Stupanj pečenog infracrvenog analizatora za pržilice kave: 13 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:36

Uvod

Kava je piće koje se širom svijeta konzumira zbog svojih osjetilnih i funkcionalnih svojstava. Okus, aroma, kofein i antioksidansi kave samo su neke od osobina koje su industriju kave učinile tako uspješnom. Dok podrijetlo, kvaliteta i vrste zelenog zrna utječu na kvalitetu krajnjeg proizvoda, prženje kave je najutjecajniji čimbenik.

Obično tijekom pečenja majstor pečenja (visoko obučeni pojedinac) koristi svojstva graha kao što su temperatura, tekstura, miris, zvuk i boja kako bi ocijenio i prema tome prilagodio pečenje. Nakon prženja, zrna kave se ocjenjuju kako bi se osigurala kvaliteta zrna. Analizator procesa Agtron industrijski je standardni instrument koji se koristi za mjerenje stupnja prženja zrna kave pomoću skraćene infracrvene spektrofotometrije. Stupanj prženja u biti je mjerenje kvalitete kave na temelju opsega topline koja se prenosi tijekom pečenja i kategorizira kavu u svijetlu, srednju i tamnu.

Nedavno je došlo do rasta malih tvrtki za pečenje koje nude prilagođena interna pečenja. Ove tvrtke traže jeftinije alternative za zapošljavanje i obuku majstora pečenja ili korištenje skupog Agtron Process Analyzer -a. Infracrveni analizator stupnja prženja za pržionice kave, opisan u ovom dokumentu, zamišljen je kao jeftino sredstvo za mjerenje stupnja prženja zrna kave. Infracrveni analizator stupnja prženja koristi infracrveni analizator stupca, alat koji se nalazi na pržionicama kave koji se koristi za uzorkovanje kave tijekom prženja, za držanje uzorka kave. Probač je umetnut u analizator gdje se AS7263 NIR Spektralni senzor koristi za mjerenje 6 različitih infracrvenih pojaseva (610, 680, 730, 760, 810 i 860nm). Mjerenja refleksije prenose se putem Bluetootha i tada se mogu povezati s stupnjem pečenja. Analizator se prvo mora kalibrirati pritiskom na gumb na unutarnjoj strani kutije u kojoj se PVC koristi kao balans bijele boje jer ima relativno ravnu refleksiju u spektralnom području koje detektira senzor.

Korak 1: Materijali

Popis materijala

1. SparkFun Qwiic Shield (https://www.sparkfun.com/products/14352)
2. SparkFun Qwiic konektor (https://www.sparkfun.com/products/14427)
3. SparkFun AS7263 NIR spektralni senzor (https://www.sparkfun.com/products/14351)
4. 4 x VCC 6150 lampe 5V.06A (žarulje sa žarnom niti) (https://www.mouser.com/)
5. 2 x trenutna gumba
6. 2 x 10kOhm otpornici
7. DC Barrel Jack ženski (https://www.sparkfun.com/products/10288)
8. Bluetooth-modul HC-05 (https://www.amazon.com/)
9. Prekidač za napajanje
10. Solid State Relej (AD-SSR6M12-DC-200D) (https://www.automationdirect.com/)
11. 1/2 "PVC kapica
12. 1/2 "x 1/2" x 3/4 "PVC razvodnik
13. Craft Box (hobi hobi)
14. Arduino Uno
15. Pokušaj
16. Napajanje 5V 2A (https://www.adafruit.com/product/276)

17. USB kabel - standardni A -B (kabel za programiranje)

Bilješke o materijalima

Svjetiljke VCC 6150 - Ovo su žarulje sa žarnom niti odabrane zbog visokog infracrvenog izlaza. Žarulje sa žarnom niti koriste se umjesto LED svjetla koje se nalazi na modulu AS7263 jer ugrađena LED ne emitira infracrveni izlaz potreban za odbijanje zrna kave i naknadno ga mjeri senzor. Osim toga, važno je napomenuti da se u ovom dizajnu žarulje sa žarnom niti napajaju iz izvora napajanja 5V 2A, a Arduino kontrolira putem releja. SparkFun nudi dva ugrađena lemna igla na modulu AS7263 u svrhu napajanja i upravljanja pomoćnim izvorom svjetla, međutim ti se pinovi ne koriste jer ne daju dovoljno napona ili amperaže za dovoljno napajanje odabranih žarulja sa žarnom niti.

SparkFun Qwiic Shield - Ovaj štit se koristi zbog svoje sposobnosti da se jednostavno poveže sa AS7263 senzorom putem Qwicc konektora. Štit također nudi pomak logičke razine od 3,3 V i veliko područje izrade prototipa.

Solid State Relej - Ova vrsta releja odabrana je zbog svojih brzih i tihih mogućnosti prebacivanja, međutim, skupa je i nepotrebna jer bi radio i standardni električni relej. Ako koristite standardni električni relej, možda ćete morati promijeniti kôd kako biste usporili postupak uzorkovanja i kalibracije.

Veličina PVC -a - Veličina PVC -a odabrana je zbog promjera ručnog pokušaja i trebala bi se promijeniti ako se koristi pokušaj druge veličine.

HC-05 Bluetooth modul-Za promjenu prijenosa korištene su upute (https://www.instructables.com/id/How-to-Set-AT-Command-Mode-for-HC-05-Bluetooth-Mod/) brzina modula od 9600 do 115200 kako bi odgovarala brzini prijenosa AS7263.

Korak 2: Shema ožičenja

S1 - Prekidač za napajanje

SSR1 - Relej čvrstog stanja

B1 - Gumb za uzorkovanje

B2 - Gumb za kalibraciju

R1 - 10kOhm otpornik

R2 - 10kOhm otpornik

L1, L2, L3, L4 - Žarulje sa žarnom niti

Korak 3: Montiranje neadekvatnih žarulja na AS7263

Izrađen je 3D tiskani montažni prsten (isporučen STL) za držanje svjetiljki oko senzora. Svjetiljke su paralelno ožičene, a vruće ljepilo je korišteno kako bi se vodiči svjetiljki međusobno ne dodirivali. Umjesto vrućeg ljepila može se koristiti izolacija od tekuće gume. Zatim su korištene male žice za pričvršćivanje montažnog prstena na senzor vezanjem žica kroz otvore predviđene na senzoru.

Korak 4: Sastavite Tryer Port

Na stražnjoj strani PVC kapice izbušena je rupa za prilagodbu trenutnog gumba. PVC strana od 3/4 stranice je odrezana, a patentni zatvarači su pričvršćeni za pričvršćivanje senzora na probnu utičnicu. Možda će trebati prilagoditi duljinu t -veličine kako bi se prilagodila veličini pokušaja. Umetnut je zarez sa strane priključka PVC -a, za poravnavanje uzorka graha u probaču sa senzorom.

Korak 5: Ožičenje krutog releja i prekidača napajanja

Svjetla su spojena serijski s poluprovodničkim relejem i priključkom za istosmjernu cijev.

Vin na Qwiic štitu bio je spojen na DC priključnicu cijevi putem prekidača za napajanje.

Uzemljenje na Qwiic štitu bilo je spojeno na uzemljenje priključnice DC cijevi.

Korak 6: Ožičenje gumba za kalibraciju

Gumb za kalibraciju spojen je na napajanje, Digital 2 i uzemljen pomoću otpornika.

Korak 7: Ožičenje gumba za uzorkovanje

Gumb za uzorkovanje spojen je na napajanje, Digital 3 i uzemljen pomoću otpornika.

Korak 8: Ožičenje ULAZA na poluprovodnički relej

Ulazna strana poluprovodničkog releja bila je ožičena na Digital 5 i uzemljena.

Korak 9: Ožičenje Bluetooth modula

Bluetooth modul je ožičen u skladu s priloženim dijagramom ožičenja.

VCC - 5V

RXD - digitalni 11

TXD - digitalni 10

GND - GND

Korak 10: Kodirajte

Prenesite kod koji ste dobili na Arduino Uno pomoću kabela za programiranje.

Kao referenca, SparkFun nudi vodič za pokretanje AS726x (https://learn.sparkfun.com/tutorials/as726x-nirvi)

OPREZ!! Prilikom testiranja koda pobrinite se da Arduino ne prima napajanje i iz 5V napajanja i iz kabela za programiranje. Ovo će pržiti Arduino

Korak 11: Prikaz rezultata putem Bluetootha

Za prikaz Bluetooth rezultata preuzmite Bluetooth Electronics tvrtke keuwlsoft iz trgovine Google Play. Spremite datoteku DegreeOfRoastInfraRedAnalyzer.kwl u mapu keulsoft u internoj pohrani Bluetooth uređaja. Upotrijebite ikonu spremanja u aplikaciji za učitavanje kwl datoteke. Zatim se povežite s HC-05 Bluetooth modulom i pokrenite učitanu datoteku.

Korak 12: Zaključci

Legenda o valnoj duljini:

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

Senzor AS7263 NIR korišten je za mjerenje spektralne refleksije zrna kave na 6 različitih valnih duljina za neprženu kavu, kao i za svijetlo, srednje i tamno pečenje. Rezultati senzora pokazuju da infracrvena refleksija opada s višim stupnjevima pečenja na svim ispitanim valnim duljinama. Utvrđeno je da valna duljina s najvećom varijacijom prema stupnju pečenja iznosi 860nm. Ovaj sustav pruža brzu i laku osnovu za offline mjerenje stupnja prženja zrna kave. Podaci s ovog senzora pružit će pržionicama kave dodatnu metodu kontrole kvalitete osiguravajući ponovljiva pečenja i smanjujući ljudske pogreške. Potrebno je dodatno raditi na povezivanju infracrvenih podataka s industrijskim standardima.

Korak 13: Posebna zahvala…

• Dr. Timothy Bowser - savjetnik
• Dr. Ning Wang - član odbora
• Dr. Paul Weckler - član Odbora
• Dan Jolliff - US Roaster Corp.
• Connor Cox - Oklahoma centar za napredak znanosti i tehnologije
• Odjel za biosustave i poljoprivredno inženjerstvo na Sveučilištu Oklahoma State, Stillwater, OK
• Centar za hranu i poljoprivredne proizvode na Sveučilištu Oklahoma State, Stillwater, OK