Lab-on-Spoon
Vorkoster mit elektronischer Zunge
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Das E-Taster-System und Lab-on-Spoon
Für die beschriebene Aufgabe der Unterstützung des Konsumenten vor Ort bei der Prüfung und Beurteilung von Lebensmitteln und den Ergebnissen von Verfahrensschritten bei der Zubereitung wurde ein Assistenzsystem konzipiert, das in Bild 1 wiedergeben ist. Es besteht in einer stationären Variante aus einer zentralen Rechnereinheit, z.B. einem Smart Kitchen Server. Auf diesem ist ein System zur Kommunikation mit dem Nutzer und den instrumentierten Geräten bzw. sensorischen Einheiten sowie eine erweiterbare Datenbasis und effiziente Mustererkennungsverfahren implementiert. Eine wesentliche Teilfunktion ist dabei ein elektronisches Kochbuch, das z.B. mit Gestensteuerung und optionaler Sprachausgabe bzw. -eingabe arbeitet und zu dessen einzelnen Schritten zur Prüfung von Zutaten und Verarbeitungsschritten sensorischer Kontext angefordert wird. Einer dieser Lieferanten des sensorischen Kontextes ist der Lab-on-Spoon (LoS) [4], ein in Löffelform verkörpertes Sensorsystem, mit dem flüssige Lebensmittel beurteilt werden können.
Jobangebote+ passend zum Thema
Das Blockdiagramm in Bild 2 zeigt die jüngste multispektrale autonome Variante (LoSMS). In der Löffelfläche wird eine Temperaturmessung der Flüssigkeit mittels eines Pt10k-Sensors in einer Viertelbrücke über einen AD8236-Instrumentierungsverstärker und den Pro-Mini-A/DWandler vorgenommen. Die Impedanz der Flüssigkeit wird als Impedanzspektrum im Bereich bis zu 100 kHz über den AD5933 [6] mit rekonfigurierbarem analogen Front End (AFE) und präzisem Taktgeber aufgenommen. Synchron wird die für Lebensmittel sehr aussagekräftige Farbinformation mit dem mehrkanaligen Farbsensor MAZet MCS6CS [7] und zwei zugehörigen MCDC04-Auslesebausteinen [8] aufgezeichnet. Dabei wird während der Messung aktiv mit einer Weißlicht-LED ausgeleuchtet und das statische Umgebungslicht kompensiert. Zusätzlich wird in einer zweiten Phase der Löffelinhalt noch mit einer 750-nm-LED ausgeleuchtet, da die Center-Diode des MCS6CS hier eine nutzbare Empfindlichkeit aufweist. Der LoS-MS ist ein 3,3-V-System und wird durch einen Arduino Pro Mini (3,3 V, 8 MHz) gesteuert. Die Kommunikation kann entweder drahtgebunden über die USB-Schnittstelle oder im autonomen Betrieb über die XBee-Schnittstelle erfolgen. Das Laden des internen Akkus erfolgt über den USB-Anschluss. Die Kommunikation des Pro Mini mit
dem AD5933 und den MCDC04 erfolgt über den I2C-Bus, wobei hier durch die MCDC04 die Standard-Wire-Library wegen des Repeated Start Protocol nicht hinreichend ist und auf die SoftI2C Library für alle I2C-Bausteine zurückgegriffen wurde. Ein simples Beispielprogramm für die MCDC04 wird auf der Projektseite zum E-Taster-System daher zum Download bereitgestellt werden.
Bild 3 zeigt das Foto eines offenen, multispektralen, autonomen LoS-MSPrototypen in seinem Thermoplastgehäuse, das mit einem 3D-Drucker erstellt wurde, mit Markierung und Erläuterung der genannten Komponenten und ihrer Position. Das E-Taster-System fordert den Benutzer auf, eine entsprechende Einholung von Sensorkontext durch Befüllung des Löffels einzuleiten, und ruft den LoS-MS auf. Durch einen seitlichen Knopf am LoS-MS löst der Nutzer nach Befüllung die Messung und Auswertung aus, so dass Doppeldeutigkeiten vermieden werden können.
In Bild 4 ist ein autonomer, verkapselter LoS-MS für diesen Messeinsatz wiedergegeben. Die Messdaten werden zur Weiterverarbeitung und Entscheidungsfindung an das E-Taster-System kommuniziert sowie der Nutzer über den Ausgang der Bewertung durch ein vorab erzeugtes Klassifizierungssystem informiert. Gegenwärtig sind die umfangreichen Rekonfigurationsmöglichkeiten des LoS-MS statisch für eine Anwendung eingestellt, aber eine dynamische Rekonfiguration über das Assistenzsystem und sogenannte Self-x-Eigenschaften
sind bereits vorbereitet.
- Vorkoster mit elektronischer Zunge
- Das E-Taster-System und Lab-on-Spoon
- Anwendungsbeispiele
Lesen Sie mehr zum Thema
Das könnte Sie auch interessieren
Radartechnik im SmartHome
Berührungslose Atmungsüberwachung
Datenlogger:
Mini-Sensor-Labor im Weltraum
