Skrudinto infraraudonųjų spindulių analizatoriaus laipsnis kavos skrudintuvams: 13 žingsnių (su nuotraukomis)

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:47

Įvadas

Kava yra gėrimas, vartojamas visame pasaulyje dėl savo juslinių ir funkcinių savybių. Kavos skonis, aromatas, kofeinas ir antioksidantų kiekis yra tik keletas savybių, dėl kurių kavos pramonė tapo tokia sėkminga. Nors žaliųjų pupelių kilmė, kokybė ir rūšys turi įtakos galutinio produkto kokybei, kavos skrudinimas yra įtakingiausias veiksnys.

Paprastai skrudinimo metu kepimo meistras (aukštos kvalifikacijos asmuo) naudoja tokias pupelių savybes kaip temperatūra, tekstūra, kvapas, garsas ir spalva, kad įvertintų ir atitinkamai pakeistų kepsnį. Po skrudinimo kavos pupelės įvertinamos, kad būtų užtikrinta pupelių kokybė. „Agtron Process Analyzer“yra pramonės standartinis prietaisas, naudojamas skrudintų kavos pupelių temperatūrai matuoti, naudojant beveik infraraudonųjų spindulių sutrumpintą spektrofotometriją. Skrudinimo laipsnis iš esmės yra kavos kokybės matas, pagrįstas skrudinimo metu perduodamos šilumos kiekiu, ir klasifikuoja kavą į šviesius, vidutinius ir tamsius kepsnius.

Pastaruoju metu daugėja mažų skrudinimo įmonių, siūlančių individualius kepsnius. Šios įmonės ieško pigesnių alternatyvų, kaip samdyti ir apmokyti kepimo meistrą arba naudoti brangų „Agtron Process Analyzer“. Kavos skrudintuvų skrudinto infraraudonųjų spindulių analizatoriaus laipsnis, kaip aprašyta šiame dokumente, yra nebrangi priemonė kavos pupelių skrudinimo laipsniui matuoti. Skrudinto infraraudonųjų spindulių analizatoriaus laipsnyje naudojamas kavos mėginio laikiklis - įrankis, rastas kavos skrudintuvuose, naudojamas kavos mėginiams skrudinimo metu. Bandiklis įkišamas į analizatorių, kuriame AS7263 NIR Spectral jutiklis naudojamas 6 skirtingoms infraraudonųjų spindulių juostoms matuoti (610, 680, 730, 760, 810 ir 860 nm). Atspindžio matavimai perduodami per „Bluetooth“ir gali būti koreliuojami su skrudinimo laipsniu. Analizatorių pirmiausia reikia sukalibruoti paspaudus mygtuką dėžutės, kurioje baltos spalvos balansas naudojamas PVC, vidinėje pusėje, nes jis turi gana lygų atspindį jutiklio aptiktame spektriniame diapazone.

1 žingsnis: medžiagos

Medžiagų sąrašas

1. „SparkFun Qwiic Shield“(https://www.sparkfun.com/products/14352)
2. „SparkFun Qwiic Connector“(https://www.sparkfun.com/products/14427)
3. SparkFun AS7263 NIR spektrinis jutiklis (https://www.sparkfun.com/products/14351)
4. 4 x VCC 6150 lempos 5V.06A (kaitrinės lemputės) (https://www.mouser.com/)
5. 2 x momentiniai mygtukai
6. 2 x 10 kOhm rezistoriai
7. DC Barrel Jack Female (https://www.sparkfun.com/products/10288)
8. HC-05 „Bluetooth“modulis (https://www.amazon.com/)
9. Maitinimo jungiklis
10. Kietojo kūno relė (AD-SSR6M12-DC-200D) (https://www.automationdirect.com/)
11. 1/2 "PVC dangtelis
12. 1/2 "x 1/2" x 3/4 "PVC marškinėliai
13. Amatų dėžė (pomėgių fojė)
14. Arduino Uno
15. Bandytojas
16. 5V 2A maitinimo šaltinis (https://www.adafruit.com/product/276)

17. USB kabelis - standartinis A -B (programavimo kabelis)

Pastabos apie medžiagas

VCC 6150 lempos - tai kaitrinės lemputės, pasirinktos dėl didelės infraraudonųjų spindulių galios. Kaitinamosios lemputės naudojamos vietoj LED lemputės, pateiktos AS7263 modulyje, nes įmontuotas šviesos diodas neskleidžia infraraudonųjų spindulių, reikalingų atspindėti kavos pupeles ir vėliau turi būti matuojamas jutikliu. Be to, svarbu pažymėti, kad šios konstrukcijos kaitrinės lemputės maitinamos iš 5V 2A maitinimo šaltinio ir yra valdomos „Arduino“per relę. „SparkFun“turi du įmontuotus litavimo kaiščius AS7263 modulyje, kad galėtų maitinti ir valdyti papildomą šviesos šaltinį, tačiau šie kaiščiai nenaudojami, nes jie nesuteikia pakankamai įtampos ar srovės stiprio, kad galėtų pakankamai maitinti pasirinktas kaitrines lemputes.

„SparkFun Qwiic Shield“- šis skydas naudojamas dėl galimybės lengvai prisijungti prie AS7263 jutiklio per „Qwicc“jungtį. Skydas taip pat suteikia 3,3 V loginio lygio perjungimą ir didelę prototipų sritį.

Kietojo kūno relė - tokia relė buvo pasirinkta dėl greito ir tylaus perjungimo galimybių, tačiau ji yra brangi ir nereikalinga, nes veiktų ir standartinė elektros relė. Jei naudojama standartinė elektros relė, kodą gali tekti pakeisti, kad sulėtėtų mėginių ėmimo ir kalibravimo procesas.

PVC dydis - PVC dydis buvo pasirinktas dėl rankoje esančio bandiklio skersmens ir turėtų būti pakeistas, jei naudojamas kito dydžio bandiklis.

„HC-05 Bluetooth“modulis-nurodymai (https://www.instructables.com/id/How-to-Set-AT-Command-Mode-for-HC-05-Bluetooth-Mod/) buvo naudojami norint pakeisti baudą modulio dažnis nuo 9600 iki 115200, kad atitiktų AS7263 duomenų perdavimo spartą.

2 žingsnis: laidų schema

S1 - maitinimo jungiklis

SSR1 - kietojo kūno relė

B1 - mėginių ėmimo mygtukas

B2 - kalibravimo mygtukas

R1 - 10 kOhm rezistorius

R2 - 10 kOhm rezistorius

L1, L2, L3, L4 - kaitrinės lemputės

3 žingsnis: Nešviečiančių lempučių montavimas prie AS7263

Buvo pagamintas 3D spausdintas tvirtinimo žiedas (pateikiamas STL), skirtas lempoms laikyti aplink jutiklį. Lempos buvo sujungtos lygiagrečiai ir buvo naudojami karšti klijai, kad lempų laidai nesiliestų. Vietoj karštų klijų galima naudoti skystos gumos izoliaciją. Toliau buvo naudojami maži laidai, skirti pritvirtinti tvirtinimo žiedą prie jutiklio, susiejant laidus per skyles, esančias jutiklyje.

4 žingsnis: Surinkite „Tryer Port“

PVC dangtelio gale buvo išgręžta skylė, skirta akimirksniu paspausti mygtuką. 3/4 colio PVC marškinėlių pusė buvo nukirpta ir užtrauktukai buvo naudojami jutikliui pritvirtinti prie bandomojo prievado. Gali būti, kad marškinėlio ilgį reikės pakoreguoti, kad jis atitiktų bandytojo dydį. prie PVC pusės, kad pupelių mėginys bandytuve būtų suderintas su jutikliu.

5 veiksmas: kietojo kūno relės ir maitinimo jungiklio prijungimas

Žibintai buvo prijungti nuosekliai su kietojo kūno relė ir nuolatinės srovės statinės lizdu.

„Qwiic“skydo „Vin“buvo prijungtas prie nuolatinės srovės statinės lizdo per maitinimo jungiklį.

„Qwiic“skydo įžeminimas buvo prijungtas prie DC statinės lizdo žemės.

6 žingsnis: Kalibravimo mygtuko prijungimas

Kalibravimo mygtukas buvo prijungtas prie maitinimo, „Digital 2“ir įžemintas naudojant rezistorių.

7 žingsnis: mėginių ėmimo mygtuko prijungimas

Mėginių ėmimo mygtukas buvo prijungtas prie maitinimo, „Digital 3“ir įžemintas naudojant rezistorių.

8 žingsnis: Įvesties prijungimas prie kietojo kūno relės

Kietojo kūno relės įvesties pusė buvo prijungta prie „Digital 5“ir įžeminta.

9 veiksmas: „Bluetooth“modulio prijungimas

„Bluetooth“modulis buvo prijungtas pagal pateiktą prijungimo schemą.

VCC - 5V

RXD - skaitmeninis 11

TXD - skaitmeninis 10

GND - GND

10 žingsnis: kodas

Programavimo kabeliu įkelkite pateiktą kodą į „Arduino Uno“.

Kaip nuoroda „SparkFun“pateikia AS726x paleidimo vadovą (https://learn.sparkfun.com/tutorials/as726x-nirvi)

ATSARGIAI !! Bandydami kodą įsitikinkite, kad „Arduino“negauna energijos tiek iš 5 V maitinimo šaltinio, tiek iš programavimo kabelio. Tai iškeps Arduino

11 veiksmas: rezultatų rodymas per „Bluetooth“

Jei norite matyti „Bluetooth“rezultatus, atsisiųskite „Bluetooth Electronics“iš „Google Play“parduotuvės keuwlsoft. Išsaugokite failą „DegreeOfRoastInfraRedAnalyzer.kwl“į „Keulsoft“aplanką „Bluetooth“įrenginio vidinėje atmintyje. Norėdami įkelti „kwl“failą, programoje naudokite išsaugojimo piktogramą. Tada prisijunkite prie „HC-05“„Bluetooth“modulio ir paleiskite įkeltą failą.

12 žingsnis: Išvados

Bangos ilgio legenda:

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

AS7263 NIR jutiklis buvo naudojamas išmatuoti kavos pupelių spektrinį atspindį 6 skirtingais bangų ilgiais neskrudintoms kavoms, taip pat šviesiems, vidutiniams ir tamsiems kepsniams. Jutiklio rezultatai rodo, kad infraraudonųjų spindulių atspindys mažėja didėjant skrudinimo laipsniui visuose išbandytuose bangos ilgiuose. Nustatyta, kad bangos ilgis su didžiausiu svyravimu pagal skrudinimo laipsnį yra 860 nm. Ši sistema suteikia greitą ir paprastą naudoti pagrindą matuoti kavos pupelių skrudinimo laipsnį neprisijungus. Šio jutiklio duomenys suteiks kavos skrudintuvams papildomą kokybės kontrolės metodą, užtikrindami pakartojamus kepsnius ir sumažindami žmogiškųjų klaidų skaičių. Reikia toliau dirbti, kad infraraudonųjų spindulių duomenys būtų susieti su pramonės standartais.

13 žingsnis: ypatinga padėka…

• Dr Timothy Bowser - patarėjas
• Dr Ning Wang - komiteto narys
• Paulius Weckleris - komiteto narys
• Danas Jolliffas - „US Roaster Corp.
• Connor Cox - Oklahomos mokslo ir technologijų tobulinimo centras
• Oklahomos valstybinio universiteto Biosistemų ir žemės ūkio inžinerijos katedra, Stillwater, OK
• Maisto ir žemės ūkio produktų centras Oklahomos valstijos universitete, Stillwater, OK