درجة محلل الأشعة تحت الحمراء لتحميص القهوة: 13 خطوة (بالصور)

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:40

مقدمة

القهوة مشروب يُستهلك حول العالم لخصائصه الحسية والوظيفية. مذاق القهوة ورائحتها ومحتواها من الكافيين ومضادات الأكسدة ليست سوى عدد قليل من الصفات التي جعلت صناعة القهوة ناجحة للغاية. في حين أن أصل الفاصوليا الخضراء وجودتها وأنواعها تؤثر جميعها على جودة المنتج النهائي ، فإن تحميص القهوة هو العامل الأكثر تأثيرًا.

عادةً ، أثناء التحميص ، يستخدم خبير التحميص (فرد مدرب جيدًا) خصائص الحبوب مثل درجة الحرارة والملمس والرائحة والصوت واللون لتقييم وضبط التحميص وفقًا لذلك. بعد التحميص ، يتم تقييم حبوب البن لضمان جودة الحبوب. أداة Agtron Process Analyzer هي أداة قياسية صناعية تستخدم لقياس درجة حبوب البن المحمصة باستخدام مقياس الطيف الضوئي القريب من الأشعة تحت الحمراء. درجة التحميص هي في الأساس مقياس لجودة القهوة بناءً على مدى الحرارة المنقولة أثناء التحميص وتصنف البن إلى تحميص خفيف ومتوسط وداكن.

كان هناك مؤخرًا نمو في شركات التحميص الصغيرة التي تقدم تحميصًا داخليًا مخصصًا. تبحث هذه الشركات عن بدائل أقل تكلفة لتوظيف وتدريب خبير مشوي أو استخدام محلل عمليات Agtron باهظ الثمن. من المفترض أن تكون درجة التحميص بالأشعة تحت الحمراء لجهاز تحميص البن ، كما هو موصوف في هذا المستند ، وسيلة غير مكلفة لقياس درجة تحميص حبوب البن. يستخدم جهاز درجة التحميص بالأشعة تحت الحمراء أداة tryer ، وهي أداة موجودة في محمصات القهوة المستخدمة لتذوق القهوة أثناء التحميص ، لعقد عينة من القهوة. يتم إدخال المجرب في المحلل حيث يتم استخدام مستشعر AS7263 NIR Spectral لقياس 6 نطاقات مختلفة للأشعة تحت الحمراء (610 و 680 و 730 و 760 و 810 و 860 نانومتر). يتم إرسال قياسات الانعكاس عبر البلوتوث ويمكن بعد ذلك ربطها بدرجة التحميص. يجب أولاً معايرة المحلل عن طريق الضغط على زر في داخل الصندوق حيث يتم استخدام PVC كموازنة بيضاء حيث إنه يحتوي على انعكاس مسطح نسبيًا في النطاق الطيفي الذي اكتشفه المستشعر.

الخطوة 1: المواد

قائمة المواد

1. SparkFun Qwiic Shield (https://www.sparkfun.com/products/14352)
2. موصل SparkFun Qwiic (https://www.sparkfun.com/products/14427)
3. مستشعر SparkFun AS7263 NIR الطيفي (https://www.sparkfun.com/products/14351)
4. 4 x VCC 6150 Lamps 5V.06A (المصابيح المتوهجة) (https://www.mouser.com/)
5. 2 × أزرار ضغط لحظية
6. 2 × 10 كيلو أوم مقاومات
7. DC برميل جاك أنثى (https://www.sparkfun.com/products/10288)
8. وحدة بلوتوث HC-05 (https://www.amazon.com/)
9. مفتاح التشغيل
10. مرحل الحالة الصلبة (AD-SSR6M12-DC-200D) (https://www.automationdirect.com/)
11. 1/2 "غطاء PVC
12. 1/2 "x 1/2" x 3/4 "نقطة الإنطلاق PVC
13. كرافت بوكس (ردهة هواية)
14. اردوينو اونو
15. جرب
16. مزود طاقة 5 فولت 2 أمبير (https://www.adafruit.com/product/276)

17. كبل USB - قياسي A-B (كابل برمجة)

ملاحظات على المواد

مصابيح VCC 6150 - هذه مصابيح متوهجة تم اختيارها بسبب ناتج الأشعة تحت الحمراء العالي. تُستخدم اللمبات المتوهجة بدلاً من ضوء LED المزود بوحدة AS7263 لأن مصباح LED الموجود على اللوحة لا يصدر الأشعة تحت الحمراء اللازمة للانعكاس عن حبوب القهوة ويتم قياسه لاحقًا بواسطة المستشعر. بالإضافة إلى ذلك ، من المهم ملاحظة أنه في هذا التصميم يتم تشغيل المصابيح المتوهجة من مصدر طاقة 5V 2A ويتم التحكم فيها بواسطة Arduino عبر مرحل. يوفر SparkFun دبابيس لحام على متن الوحدة النمطية AS7263 لغرض تشغيل مصدر الضوء الإضافي والتحكم فيه ، ومع ذلك لا يتم استخدام هذه المسامير لأنها لا توفر جهدًا كافيًا أو قوة تيار كافية لتشغيل المصابيح المتوهجة المختارة بشكل كافٍ.

SparkFun Qwiic Shield - يُستخدم هذا الدرع نظرًا لقدرته على الاتصال بسهولة بمستشعر AS7263 عبر موصل Qwicc. يوفر الدرع أيضًا تغييرًا في المستوى المنطقي 3.3 فولت ومنطقة كبيرة للنماذج الأولية.

مرحل الحالة الصلبة - تم اختيار هذا النوع من الترحيل نظرًا لقدراته التحويلية السريعة والهادئة ، ومع ذلك ، فهو مكلف وغير ضروري حيث سيعمل المرحل الكهربائي القياسي أيضًا. في حالة استخدام مرحل كهربائي قياسي ، قد يلزم تعديل الكود لإبطاء عملية أخذ العينات والمعايرة.

حجم PVC - تم اختيار حجم PVC نظرًا لقطر المجرب الموجود في متناول اليد ويجب تغييره في حالة استخدام مجرب بحجم مختلف.

وحدة بلوتوث HC-05 - تم استخدام تعليمات (https://www.instructables.com/id/How-to-Set-AT-Command-Mode-for-HC-05-Bluetooth-Mod/) لتغيير الباود معدل الوحدة من 9600 إلى 115200 لتتناسب مع معدل البث بالباود AS7263.

الخطوة 2: مخطط الأسلاك

S1 - مفتاح الطاقة

SSR1 - ترحيل الحالة الصلبة

B1 - زر أخذ العينات

B2 - زر المعايرة

R1 - 10 كيلو أوم المقاوم

R2 - 10 كيلو أوم المقاوم

L1 ، L2 ، L3 ، L4 - المصابيح المتوهجة

الخطوة 3: تركيب المصابيح الحالية على AS7263

تم صنع حلقة تثبيت مطبوعة ثلاثية الأبعاد (STL متوفرة) لتثبيت المصابيح حول المستشعر. تم توصيل المصابيح بشكل متوازٍ وتم استخدام الغراء الساخن لمنع خيوط المصابيح من ملامسة بعضها البعض. يمكن استخدام عزل المطاط السائل بدلاً من الغراء الساخن. بعد ذلك ، تم استخدام أسلاك صغيرة لتأمين حلقة التثبيت على المستشعر عن طريق ربط الأسلاك من خلال الفتحات المتوفرة على المستشعر.

الخطوة 4: قم بتجميع منفذ Tryer

تم حفر فتحة في الجزء الخلفي من غطاء PVC لاستيعاب زر الضغط اللحظي. تم قطع جانب 3/4 بوصة من نقطة الإنطلاق PVC واستخدمت روابط مضغوطة لتأمين المستشعر بمنفذ المحاولة. قد يلزم تعديل طول نقطة الإنطلاق لتلائم حجم المحاول. تم وضع شق في جانب المنفذ من نقطة الإنطلاق PVC لمحاذاة عينة الفاصوليا في المجرب مع المستشعر.

الخطوة 5: توصيل مرحل الحالة الصلبة ومفتاح الطاقة

تم توصيل الأضواء من السلك في سلسلة مع مرحل الحالة الصلبة ومقبس برميل DC.

تم توصيل Vin الموجود على درع Qwiic بمقبس أسطوانة DC من خلال مفتاح الطاقة.

تم توصيل الأرض على درع Qwiic بأرض مقبس برميل DC.

الخطوة 6: توصيل زر المعايرة

تم توصيل زر المعايرة بالطاقة ، رقمي 2 ، والأرضي باستخدام المقاوم.

الخطوة 7: توصيل زر أخذ العينات

تم توصيل زر أخذ العينات بالطاقة ، رقمي 3 ، والأرضي باستخدام المقاوم.

الخطوة 8: توصيل المدخلات إلى مرحل الحالة الصلبة

تم توصيل جانب الإدخال لترحيل الحالة الصلبة بـ Digital 5 والأرضي.

الخطوة 9: توصيل وحدة البلوتوث

تم توصيل وحدة بلوتوث وفقًا لمخطط الأسلاك المقدم.

VCC - 5 فولت

RXD - رقمي 11

TXD - رقمي 10

GND - GND

الخطوة 10: الكود

قم بتحميل الكود المقدم إلى Arduino Uno باستخدام كابل البرمجة.

كمرجع ، يوفر SparkFun دليل بدء التشغيل لـ AS726x (https://learn.sparkfun.com/tutorials/as726x-nirvi)

حذر!! عند اختبار الكود ، تأكد من أن Arduino لا يتلقى الطاقة من كل من مزود الطاقة 5V وكابل البرمجة. هذا سوف يقلى اردوينو

الخطوة 11: عرض النتائج عبر البلوتوث

لعرض نتائج Bluetooth ، قم بتنزيل Bluetooth Electronics by keuwlsoft من متجر Google Play. احفظ ملف DegreeOfRoastInfraRedAnalyzer.kwl في مجلد keulsoft في وحدة التخزين الداخلية لجهاز Bluetooth. استخدم رمز الحفظ في التطبيق لتحميل ملف kwl. بعد ذلك ، قم بالاتصال بوحدة HC-05 Bluetooth وقم بتشغيل الملف الذي تم تحميله.

الخطوة 12: الاستنتاجات

أسطورة الطول الموجي:

• ص - 610 نانومتر
• ق - 680 نانومتر
• تي - 730 نانومتر
• ش - 760 نانومتر
• الخامس - 810 نانومتر
• ث - 860 نانومتر

تم استخدام مستشعر AS7263 NIR لقياس الانعكاس الطيفي لحبوب القهوة عند 6 أطوال موجية مختلفة للقهوة غير المحمصة وكذلك التحميص الخفيف والمتوسط والداكن. تظهر النتائج من المستشعر أن انعكاس الأشعة تحت الحمراء يتناقص مع درجات أعلى من التحميص عبر جميع الأطوال الموجية المختبرة. تم العثور على الطول الموجي مع أكبر تباين وفقًا لدرجة التحميص ليكون 860 نانومتر. يوفر هذا النظام أساسًا سريعًا وسهل الاستخدام لقياس درجة تحميص حبوب البن دون اتصال بالإنترنت. ستوفر البيانات من هذا المستشعر لمحامص القهوة طريقة إضافية لمراقبة الجودة من خلال ضمان التحميص المتكرر وتقليل الخطأ البشري. هناك حاجة إلى مزيد من العمل لربط بيانات الأشعة تحت الحمراء بمعايير الصناعة.

الخطوة 13: شكر خاص لـ…

• د. تيموثي بوزر - مستشار
• الدكتور نينغ وانغ - عضو اللجنة
• د. بول ويكلر - عضو اللجنة
• دان جوليف - US Roaster Corp.
• كونور كوكس - مركز أوكلاهوما لتقدم العلوم والتكنولوجيا
• قسم النظم الحيوية والهندسة الزراعية في جامعة ولاية أوكلاهوما ، ستيلووتر ، أوكلاهوما
• مركز المنتجات الغذائية والزراعية في جامعة ولاية أوكلاهوما ، ستيلووتر ، أوكلاهوما