ระดับของเครื่องวิเคราะห์อินฟราเรดการคั่วสำหรับเครื่องคั่วกาแฟ: 13 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2025 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2025-01-23 15:12

บทนำ

กาแฟเป็นเครื่องดื่มที่บริโภคทั่วโลกทั้งคุณสมบัติทางประสาทสัมผัสและการทำงาน รสชาติ กลิ่น คาเฟอีน และสารต้านอนุมูลอิสระของกาแฟเป็นเพียงคุณสมบัติบางประการที่ทำให้อุตสาหกรรมกาแฟประสบความสำเร็จอย่างมาก ในขณะที่ต้นกำเนิด คุณภาพ และสายพันธุ์ของถั่วเขียวล้วนส่งผลต่อคุณภาพของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย การคั่วกาแฟเป็นปัจจัยที่มีอิทธิพลมากที่สุด

โดยปกติ ในระหว่างการคั่ว ผู้เชี่ยวชาญการคั่ว (บุคคลที่ได้รับการฝึกอบรมมาอย่างดี) จะใช้คุณสมบัติของเมล็ดกาแฟ เช่น อุณหภูมิ เนื้อสัมผัส กลิ่น เสียง และสี เพื่อประเมินและปรับการคั่วให้เหมาะสม หลังจากการคั่ว เมล็ดกาแฟจะถูกประเมินเพื่อให้มั่นใจในคุณภาพของเมล็ดกาแฟ เครื่องวิเคราะห์กระบวนการ Agtron เป็นเครื่องมือมาตรฐานอุตสาหกรรมที่ใช้ในการวัดระดับการคั่วของเมล็ดกาแฟโดยใช้สเปกโตรโฟโตเมตรีแบบย่อช่วงใกล้อินฟราเรด ระดับการคั่วโดยพื้นฐานแล้วการวัดคุณภาพของกาแฟโดยพิจารณาจากขอบเขตของความร้อนที่ถ่ายเทระหว่างการคั่ว และจัดประเภทกาแฟเป็นการคั่วแบบอ่อน ปานกลาง และเข้ม

เมื่อเร็ว ๆ นี้มีการเติบโตของ บริษัท คั่วขนาดเล็กที่เสนอการคั่วภายในแบบกำหนดเอง บริษัทเหล่านี้กำลังมองหาทางเลือกที่มีราคาไม่แพงในการจ้างและฝึกอบรมผู้เชี่ยวชาญด้านการย่าง หรือใช้เครื่องวิเคราะห์กระบวนการ Agtron ที่มีราคาแพง Degree of Roast Infrared Analyzer for Coffee Roasters, ตามที่อธิบายในเอกสารนี้, ตั้งใจที่จะเป็นวิธีที่ไม่แพงในการวัดระดับการคั่วของเมล็ดกาแฟ. Degree of Roast Infrared Analyzer ใช้ tryer ซึ่งเป็นเครื่องมือที่พบในเครื่องคั่วกาแฟที่ใช้ในการสุ่มตัวอย่างกาแฟระหว่างการคั่ว เพื่อเก็บตัวอย่างกาแฟ เครื่องทดสอบจะถูกเสียบเข้าไปในเครื่องวิเคราะห์โดยใช้เซนเซอร์ AS7263 NIR Spectral เพื่อวัดแถบอินฟราเรด 6 แถบ (610, 680, 730, 760, 810 และ 860nm) การวัดแสงสะท้อนจะถูกส่งผ่านบลูทูธ และสามารถสัมพันธ์กับระดับการคั่วได้ ก่อนอื่น ต้องปรับเทียบเครื่องวิเคราะห์โดยกดปุ่มที่ด้านในของกล่องซึ่งใช้ PVC เป็นไวต์บาลานซ์ เนื่องจากมีการสะท้อนแสงที่ค่อนข้างเรียบในช่วงสเปกตรัมที่เซนเซอร์ตรวจพบ

ขั้นตอนที่ 1: วัสดุ

รายการวัสดุ

1. SparkFun Qwiic Shield (https://www.sparkfun.com/products/14352)
2. SparkFun Qwiic Connector (https://www.sparkfun.com/products/14427)
3. SparkFun AS7263 NIR สเปกตรัมเซนเซอร์ (https://www.sparkfun.com/products/14351)
4. 4 x VCC 6150 หลอด 5V.06A (หลอดไส้) (https://www.mouser.com/)
5. 2 x ปุ่มกดชั่วขณะ
6. ตัวต้านทาน 2 x 10kOhm
7. แจ็ค DC Barrel หญิง (https://www.sparkfun.com/products/10288)
8. โมดูลบลูทูธ HC-05 (https://www.amazon.com/)
9. สวิตช์ไฟ
10. โซลิดสเตตรีเลย์ (AD-SSR6M12-DC-200D)(https://www.automationdirect.com/)
11. ฝาพีวีซี 1/2"
12. 1/2" x 1/2" x 3/4" PVC Tee
13. Craft Box (ล็อบบี้งานอดิเรก)
14. Arduino Uno
15. ผู้พยายาม
16. แหล่งจ่ายไฟ 5V 2A (https://www.adafruit.com/product/276)

17. สาย USB - มาตรฐาน A-B (สายการเขียนโปรแกรม)

หมายเหตุเกี่ยวกับวัสดุ

หลอด VCC 6150 - เป็นหลอดไส้ที่เลือกเนื่องจากมีเอาต์พุตอินฟราเรดสูง ใช้หลอดไส้แทนไฟ LED ที่ให้มาในโมดูล AS7263 เนื่องจาก LED ในตัวไม่ปล่อยสัญญาณอินฟราเรดที่จำเป็นในการสะท้อนเมล็ดกาแฟและเซ็นเซอร์จะวัดในภายหลัง นอกจากนี้ สิ่งสำคัญที่ควรทราบคือในการออกแบบนี้ หลอดไส้ใช้พลังงานจากแหล่งพลังงาน 5V 2A และควบคุมโดย Arduino ผ่านรีเลย์ SparkFun มีหมุดบัดกรีออนบอร์ดสองตัวบนโมดูล AS7263 เพื่อจุดประสงค์ในการจ่ายไฟและควบคุมแหล่งกำเนิดแสงเสริม อย่างไรก็ตาม หมุดเหล่านี้ไม่ได้ใช้งานเนื่องจากไม่มีแรงดันไฟหรือแอมแปร์เพียงพอที่จะจ่ายไฟให้กับหลอดไส้ที่เลือกได้เพียงพอ

SparkFun Qwiic Shield - โล่นี้ใช้เนื่องจากความสามารถในการเชื่อมต่อกับเซ็นเซอร์ AS7263 ได้อย่างง่ายดายผ่านตัวเชื่อมต่อ Qwicc โล่ยังให้ทั้งการขยับระดับลอจิก 3.3V และพื้นที่การสร้างต้นแบบขนาดใหญ่

โซลิดสเตตรีเลย์ - รีเลย์ชนิดนี้ได้รับเลือกเนื่องจากความสามารถในการสลับที่รวดเร็วและเงียบ อย่างไรก็ตาม รีเลย์ไฟฟ้าแบบมาตรฐานก็มีราคาแพงและไม่จำเป็นเช่นกัน หากใช้รีเลย์ไฟฟ้ามาตรฐาน อาจต้องแก้ไขโค้ดเพื่อทำให้กระบวนการสุ่มตัวอย่างและการสอบเทียบช้าลง

ขนาดพีวีซี - ขนาดพีวีซีถูกเลือกเนื่องจากเส้นผ่านศูนย์กลางของตัวทดสอบในมือ และควรเปลี่ยนหากใช้ตัวทดสอบขนาดอื่น

โมดูลบลูทู ธ HC-05 - คำแนะนำ (https://www.instructables.com/id/How-to-Set-AT-Command-Mode-for-HC-05-Bluetooth-Mod/) ถูกใช้เพื่อเปลี่ยนบอด อัตราของโมดูลจาก 9600 ถึง 115200 เพื่อให้ตรงกับอัตราบอดของ AS7263

ขั้นตอนที่ 2: แผนภาพการเดินสายไฟ

S1 -- สวิตช์ไฟ

SSR1 -- โซลิดสเตตรีเลย์

B1 - ปุ่มสุ่มตัวอย่าง

B2 - ปุ่มสอบเทียบ

R1 - ตัวต้านทาน 10kOhm

R2 -- ตัวต้านทาน 10kOhm

L1, L2, L3, L4 -- หลอดไส้

ขั้นตอนที่ 3: การติดตั้ง Incadesent Bulbs กับ AS7263

วงแหวนยึดแบบพิมพ์ 3 มิติ (STL มีให้) ทำขึ้นเพื่อยึดหลอดไฟรอบเซ็นเซอร์ หลอดไฟถูกต่อขนานกันและใช้กาวร้อนเพื่อป้องกันไม่ให้ตะกั่วของหลอดไฟสัมผัสกัน สามารถใช้ฉนวนยางเหลวแทนกาวร้อนได้ ต่อมา ใช้สายไฟเส้นเล็กๆ เพื่อยึดวงแหวนยึดกับเซ็นเซอร์โดยมัดสายไฟผ่านรูที่ให้มาบนเซ็นเซอร์

ขั้นตอนที่ 4: ประกอบ Tryer Port

มีการเจาะรูที่ด้านหลังของฝา PVC เพื่อรองรับปุ่มกดชั่วขณะ ด้าน 3/4 ของทีออฟพีวีซีถูกตัดออก และใช้สายรัดซิปเพื่อยึดเซ็นเซอร์เข้ากับพอร์ตของตัวทดสอบ อาจต้องปรับความยาวของทีทีให้พอดีกับขนาดของตัวทดสอบ และใส่บากเข้าไป ด้านพอร์ตของทีออฟ PVC เพื่อจัดตำแหน่งตัวอย่างถั่วในตัวทดสอบให้ตรงกับเซ็นเซอร์

ขั้นตอนที่ 5: การเดินสายไฟโซลิดสเตตรีเลย์และสวิตช์เปิดปิด

ไฟจากไฟถูกต่อสายเป็นอนุกรมพร้อมรีเลย์แบบโซลิดสเตตและแจ็คแบบบาร์เรล DC

Vin บนโล่ Qwiic เชื่อมต่อกับแจ็คบาร์เรล DC ผ่านสวิตช์เปิดปิด

กราวด์บนโล่ Qwiic เชื่อมต่อกับกราวด์ของแจ็คแบบบาร์เรล DC

ขั้นตอนที่ 6: การเดินสายปุ่มปรับเทียบ

ปุ่มสอบเทียบเชื่อมต่อกับพลังงาน ดิจิตอล 2 และกราวด์โดยใช้ตัวต้านทาน

ขั้นตอนที่ 7: การเดินสายปุ่มสุ่มตัวอย่าง

ปุ่มสุ่มตัวอย่างเชื่อมต่อกับพลังงาน ดิจิตอล 3 และกราวด์โดยใช้ตัวต้านทาน

ขั้นตอนที่ 8: การเดินสายไฟ INPUT ไปยังโซลิดสเตตรีเลย์

ด้านอินพุตของรีเลย์โซลิดสเตตถูกต่อเข้ากับ Digital 5 และกราวด์

ขั้นตอนที่ 9: การเดินสายโมดูล Bluetooth

โมดูล Bluetooth ถูกต่อสายตามไดอะแกรมการเดินสายที่ให้มา

VCC - 5V

RXD - ดิจิตอล 11

TXD - ดิจิตอล 10

GND - GND

ขั้นตอนที่ 10: รหัส

อัปโหลดรหัสที่ให้ไว้กับ Arduino Uno โดยใช้สายเคเบิลการเขียนโปรแกรม

เพื่อเป็นข้อมูลอ้างอิง SparkFun ได้จัดทำคู่มือการเริ่มต้นใช้งานสำหรับ AS726x (https://learn.sparkfun.com/tutorials/as726x-nirvi)

คำเตือน!! เมื่อทำการทดสอบโค้ด ตรวจสอบให้แน่ใจว่า Arduino ไม่ได้รับพลังงานจากทั้งแหล่งจ่ายไฟ 5V และสายการเขียนโปรแกรม สิ่งนี้จะทอด Arduino

ขั้นตอนที่ 11: แสดงผลผ่าน Bluetooth

หากต้องการแสดงผล Bluetooth ให้ดาวน์โหลด Bluetooth Electronics โดย keuwlsoft จาก Google Play Store บันทึกไฟล์ DegreeOfRoastInfraRedAnalyzer.kwl ไปยังโฟลเดอร์ keulsoft ในที่จัดเก็บข้อมูลภายในของอุปกรณ์ Bluetooth ใช้ไอคอนบันทึกในแอพเพื่อโหลดไฟล์ kwl ถัดไป เชื่อมต่อกับโมดูลบลูทูธ HC-05 และเรียกใช้ไฟล์ที่โหลด

ขั้นตอนที่ 12: บทสรุป

ตำนานความยาวคลื่น:

• R - 610nm
• S - 680nm
• T - 730nm
• U - 760nm
• วี - 810nm
• กว้าง - 860nm

เซ็นเซอร์ AS7263 NIR ใช้เพื่อวัดการสะท้อนแสงของเมล็ดกาแฟที่ความยาวคลื่นต่างกัน 6 ช่วงสำหรับกาแฟที่ยังไม่ได้คั่ว รวมทั้งการคั่วแบบคั่วอ่อน ปานกลาง และเข้ม ผลลัพธ์จากเซ็นเซอร์แสดงให้เห็นว่าการสะท้อนแสงอินฟราเรดลดลงด้วยระดับการคั่วที่สูงขึ้นตลอดความยาวคลื่นที่ทดสอบทั้งหมด ความยาวคลื่นที่มีการแปรผันมากที่สุดตามระดับการคั่วคือ 860 นาโนเมตร ระบบนี้เป็นพื้นฐานที่รวดเร็วและใช้งานง่ายสำหรับการวัดระดับการคั่วเมล็ดกาแฟแบบออฟไลน์ ข้อมูลจากเซ็นเซอร์นี้จะช่วยให้ผู้คั่วกาแฟมีวิธีการเพิ่มเติมในการควบคุมคุณภาพโดยรับประกันการคั่วที่ทำซ้ำได้ และลดความผิดพลาดของมนุษย์ จำเป็นต้องดำเนินการเพิ่มเติมเพื่อเชื่อมโยงข้อมูลอินฟราเรดกับมาตรฐานอุตสาหกรรม

ขั้นตอนที่ 13: ขอขอบคุณเป็นพิเศษสำหรับ…

• Dr. Timothy Bowser -- ที่ปรึกษา
• ดร.หนิง หวาง -- กรรมการ
• Dr. Paul Weckler -- กรรมการ
• Dan Jolliff -- US Roaster Corp.
• Connor Cox - Oklahoma Center for the Advancement of Science and Technology
• The Department of Biosystems and Agricultural Engineering at Oklahoma State University, Stillwater, OK
• ศูนย์อาหารและสินค้าเกษตรแห่งมหาวิทยาลัยแห่งรัฐโอคลาโฮมา สติลวอเตอร์ โอเค