Analyseur infrarouge de degré de torréfaction pour torréfacteurs : 13 étapes (avec photos)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:08

introduction

Le café est une boisson consommée dans le monde entier pour ses propriétés sensorielles et fonctionnelles. Le goût, l'arôme, la caféine et la teneur en antioxydants du café ne sont que quelques-unes des qualités qui ont fait le succès de l'industrie du café. Alors que l'origine, la qualité et les espèces des haricots verts affectent tous la qualité du produit final, la torréfaction du café est le facteur le plus influent.

En règle générale, pendant la torréfaction, le torréfacteur (une personne hautement qualifiée) utilise les propriétés des grains telles que la température, la texture, l'odeur, le son et la couleur pour évaluer et ajuster la torréfaction en conséquence. Après la torréfaction, les grains de café sont évalués pour garantir la qualité des grains. L'analyseur de processus Agtron est un instrument standard de l'industrie utilisé pour mesurer le degré de torréfaction des grains de café en utilisant la spectrophotométrie abrégée dans le proche infrarouge. Le degré de torréfaction est essentiellement une mesure de la qualité du café basée sur l'étendue de la chaleur transférée pendant la torréfaction et classe le café en torréfactions claires, moyennes et foncées.

Il y a eu récemment une croissance de petites entreprises de torréfaction proposant des torréfactions internes personnalisées. Ces entreprises recherchent des alternatives moins coûteuses à l'embauche et à la formation d'un maître torréfacteur ou à l'utilisation du coûteux analyseur de processus Agtron. L'analyseur infrarouge de degré de torréfaction pour les torréfacteurs de café, tel que décrit dans ce document, est censé être un moyen peu coûteux de mesurer le degré de torréfaction des grains de café. L'analyseur infrarouge de degré de torréfaction utilise un essayeur, un outil trouvé sur les torréfacteurs de café utilisé pour échantillonner le café pendant la torréfaction, pour contenir un échantillon de café. L'essai est inséré dans l'analyseur où le capteur AS7263 NIR Spectral est utilisé pour mesurer 6 bandes infrarouges différentes (610, 680, 730, 760, 810 et 860 nm). Les mesures de réflectance sont transmises via Bluetooth et peuvent ensuite être corrélées au degré de torréfaction. L'analyseur doit d'abord être calibré en appuyant sur un bouton à l'intérieur du boîtier dans lequel le PVC est utilisé comme balance des blancs car il a une réflectance relativement plate dans la plage spectrale détectée par le capteur.

Étape 1: Matériaux

Liste des matériaux

1. Bouclier SparkFun Qwiic (https://www.sparkfun.com/products/14352)
2. Connecteur SparkFun Qwiic (https://www.sparkfun.com/products/14427)
3. Capteur spectral NIR SparkFun AS7263 (https://www.sparkfun.com/products/14351)
4. 4 x lampes VCC 6150 5V.06A (ampoules à incandescence) (https://www.mouser.com/)
5. 2 x boutons-poussoirs momentanés
6. 2 résistances 10kOhm
7. DC Barrel Jack Femelle (https://www.sparkfun.com/products/10288)
8. Module Bluetooth HC-05 (https://www.amazon.com/)
9. Interrupteur
10. Relais statique (AD-SSR6M12-DC-200D) (https://www.automationdirect.com/)
11. Bouchon en PVC 1/2"
12. Té en PVC 1/2" x 1/2" x 3/4"
13. Boîte d'artisanat (Hobby Lobby)
14. Arduino Uno
15. Essayeur
16. Alimentation 5V 2A (https://www.adafruit.com/product/276)

17. Câble USB - Standard A-B (câble de programmation)

Notes sur les matériaux

Lampes VCC 6150 - Ce sont des ampoules à incandescence choisies en raison de leur puissance infrarouge élevée. Les ampoules à incandescence sont utilisées à la place de la lumière LED fournie sur le module AS7263 car la LED embarquée n'émet pas la sortie infrarouge nécessaire pour se refléter sur les grains de café et être ensuite mesurée par le capteur. De plus, il est important de noter que dans cette conception, les ampoules à incandescence sont alimentées par la source d'alimentation 5V 2A et contrôlées par l'Arduino via un relais. SparkFun fournit deux broches à souder intégrées sur le module AS7263 dans le but d'alimenter et de contrôler une source de lumière auxiliaire, mais ces broches ne sont pas utilisées car elles ne fournissent pas suffisamment de tension ou d'ampérage pour alimenter suffisamment les ampoules à incandescence choisies.

Bouclier SparkFun Qwiic - Ce bouclier est utilisé en raison de sa capacité à se connecter facilement au capteur AS7263 via un connecteur Qwicc. Le blindage fournit également à la fois un décalage de niveau logique de 3,3 V et une grande zone de prototypage.

Relais à semi-conducteurs - Ce type de relais a été choisi en raison de ses capacités de commutation rapides et silencieuses, cependant, il est coûteux et inutile car un relais électrique standard fonctionnerait également. Si vous utilisez un relais électrique standard, le code peut devoir être modifié pour ralentir le processus d'échantillonnage et d'étalonnage.

Taille du PVC - La taille du PVC a été choisie en raison du diamètre de l'essayeur à portée de main et doit être modifiée si vous utilisez une autre taille d'essayeur.

Module Bluetooth HC-05 - Un instructables (https://www.instructables.com/id/How-to-Set-AT-Command-Mode-for-HC-05-Bluetooth-Mod/) a été utilisé pour changer le baud du module de 9600 à 115200 pour correspondre au débit en bauds de l'AS7263.

Étape 2: schéma de câblage

S1 -- Interrupteur d'alimentation

SSR1 -- Relais statique

B1 -- Bouton d'échantillonnage

B2 -- Bouton d'étalonnage

R1 -- Résistance 10kOhm

R2 -- Résistance 10kOhm

L1, L2, L3, L4 -- Ampoules à incandescence

Étape 3: montage des ampoules incadentes sur l'AS7263

Un anneau de montage imprimé en 3D (STL fourni) a été conçu pour maintenir les lampes autour du capteur. Les lampes ont été câblées en parallèle et de la colle chaude a été utilisée pour empêcher les fils des lampes de se toucher. L'isolant en caoutchouc liquide peut être utilisé à la place de la colle chaude. Ensuite, de minuscules fils ont été utilisés pour fixer la bague de montage au capteur en attachant les fils à travers les trous prévus sur le capteur.

Étape 4: Assembler le port Tryer

Un trou a été percé à l'arrière du capuchon en PVC pour accueillir le bouton-poussoir momentané. Le côté 3/4 du té en PVC a été coupé et des attaches zippées ont été utilisées pour fixer le capteur au port de l'essayeur. La longueur du té peut devoir être ajustée pour s'adapter à la taille de l'essayeur. Une encoche a été insérée dans le côté bâbord du té en PVC pour aligner l'échantillon de grains dans l'essayeur avec le capteur.

Étape 5: Câblage du relais statique et de l'interrupteur d'alimentation

Les lumières du ont été câblées en série avec un relais à semi-conducteurs et la prise de barillet CC.

Le Vin sur le bouclier Qwiic était connecté à la prise de baril CC via un interrupteur d'alimentation.

La masse du blindage Qwiic était connectée à la masse de la prise de baril DC.

Étape 6: Câblage du bouton d'étalonnage

Le bouton d'étalonnage était connecté à l'alimentation, au numérique 2 et à la terre à l'aide d'une résistance.

Étape 7: Câblage du bouton d'échantillonnage

Le bouton d'échantillonnage était connecté à l'alimentation, au numérique 3 et à la terre à l'aide d'une résistance.

Étape 8: Câblage de l'ENTRÉE au relais statique

Le côté entrée du relais à semi-conducteurs était câblé à Digital 5 et à la terre.

Étape 9: Câblage du module Bluetooth

Le module Bluetooth a été câblé conformément au schéma de câblage fourni.

VCC - 5V

RXD - Numérique 11

TXD - Numérique 10

GND - GND

Étape 10: Coder

Téléchargez le code fourni sur l'Arduino Uno à l'aide du câble de programmation.

À titre de référence, SparkFun fournit un guide de démarrage pour l'AS726x (https://learn.sparkfun.com/tutorials/as726x-nirvi)

AVERTIR!! Lors du test du code, assurez-vous que l'Arduino ne reçoit pas d'alimentation à la fois de l'alimentation 5V ET du câble de programmation. Cela va faire frire l'Arduino

Étape 11: Affichage des résultats via Bluetooth

Pour afficher les résultats Bluetooth, téléchargez Bluetooth Electronics de keuwlsoft depuis le Google Play Store. Enregistrez le fichier DegreeOfRoastInfraRedAnalyzer.kwl dans le dossier keulsoft de la mémoire interne du périphérique Bluetooth. Utilisez l'icône de sauvegarde dans l'application pour charger le fichier kwl. Ensuite, connectez-vous au module Bluetooth HC-05 et exécutez le fichier chargé.

Étape 12: Conclusions

Légende de la longueur d'onde:

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

Le capteur AS7263 NIR a été utilisé pour mesurer la réflectance spectrale des grains de café à 6 longueurs d'onde différentes pour le café non torréfié ainsi que pour les torréfactions claires, moyennes et foncées. Les résultats du capteur montrent que la réflectance infrarouge diminue avec des degrés de torréfaction plus élevés sur toutes les longueurs d'onde testées. La longueur d'onde avec la plus grande variation en fonction du degré de torréfaction s'est avérée être de 860 nm. Ce système fournit une base rapide et facile à utiliser pour la mesure hors ligne du degré de torréfaction des grains de café. Les données de ce capteur fourniront aux torréfacteurs une méthode supplémentaire de contrôle de la qualité en garantissant des torréfactions reproductibles et en réduisant les erreurs humaines. Des travaux supplémentaires doivent être effectués pour corréler les données infrarouges aux normes de l'industrie.

Étape 13: Un merci spécial à…

• Dr Timothy Bowser -- Conseiller
• Dr Ning Wang -- Membre du Comité
• Dr Paul Weckler -- Membre du Comité
• Dan Jolliff -- US Roaster Corp.
• Connor Cox -- Centre de l'Oklahoma pour l'avancement de la science et de la technologie
• Le département des biosystèmes et du génie agricole de l'université d'État de l'Oklahoma, Stillwater, OK
• Le Centre des produits alimentaires et agricoles de l'Université d'État de l'Oklahoma, Stillwater, OK