Kahve Kavurma Makineleri için Kızartma Kızılötesi Analiz Derecesi: 13 Adım (Resimlerle)

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:20

Tanıtım

Kahve, hem duyusal hem de fonksiyonel özellikleri nedeniyle tüm dünyada tüketilen bir içecektir. Kahvenin tadı, aroması, kafein ve antioksidan içeriği kahve endüstrisini bu kadar başarılı yapan özelliklerden sadece birkaçıdır. Yeşil fasulyenin menşei, kalitesi ve türü nihai ürünün kalitesini etkilerken, kahvenin kavrulması en etkili faktördür.

Tipik olarak, kavurma sırasında, kızartma ustası (yüksek eğitimli bir kişi), kavurmayı buna göre değerlendirmek ve ayarlamak için çekirdeklerin sıcaklık, doku, koku, ses ve renk gibi özelliklerini kullanır. Kavurma işleminden sonra kahve çekirdekleri, çekirdek kalitesinin sağlanması için değerlendirilir. Agtron Process Analyzer, yakın kızılötesi kısaltılmış spektrofotometri kullanarak kahve çekirdeklerinin kavrulma derecesini ölçmek için kullanılan endüstri standardı bir araçtır. Kavurma derecesi esas olarak kahvenin kalitesinin kavurma sırasında aktarılan ısının derecesine dayalı bir ölçümüdür ve kahveyi hafif, orta ve koyu kavrulmuş olarak sınıflandırır.

Son zamanlarda özel kurum içi kızartmalar sunan küçük kavurma şirketlerinde bir büyüme olmuştur. Bu şirketler, bir kızartma ustasını işe almak ve eğitmek ya da pahalı Agtron Process Analyzer'ı kullanmak için daha ucuz alternatifler arıyor. Bu belgede açıklandığı gibi Kahve Kavurma Makineleri için Kızartma Kızılötesi Analiz Cihazı Derecesi, kahve çekirdeklerinin kavrulma derecesini ölçmek için ucuz bir araç olarak düşünülmüştür. Kızartma Derecesi Kızılötesi Analiz Cihazı, kahve örneğini tutmak için kavurma sırasında kahveyi örneklemek için kullanılan kahve kavurma makinelerinde bulunan bir araç olan bir denek kullanır. Deneyici, AS7263 NIR Spektral sensörünün 6 farklı kızılötesi bandı (610, 680, 730, 760, 810 ve 860nm) ölçmek için kullanıldığı analizöre yerleştirilir. Yansıma ölçümleri Bluetooth aracılığıyla iletilir ve daha sonra kızartma derecesi ile ilişkilendirilebilir. Analizör, sensör tarafından algılanan spektral aralıkta nispeten düz bir yansımaya sahip olduğundan, beyaz dengesi olarak PVC'nin kullanıldığı kutunun iç kısmındaki bir düğmeye basılarak ilk önce kalibre edilmelidir.

Adım 1: Malzemeler

Malzeme Listesi

1. SparkFun Qwiic Shield (https://www.sparkfun.com/products/14352)
2. SparkFun Qwiic Bağlayıcı (https://www.sparkfun.com/products/14427)
3. SparkFun AS7263 NIR Spektral Sensör (https://www.sparkfun.com/products/14351)
4. 4 x VCC 6150 Lamba 5V.06A (Akkor Ampuller) (https://www.mouser.com/)
5. 2 x Anlık Butonlar
6. 2 x 10kOhm Dirençler
7. DC Barrel Jack Dişi (https://www.sparkfun.com/products/10288)
8. HC-05 Bluetooth Modülü (https://www.amazon.com/)
9. Güç düğmesi
10. Katı Hal Rölesi (AD-SSR6M12-DC-200D)(https://www.automationdirect.com/)
11. 1/2" PVC Kapak
12. 1/2" x 1/2" x 3/4" PVC Tişört
13. Craft Kutusu (Hobi Lobisi)
14. Arduino Uno
15. deneyen
16. 5V 2A güç kaynağı (https://www.adafruit.com/product/276)

17. USB Kablosu - Standart A-B (Programlama Kablosu)

Malzemeler Üzerine Notlar

VCC 6150 Lambalar - Bunlar, yüksek kızılötesi çıkışları nedeniyle seçilen akkor ampullerdir. AS7263 modülünde sağlanan LED ışığı yerine akkor ampuller kullanılır, çünkü yerleşik LED kahve çekirdeklerini yansıtmak ve daha sonra sensör tarafından ölçülmek için gereken kızılötesi çıktıyı yaymaz. Ek olarak, bu tasarımda akkor ampullerin 5V 2A güç kaynağından güç aldığını ve Arduino tarafından bir röle aracılığıyla kontrol edildiğini belirtmek önemlidir. SparkFun, yardımcı bir ışık kaynağına güç sağlamak ve kontrol etmek amacıyla AS7263 modülünde iki yerleşik lehimleme pimi sağlar, ancak bu pimler, seçilen akkor ampullere yeterince güç sağlamak için yeterli voltaj veya amper sağlamadıkları için kullanılmaz.

SparkFun Qwiic Shield - Bu kalkan, bir Qwicc konektörü aracılığıyla AS7263 sensörüne kolayca bağlanabilmesi nedeniyle kullanılır. Kalkan ayrıca hem 3.3V mantık seviyesi kaydırma hem de geniş bir prototipleme alanı sağlar.

Katı Hal Röle - Bu tür röle, hızlı ve sessiz anahtarlama yetenekleri nedeniyle seçilmiştir, ancak standart bir elektrik rölesi de çalışacağı için pahalı ve gereksizdir. Standart bir elektrik rölesi kullanılıyorsa, örnekleme ve kalibrasyon sürecini yavaşlatmak için kodun değiştirilmesi gerekebilir.

PVC ebadı - PVC ebadı, eldeki deneyicinin çapından dolayı seçilmiştir ve farklı bir ebat deneyici kullanılıyorsa değiştirilmelidir.

HC-05 Bluetooth Modülü - Baud'u değiştirmek için bir talimat (https://www.instructables.com/id/How-to-Set-AT-Command-Mode-for-HC-05-Bluetooth-Mod/) kullanıldı AS7263'ün baud hızıyla eşleşmesi için modülün hızı 9600'den 115200'e.

Adım 2: Bağlantı Şeması

S1 -- Güç Anahtarı

SSR1 -- Katı Hal Rölesi

B1 -- Örnekleme Düğmesi

B2 -- Kalibrasyon Düğmesi

R1 -- 10kOhm Direnç

R2 -- 10kOhm Direnç

L1, L2, L3, L4 -- Akkor Ampuller

Adım 3: Akkor Ampulleri AS7263'e Monte Etme

Lambaları sensörün etrafında tutmak için 3D baskılı bir montaj halkası (STL sağlanmıştır) yapılmıştır. Lambalar paralel olarak bağlandı ve lambaların uçlarının birbirine değmemesi için sıcak tutkal kullanıldı. Sıcak tutkal yerine sıvı kauçuk izolasyon kullanılabilir. Daha sonra, kabloları sensör üzerinde sağlanan deliklerden bağlayarak montaj halkasını sensöre sabitlemek için küçük teller kullanıldı.

Adım 4: Deneme Bağlantı Noktasını Birleştirin

Anlık basma düğmesini yerleştirmek için PVC kapağın arkasına bir delik açılmıştır. PVC tee'nin 3/4 tarafı kesilmiş ve sensörü deneme portuna sabitlemek için fermuarlar kullanılmıştır. Tişört uzunluğunun deneyicinin boyutuna uyacak şekilde ayarlanması gerekebilir. İçine bir çentik yerleştirildi deneme cihazındaki fasulye örneğini sensörle hizalamak için PVC tişörtün port tarafı.

Adım 5: Katı Hal Rölesini ve Güç Anahtarını Kablolama

Işıklar, katı hal rölesi ve DC varil jakı ile seri olarak kablolanmıştır.

Qwiic kalkanındaki Vin, bir güç anahtarı aracılığıyla DC namlu jakına bağlandı.

Qwiic kalkanındaki Toprak, DC namlu jakının toprağına bağlandı.

Adım 6: Kalibrasyon Düğmesini Kablolama

Kalibrasyon düğmesi, bir direnç kullanılarak güce, Dijital 2'ye ve toprağa bağlandı.

Adım 7: Örnekleme Düğmesini Kablolama

Örnekleme düğmesi, bir direnç kullanılarak güce, Dijital 3'e ve toprağa bağlanmıştır.

Adım 8: GİRİŞİ Katı Hal Rölesine Kablolama

Katı hal rölesinin giriş tarafı Dijital 5'e ve toprağa bağlanmıştır.

9. Adım: Bluetooth Modülünü Kablolama

Bluetooth Modülü sağlanan kablo şemasına göre kablolanmıştır.

VCC - 5V

RXD - Dijital 11

TXD - Dijital 10

GND - GND

Adım 10: Kod

Programlama kablosunu kullanarak sağlanan kodu Arduino Uno'ya yükleyin.

Referans olarak SparkFun, AS726x için bir başlangıç kılavuzu sağlar (https://learn.sparkfun.com/tutorials/as726x-nirvi)

DİKKAT!! Kodu test ederken Arduino'nun hem 5V güç kaynağından hem de programlama kablosundan güç almadığından emin olun. Bu Arduino'yu kızartacak

Adım 11: Bluetooth ile Sonuçların Görüntülenmesi

Bluetooth sonuçlarını görüntülemek için, Google Play Store'dan Bluetooth Electronics by keuwlsoft'u indirin. DegreeOfRoastInfraRedAnalyzer.kwl dosyasını Bluetooth cihazının dahili deposundaki keulsoft klasörüne kaydedin. Kwl dosyasını yüklemek için uygulamadaki kaydet simgesini kullanın. Ardından, HC-05 Bluetooth Modülüne bağlanın ve yüklenen dosyayı çalıştırın.

Adım 12: Sonuçlar

Dalga Boyu Efsanesi:

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

AS7263 NIR sensörü, kavrulmamış kahvenin yanı sıra hafif, orta ve koyu kavrulmuş kahveler için 6 farklı dalga boyunda kahve çekirdeklerinin spektral yansımasını ölçmek için kullanıldı. Sensörden elde edilen sonuçlar, test edilen tüm dalga boylarında daha yüksek kızartma dereceleriyle kızılötesi yansımanın azaldığını göstermektedir. Kızartma derecesine göre en büyük değişim gösteren dalga boyu 860nm olarak bulunmuştur. Bu sistem, kahve çekirdeklerinin kavrulma derecesinin çevrimdışı ölçümü için hızlı ve kullanımı kolay bir temel sağlar. Bu sensörden gelen veriler, kahve kavurma makinelerine, tekrarlanabilir kavurma sağlayarak ve insan hatasını azaltarak ek bir kalite kontrol yöntemi sağlayacaktır. Kızılötesi verileri endüstri standartlarıyla ilişkilendirmek için daha fazla çalışma yapılması gerekiyor.

Adım 13: Özel Bir Teşekkürler…

• Timothy Bowser -- Danışman
• Dr. Ning Wang -- Komite Üyesi
• Paul Weckler -- Komite Üyesi
• Dan Jolliff -- US Roastery Corp.
• Connor Cox - Oklahoma Bilim ve Teknolojinin İlerlemesi Merkezi
• Oklahoma Eyalet Üniversitesi, Stillwater, OK Biyosistem ve Ziraat Mühendisliği Bölümü
• Oklahoma Eyalet Üniversitesi'ndeki Gıda ve Tarım Ürünleri Merkezi, Stillwater, OK