咖啡机功能介绍及其项目设计方案

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90℃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18-28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.
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90℃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90℃左右，蒸气的温度为大于等于100℃，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复比较和测试。

在蒸气状态下，内部蒸气压力必须保证在5-6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t1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
1、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；温度适合冲泡咖啡时（90~96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，0~700kPa，误差1kPa，
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，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，则，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，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则报警指示灯闪，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：
2、咖啡机工作流程图：
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
4、蒸气状态流程图：
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在保持蒸气状态中，要通过软件控制和硬件控制法把气压限制在一定值范围内，确保安全。

注：在蒸气状态，当外锅炉的容量越大，冲煮咖啡的热水温差将会越低，越可以减低因为使用蒸气造成的温差影响。

11 / 11'.。