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小家电

客户成功故事与项目成功案例

咖啡机控制板开发设计


目前咖啡已经成为了世界三大饮料之一,咖啡壶也逐步成为我们家庭使用的常见电器之一。现在市场上咖啡壶主要分为三种:虹吸式咖啡壶、滴漏式咖啡壶和泵压式咖啡壶。目前各个电器厂家对咖啡壶进行了研究,如松下发明了泵式咖啡壶,可以通过重力作用将咖啡粉冲散,国内也有学者设计了可以实现准确温控的咖啡壶。

然而,目前已有的咖啡机普遍存在成本较高且功能单一等缺点,这无疑影响了用户的使用和咖啡机的市场。因此,我们设计了一款全自动多功能咖啡机系统,可以实现以下功能:①控温功能:加热到一定温度后,加热系统自动进入保温模式。②控量功能:出水系统能够自动控制出水量,达到规定出水量后自动断水。③控浓度功能:通过机械装置,可以控制出咖啡粉的量,跟控制流量功能联系起来,就可以完成控制浓度功能。

一、咖啡机系统方案设计

本系统中咖啡机整体结构主要包括:水箱、加热装置、送料装置、抽水泵、漏斗和滤网及温度传感器、压力传感器、电磁阀、按键面板等。其中水箱用于存储水,加热装置用于加热水,送料机构用于储存及送咖啡料,电磁阀用于控带咖啡量。

当检测到水箱中水压不足时,通过水泵将水送至加热处,通过底部加热丝加热,同时温度传感器实时进行检测。当通过键盘检测到咖啡量及浓度后,打开电磁阀将沸水送至输水管,通过分布板均匀洒落在盛有咖啡粉的过滤器中,即可得到咖啡。送料装置包括三部分:放入咖啡的漏斗、存储咖啡的转盘及带动其旋转的电机。其中,存储咖啡的转盘被分为若干格,当电机带动其旋转时咖啡粉由于重力的作用落入过滤器中,通过电机转动控制咖啡粉的量。

二、咖啡机的主要模块设计

在整个系统中,主要实现的功能包括:温度控制、浓度控制、出水量的控制。需要检测信号包括:水箱的压力信号、水温信号以及用于人机交互的按键;需要控制的设备包括:上水到水箱的水泵、控制电热丝加热的继电器、控制热水通断的电磁阀以及控制咖啡量的电机。

2.1主要控制芯片

单片机控制器主要用于计时、产生继电器控制信号。AT89C51单片机是一种高效微控制器,具有低电压、高性能的特点,为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。

2.2温度控制模块

控温模块主要用于加热装置,温度控制模块能够对温度进行实时的测量并在显示屏上显示出来,便于用户了解加热情况。加热丝通电之后给加热壶中的水进行加热,温度传感器对水温进行实时的测量,并在显示屏上显示出来。在达到冲泡咖啡的温度后,单片机控制加热带断电。

DS18B20是一种常用的温度传感器,体积小,抗干扰能力强,使用范围为一55℃至+125℃,固态测温误差为0.5℃,工作电压为3.0~5.5V/DC,不需要任何外围元件。

2.3流量控制模块

流量控制模块主要用于出水模块,主要工作原理为:将压力传感器置于加热装置底部,可以通过测量压力差对加热装置中水量进行实时监测,通过电磁阀控制咖啡机出水,当达到规定出水量后,关闭电磁阀就可以停止出水。电磁阀通过压力传感器所传递的信号进行开闭,能够控制所流出的热水的重量。从而完成了控制流量的功能,当水位低于设定值时,通过水泵进水。

压力传感器选用HX711,参数可以直接输出电压信号,它安装在加热室底部,主要能够对加热室的水量进行实时的测量,并将水位实时显示。

2.4浓度控制模块

全自动咖啡机的送料机构设计为分格式圆盘,在其上方是存储漏斗,底部为一个漏粉的小孔,在圆盘中间连接了电机;分格式圆盘内部被分成了12个等同的扇形,其中每个扇形的体积大概为半包咖啡粉的体积。此结构利用重力作用控制咖啡粉,通过电机带动盒子旋转,咖啡粉就会从底部的小孔漏出来。旋转一个扇形的体积就可以漏出半杯咖啡所需的咖啡粉量,在热水量的调和下,完成了控制浓度的功能。

三、咖啡机的调试

经过构思、设计和实现环节,对咖啡机的硬件进行装配,并结合软件不断的调试,目前该样机已经可以实现预期功能。(1)控制温度。在单片机上按下加热按钮,电热丝就会通上工作电压,对加热壶中的水进行加热。它可以将温度控制在所需温度。在所需温度之后,单片机就会让控温模块的继电器断电,从而停止加热。(2)控制流量。在单片机上按下出水按钮,电磁阀通电使得通道打开,流出热水。在流出规定量的热水后,单片机就会让控量模块的继电器断电,从而停止出水。(3)控制浓度。通过制造完成的分格结构,在装上咖啡粉之后,通过圆盘,咖啡粉从底部漏出,在一定量热水的冲泡下,从而完成对浓度的控制。

总结

本系统设计了全自动咖啡机的控温、控量和控浓度三个模块的机械结构和控制系统,辅助报警、显示等功能。通过单片机对压力、温度的实时检测,并采用键盘进行人机交互,控制继电器、电磁阀、水泵的通断,在不断调试的基础上,可以实现控制温度、控制流量、控制浓度三大功能,达到预期目标。

以上就是我们深圳市组创微电子有限公司为您介绍的基于单片机的全自动咖啡机的设计及开发示例。如果您有咖啡机方案开发需求,可以放心交给我们。我们代理多种单片机、语音芯片、双模蓝牙IC、wifi芯片。品牌有松翰单片机、应广单片机、杰理蓝牙、安凯蓝牙、全志、瑞昱(realtek)。我们的技术服务范围有:PCB设计、单片机开发、蓝牙方案、软硬件定制开发、APP开发、小程序开发、微信公众号开发等。还可以承接智能电子产品方案设计、生活电器开发、美容仪器研发、物联网平台应用、智能家居控制系统、TWS耳机、蓝牙耳机音箱开发、儿童益智玩具方案开发、电子教育产品方案设计等。