תואר מנתח אינפרא אדום צלוי לצליית קפה: 13 שלבים (עם תמונות)

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:16

מבוא

קפה הוא משקה הנצרך ברחבי העולם הן בזכות התכונות החושיות והן מבחינת התפקוד שלו. טעם, ארומה, קפאין ותכולת נוגדי חמצון הם רק כמה תכונות שהפכו את תעשיית הקפה למוצלחת כל כך. בעוד שמקורן, איכותן והמינים של שעועית ירוקה משפיעים כולם על איכות המוצר הסופי, קליית הקפה היא הגורם המשפיע ביותר.

בדרך כלל, במהלך הצלייה, מאסטר הצלי (אדם בעל הכשרה גבוהה) משתמש במאפיינים של השעועית כגון טמפרטורה, מרקם, ריח, צליל וצבע כדי להעריך ולהתאים את הצלי בהתאם. לאחר הצלייה, פולי הקפה מוערכים על מנת להבטיח את איכות השעועית. מנתח התהליך Agtron הוא מכשיר סטנדרטי בתעשייה המשמש למדידת מידת פולי הקפה הרוסטה באמצעות ספקטרופוטומטריה מקוצרת כמעט אינפרא אדומה. מידת הצלי היא בעצם מדידה של איכות הקפה על בסיס מידת החום המועברת במהלך הצליה ומקטלגת את הקפה לצלי בהיר, בינוני וכהה.

לאחרונה חלה צמיחה של חברות צלייה קטנות המציעות צלי ביתי בהתאמה אישית. חברות אלו מחפשות חלופות זולות יותר לשכור ולהכשיר מאסטר צלי או להשתמש במנתח התהליך היקר של Agtron. התואר של מנתח אינפרא אדום צלוי לקליית קפה, כמתואר במסמך זה, נועד להיות אמצעי לא יקר למדידת מידת הצלייה של פולי הקפה. התואר של מנתח אינפרא אדום צלוי משתמשת בוחן, כלי שנמצא על קליות קפה המשמשות לדגימת הקפה במהלך הצלייה, כדי להחזיק דגימת קפה. המנסה מוכנס למנתח שבו נעשה שימוש בחיישן AS7263 NIR ספקטרלי למדידת 6 רצועות אינפרא אדום שונות (610, 680, 730, 760, 810 ו- 860nm). מדידות ההחזר מועברות באמצעות בלוטות 'ולאחר מכן ניתן לתאם אותן למידת הצלי. תחילה יש לכייל את המנתח על ידי לחיצה על כפתור בחלק הפנימי של הקופסה שבה משמש ה- PVC כמאזן לבן מכיוון שיש לו השתקפות שטוחה יחסית בטווח הספקטרום שזוהה על ידי החיישן.

שלב 1: חומרים

רשימת חומרים

1. SparkFun Qwiic Shield (https://www.sparkfun.com/products/14352)
2. מחבר Qwiic SparkFun (https://www.sparkfun.com/products/14427)
3. חיישן ספקטרלי NIR SparkFun AS7263 (https://www.sparkfun.com/products/14351)
4. 4 x מנורות VCC 6150 5V.06A (נורות ליבון) (https://www.mouser.com/)
5. 2 x כפתורי לחיצה רגעיים
6. 2 x 10kOhm נגדים
7. נקבת DC Barrel Jack נקבה (https://www.sparkfun.com/products/10288)
8. מודול בלוטות 'HC-05 (https://www.amazon.com/)
9. מתג הפעלה
10. ממסר מצב מוצק (AD-SSR6M12-DC-200D) (https://www.automationdirect.com/)
11. כובע PVC 1/2"
12. טי שקית PVC בגודל 1/2 "x 1/2" x 3/4"
13. קופסת יצירה (לובי תחביב)
14. ארדואינו אונו
15. מנסה
16. ספק כוח 5V 2A (https://www.adafruit.com/product/276)

17. כבל USB - A -B רגיל (כבל תכנות)

הערות על חומרים

מנורות VCC 6150 - אלו נורות ליבון שנבחרו בגלל תפוקת האינפרא אדום הגבוהה שלהן. נורות הליבון משמשות במקום נורת ה- LED המסופקת במודול AS7263 מכיוון שהנורית המשולבת אינה פולטת את פלט האינפרא אדום הדרוש כדי לשקף את פולי הקפה ולמדוד לאחר מכן על ידי החיישן. בנוסף, חשוב לציין כי בעיצוב זה נורות הליבון מופעלות ממקור הכוח 5V 2A ונשלטות על ידי הארדואינו באמצעות ממסר. SparkFun מספקת שני סיכות הלחמה מובנית על מודול AS7263 לצורך הפעלת ושליטה על מקור אור עזר, אולם סיכות אלה אינן משמשות מכיוון שהן אינן מספקות מספיק מתח או אמפר בכדי לספק מספיק כוח לנורות הליבון שנבחרו.

SparkFun Qwiic Shield - מגן זה משמש בגלל יכולתו להתחבר בקלות לחיישן AS7263 באמצעות מחבר Qwicc. המגן מספק גם הסטה ברמת לוגיקה של 3.3V וגם אזור אב טיפוס גדול.

ממסר מצב מוצק - ממסר מסוג זה נבחר בגלל יכולות ההחלפה המהירות והשקטות שלו, אולם הוא יקר ומיותר מכיוון שממסר חשמלי רגיל יעבוד גם כן. אם משתמשים בממסר חשמלי רגיל, ייתכן שיהיה צורך לשנות את הקוד כדי להאט את תהליך הדגימה והכיול.

גודל PVC - גודל PVC נבחר בגלל קוטר המנסה בהישג יד ויש לשנותו אם משתמשים במנסה בגודל אחר.

מודול Bluetooth HC-05-הוראות שימוש (https://www.instructables.com/id/How-to-Set-AT-Command-Mode-for-HC-05-Bluetooth-Mod/) שימשו לשינוי השידור שיעור המודול מ- 9600 עד 115200 כך שיתאים לקצב השידור של AS7263.

שלב 2: תרשים חיווט

S1 - מתג הפעלה

SSR1 - ממסר מצב מוצק

B1 - לחצן דגימה

B2 - לחצן כיול

התנגדות R1 - 10kOhm

הנגד R2 - 10kOhm

L1, L2, L3, L4 - נורות ליבון

שלב 3: הרכבת נורות גלויות ל- AS7263

טבעת הרכבה מודפסת תלת -ממדית (מסופק STL) נוצרה כדי להחזיק את המנורות סביב החיישן. המנורות חוברו במקביל והשתמשו בדבק חם כדי למנוע מהפניות של המנורות לגעת אחת בשנייה. ניתן להשתמש בבידוד גומי נוזלי במקום בדבק חם. לאחר מכן, חוטים זעירים שימשו לאבטחת טבעת ההרכבה לחיישן על ידי קשירת החוטים דרך החורים המסופקים על החיישן.

שלב 4: הרכיב את יציאת ה- Tryer

נקבע חור בחלק האחורי של מכסה ה- PVC כדי להתאים ללחצן הלחיצה הרגעי. הצד בגודל 3/4 אינץ 'של טי ה- PVC נותק וקשרי רוכסן שימשו לחיזוק החיישן ליציאת המנסה. ייתכן שיהיה צורך להתאים את אורך הטי על מנת להתאים לגודל המנסה. נקבע חריץ. בצד הנמל של טי ה- PVC כדי ליישר את דגימת השעועית במנסה עם החיישן.

שלב 5: חיווט ממסר מצב המתג ומתג ההפעלה

האורות מהן היו מחוברים בסדרות עם ממסר מצב מוצק ושקע חבית DC.

הווין במגן Qwiic היה מחובר לשקע חבית DC באמצעות מתג הפעלה.

הקרקע על המגן Qwiic הייתה מחוברת לקרקע של שקע הקנה DC.

שלב 6: חיווט כפתור הכיול

כפתור הכיול היה מחובר לחשמל, Digital 2, וקרקע באמצעות נגד.

שלב 7: חיווט כפתור הדגימה

כפתור הדגימה היה מחובר לחשמל, Digital 3, ונטחן באמצעות נגד.

שלב 8: חיווט הקלט לממסר מצב מוצק

צד הכניסה של ממסר המצב המוצק היה מחובר לדיגיטל 5 וקרקע.

שלב 9: חיווט מודול ה- Bluetooth

מודול בלוטות 'היה מחוייב בהתאם לתרשים החיווט שסופק.

VCC - 5V

RXD - דיגיטלי 11

TXD - דיגיטלי 10

GND - GND

שלב 10: קוד

העלה את הקוד המסופק ל- Arduino Uno באמצעות כבל התכנות.

כהפניה, SparkFun מספק מדריך הפעלה ל- AS726x (https://learn.sparkfun.com/tutorials/as726x-nirvi)

זְהִירוּת!! בעת בדיקת הקוד וודא שהארדואינו אינו מקבל מתח הן מהספק 5V והן מכבל התכנות. זה יטגן את הארדואינו

שלב 11: הצגת תוצאות באמצעות Bluetooth

כדי להציג את תוצאות Bluetooth, הורד Bluetooth Electronics מאת keuwlsoft מחנות Google Play. שמור את הקובץ DegreeOfRoastInfraRedAnalyzer.kwl בתיקיית keulsoft באחסון הפנימי של התקן Bluetooth. השתמש בסמל השמירה באפליקציה כדי לטעון את קובץ kwl. לאחר מכן, התחבר למודול Bluetooth HC-05 והפעל את הקובץ הטעון.

שלב 12: מסקנות

אגדת אורך גל:

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

החיישן AS7263 NIR שימש למדידת ההשתקפות הספקטראלית של פולי קפה ב -6 אורכי גל שונים לקפה לא קלוי, כמו גם לצלות בהירות, בינוניות וכהות. התוצאות מהחיישן מראות כי ההחזר האינפרא אדום יורד עם דרגות צליה גבוהות יותר לאורך כל אורכי הגל שנבדקו. אורך הגל עם השונות הגדולה ביותר בהתאם למידת הצלי נמצא 860 ננומטר. מערכת זו מספקת בסיס מהיר וקל לשימוש למדידה לא מקוונת של מידת הצלייה של פולי הקפה. נתונים מחיישן זה יספקו לקליית קפה שיטה נוספת לבקרת איכות על ידי הבטחת צלי הניתנות החוזרות על עצמן וצמצום טעויות אנוש. יש לבצע עבודה נוספת להתאמת נתוני האינפרא אדום לסטנדרטים בתעשייה.

שלב 13: תודה מיוחדת ל…

• ד"ר טימותי באוזר - יועץ
• ד"ר נינג וואנג - חבר הוועדה
• ד"ר פול וקלר - חבר הוועדה
• דן ג'וליף - חברת הרוסטר האמריקאית
• קונור קוקס - מרכז אוקלהומה לקידום המדע והטכנולוגיה
• המחלקה לביו -מערכות והנדסה חקלאית באוניברסיטת אוקלהומה סטייט, סטילווטר, אוקיי
• מרכז המזון והמוצרים החקלאיים באוניברסיטת אוקלהומה סטייט, סטילווטר, OK