咖啡机功能介绍及其项目设计方案t

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1、咖啡机功能介绍及其项目设计方案一、咖啡机的介绍酿制一杯完美的咖啡，需要借助专门的咖啡机来完成。咖啡机用 10 个左右的大气压力，迫使90C左右的热水穿过10克左右的幼细的经过挤压的咖啡粉， 汲取咖啡粉中的咖啡脂等芳香物质，并与热水达到充分溶合后流入杯中，而且要 在1828秒的时间内完成，以便有效地避免过份提取所造成的不良味道。显然, 一杯高品质的咖啡的生成，咖啡机起着决定性作用。咖啡机可分为半自动咖啡机和全自动咖啡机。半自动咖啡机主要特点是：由 人工操作磨粉、压粉、装粉、冲泡、清楚残渣等，机器结构简单，维护保养容易， 使用方便。其缺点是：操作者要经过严格的培训才能使用这种机器制作出高品质 的咖

2、啡,且工作效率较低。全自动咖啡机主要特点为：实现了磨粉、压粉、装粉、 冲泡、清除残渣等酿制咖啡全过程的自动控制，使用方便、快捷,品质一致，高 效率，操作人员不需要培训。其缺点为：结构比较复杂，需要良好保养，维护费 用较高.但由于其优点突出，使得它越来越被众多客户所喜爱.（咖啡机的质量标准 略）本项目的咖啡机是一个全自动咖啡机，用户操作极为简单,能自动提供热水， 自动研磨咖啡豆（研磨的粗细度可调）。用户根据需要可选择制作单杯或同时制 作双杯咖啡，且单杯咖啡的制作量有小、中、大杯的调节。除了制作咖啡，此咖 啡机还能制作热水和蒸气.热水可以用来泡茶、做汤等，蒸气则可用于加热牛奶 和其他饮品，为用户提

3、供多样化的、轻松快捷的服务。二、咖啡豆特性咖啡豆味觉分类:酸味系的咖啡豆,尤其以高质量的新豆居多，烘培程度最好浅些，而苦 味系则烘培程度要浅些,然后甜味系则多属高地产水洗式精选豆，烘培往往构 成它能否融入柔和的苦味中后，被人品尝出来的关键。中性味则就算不是高 地产的咖啡豆，也得要有要安定质量的安定处理。演出香、醇效果的咖啡豆， 咖啡的煮泡知识： 自己煮咖啡不但比购买现成的罐装咖啡、泡即溶咖啡更香、更浓醇，而且咖 啡因只有罐装与即溶咖啡的一半含量，不但香浓美味，而且喝得更健康，的确是 最SMART的抉择！不同煮法需要不同粗细的咖啡粉 ,用什么样的萃取法煮咖啡，就该选用相应 粗细的咖啡粉，这是一定

4、要知道的。研磨豆子的时候，粉末的粗细要视烹煮的方 式而定。一般而言,烹煮的时间愈短，研磨的粉末就要愈细；烹煮的时间愈长， 研磨的粉末就要愈粗。温杯是好咖啡的先决条件，对于一杯完美的咖啡而言，温杯至少占了20%的 功劳。无论咖啡煮得多么好，只要倒入一个冰冷的杯子里，咖啡的温度立即降低， 香气也抵消过半。而事先把咖啡杯温杯，咖啡倒入后不但热度得以保存，而杯子 的温度更适于酝酿香气,使咖啡的香味完全释放出来.咖啡豆的保存：咖啡豆接触空气后会开始氧化,欲使咖啡之物理和化学变化减至最小,包装 是一门非常重要的学问。咖啡豆由于接触空气面积小,比研磨后之咖啡粉在品质 及风味的保存上持久,故为维持咖啡香味，可

5、尽画在要冲煮 咖啡时开始研磨。已 研磨好的咖啡粉可装在密闭容器中.存放在冰箱的冷冻（零下温度）的储藏室内.三、咖啡机内部结构图四、咖啡机控制器的功能1、实现咖啡机的初始化打开咖啡机的电源开关，控制器控制整个咖啡机系统完成一次初始化，为制 作咖啡或蒸汽做好必要的准备。初始化过程包括:系统安全检测，多位行程开关触点常态检测，水箱水量、咖 啡豆量的检测，控制电机旋转实现残渣排空。如果初始化过程中上述任何一项出现问题（如：行程开关触点非常态,水箱水 量不足，咖啡豆量不足等）,控制器立马发出报警信号,使红灯闪烁,只有在排除了报 警之后，方可进行其他操作。2、制作咖啡在咖啡机初始化完成后，控制器控制加热器

6、工作，水温上升，此时咖啡指示 灯闪烁。当温度传感器检测到水温达到90C左右时，咖啡机转为保温状态，咖啡 指示灯转为常亮状态，泡咖啡准备就绪。控制器控制内容有：制作咖啡单、双杯且容量可调，咖啡按键按一次为单杯， 按两次为双杯；通过咖啡量调节旋钮可以选择咖啡的制作量，一般为小、中、大 杯。关于单、双杯按键次数的检测，在制作一杯咖啡的过程中，如果检测到有按 键摁下，无论按下几次，则默认为同时制作两杯咖啡;如果是在一杯咖啡制作完后 检测到有按键摁下，则摁一次就制作一杯咖啡，摁多次就制作两杯咖啡。研磨咖啡粉电机的控制，保证咖啡粉制作量的调节.此外，当有小石子等硬 物卡在磨中，最迟在2。5秒之后，控制器控

7、制电机停止运转.在出咖啡时，用户可通过按咖啡选择按钮在任意时刻停止咖啡的流出，若按 钮被连续按下两次，则咖啡制作量会自动加倍。在泡咖啡过程中，控制器控制系统首先进行预冲泡，即先润湿咖啡粉，接着 水流暂时停止，然后才开始真正制作咖啡.3、制作蒸气在默认咖啡状态下，按下蒸气按钮，控制器控制加热器加热，水温继续升高 至产生蒸气为止，保持温度。期间蒸气指示灯由闪烁转为恒亮状态.控制器还要控制对蒸气气压的检测，必须保证气压在规定范围内（一般是7-8 个大气压），以保安全。4、从蒸气状态到咖啡状态在蒸气状态下，按下咖啡按钮（此处与厂商提供的咖啡机不同），系统转向 咖啡状态。控制器控制：当按下咖啡按钮，因为

8、制作蒸气的温度高于制作咖啡的温度， 此时产生报警,以咖啡指示灯和蒸气指示灯同时闪烁作为信号（提醒操作人员手 动降温解除报警）.降温过程，温度传感器及时检测水温，当达到制作咖啡的要求 时，蒸气指示灯由闪烁变暗，同时咖啡指示灯由闪烁变常亮状态，表明咖啡制作 准备就绪。5、控制器自身规格尺寸要满足安装空间要求（宽高*深）重量五、咖啡机控制器难点描述1、温度、压力的检测与控制泡咖啡的温度在90C左右，蒸气的温度为大于等于100C，为了防止单一温 度传感器检测出现大的误差，本咖啡机采用两种不同类型的温度传感器进行温度 检测。由于检测的温度较高,传感器的敏感性、测温范围等特性的确定以及传感 器的安装都应反

9、复比较和测试。在蒸气状态下，内部蒸气压力必须保证在56个大气压内，采用压力传感器 检测,难点是当检测到压力值超过设定值时，系统如何进行控制，确保安全。2、咖啡量的调节 咖啡量的调节包括小、中、大杯，受控制的是水量的控制和咖啡豆量的控制.初步考虑水量可以由水泵的运作时间tl来精确控制，而咖啡豆量的调节用电机 运作时间t2控制并不能非常的精确，误差可能性较大，会直接影响咖啡的口味和 质量。这里还要明确的是泡制小、中、大杯咖啡时,咖啡量与水量的配比关系.3、电机的控制本系统有三台电机：咖啡泵、碾磨电机和控制电机. 咖啡泵的运作主要有:制作咖啡、蒸气、热水过程中对水量的控制，控制时间 由制作量决定。控

10、制电机的运作主要包括：系统初始化过程电机的转动,制作咖啡过程中电机 转动的流程。其中，初始化过程排空操作要精确计算出电机转动的时间、速度、 方向，都需要反复实验.碾磨电机的控制：仅在制作咖啡时进行运作，运作时间由咖啡量决定。六、系统组成与功能要求控制电机小中大杯面 板残 水 槽水 槽电 机模 拟 输 入阀 芯a残渣盒蒸汽 状态 选择一杯 两杯 选择咖啡 状态 选择行程开关模块I按键模块水的流量水的温度蒸汽温度咖啡泵碾磨电机MCU保持水温灯指 示 灯J1计自检指示灯|报: 警一;）胡加热蒸汽灯J1、模拟输入通道1，水的温度输入：采用热电阻，检测水的温度，当加热咖啡水时,指示灯闪 烁;温度适合冲泡

11、咖啡时（9096度）指示灯常亮。当温度过高时咖啡指 示灯和蒸汽指示灯均闪烁，此时要放水降温。2，蒸汽温度输入：采用热电阻，防止蒸气温度过高锅炉爆炸,也可用压力检 测.3,加热炉的压力输入：采用压力传感器，0700kPa，误差lkPa,4，水的流量输入：采用流量检测传感器，准确获得大杯小杯,一杯两杯的水 量。2、数字输入通道1，水的液位,防止无水加热，可以用红外检测,此处可以不用单机片控制。 2，咖啡豆检测,防止无咖啡豆研磨，3，行程开关：A, 前面的面板B, 咖啡豆残渣盒C, 阀芯D, 残水槽E, 水槽行程开关F, 电机零位G, 电机限位开关4,按键输入：A, 蒸汽状态选择，当选择蒸汽状态时，

12、开始加热直至达到设定值，在此 过程中蒸汽指示灯闪烁,达到设定值时指示灯常亮。B, 咖啡状态选择，当选择咖啡状态时如果温度太高，贝V,先放水降温, 当适合泡咖啡时灯常亮。C, 大小中杯选择，通过调节大小中杯旋钮，可选择大小中杯.D, 一杯两杯选择，按一下咖啡选择按钮,泡一杯，按两下则泡两杯。3、输出通道A 电机模块：1 ,控制电机,通过控制电机移动核心部件,将装有咖啡粉部分对齐出 水口；在泡完咖啡后再复位,同时将咖啡豆残渣倒入残渣盒。2, 咖啡泵,通过控制水泵的运行的时间来控制大杯小杯,一杯两杯的水 量.3, 碾磨电机,通过控制咖啡机运行的时间来控制大杯小杯,一杯两杯的 咖啡量。B 指示灯回路1

13、, 加热蒸汽时灯闪,在加热蒸汽是指示灯闪烁,表明此时温度未达到 设定值.当达到设定值是常亮.2, 保持咖啡水温时闪,当泡咖啡的水温没有到设定值是闪烁.当达到设 定值是灯常亮。C,报警模块1, 报警指示灯,当开机自检时,如果面板,残渣盒,核心部件和残水槽 中有一个未复位贝报警指示灯闪,此时机器不运行。2, 温度过高皆闪,当水的温度过高时,蒸汽和咖啡指示灯都闪烁,此时 只有旋转蒸汽阀,排出一些高温水,当水温恢复设定值时才停止闪烁.七、软件流程图1、咖啡机项目流程图温硬件选型,熟悉相关原理确定咖啡泡制所需的相关压力值度值开发时间，实施阶段，资源情况，实施风险4 具体人员,开发时间，测试时间 需求功能

14、确认A开发阶段的资源安排 4 根据具体设计重新安排设计进度单片机系统实现咖啡机的相关程序可行性,实施顺序在PCB 板上能够实现单片机所需的功能 确立咖啡机项目草案_收集相关咖啡机资料-咖啡机具体模块的详细设计功能用户使用需求，硬件平台需求，预测和改进需求-反复调试 .进一步优化规划阶段原理图 ，PCB 制板硬件测试需求收集软件测试开发计划调整需求讨论需求实现方案讨论开发计划详细设计硬件资料收集需求范围确认需求评审2、咖啡机工作流程图：开机V二（初始化就绪状巻二一否f亮警示乔用户检查，重启是，加热3、咖啡状态流程图：在时间t控制研磨量中，总研磨时间T1根据用户选择的小、中、大杯或单、 双杯来确定；当咖啡豆量不足时，先记录研磨机已经运行的时间T2，然后亮灯警告。直到用户补充咖啡豆，接着运行研磨机并记录第二次研磨时间T3，确保T1+T2=T1。在加热水中，排放热水的时间 T4 根据用户选择的小、中、大杯或单、双杯来 确定，即为咖啡泵运行时间。