Mức độ của Máy phân tích hồng ngoại rang cho các nhà rang cà phê: 13 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:34

Giới thiệu

Cà phê là một loại đồ uống được tiêu thụ trên khắp thế giới vì cả đặc tính cảm quan và chức năng của nó. Hương vị, hương thơm, caffein và hàm lượng chất chống oxy hóa của cà phê chỉ là một vài phẩm chất đã làm nên thành công của ngành cà phê. Trong khi nguồn gốc, chất lượng và chủng loại hạt cà phê đều ảnh hưởng đến chất lượng của sản phẩm cuối cùng, thì quá trình rang cà phê là yếu tố ảnh hưởng lớn nhất.

Thông thường, trong quá trình rang, người thợ rang (một người được đào tạo chuyên sâu) sử dụng các đặc tính của hạt như nhiệt độ, kết cấu, mùi, âm thanh và màu sắc để đánh giá và điều chỉnh quá trình rang cho phù hợp. Hạt cà phê sau khi rang được đánh giá đảm bảo chất lượng hạt. Máy phân tích quy trình Agtron là một công cụ tiêu chuẩn công nghiệp được sử dụng để đo mức độ hạt cà phê rang bằng phép đo quang phổ rút gọn hồng ngoại gần. Mức độ rang về cơ bản là phép đo chất lượng của cà phê dựa trên mức độ truyền nhiệt trong quá trình rang và phân loại cà phê thành rang nhẹ, rang vừa và rang đậm.

Gần đây đã có sự phát triển của các công ty rang nhỏ cung cấp rang tại nhà theo yêu cầu. Các công ty này đang tìm kiếm các giải pháp thay thế ít tốn kém hơn để thuê và đào tạo một bậc thầy rang xay hoặc sử dụng Máy phân tích quy trình Agtron đắt tiền. Máy phân tích mức độ hồng ngoại rang cho các nhà rang xay cà phê, như được mô tả trong tài liệu này, được coi là một phương tiện rẻ tiền để đo mức độ rang của hạt cà phê. Máy phân tích hồng ngoại mức độ rang sử dụng máy thử, một công cụ được tìm thấy trên các máy rang cà phê được sử dụng để lấy mẫu cà phê trong quá trình rang, để giữ một mẫu cà phê. Bộ thử được đưa vào máy phân tích, nơi sử dụng cảm biến AS7263 NIR Spectral để đo 6 dải hồng ngoại khác nhau (610, 680, 730, 760, 810 và 860nm). Các phép đo độ phản xạ được truyền qua Bluetooth và sau đó có thể được tương quan với mức độ rang. Máy phân tích trước tiên phải được hiệu chuẩn bằng cách nhấn một nút ở bên trong hộp, trong đó PVC được sử dụng làm cân bằng trắng vì nó có hệ số phản xạ tương đối phẳng trong dải quang phổ được cảm biến phát hiện.

Bước 1: Vật liệu

Danh sách nguyên liệu

1. SparkFun Qwiic Shield (https://www.sparkfun.com/products/14352)
2. SparkFun Qwiic Connector (https://www.sparkfun.com/products/14427)
3. Cảm biến quang phổ SparkFun AS7263 NIR (https://www.sparkfun.com/products/14351)
4. 4 x VCC 6150 Đèn 5V.06A (Bóng đèn sợi đốt) (https://www.mouser.com/)
5. 2 x Nút nhấn tạm thời
6. Điện trở 2 x 10kOhm
7. DC Barrel Jack Female (https://www.sparkfun.com/products/10288)
8. Mô-đun Bluetooth HC-05 (https://www.amazon.com/)
9. Công tắc điện
10. Rơ le trạng thái rắn (AD-SSR6M12-DC-200D) (https://www.automationdirect.com/)
11. 1/2 "Nắp PVC
12. Tê PVC 1/2 "x 1/2" x 3/4"
13. Hộp thủ công (Tiền sảnh)
14. Arduino Uno
15. Tryer
16. Nguồn điện 5V 2A (https://www.adafruit.com/product/276)

17. Cáp USB - Tiêu chuẩn A-B (Cáp lập trình)

Ghi chú về vật liệu

Đèn VCC 6150 - Đây là những bóng đèn sợi đốt được chọn vì sản lượng hồng ngoại cao. Bóng đèn sợi đốt được sử dụng thay cho ánh sáng LED được cung cấp trên mô-đun AS7263 vì đèn LED trên bo mạch không phát ra đầu ra hồng ngoại cần thiết để phản xạ hạt cà phê và sau đó được đo bằng cảm biến. Ngoài ra, điều quan trọng cần lưu ý là trong thiết kế này, các bóng đèn sợi đốt được cấp nguồn từ nguồn điện 5V 2A và được điều khiển bởi Arduino thông qua một rơ le. SparkFun cung cấp hai chân hàn tích hợp trên mô-đun AS7263 nhằm mục đích cấp nguồn và điều khiển nguồn sáng phụ, tuy nhiên, các chân này không được sử dụng vì chúng không cung cấp đủ điện áp hoặc cường độ dòng điện để cung cấp đủ điện cho các bóng đèn sợi đốt đã chọn.

SparkFun Qwiic Shield - Tấm chắn này được sử dụng vì khả năng kết nối dễ dàng với cảm biến AS7263 thông qua đầu nối Qwicc. Tấm chắn cũng cung cấp cả dịch chuyển mức logic 3.3V và một khu vực tạo mẫu lớn.

Rơ le trạng thái rắn - Loại rơ le này được chọn vì khả năng chuyển mạch nhanh và yên tĩnh, tuy nhiên, nó đắt tiền và không cần thiết vì một rơ le điện tiêu chuẩn cũng sẽ hoạt động. Nếu sử dụng rơ le điện tiêu chuẩn, mã có thể cần được sửa đổi để làm chậm quá trình lấy mẫu và hiệu chuẩn.

Kích thước PVC - Kích thước PVC được chọn do đường kính của dụng cụ thử trên tay và nên được thay đổi nếu sử dụng dụng cụ thử có kích thước khác.

Mô-đun Bluetooth HC-05 - Một hướng dẫn (https://www.instructables.com/id/How-to-Set-AT-Command-Mode-for-HC-05-Bl Bluetooth-Mod/) được sử dụng để thay đổi baud tốc độ của mô-đun từ 9600 đến 115200 để phù hợp với tốc độ truyền của AS7263.

Bước 2: Sơ đồ đấu dây

S1 - Công tắc nguồn

SSR1 - Rơ le trạng thái rắn

B1 - Nút lấy mẫu

B2 - Nút hiệu chỉnh

Điện trở R1 - 10kOhm

R2 - Điện trở 10kOhm

L1, L2, L3, L4 - Bóng đèn sợi đốt

Bước 3: Gắn bóng đèn Incadesent vào AS7263

Một vòng gắn được in 3D (cung cấp STL) được tạo ra để giữ các đèn xung quanh cảm biến. Các đèn được nối dây song song và keo nóng được sử dụng để giữ các dây dẫn của đèn không chạm vào nhau. Cách nhiệt bằng cao su lỏng có thể được sử dụng thay cho keo nóng. Tiếp theo, các dây nhỏ được sử dụng để cố định vòng gắn vào cảm biến bằng cách buộc dây qua các lỗ được cung cấp trên cảm biến.

Bước 4: Lắp ráp cổng Tryer

Một lỗ đã được khoan vào mặt sau của nắp PVC để chứa nút nhấn tạm thời. Mặt 3/4 của tee PVC đã bị cắt và các dây buộc zip được sử dụng để cố định cảm biến vào cổng của người thử. Chiều dài của tee có thể cần được điều chỉnh để phù hợp với kích thước của người thử. Một rãnh đã được đưa vào phía cổng của tee PVC để căn chỉnh mẫu đậu trong máy thử với cảm biến.

Bước 5: Đấu dây Rơ le trạng thái rắn và Công tắc nguồn

Các đèn từ được đấu nối tiếp với rơ le trạng thái rắn và giắc cắm thùng DC.

Vin trên tấm chắn Qwiic được kết nối với giắc cắm thùng DC thông qua một công tắc nguồn.

Mặt đất trên tấm chắn Qwiic được kết nối với mặt đất của giắc cắm thùng DC.

Bước 6: Nối nút hiệu chỉnh

Nút hiệu chuẩn được kết nối với nguồn, Kỹ thuật số 2 và nối đất bằng điện trở.

Bước 7: Nối nút Lấy mẫu

Nút lấy mẫu được kết nối với nguồn, Kỹ thuật số 3 và nối đất bằng điện trở.

Bước 8: Đấu dây INPUT vào Rơ le trạng thái rắn

Phía đầu vào của rơle trạng thái rắn được nối dây tới Số 5 và nối đất.

Bước 9: Kết nối mô-đun Bluetooth

Mô-đun Bluetooth được nối dây theo sơ đồ đấu dây được cung cấp.

VCC - 5V

RXD - Kỹ thuật số 11

TXD - Kỹ thuật số 10

GND - GND

Bước 10: Mã

Tải lên mã được cung cấp cho Arduino Uno bằng cáp lập trình.

Để tham khảo, SparkFun cung cấp hướng dẫn khởi động cho AS726x (https://learn.sparkfun.com/tutorials/as726x-nirvi)

THẬN TRỌNG !! Khi kiểm tra mã, hãy đảm bảo rằng Arduino không nhận được nguồn từ cả nguồn điện 5V VÀ cáp lập trình. Điều này sẽ làm cháy Arduino

Bước 11: Hiển thị kết quả qua Bluetooth

Để hiển thị kết quả Bluetooth, hãy tải xuống Bluetooth Electronics của keuwlsoft từ Cửa hàng Google Play. Lưu tệp DegreeOfRoastInfraRedAnalyzer.kwl vào thư mục keulsoft trong bộ nhớ trong của thiết bị Bluetooth. Sử dụng biểu tượng lưu trong ứng dụng để tải tệp kwl. Tiếp theo, kết nối với Mô-đun Bluetooth HC-05 và chạy tệp đã tải.

Bước 12: Kết luận

Chú giải bước sóng:

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

Cảm biến AS7263 NIR được sử dụng để đo độ phản xạ quang phổ của hạt cà phê ở 6 bước sóng khác nhau đối với cà phê chưa rang cũng như rang nhẹ, vừa và đậm. Kết quả từ cảm biến cho thấy độ phản xạ tia hồng ngoại giảm khi mức độ rang cao hơn trên tất cả các bước sóng được thử nghiệm. Bước sóng có sự thay đổi lớn nhất theo mức độ rang được tìm thấy là 860nm. Hệ thống này cung cấp cơ sở nhanh chóng và dễ sử dụng cho phép đo ngoại tuyến mức độ rang của hạt cà phê. Dữ liệu từ cảm biến này sẽ cung cấp cho các nhà rang xay cà phê một phương pháp kiểm soát chất lượng bổ sung bằng cách đảm bảo rang có thể lặp lại và giảm lỗi của con người. Cần phải thực hiện nhiều công việc hơn nữa để tương quan dữ liệu hồng ngoại với các tiêu chuẩn của ngành.

Bước 13: Một lời cảm ơn đặc biệt tới…

• Tiến sĩ Timothy Bowser - Cố vấn
• Tiến sĩ Ning Wang - Ủy viên Ủy ban
• Tiến sĩ Paul Weckler - Ủy viên Ủy ban
• Dan Jolliff - US Roaster Corp.
• Connor Cox - Trung tâm Tiến bộ Khoa học và Công nghệ Oklahoma
• Khoa Hệ thống Sinh học và Kỹ thuật Nông nghiệp tại Đại học Bang Oklahoma, Stillwater, OK
• Trung tâm Thực phẩm và Sản phẩm Nông nghiệp tại Đại học Bang Oklahoma, Stillwater, OK