Arduino-gestuurde doe-het-zelf koffiebrander - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:16

In deze Instructable zullen we kijken naar het aanpassen van een hetelucht-popcornmachine om er een volautomatische en temperatuurgestuurde koffiebrander voor thuis van te maken. Thuis koffie branden is verrassend eenvoudig, en zelfs zoiets eenvoudigs als een koekenpan kan het lukken met voldoende geduld en oefening. In de meest basale termen houdt het brandproces in dat koffiebonen geleidelijk worden verwarmd tot ongeveer of iets meer dan 200 graden Celsius. Terwijl ze opwarmen, ondergaan de bonen verschillende chemische reacties en hun kleur verandert van groen via geel (ish) naar bruin. De bonen zetten uit en barsten uiteindelijk hoorbaar.

De sleutel om de smaak van de gebrande koffie precies goed te krijgen (en dit herhaaldelijk te doen) is tweeledig. Ten eerste willen we de temperatuur tijdens het brandproces heel precies regelen, zodat we kunnen bepalen hoeveel tijd de bonen in verschillende temperatuurzones doorbrengen. Dit regelt welke soorten chemische reacties in welke mate plaatsvinden, en uiteindelijk de smaken in de geroosterde bonen. Ten tweede willen we ervoor zorgen dat de bonen constant worden gemengd en gedraaid, zodat de temperatuur overal gelijk is.

Hetelucht-popcornmachines zijn een perfecte oplossing voor probleem nummer twee: ze blazen een partij popcorn met hete lucht van onderaf, hard genoeg om de popcornpitten constant rond een kleine container te wervelen. Omdat koffiebonen toevallig ongeveer even groot en even zwaar zijn als popcornpitten, werkt dit ook voor het branden van koffie. Zelfs een ongewijzigde hetelucht-popcornmachine kan worden gebruikt om koffie redelijk goed te branden, maar voor de perfecte branding moeten we ook probleem nummer één aanpakken: fijnkorrelige temperatuurregeling. Dit is waar deze Instructable over gaat: we zullen een kant-en-klare popcornmachine aanpassen om een temperatuursonde in de "braadkamer" toe te voegen, nauwkeurige controle krijgen over het verwarmingselement en de ventilatormotor, en deze koppelen met een hostcomputer door en Arduino-microcontroller. Als we klaar zijn, kunnen we het brandproces volgen en controleren via een industriestandaard open source-software genaamd Artisan.

Hiervoor zijn al een aantal handleidingen beschikbaar, maar ik ontdekte dat deze allemaal heel specifiek zijn voor een bepaald model popcornmachine. Ik moest daarom informatie uit verschillende bronnen samenvoegen toen ik voor het eerst mijn eigen brander bouwde. Dus ik wilde een handleiding maken waarvan ik hoop dat deze kan abstraheren en kan werken voor een breed scala aan specifieke opstellingen. Soms zal dit tot in de details gaan - voel je vrij om verder te gaan waar iets niet relevant voor je lijkt.

De rest van de gids is als volgt opgebouwd:

In stap 1 en 2 bekijken we hoe een popcornmachine werkt. Eerst kijken we naar de belangrijkste mechanische onderdelen, daarna bespreken we hoe ventilator en verwarming elektrisch zijn aangesloten. We zullen bijzondere aandacht besteden aan de verschillen tussen de verschillende modellen, en wat je zou kunnen tegenkomen in je eigen machine.

In stap 3 geven we een overzicht op hoog niveau van de wijzigingen die we zullen aanbrengen. Nogmaals, we zullen de verschillen beschrijven in wat u moet doen voor verschillende soorten popcornmachines.

Stappen 4-10 leiden u door de aanpassingen van de popcornmachine en vervolgens door de bedrading van de besturingselektronica. Hierin gebruiken we een bepaald model popcornmachine voor foto's uit de echte wereld, maar we zullen nog steeds een algemene discussie opnemen waar van toepassing.

Stappen 11-13 beschrijven de softwareconfiguratie en geven u tips voor een succesvolle eerste branding.

Belangrijke veiligheidsmededeling:

In deze gids hebben we te maken met netstroom en met aanzienlijk verwarmingsvermogen. Als u niet zeker weet hoe u deze handleiding veilig moet volgen, stop dan of vraag een gekwalificeerde elektricien om hulp. Werk nooit aan uw brander terwijl deze is aangesloten en laat deze nooit onbeheerd achter terwijl deze is ingeschakeld.

Benodigdheden

Het volgende is een lijst van onderdelen die ik heb gebruikt. Misschien wilt u vooruit lezen voordat u bestelt, omdat sommige afhankelijk zijn van uw exacte instellingen.

• Hetelucht-popcornmachine, b.v. Severin PC3751 beschikbaar op Amazon in Europa. Vergelijkbare modellen elders beschikbaar op eBay of Amazon. K
• TC4+ Arduino-schild, beschikbaar op Tindie https://www.tindie.com/products/artisanaltech/tc4-coffee-roaster-shield-tc4-plus/ of website
• Arduino UNO, beschikbaar op de Arduino-website, Amazon, eBay.
• Optioneel IIC LCD-scherm, 20x4, algemeen verkrijgbaar op eBay, Amazon.
• Solid State-relais, DC-AC, b.v. Fotek SSR-40DA.
• Voor DC-ventilator: DC PSU bijpassende ventilator, b.v. 18V LED-voeding of laptopvoedingssteen, verkrijgbaar op eBay, Amazon, enz.
• Voor AC-ventilator: AC PWM-dimmermodule, b.v.
• K-type thermokoppel met flexibele punt, afgeschermde draad, b.v. https://www.ebay.co.uk/itm/K-Type-Temperature-Sensor-Probe-1-5M-Cable-1-3mm-x-100-300mm-Probe-Thermocouple-/382878838907 maar vele andere beschikbaar op eBay of iets dergelijks.
• Een tweede K-type thermokoppel, gladde punt, b.v.
• Plakband voor hoge temperaturen, b.v. Kapton-tape.
• Glazen schoorsteen die overeenkomt met de diameter van de braadkamer van de popcornmachine, b.v. https://www.ebay.co.uk/itm/DUPLEX-Round-Bulge-OIL-LAMP-CHIMNEY-Single-Glass-10-X-2-5-NEW/352484391524 (Zorg ervoor dat de diameter past!)
• Aluminium uitlaatkanaal van dezelfde diameter
• Elektronica behuizing
• Diverse elektrische draden en snoeren
• Ring- en spade-connectoren
• Gevlochten draad mouw

Gereedschap:

• Soldeerbout.
• Draadknippers en strippers.
• Krimptang voor ring/spade connectoren.
• Oefening.

Stap 1: Anatomie van een hetelucht-popcornmachine: mechanisch

Tweede prijs in de Arduino-wedstrijd 2019