How to Make an Arduino Controlled Coffee Roaster

How to Make an Arduino Controlled Coffee Roaster

In this tutorial we will be building a low budget, computer controlled coffee roaster using a Popcorn Popper, an Arduino, and the Artisan RoasterScopesoftware. The github repo for this project is here. Follow along, and you’ll be enjoying delicious, freshly roasted coffee in no time!

Parts

This setup is designed to be extremely low budget. The parts you will need are:

  • Arduino: I used an Arduino Uno
  • MAX6675 Thermocouple with Breakout: $3.96 CAD on AliExpress. The Arduino uses this to read the temperature during roasting. Coffee roasting temperatures are around 180°C — 240°C so make sure your thermocouple is rated high enough to handle this.
  • Solid State Relay: I used a 40A SSR for controlling the heating element. 40A is probably overkill, but you probably shouldn’t use one less than 25A depending on the wattage of your popcorn popper.
  • MOSFET Transistor: The Arduino digital pins didn’t have enough power to control the relay, so I used a mosfet transistor between the digital pin and relay. This might not be an issue depending on your relay though.
  • Tape, Wires, Breadboard, Solder, etc..
  • And most importantly: Green Coffee Beans! I’ve been using beans from a local coffee roaster, but if you want to buy some online you can check out Sweet Maria’s

Wiring

First, follow the instructions here to separate the main heating element of your popper from the rest of the popper’s circuitry. Now, you can plug the thermocouple breakout directly into the Arduino’s pins 2->6. Using the breadboard wire up a circuit so that the digital pin 9 controls the MOSFET which controls the circuit going through the control line on the SSR. Then connect the other end of the SSR to the heating element circuit as shown below:

That should be everything you need for wiring. If something isn’t working, it might be a good idea to troubleshoot circuits using an LED or multimeter. Also, please be extremely careful whenever working with the 120v circuitry of the popcorn popper.

Arduino Setup

To setup the Arduino, simply upload the sketch using the Arduino IDE. You will need to add the MAX6675 library and this ModbusRTU library. You can install both of these using the Arduino Library Manager.

Modbus

Modbus is a serial communication protocol used in lots of industrial equipment, including many industrial coffee roasters. This project uses Modbus so that the Arduino can easily interface with Artisan RoasterScope software as well as any commercial coffee roasting software that supports the Modbus protocol.

The default sketch settings set up a slave at address 1. The temperature is published to register 2, and to control the heating element, we can update register 4. The heating element reads a value in the range 0<=n<=99. Artisan Config To configure Artisan RoasterScope, first set up the device under Config->Device:

Then, click ok. Now Artisan will ask for the serial port settings. Enter them as follows, replacing comm port with the port your arduino is on:

Finally, we need to configure a slider to control the heating element. Under Config->Events, select the Sliders tab and set up a slider for the heating element:

PID Control

“A proportional–integral–derivative controller (PID controller) is a control loop feedback mechanism (controller) commonly used in industrial control systems. A PID controller continuously calculates an error value e(t) as the difference between a desired setpoint and a measured process variable and applies a correction based on proportional, integral, and derivative terms (sometimes denoted P, I, and D respectively) which give their name to the controller type.” — Wikipedia

Artisan can be configured to control the heating slider using a PID controller. To enable PID control, first check the box Control in Config->Device. Then click the blue control button on the main screen, and enter settings as follows:

You might want to play with the kp, ki, and kd constants, although tuning PID controllers still seems like a dark art to me. You can also check out this pagefor some tips on tuning these parameters.

Now, follow the steps below to load a roasting profile. During a roast, if you click the blue control box, the PID control will take over the slider and try to match the background roast profile as closely as possible.

Loading a Roasting Profile

To load a background roast, go to Roast->Background and click the load button:

You can also play with some of the parameters to sync up the background profile with your roast. To design a profile from scratch, you can open the designer tools at Tools->Designer.

Tips

If you live in a cold climate, such as Canada (where I’m from) it will be difficult for the roaster to reach high enough temperatures outside. A tip I learned here is to place the roaster in a box, so that the hot air being dispelled from the roaster is fed back into the air intake. This will help improve your roasts during winter.

Pics

Credit: https://medium.com/@lukasgrasse/how-to-make-an-arduino-controlled-coffee-roaster-f6a3334fd7d5

Độ rang ảnh hưởng đến hương vị cà phê như thế nào?

Câu hỏi đặt ra là Barista có cần biết rang không? Theo Cọ, câu trả lời là có, nó cũng giống như roaster ngoài cupping cũng nên biết pha để biết mình rang có bị lỗi gì hay không vì hương vị cà phê khi cupping và khi pha có thể khác nhau rất nhiều.

Trên thực tế, những kiến thức cơ bản về rang sẽ giúp Barista hiểu thêm về những ảnh hưởng của việc rang đến hương vị cà phê khi chiết xuất.
Hôm nay, chúng ta sẽ tham khảo 1 vấn đề cơ bản nhất: Độ rang ảnh hưởng đến hương vị cà phê như thế nào?. Những thuật ngữ hay kiến thức trong bài như màu sắc, thời gian, hương vị chỉ mang tính tham khảo, vì nó phụ thuộc rất nhiều vào ý kiến chủ quan của mỗi người.

Còn về loại cà, thì ở đây Cọ chỉ đề cập chủ yếu đến các giống Arabica thôi nhé.

Sự khác nhau cơ bản giữa các độ rang và cách nhận biết

1/ Light đến Light – Medium Cinnamon

Các hạt ở độ rang Cinnamon được lấy ra khi đang nổ lần 1. Độ rang này thường được dành cho Cupping vì các hạt vẫn giữ lại được bản chất vốn có (Bean flavor) và chưa bị quá trình rang (Roast flavor) can thiệp vào. Khi thử hạt của ở độ rang này để uống, ta sẽ thấy flavor của rau, đậu, vị chua nhiều, ngọt, với hương hoa, body rất mỏng và rất ít đắng.

City, City +

Theo Rao, S độ rang City được lấy ra khi vừa kết thúc nổ lần 1, trong khi City Plus (City+) là sau kết thúc nổ lần 1 từ 30s – 40s. City+ là độ rang ưa thích của Cọ để pha drip cho các hạt Châu Phi như Kenya hay Ethiopia vì sẽ có sự cân bằng giữa các vị chua, đắng, ngọt và hương thơm cũng rất tốt.

Quan trọng hơn, các hạt này khi pha uống sẽ giữ lại được những tính cách (Bean flavor) đặc trưng (Nếu Develop tốt) với hương hoa, trái cây, mạch nha * và các hương trong nhóm Sugar browning (Caramel, mật ong…) cũng bắt đầu xuất hiện đi kèm với body mỏng, đắng ít, độ chua và ngọt trung bình. Tuy nhiên nếu rang không tốt sẽ bị underdevelop và dẫn đến chua gắt, vị rau cải, đậu, cà chua, dưa leo …

*Tùy vào loại hạt mà flavor sẽ khác nhau, không phải hạt cà phê nào cũng lên được những flavor nêu như trên.

2/ Medium / Full City

Nếu City + là độ rang ưa thích cho drip thì Full city là độ rang Cọ hay dùng cho Esrepsso. Các hạt ở độ rang Full city được lấy ra ngay sát nổ lần 2 (Rao, S), trên bề mặt hạt hơi bóng dầu. Theo Cọ, độ rang này thích hợp cho uống Espresso vì khi uống sẽ có sự cân bằng giữa độ chua, ngọt, đắng và body vừa, ngoài ra flavor sẽ có caramel êm dịu, trái cây chín hay sô cô la (Nếu develop tốt).

3/ Medium – Dark / Viennese

Các hạt ở độ rang Viennese được lấy ra khi giai đoạn nổ lần 2 diễn ra được một lúc (Cọ thường lấy ra sau nổ lần 2 khoảng 40s). Nếu bạn muốn 1 tách Espresso chủ yếu vị đắng nhiều, body dày, chua thấp, ngọt ít, có vị cay, sô cô la đen hay caramel, thì đây là độ rang thích hợp. Thường thì độ rang này Cọ sẽ trộn Robusta và Arabica (Giống Catimor) để tăng vị đắng và body dày hơn và sẽ dùng chủ yếu cho các món cà phê đá, sữa đá hay đá xay.

4/ Dark /French

Độ rang French được lấy ra khi đi rất sâu vào nổ lần 2 (Cọ thường lấy ra sau nổ 2 khoảng 1p20s), lúc này, trên bề mặt cà phê dầu xuất hiện nhiều. Với độ rang này, ly cà phê sẽ có độ đắng cao, các vị khói, carbon hay thuốc lá sẽ xuất hiện khi pha, độ ngọt và chua sẽ mất đi, độ dày của body cũng sẽ đạt cao nhất ở độ rang này (Rao, S), nhưng sẽ giảm dần đi khi rang quá sâu. Thường thì với độ rang này Cọ không rang cho hạt Arabica mà chỉ dùng Robusta để rang cho pha phin.

Ngoài ra còn độ rang Italian, vốn sẽ đậm hơn cả French nhưng Cọ không khuyến khích rang tới mức này dù là cho pha phin vì uống rất hại cho sức khỏe.

Nói tóm lại, khi rang các vị chua, ngọt, hương thơm sẽ tỉ lệ nghịch với độ rang trong khi độ đắng thì sẽ tỉ lệ thuận. Nghĩa là nếu ta rang càng đậm thì các yếu tố chua, ngọt, hương thơm sẽ giảm xuống còn độ đắng sẽ tăng lên.

Tham khảo:

  • Rao, S (2014), The coffee roaster’s companion, United States of America
  • http://www.home-barista.com/home-roasting/roasting-guideline-charts-current-knowledge-summary-t19128.html
  • https://legacy.sweetmarias.com/library/content/use-all-five-senses-determine-degree-roast-0
  • http://compoundcoffee.com/experiments/17_Coffee-Roasters-Whats-the-difference

Bài viết chép từ Blog: https://baristaweapons.blogspot.com/