Mate van geroosterde infraroodanalyser voor koffiebranders - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:17

Invoering

Koffie is een drank die over de hele wereld wordt geconsumeerd vanwege zowel zijn sensorische als functionele eigenschappen. De smaak, het aroma, de cafeïne en het gehalte aan antioxidanten van koffie zijn slechts enkele eigenschappen die de koffie-industrie zo succesvol hebben gemaakt. Hoewel de herkomst, kwaliteit en soort van sperziebonen allemaal van invloed zijn op de kwaliteit van het eindproduct, is het branden van koffie de meest invloedrijke factor.

Tijdens het branden gebruikt de gebrande meester (een hoogopgeleide persoon) meestal eigenschappen van de bonen zoals temperatuur, textuur, geur, geluid en kleur om de branding dienovereenkomstig te evalueren en aan te passen. Na het branden worden de koffiebonen beoordeeld om de kwaliteit van de bonen te garanderen. De Agtron Process Analyzer is een industriestandaard instrument dat wordt gebruikt om de mate van gebrande koffiebonen te meten met behulp van nabij-infrarood verkorte spectrofotometrie. De mate van branding is in wezen een maatstaf voor de kwaliteit van de koffie op basis van de mate van warmteoverdracht tijdens het branden en categoriseert koffie in licht, medium en donker gebrand.

Er is onlangs een groei geweest van kleine branderijen die op maat gemaakte interne brandingen aanbieden. Deze bedrijven zoeken naar goedkopere alternatieven voor het inhuren en opleiden van een braadmeester of het gebruik van de dure Agtron Process Analyzer. De mate van gebrande infraroodanalyse voor koffiebranders, zoals beschreven in dit document, is bedoeld als een goedkope manier om de brandingsgraad van koffiebonen te meten. De Degree of Roast Infrared Analyzer maakt gebruik van een tryer, een hulpmiddel dat te vinden is op koffiebranders die worden gebruikt om de koffie tijdens het branden te proeven, om een koffiemonster vast te houden. De tryer wordt in de analysator gestoken waar de AS7263 NIR Spectral-sensor wordt gebruikt om 6 verschillende infraroodbanden (610, 680, 730, 760, 810 en 860nm) te meten. De reflectiemetingen worden via Bluetooth verzonden en kunnen vervolgens worden gecorreleerd aan de mate van braden. De analysator moet eerst worden gekalibreerd door op een knop aan de binnenkant van de doos te drukken waarin het PVC als witbalans wordt gebruikt, omdat het een relatief vlakke reflectie heeft in het spectrale bereik dat door de sensor wordt gedetecteerd.

Stap 1: Materialen

Lijst met materialen

1. SparkFun Qwiic-schild (https://www.sparkfun.com/products/14352)
2. SparkFun Qwiic-connector (https://www.sparkfun.com/products/14427)
3. SparkFun AS7263 NIR spectrale sensor (https://www.sparkfun.com/products/14351)
4. 4 x VCC 6150 lampen 5V.06A (gloeilampen) (https://www.mouser.com/)
5. 2 x kortstondige drukknoppen
6. 2 x 10kOhm-weerstanden
7. DC Barrel Jack Vrouwelijk (https://www.sparkfun.com/products/10288)
8. HC-05 Bluetooth-module (https://www.amazon.com/)
9. Aan/uit-schakelaar
10. Solid State-relais (AD-SSR6M12-DC-200D) (https://www.automationdirect.com/)
11. 1/2" PVC-dop
12. 1/2" x 1/2" x 3/4" PVC T-stuk
13. Knutseldoos (Hobby Lobby)
14. Arduino Uno
15. Proberen
16. 5V 2A voeding (https://www.adafruit.com/product/276)

17. USB-kabel - standaard A-B (programmeerkabel)

Opmerkingen over materialen

VCC 6150-lampen - Dit zijn gloeilampen die zijn gekozen vanwege hun hoge infraroodopbrengst. De gloeilampen worden gebruikt in plaats van het LED-licht op de AS7263-module, omdat de ingebouwde LED niet de infrarooduitgang uitstraalt die nodig is om op de koffiebonen te reflecteren en vervolgens door de sensor te worden gemeten. Bovendien is het belangrijk op te merken dat in dit ontwerp de gloeilampen worden gevoed door de 5V 2A-stroombron en worden bestuurd door de Arduino via een relais. SparkFun levert wel twee ingebouwde soldeerpennen op de AS7263-module voor het voeden en besturen van een hulplichtbron, maar deze pinnen worden niet gebruikt omdat ze niet genoeg spanning of stroomsterkte leveren om de gekozen gloeilampen voldoende van stroom te voorzien.

SparkFun Qwiic Shield - Dit schild wordt gebruikt vanwege de mogelijkheid om eenvoudig verbinding te maken met de AS7263-sensor via een Qwicc-connector. Het schild biedt ook zowel 3.3V logische niveauverschuiving als een groot prototyping-gebied.

Solid State-relais - Dit soort relais is gekozen vanwege de snelle en stille schakelmogelijkheden, maar het is duur en onnodig omdat een standaard elektrisch relais ook zou werken. Als u een standaard elektrisch relais gebruikt, moet de code mogelijk worden aangepast om het bemonsterings- en kalibratieproces te vertragen.

PVC-maat - De PVC-maat is gekozen vanwege de diameter van de tryer die voorhanden is en moet worden gewijzigd als een tryer van een andere maat wordt gebruikt.

HC-05 Bluetooth-module - Een instructables (https://www.instructables.com/id/How-to-Set-AT-Command-Mode-for-HC-05-Bluetooth-Mod/) werd gebruikt om de baud te wijzigen snelheid van de module van 9600 tot 115200 om overeen te komen met de baudrate van de AS7263.

Stap 2: Bedradingsschema

S1 -- Aan/uit-schakelaar

SSR1 -- Solid State Relais

B1 -- Sampling-knop

B2 -- Kalibratieknop

R1 -- 10kOhm Weerstand

R2 -- 10kOhm Weerstand

L1, L2, L3, L4 -- Gloeilampen

Stap 3: Incadesent-lampen monteren op de AS7263

Er is een 3D-geprinte montagering (STL meegeleverd) gemaakt om de lampen rond de sensor te houden. De lampen waren parallel bedraad en er werd hete lijm gebruikt om te voorkomen dat de draden van de lampen elkaar raakten. Isolatie van vloeibaar rubber kan worden gebruikt in plaats van hete lijm. Vervolgens werden kleine draden gebruikt om de montagering aan de sensor te bevestigen door de draden door de gaten op de sensor te binden.

Stap 4: Monteer de Tryer-poort

Er werd een gat in de achterkant van de PVC-dop geboord om plaats te bieden aan de tijdelijke drukknop. De 3/4 kant van het PVC T-stuk werd afgesneden en er werden kabelbinders gebruikt om de sensor aan de tryer-poort te bevestigen. De lengte van het T-stuk moet mogelijk worden aangepast aan de grootte van de tryer. Er is een inkeping in bakboordzijde van het PVC-T-stuk om het bonenmonster in de tryer uit te lijnen met de sensor.

Stap 5: Bedrading van het Solid State-relais en de aan / uit-schakelaar

De lichten van de waren in serie geschakeld met solid state relais en de DC barrel jack.

De Vin op het Qwiic-schild was via een aan / uit-schakelaar verbonden met de DC-cilinderaansluiting.

De aarde op het Qwiic-schild was verbonden met de aarde van de DC-cilinderaansluiting.

Stap 6: De kalibratieknop bedraden

De kalibratieknop was aangesloten op voeding, Digital 2 en aarde met behulp van een weerstand.

Stap 7: Bedrading van de bemonsteringsknop

De bemonsteringsknop was aangesloten op voeding, Digital 3 en aarde met behulp van een weerstand.

Stap 8: Bedrading van de INPUT naar het solid-state relais

De ingangszijde van het solid-state relais was aangesloten op Digital 5 en aarde.

Stap 9: De Bluetooth-module bedraden

De Bluetooth-module is bedraad in overeenstemming met het meegeleverde bedradingsschema.

VCC - 5V

RXD - Digitaal 11

TXD - Digitaal 10

GND - GND

Stap 10: Coderen

Upload de verstrekte code naar de Arduino Uno met behulp van de programmeerkabel.

Als referentie biedt SparkFun een opstartgids voor de AS726x (https://learn.sparkfun.com/tutorials/as726x-nirvi)

VOORZICHTIGHEID!! Zorg er bij het testen van de code voor dat de Arduino geen stroom krijgt van zowel de 5V-voeding als de programmeerkabel. Dit zal de Arduino bakken

Stap 11: Resultaten weergeven via Bluetooth

Om de Bluetooth-resultaten weer te geven, download Bluetooth Electronics by keuwlsoft uit de Google Play Store. Sla het bestand DegreeOfRoastInfraRedAnalyzer.kwl op in de keulsoft-map in de interne opslag van het Bluetooth-apparaat. Gebruik het pictogram Opslaan in de app om het kwl-bestand te laden. Maak vervolgens verbinding met de HC-05 Bluetooth-module en voer het geladen bestand uit.

Stap 12: Conclusies

Golflengte legende:

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

De AS7263 NIR-sensor werd gebruikt om de spectrale reflectie van koffiebonen bij 6 verschillende golflengten te meten voor ongebrande koffie en voor licht, medium en donker gebrande koffie. De resultaten van de sensor laten zien dat de infraroodreflectie afneemt bij een hogere mate van braden over alle geteste golflengten. De golflengte met de grootste variatie in overeenstemming met de mate van gebrand bleek 860 nm te zijn. Dit systeem biedt een snelle en gebruiksvriendelijke basis voor het offline meten van de brandingsgraad van koffiebonen. Gegevens van deze sensor bieden koffiebranders een extra methode voor kwaliteitscontrole door herhaalbare brandingen te garanderen en menselijke fouten te verminderen. Er moet nog meer worden gedaan om de infraroodgegevens te correleren met industriestandaarden.

Stap 13: Een speciale dank aan …

• Dr. Timothy Bowser -- Adviseur
• Dr. Ning Wang -- Comitélid
• Dr. Paul Weckler -- Commissielid
• Dan Jolliff -- US Roaster Corp.
• Connor Cox -- Oklahoma Centrum voor de Bevordering van Wetenschap en Technologie
• Het Department of Biosystems and Agricultural Engineering aan de Oklahoma State University, Stillwater, OK
• Het Food and Agricultural Products Center aan de Oklahoma State University, Stillwater, OK