Degree of Roast Infrared Analyzer for Coffee Roasters: 13 Steps (with Pictures)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:45

Introduktion

Kaffe är en dryck som konsumeras runt om i världen för både sina sensoriska och funktionella egenskaper. Kaffets smak, arom, koffein och antioxidantinnehåll är bara några kvaliteter som har gjort kaffebranschen så framgångsrik. Medan de gröna bönornas ursprung, kvalitet och art alla påverkar slutproduktens kvalitet, är rostning av kaffe den mest inflytelserika faktorn.

Normalt använder stekmästaren (en högutbildad individ) egenskaperna hos bönorna under rostning, såsom temperatur, konsistens, lukt, ljud och färg för att utvärdera och justera steken i enlighet därmed. Efter rostning bedöms kaffebönorna för att säkerställa bönkvaliteten. Agtron Process Analyzer är ett branschstandardinstrument som används för att mäta graden av roastof kaffebönor med nära infraröd förkortad spektrofotometri. Stekgraden är i huvudsak ett mått på kaffets kvalitet baserat på värmen som överförs under steken och kategoriserar kaffe i ljusa, medelstora och mörka stekar.

Det har nyligen skett en tillväxt av små rostningsföretag som erbjuder skräddarsydda egna stekar. Dessa företag letar efter billigare alternativ till att anställa och utbilda en stekmästare eller använda den dyra Agtron Process Analyzer. Degree of Roast Infrared Analyzer for Coffee Roasters, som beskrivs i detta dokument, är tänkt att vara ett billigt sätt att mäta graden av rostning av kaffebönor. Degree of Roast Infrared Analyzer använder en provare, ett verktyg som finns på kafferosterier som används för att prova kaffet under rostningen, för att hålla ett prov av kaffe. Försökaren sätts in i analysatorn där AS7263 NIR Spectral -sensorn används för att mäta 6 olika infraröda band (610, 680, 730, 760, 810 och 860nm). Reflektansmätningarna överförs via Bluetooth och kan sedan korreleras med graden av stekning. Analysatorn måste först kalibreras genom att trycka på en knapp på insidan av lådan där PVC används som vitbalans eftersom den har en relativt platt reflektans i spektralområdet som detekteras av sensorn.

Steg 1: Material

Lista över material

1. SparkFun Qwiic Shield (https://www.sparkfun.com/products/14352)
2. SparkFun Qwiic -kontakt (https://www.sparkfun.com/products/14427)
3. SparkFun AS7263 NIR Spectral Sensor (https://www.sparkfun.com/products/14351)
4. 4 x VCC 6150 lampor 5V.06A (glödlampor) (https://www.mouser.com/)
5. 2 x tillfälliga tryckknappar
6. 2 x 10 kOhm motstånd
7. DC Barrel Jack Female (https://www.sparkfun.com/products/10288)
8. HC-05 Bluetooth-modul (https://www.amazon.com/)
9. Strömbrytare
10. Solid State-relä (AD-SSR6M12-DC-200D) (https://www.automationdirect.com/)
11. 1/2 "PVC -lock
12. 1/2 "x 1/2" x 3/4 "PVC Tee
13. Craft Box (hobbylobby)
14. Arduino Uno
15. Tryer
16. 5V 2A strömförsörjning (https://www.adafruit.com/product/276)

17. USB -kabel - Standard A -B (programmeringskabel)

Anmärkningar om material

VCC 6150 lampor - Dessa är glödlampor som valts på grund av deras höga infraröda effekt. Glödlamporna används istället för LED -lampan på AS7263 -modulen eftersom den inbyggda lysdioden inte avger den infraröda utgången som behövs för att reflektera från kaffebönorna och därefter mäts av sensorn. Dessutom är det viktigt att notera att i denna design drivs glödlamporna från 5V 2A strömkälla och styrs av Arduino via ett relä. SparkFun tillhandahåller två inbyggda lödstift på AS7263 -modulen i syfte att driva och styra en hjälpljuskälla, men dessa stift används inte eftersom de inte ger tillräckligt med spänning eller strömstyrka för att tillräckligt driva de valda glödlamporna.

SparkFun Qwiic Shield - Denna skärm används på grund av dess förmåga att enkelt ansluta till AS7263 -sensorn via en Qwicc -kontakt. Skölden ger också både 3.3V logisk nivåförskjutning och ett stort prototypområde.

Solid State Relay - Denna typ av relä valdes på grund av dess snabba och tysta omkopplingsmöjligheter, men det är dyrt och onödigt, eftersom ett vanligt elrelä också skulle fungera. Om du använder ett vanligt elrelä kan koden behöva ändras för att bromsa provtagnings- och kalibreringsprocessen.

PVC -storlek - PVC -storleken valdes på grund av diametern på försökaren till hands och bör ändras om du använder en annan storlekstestare.

HC-05 Bluetooth-modul-En instruktion (https://www.instructables.com/id/How-to-Set-AT-Command-Mode-for-HC-05-Bluetooth-Mod/) användes för att ändra baud modulens hastighet från 9600 till 115200 för att matcha överföringshastigheten för AS7263.

Steg 2: Anslutningsdiagram

S1 - Strömbrytare

SSR1 - Solid State Relay

B1 - Provtagningsknapp

B2 - Kalibreringsknapp

R1 - 10kOhm motstånd

R2 - 10kOhm motstånd

L1, L2, L3, L4 - Glödlampor

Steg 3: Montera Incadesent Glödlampor på AS7263

En 3D -tryckt monteringsring (medföljer STL) gjordes för att hålla lamporna runt sensorn. Lamporna var parallellkopplade och hett lim användes för att hålla lamporna från att röra varandra. Flytande gummiisolering kan användas istället för varmt lim. Därefter användes små trådar för att fästa monteringsringen till sensorn genom att binda trådarna genom hålen på sensorn.

Steg 4: Montera Tryer -porten

Ett hål borrades på baksidan av PVC -locket för att rymma den tillfälliga tryckknappen. 3/4 -sidan av PVC -tröjan klipptes av och dragkedjor användes för att fästa sensorn i försöksporten. T -längden kan behöva justeras för att passa storleken på försökaren. Ett hack sattes i babordssidan på PVC -tee för att anpassa bönprovet i försökaren till sensorn.

Steg 5: Anslutning av halvledarrelä och strömbrytare

Ljusen från kabeln var seriekopplade med solid state -relä och DC -fatuttaget.

Vin på Qwiic -skölden var ansluten till DC -fatuttaget via en strömbrytare.

Marken på Qwiic -skölden var ansluten till marken på DC -fatuttaget.

Steg 6: Anslutning av kalibreringsknappen

Kalibreringsknappen var ansluten till ström, Digital 2 och jordad med ett motstånd.

Steg 7: Anslutning av provtagningsknappen

Samplingsknappen var ansluten till ström, Digital 3 och jordad med ett motstånd.

Steg 8: Anslut ingången till halvledarreläet

Ingångssidan för halvledarreläet kopplades till Digital 5 och jordades.

Steg 9: Anslut Bluetooth -modulen

Bluetooth -modulen var ansluten enligt det medföljande kopplingsschemat.

VCC - 5V

RXD - Digital 11

TXD - Digital 10

GND - GND

Steg 10: Kod

Ladda upp koden till Arduino Uno med programmeringskabeln.

Som referens tillhandahåller SparkFun en startguide för AS726x (https://learn.sparkfun.com/tutorials/as726x-nirvi)

VARNING!! När du testar koden, se till att Arduino inte får ström från både 5V -strömförsörjningen OCH programmeringskabeln. Detta kommer att steka Arduino

Steg 11: Visa resultat via Bluetooth

För att visa Bluetooth -resultaten, ladda ner Bluetooth Electronics från keuwlsoft från Google Play Store. Spara filen DegreeOfRoastInfraRedAnalyzer.kwl i mappen keulsoft i Bluetooth -enhetens interna lagring. Använd ikonen Spara i appen för att ladda kwl -filen. Anslut sedan till HC-05 Bluetooth-modulen och kör den laddade filen.

Steg 12: Slutsatser

Våglängdsförklaring:

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

AS7263 NIR -sensorn användes för att mäta spektralreflektansen hos kaffebönor vid 6 olika våglängder för orostat kaffe samt ljusa, medelstora och mörka stekar. Resultaten från sensorn visar att infraröd reflektans minskar med högre grader av stek över alla testade våglängder. Våglängden med den största variationen i enlighet med rostningsgraden befanns vara 860 nm. Detta system ger en snabb och lättanvänd grund för offlinemätning av rostgraden av kaffebönor. Data från denna sensor kommer att ge kafferostar en ytterligare metod för kvalitetskontroll genom att säkerställa repeterbara stekningar och minska mänskliga misstag. Ytterligare arbete måste göras för att korrelera den infraröda informationen till branschstandarder.

Steg 13: Ett särskilt tack till…

• Dr Timothy Bowser - rådgivare
• Dr Ning Wang - kommittémedlem
• Dr Paul Weckler - kommittémedlem
• Dan Jolliff - US Roaster Corp.
• Connor Cox - Oklahoma Center for the Advancement of Science and Technology
• Institutionen för biosystem och lantbruksteknik vid Oklahoma State University, Stillwater, OK
• Food and Agricultural Products Center vid Oklahoma State University, Stillwater, OK