Derajat Penganalisis Inframerah Panggang untuk Penyangrai Kopi: 13 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:56

pengantar

Kopi adalah minuman yang dikonsumsi di seluruh dunia karena sifat sensorik dan fungsionalnya. Rasa, aroma, kafein, dan kandungan antioksidan kopi hanyalah beberapa kualitas yang membuat industri kopi begitu sukses. Sementara asal, kualitas, dan spesies kacang hijau semuanya mempengaruhi kualitas produk akhir, pemanggangan kopi adalah faktor yang paling berpengaruh.

Biasanya, selama pemanggangan, master sangrai (individu yang sangat terlatih) menggunakan sifat-sifat biji seperti suhu, tekstur, bau, suara, dan warna untuk mengevaluasi dan menyesuaikan sangrai. Setelah dipanggang, biji kopi dinilai untuk memastikan kualitas biji. Agtron Process Analyzer adalah instrumen standar industri yang digunakan untuk mengukur derajat sangrai biji kopi menggunakan spektrofotometri singkat inframerah-dekat. Derajat sangrai pada dasarnya adalah pengukuran kualitas kopi berdasarkan tingkat panas yang ditransfer selama sangrai dan mengkategorikan kopi menjadi sangrai ringan, sedang dan gelap.

Baru-baru ini ada pertumbuhan perusahaan pemanggangan kecil yang menawarkan pemanggangan in-house khusus. Perusahaan-perusahaan ini mencari alternatif yang lebih murah untuk mempekerjakan dan melatih master roasting atau menggunakan Agtron Process Analyzer yang mahal. Derajat Penganalisis Inframerah Panggang untuk Penyangrai Kopi, seperti yang dijelaskan dalam dokumen ini, dimaksudkan sebagai cara yang murah untuk mengukur tingkat penyangraian biji kopi. The Degree of Roast Infrared Analyzer menggunakan tryer, alat yang terdapat pada mesin sangrai kopi yang digunakan untuk mengambil sampel kopi selama penyangraian, untuk menampung sampel kopi. Tryer dimasukkan ke dalam analyzer di mana sensor Spektral NIR AS7263 digunakan untuk mengukur 6 pita inframerah yang berbeda (610, 680, 730, 760, 810, dan 860nm). Pengukuran reflektansi ditransmisikan melalui Bluetooth dan kemudian dapat dikorelasikan dengan tingkat pemanggangan. Alat analisa harus terlebih dahulu dikalibrasi dengan menekan tombol di bagian dalam kotak di mana PVC digunakan sebagai white balance karena memiliki reflektansi yang relatif datar dalam rentang spektral yang terdeteksi oleh sensor.

Langkah 1: Bahan

Daftar Bahan

1. SparkFun Qwiic Shield (https://www.sparkfun.com/products/14352)
2. Konektor Qwiic SparkFun (https://www.sparkfun.com/products/14427)
3. SparkFun AS7263 NIR Spectral Sensor (https://www.sparkfun.com/products/14351)
4. 4 x VCC 6150 Lampu 5V.06A (Lampu Pijar) (https://www.mouser.com/)
5. 2 x Tombol Tekan Sesaat
6. 2 x 10kOhm Resistor
7. DC Barrel Jack Wanita (https://www.sparkfun.com/products/10288)
8. Modul Bluetooth HC-05 (https://www.amazon.com/)
9. Saklar daya
10. Relai Keadaan Padat (AD-SSR6M12-DC-200D)(https://www.automationdirect.com/)
11. 1/2 "tutup PVC
12. 1/2" x 1/2" x 3/4" Tee PVC
13. Kotak Kerajinan (Lobi Hobi)
14. Arduino Uno
15. pencoba
16. Catu daya 5V 2A (https://www.adafruit.com/product/276)

17. Kabel USB - Standar A-B (Kabel Pemrograman)

Catatan tentang Bahan

Lampu VCC 6150 - Ini adalah lampu pijar yang dipilih karena keluaran inframerahnya yang tinggi. Lampu pijar digunakan sebagai pengganti lampu LED yang disediakan pada modul AS7263 karena LED onboard tidak memancarkan keluaran inframerah yang diperlukan untuk memantulkan biji kopi dan selanjutnya diukur oleh sensor. Selain itu, penting untuk dicatat bahwa dalam desain ini lampu pijar ditenagai dari sumber daya 5V 2A dan dikendalikan oleh Arduino melalui relai. SparkFun memang menyediakan dua pin solder onboard pada modul AS7263 untuk tujuan memberi daya dan mengendalikan sumber cahaya tambahan, namun pin ini tidak digunakan karena tidak memberikan tegangan atau arus listrik yang cukup untuk memberi daya yang cukup pada lampu pijar yang dipilih.

SparkFun Qwiic Shield - Perisai ini digunakan karena kemampuannya untuk dengan mudah terhubung ke sensor AS7263 melalui konektor Qwicc. Perisai juga menyediakan pergeseran level logika 3.3V dan area prototyping yang besar.

Solid State Relay - Relay jenis ini dipilih karena kemampuan switching yang cepat dan senyap, namun mahal dan tidak perlu karena relai listrik standar juga berfungsi. Jika menggunakan relai listrik standar, kode mungkin perlu dimodifikasi untuk memperlambat proses pengambilan sampel dan kalibrasi.

Ukuran PVC - Ukuran PVC dipilih karena diameter tryer yang ada dan harus diubah jika menggunakan tryer ukuran yang berbeda.

Modul Bluetooth HC-05 - Instruksi (https://www.instructables.com/id/How-to-Set-AT-Command-Mode-for-HC-05-Bluetooth-Mod/) digunakan untuk mengubah baud tingkat modul dari 9600 hingga 115200 agar sesuai dengan baud rate AS7263.

Langkah 2: Diagram Pengkabelan

S1 -- Saklar Daya

SSR1 -- Relai Keadaan Padat

B1 -- Tombol Pengambilan Sampel

B2 -- Tombol Kalibrasi

R1 -- Resistor 10kOhm

R2 -- Resistor 10kOhm

L1, L2, L3, L4 -- Lampu Pijar

Langkah 3: Memasang Lampu Pijar ke AS7263

Cincin pemasangan cetak 3D (disediakan STL) dibuat untuk menahan lampu di sekitar sensor. Lampu disambungkan secara paralel dan lem panas digunakan untuk menjaga agar ujung lampu tidak saling bersentuhan. Isolasi karet cair dapat digunakan sebagai pengganti lem panas. Selanjutnya, kabel kecil digunakan untuk mengamankan cincin pemasangan ke sensor dengan mengikat kabel melalui lubang yang disediakan pada sensor.

Langkah 4: Pasang Port Tryer

Sebuah lubang dibor ke bagian belakang tutup PVC untuk mengakomodasi tombol tekan sesaat. Sisi 3/4 tee PVC dipotong dan ikatan zip digunakan untuk mengamankan sensor ke port tryer. Panjang tee mungkin perlu disesuaikan untuk mengakomodasi ukuran tryer. Takik dimasukkan ke dalam sisi port tee PVC untuk menyelaraskan sampel kacang di tryer dengan sensor.

Langkah 5: Menghubungkan Relay Solid State dan Sakelar Daya

Lampu dari kabel secara seri dengan relai solid state dan jack barel DC.

Vin pada pelindung Qwiic terhubung ke jack barel DC melalui sakelar daya.

Ground pada pelindung Qwiic terhubung ke ground dari jack barel DC.

Langkah 6: Menghubungkan Tombol Kalibrasi

Tombol kalibrasi dihubungkan ke daya, Digital 2, dan ground menggunakan resistor.

Langkah 7: Menghubungkan Tombol Pengambilan Sampel

Tombol pengambilan sampel terhubung ke daya, Digital 3, dan ground menggunakan resistor.

Langkah 8: Menghubungkan INPUT ke Solid State Relay

Sisi input relai solid state disambungkan ke Digital 5 dan ground.

Langkah 9: Menghubungkan Modul Bluetooth

Modul Bluetooth disambungkan sesuai dengan diagram pengkabelan yang disediakan.

VCC - 5V

RXD - Digital 11

TXD - Digital 10

GND - GND

Langkah 10: Kode

Unggah kode yang diberikan ke Arduino Uno menggunakan kabel pemrograman.

Sebagai referensi, SparkFun menyediakan panduan startup untuk AS726x (https://learn.sparkfun.com/tutorials/as726x-nirvi)

PERINGATAN!! Saat menguji kode, pastikan Arduino tidak menerima daya dari catu daya 5V DAN kabel pemrograman. Ini akan menggoreng Arduino

Langkah 11: Menampilkan Hasil Melalui Bluetooth

Untuk menampilkan hasil Bluetooth, unduh Bluetooth Electronics by keuwlsoft dari Google Play Store. Simpan file DegreeOfRoastInfraRedAnalyzer.kwl ke folder keulsoft di penyimpanan internal perangkat Bluetooth. Gunakan ikon simpan di aplikasi untuk memuat file kwl. Selanjutnya, sambungkan ke Modul Bluetooth HC-05 dan jalankan file yang dimuat.

Langkah 12: Kesimpulan

Legenda panjang gelombang:

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

Sensor AS7263 NIR digunakan untuk mengukur reflektansi spektral biji kopi pada 6 panjang gelombang yang berbeda untuk kopi yang tidak disangrai serta sangrai ringan, sedang, dan gelap. Hasil dari sensor menunjukkan bahwa reflektansi inframerah menurun dengan derajat pemanggangan yang lebih tinggi di semua panjang gelombang yang diuji. Panjang gelombang dengan variasi terbesar menurut derajat sangrai ditemukan 860nm. Sistem ini menyediakan dasar yang cepat dan mudah digunakan untuk pengukuran offline tingkat sangrai biji kopi. Data dari sensor ini akan memberikan metode kontrol kualitas tambahan kepada roaster kopi dengan memastikan sangrai berulang dan mengurangi kesalahan manusia. Pekerjaan lebih lanjut perlu dilakukan untuk menghubungkan data inframerah dengan standar industri.

Langkah 13: Terima kasih khusus untuk…

• Dr. Timothy Bowser -- Penasihat
• Dr. Ning Wang -- Anggota Komite
• Dr. Paul Weckler -- Anggota Komite
• Dan Jolliff -- US Roaster Corp.
• Connor Cox -- Oklahoma Center for the Advancement of Science and Technology
• Departemen Biosistem dan Teknik Pertanian di Oklahoma State University, Stillwater, OK
• Pusat Produk Pangan dan Pertanian di Oklahoma State University, Stillwater, OK