö) käyttää pavun ominaisuuksia, kuten lämpötilaa, koostumusta, hajua, ääntä ja väriä arvioidakseen ja säätääkseen paahtoa sen mukaisesti. Paahtamisen jälkeen kahvipavut arvioidaan papujen laadun varmistamiseksi. Agtron-prosessianalysaattori on alan standardimittalaite, jota käytetään paahdettujen kahvipapujen asteen mittaamiseen käyttäen lähi-infrapunaa lyhennettyä spektrofotometriaa. Paahtoaste on olennaisesti kahvin laadun mitta paahtamisen aikana siirretyn lämmön määrän perusteella ja luokittelee kahvin vaaleiksi, keskikokoisiksi ja tummiksi paahtoiksi.

Viime aikoina on kasvanut pieniä paahtoyhtiöitä, jotka tarjoavat räätälöityjä sisäisiä paistoja. Nämä yritykset etsivät halvempia vaihtoehtoja paahtomestarin palkkaamiseen ja kouluttamiseen tai kalliin Agtron -prosessianalysaattorin käyttöön. Tässä asiakirjassa kuvatun paahdetun infrapuna -analysaattorin aste kahvipaahtimille on tarkoitettu halpaksi keinoksi mitata kahvipapujen paahtoaste. Paahdetun infrapuna -analysaattorin aste käyttää kokeilua, kahvipaahtimissa olevaa työkalua, jota käytetään kahvin näytteenottoon paahtamisen aikana, kahvinäytteen pitämiseksi. Kokeilija asetetaan analysaattoriin, jossa AS7263 NIR Spectral -anturia käytetään kuuden eri infrapunakaistan mittaamiseen (610, 680, 730, 760, 810 ja 860 nm). Heijastuskykymittaukset lähetetään Bluetoothin kautta ja ne voidaan sitten korreloida paistoasteeseen. Analysaattori on ensin kalibroitava painamalla sitä laatikon sisäosassa olevaa painiketta, jossa PVC: tä käytetään valkotasapainona, koska sen heijastuskyky on suhteellisen tasainen anturin havaitsemalla spektrialalla.

Vaihe 1: Materiaalit

Materiaaliluettelo

1. SparkFun Qwiic Shield (https://www.sparkfun.com/products/14352)
2. SparkFun Qwiic -liitin (https://www.sparkfun.com/products/14427)
3. SparkFun AS7263 NIR -spektrianturi (https://www.sparkfun.com/products/14351)
4. 4 x VCC 6150 -lamppua 5V.06A (hehkulamput) (https://www.mouser.com/)
5. 2 x hetkelliset painikkeet
6. 2 x 10 kOhm vastukset
7. DC Barrel Jack Female (https://www.sparkfun.com/products/10288)
8. HC-05 Bluetooth-moduuli (https://www.amazon.com/)
9. Virtakytkin
10. Puolijohderele (AD-SSR6M12-DC-200D) (https://www.automationdirect.com/)
11. 1/2 "PVC -korkki
12. 1/2 "x 1/2" x 3/4 "PVC -paita
13. Craft Box (harrastusaula)
14. Arduino Uno
15. Kokeilija
16. 5V 2A virtalähde (https://www.adafruit.com/product/276)

17. USB -kaapeli - vakio A -B (ohjelmointikaapeli)

Huomautuksia materiaaleista

VCC 6150 -lamput - Nämä ovat hehkulamppuja, jotka on valittu korkean infrapunatehonsa vuoksi. Hehkulamppuja käytetään AS7263 -moduulin LED -valon sijasta, koska sisäinen LED -valo ei lähetä infrapunatehoa, joka tarvitaan kahvipapujen heijastamiseen ja jonka anturi mittaa myöhemmin. Lisäksi on tärkeää huomata, että tässä mallissa hehkulamput saavat virtansa 5V 2A virtalähteestä ja niitä ohjaa Arduino releen kautta. SparkFun tarjoaa kaksi sisäistä juotostappia AS7263 -moduulissa lisävalonlähteen virran saamiseksi ja ohjaamiseksi, mutta näitä tappeja ei käytetä, koska ne eivät tarjoa tarpeeksi jännitettä tai virrankulutusta riittävän tehon saamiseksi valittuihin hehkulampuihin.

SparkFun Qwiic Shield - Tätä suojaa käytetään, koska sen kyky yhdistää helposti AS7263 -anturiin Qwicc -liittimen kautta. Kilpi tarjoaa myös 3,3 V: n logiikan tasonsiirron ja suuren prototyyppialueen.

Puolijohderele - Tällainen rele valittiin sen nopean ja hiljaisen kytkentämahdollisuuden vuoksi, mutta se on kallista ja tarpeetonta, koska myös tavallinen sähkörele toimisi. Jos käytät tavallista sähkörelettä, koodia on ehkä muutettava näytteenotto- ja kalibrointiprosessin hidastamiseksi.

PVC -koko - PVC -koko valittiin käsillä olevan kokeilijan halkaisijan vuoksi ja se on vaihdettava, jos käytetään eri kokoa.

HC-05 Bluetooth-moduuli-Ohjeita (https://www.instructables.com/id/How-to-Set-AT-Command-Mode-for-HC-05-Bluetooth-Mod/) käytettiin baudin muuttamiseen Moduulin nopeus 9600 - 115200 vastaa AS7263: n siirtonopeutta.

Vaihe 2: Kytkentäkaavio

S1 - Virtakytkin

SSR1 - Puolijohderele

B1 - Näytteenottopainike

B2 - Kalibrointipainike

R1 - 10 kOhm vastus

R2 - 10 kOhm vastus

L1, L2, L3, L4 - Hehkulamput

Vaihe 3: Hehkulamppujen asentaminen AS7263 -malliin

3D -painettu kiinnitysrengas (STL mukana) tehtiin pitämään lamput anturin ympärillä. Lamput johdotettiin rinnakkain ja kuumaa liimaa käytettiin estämään lamppujen johdot koskettamasta toisiaan. Kuumaliiman sijasta voidaan käyttää nestemäistä kumieristystä. Seuraavaksi pieniä johtoja käytettiin kiinnitysrenkaan kiinnittämiseen anturiin sitomalla johdot anturissa olevien reikien läpi.

Vaihe 4: Kokoa Tryer Port

PVC -korkin takaosaan porattiin reikä hetkellisen painikkeen sijoittamiseksi. PVC -paidan 3/4 puoli katkaistiin ja vetoketjuja käytettiin anturin kiinnittämiseen yrittäjäporttiin. T -paidan pituutta on ehkä muutettava yrittäjän koon mukaan. PVC -tien portin puolelle, jotta papunäyte asetetaan kokeilussa anturin kanssa.

Vaihe 5: Puolijohdereleen ja virtakytkimen kytkentä

Valot on kytketty sarjaan puolijohdereleellä ja DC -piippuliittimellä.

Qwiic -kilven Vin oli kytketty DC -tynnyrin liittimeen virtakytkimen kautta.

Qwiic -kilven maadoitus oli kytketty DC -tynnyrin liittimen maahan.

Vaihe 6: Kalibrointipainikkeen kytkentä

Kalibrointipainike kytkettiin virtalähteeseen, Digital 2: een ja maadoitettiin vastuksen avulla.

Vaihe 7: Näytteenottopainikkeen kytkentä

Näytteenottopainike kytkettiin virtalähteeseen, Digital 3: een ja maadoitettiin vastuksen avulla.

Vaihe 8: TULON kytkeminen puolijohdereleeseen

Puolijohdereleen tulopuoli on kytketty Digital 5: een ja maadoitettu.

Vaihe 9: Bluetooth -moduulin kytkentä

Bluetooth -moduuli on kytketty mukana toimitetun kytkentäkaavion mukaisesti.

VCC - 5V

RXD - digitaalinen 11

TXD - digitaalinen 10

GND - GND

Vaihe 10: Koodi

Lataa koodi Arduino Unoon ohjelmointikaapelilla.

SparkFun tarjoaa viitteenä AS726x: n käyttöönotto-oppaan (https://learn.sparkfun.com/tutorials/as726x-nirvi)

HUOMIO !! Kun testaat koodia, varmista, että Arduino ei saa virtaa sekä 5 V: n virtalähteestä että ohjelmointikaapelista. Tämä paistaa Arduinon

Vaihe 11: Tulosten näyttäminen Bluetoothin kautta

Jos haluat näyttää Bluetooth -tulokset, lataa Bluetooth Electronics by keuwlsoft Google Play Kaupasta. Tallenna DegreeOfRoastInfraRedAnalyzer.kwl -tiedosto Bluetooth -laitteen sisäisen tallennustilan keulsoft -kansioon. Lataa kwl -tiedosto sovelluksen tallennuskuvakkeella. Muodosta sitten yhteys HC-05 Bluetooth-moduuliin ja suorita ladattu tiedosto.

Vaihe 12: Johtopäätökset

Aallonpituus selite:

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

AS7263 NIR -anturia käytettiin kahvipapujen spektrinheijastavuuden mittaamiseen 6 eri aallonpituudella paahtamattomalle kahville sekä vaaleille, keskikokoisille ja tummille paistoille. Anturin tulokset osoittavat, että infrapunaheijastavuus heikkenee korkeammilla paistoasteilla kaikilla testatuilla aallonpituuksilla. Aallonpituuden, jolla oli suurin vaihtelu paahtoasteen mukaan, havaittiin olevan 860 nm. Tämä järjestelmä tarjoaa nopean ja helppokäyttöisen perustan kahvipapujen paahtamisasteen offline -mittaamiseen. Tästä anturista saadut tiedot tarjoavat kahvipaahtimille lisämenetelmän laadunvalvontaan varmistamalla toistettavat paahtot ja vähentämällä inhimillisiä erehdyksiä. Infrapunatietojen vastaamiseksi alan standardeihin on vielä tehtävä työtä.

Vaihe 13: Erityiskiitos…

• Timothy Bowser - neuvonantaja
• Tohtori Ning Wang - valiokunnan jäsen
• Paul Weckler - valiokunnan jäsen
• Dan Jolliff - US Roaster Corp.
• Connor Cox - Oklahoman tieteen ja teknologian edistämiskeskus
• Biosysteemien ja maataloustekniikan laitos Oklahoma State Universityssä, Stillwater, OK
• Elintarvike- ja maataloustuotteiden keskus Oklahoma State Universityssä, Stillwater, OK