Ijazah Penganalisis Inframerah Panggang untuk Pemanggang Kopi: 13 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:10

Pengenalan

Kopi adalah minuman yang dimakan di seluruh dunia kerana sifat sensori dan fungsinya. Rasa kopi, aroma, kafein dan kandungan antioksidan hanyalah beberapa kualiti yang menjadikan industri kopi begitu berjaya. Walaupun asal, kualiti, dan spesies kacang hijau mempengaruhi kualiti produk akhir, pemanggangan kopi adalah faktor yang paling berpengaruh.

Biasanya, semasa memanggang, tuan panggang (individu yang sangat terlatih) menggunakan sifat kacang seperti suhu, tekstur, bau, suara, dan warna untuk menilai dan menyesuaikan panggang dengan sewajarnya. Setelah memanggang, biji kopi dinilai untuk memastikan kualiti kacang. Agtron Process Analyzer adalah instrumen standard industri yang digunakan untuk mengukur tahap biji kopi roastof menggunakan spektrofotometri ringkasan inframerah dekat. Tahap panggang pada dasarnya adalah pengukuran kualiti kopi berdasarkan sejauh mana haba yang dipindahkan semasa panggang dan mengkategorikan kopi menjadi panggang ringan, sederhana dan gelap.

Baru-baru ini terdapat pertumbuhan syarikat pemanggang kecil yang menawarkan panggang dalaman. Syarikat-syarikat ini mencari alternatif yang lebih murah untuk mengambil dan melatih roast master atau menggunakan Agtron Process Analyzer yang mahal. Ijazah Penganalisis Inframerah Panggang untuk Pemanggang Kopi, seperti yang dijelaskan dalam dokumen ini, dimaksudkan untuk menjadi alat yang murah untuk mengukur derajat biji kopi panggang. Degree of Roast Infrared Analyzer menggunakan pencuba, alat yang terdapat pada pemanggang kopi yang digunakan untuk mencuba kopi semasa memanggang, untuk memegang sampel kopi. Pencuba dimasukkan ke dalam penganalisis di mana sensor Spektral NIR AS7263 digunakan untuk mengukur 6 jalur inframerah yang berbeza (610, 680, 730, 760, 810, dan 860nm). Pengukuran pantulan dihantar melalui Bluetooth dan kemudian dapat dihubungkan dengan tahap panggang. Penganalisis mesti dikalibrasi terlebih dahulu dengan menekan butang di bahagian dalam kotak di mana PVC digunakan sebagai keseimbangan putih kerana ia mempunyai pantulan yang agak rata dalam jarak spektrum yang dikesan oleh sensor.

Langkah 1: Bahan

Senarai Bahan

1. SparkFun Qwiic Shield (https://www.sparkfun.com/products/14352)
2. Penyambung SparkFun Qwiic (https://www.sparkfun.com/products/14427)
3. Sensor Spectral SparkFun AS7263 NIR (https://www.sparkfun.com/products/14351)
4. 4 x Lampu VCC 6150 5V.06A (Mentol Pijar) (https://www.mouser.com/)
5. 2 x butang Tekan sesaat
6. 2 x 10kOhm Perintang
7. DC Barrel Jack Female (https://www.sparkfun.com/products/10288)
8. Modul Bluetooth HC-05 (https://www.amazon.com/)
9. Suis kuasa
10. Relay Keadaan Pepejal (AD-SSR6M12-DC-200D) (https://www.automationdirect.com/)
11. Cap PVC 1/2"
12. Tee PVC 1/2 "x 1/2" x 3/4"
13. Kotak Kraf (Lobi Hobi)
14. Arduino Uno
15. Pencuba
16. Bekalan kuasa 5V 2A (https://www.adafruit.com/product/276)

17. Kabel USB - Standard A-B (Kabel Pengaturcaraan)

Catatan mengenai Bahan

Lampu VCC 6150 - Ini adalah lampu pijar yang dipilih kerana output inframerahnya yang tinggi. Mentol pijar digunakan sebagai ganti lampu LED yang disediakan pada modul AS7263 kerana LED onboard tidak memancarkan output inframerah yang diperlukan untuk memantulkan biji kopi dan kemudian diukur oleh sensor. Selain itu, penting untuk diperhatikan bahawa dalam reka bentuk ini lampu pijar dihidupkan dari sumber kuasa 5V 2A dan dikendalikan oleh Arduino melalui geganti. SparkFun menyediakan dua pin pematerian onboard pada modul AS7263 untuk tujuan menghidupkan dan mengawal sumber cahaya tambahan, namun pin ini tidak digunakan kerana tidak memberikan voltan atau ampere yang mencukupi untuk memberi kuasa kepada mentol pijar yang dipilih.

SparkFun Qwiic Shield - Perisai ini digunakan kerana kemampuannya dengan mudah menyambung ke sensor AS7263 melalui penyambung Qwicc. Perisai juga menyediakan peralihan tahap logik 3.3V dan kawasan prototaip yang besar.

Solid State Relay - Relay jenis ini dipilih kerana keupayaan menukarnya dengan cepat dan senyap, namun, ia mahal dan tidak perlu kerana relay elektrik standard juga berfungsi. Sekiranya menggunakan geganti elektrik standard, kodnya mungkin perlu diubah untuk memperlahankan proses pensampelan dan penentukuran.

Saiz PVC - Ukuran PVC dipilih kerana diameter pencuba di tangan dan harus diubah jika menggunakan pencuba ukuran yang berbeza.

Modul Bluetooth HC-05 - Instruksional (https://www.instructables.com/id/How-to-Set-AT-Command-Mode-for-HC-05-Bluetooth-Mod/) digunakan untuk mengubah baud kadar modul dari 9600 hingga 115200 agar sepadan dengan kadar baud AS7263.

Langkah 2: Diagram Pendawaian

S1 - Suis Kuasa

SSR1 - Relay Keadaan Pepejal

B1 - Butang Pensampelan

B2 - Butang Penentukuran

Perintang R1 - 10kOhm

Perintang R2 - 10kOhm

L1, L2, L3, L4 - Mentol Pijar

Langkah 3: Memasang Mentol Pijar ke AS7263

Cincin pemasangan dicetak 3D (disediakan STL) untuk menahan lampu di sekitar sensor. Lampu dikabel secara selari dan gam panas digunakan untuk menjaga agar lampu tidak saling bersentuhan. Penebat getah cair boleh digunakan sebagai ganti gam panas. Seterusnya, kabel kecil digunakan untuk mengikat cincin pemasangan ke sensor dengan mengikat wayar melalui lubang yang disediakan pada sensor.

Langkah 4: Pasang Pelabuhan Pencuba

Lubang digerudi ke bahagian belakang penutup PVC untuk menampung butang tekan sesaat. Bahagian 3/4 tee PVC dipotong dan ikatan zip digunakan untuk mengamankan sensor ke port pencuba. Panjang tee mungkin perlu disesuaikan untuk menampung ukuran pencuba. Takik dimasukkan ke dalam bahagian tepi tee PVC untuk menyelaraskan sampel kacang dalam pencuba dengan sensor.

Langkah 5: Pendawaian Relay Keadaan Pepejal dan Suis Kuasa

Lampu dari kabel disambung secara bersiri dengan relay keadaan pepejal dan bicu tong DC.

Vin pada pelindung Qwiic disambungkan ke soket tong DC melalui suis kuasa.

Tanah di perisai Qwiic dihubungkan ke tanah jack laras DC.

Langkah 6: Pendawaian Butang Penentukuran

Butang penentukuran disambungkan ke kuasa, Digital 2, dan arde menggunakan perintang.

Langkah 7: Pendawaian Butang Pensampelan

Butang pensampelan disambungkan ke kuasa, Digital 3, dan tanah menggunakan perintang.

Langkah 8: Pendawaian INPUT ke Relay Keadaan Pepejal

Bahagian input relay keadaan pepejal disambungkan ke Digital 5 dan ground.

Langkah 9: Pendawaian Modul Bluetooth

Modul Bluetooth dikabelkan mengikut rajah pendawaian yang disediakan.

VCC - 5V

RXD - Digital 11

TXD - Digital 10

GND - GND

Langkah 10: Kod

Muat naik kod yang diberikan ke Arduino Uno menggunakan kabel pengaturcaraan.

Sebagai rujukan, SparkFun menyediakan panduan permulaan untuk AS726x (https://learn.sparkfun.com/tutorials/as726x-nirvi)

AWAS !! Semasa menguji kod, pastikan Arduino tidak menerima kuasa dari kedua-dua bekalan kuasa 5V DAN kabel pengaturcaraan. Ini akan menggoreng Arduino

Langkah 11: Memaparkan Hasil Melalui Bluetooth

Untuk memaparkan hasil Bluetooth, muat turun Bluetooth Electronics oleh keuwlsoft dari Google Play Store. Simpan fail DegreeOfRoastInfraRedAnalyzer.kwl ke folder keulsoft dalam storan dalaman peranti Bluetooth. Gunakan ikon simpan dalam aplikasi untuk memuatkan fail kwl. Seterusnya, sambungkan ke Modul Bluetooth HC-05 dan jalankan fail yang dimuat.

Langkah 12: Kesimpulan

Legenda Panjang Gelombang:

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

Sensor NIR AS7263 digunakan untuk mengukur pantulan spektrum biji kopi pada 6 panjang gelombang yang berbeza untuk kopi yang tidak dipanggang serta pemanggang ringan, sederhana, dan gelap. Hasil dari sensor menunjukkan bahawa pantulan inframerah menurun dengan tahap panggang yang lebih tinggi di semua panjang gelombang yang diuji. Panjang gelombang dengan variasi terbesar sesuai dengan tahap panggang didapati 860nm. Sistem ini menyediakan asas yang cepat dan mudah digunakan untuk pengukuran luar talian tahap panggang biji kopi. Data dari sensor ini akan memberikan pemanggang kopi kaedah tambahan kawalan kualiti dengan memastikan pemanggangan berulang dan mengurangkan kesalahan manusia. Kerja lebih lanjut perlu dilakukan untuk menghubungkan data inframerah dengan standard industri.

Langkah 13: Terima Kasih Khas…

• Dr. Timothy Bowser - Penasihat
• Ning Wang - Ahli Jawatankuasa
• Paul Weckler - Ahli Jawatankuasa
• Dan Jolliff - US Roaster Corp.
• Connor Cox - Pusat Kemajuan Sains dan Teknologi Oklahoma
• Jabatan Kejuruteraan Biosystem dan Pertanian di Oklahoma State University, Stillwater, OK
• Pusat Makanan dan Hasil Pertanian di Oklahoma State University, Stillwater, OK