寧波職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息工程系 李小琴 陳光絨

基于PIC單片機(jī)的咖啡機(jī)控制系統(tǒng)的研制

寧波職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息工程系 李小琴 陳光絨

本文設(shè)計(jì)并制作了一種具有多種功能選擇模式的咖啡機(jī)控制電路，以單片機(jī)PIC16C74為主控芯片，通過水位壓力開關(guān)對進(jìn)水管進(jìn)行水位檢測，進(jìn)水完成后開始加熱水，通過溫度傳感器檢測水溫的度數(shù)。根據(jù)口味不同，可設(shè)置6種泡咖啡的模式，享受不同味道的咖啡。

PIC16C74；水位壓力開關(guān)；溫度傳感器；

1.引言

1965年，荷蘭Philips公司發(fā)明了第一款滴漏式咖啡機(jī)。47年后的今天，在餐廳、酒吧、家庭等場所，由世界眾多廠家生產(chǎn)的滴漏式咖啡機(jī)占據(jù)著絕大多數(shù)的市場。隨著科技的進(jìn)步和人們生活水平的不斷提高，家電智能化在上世紀(jì)末被提出，在近幾年里得到了重視并引發(fā)了研究熱潮。咖啡機(jī)作為一種消費(fèi)類家電，在工作模式上，目前仍需要改進(jìn)和創(chuàng)新[1]，本文針對此問題，研發(fā)了一種6種選擇模式的全自動(dòng)咖啡機(jī)。

2.系統(tǒng)功能描述

如圖1所示，本系統(tǒng)由電源、MCU主控部分、水位控制器、溫度傳感器、4個(gè)繼電器、6個(gè)LED、3位LED數(shù)碼管、11個(gè)按鍵組成。其中MCU主控部分采用單片機(jī)PIC16C74。11個(gè)按鍵為1個(gè)ON/OFF開機(jī)鍵、4個(gè)設(shè)置鍵、6個(gè)功能選擇鍵。

系統(tǒng)功能描述：開啟按鍵ON/OFF，咖啡機(jī)進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)。按下SET鍵，顯示器顯示-1-，同時(shí)Mune1的指示燈亮，說明此時(shí)設(shè)定的是功能鍵Mune1的值(設(shè)定狀態(tài)下可以任意選擇Mune1～Mune6功能鍵進(jìn)行設(shè)定)。第一項(xiàng)設(shè)置為水溫值(75°-100°)，第二項(xiàng)設(shè)置為預(yù)浸時(shí)間(1-60s)，第三項(xiàng)設(shè)置為預(yù)浸等待時(shí)間(1-60s)，第四項(xiàng)設(shè)置為出咖啡時(shí)間(1-250s)。每一項(xiàng)設(shè)置可通過上、下鍵來改變設(shè)定值，完成按END鍵，顯示器顯示此設(shè)定項(xiàng)的設(shè)定值，再按SET鍵設(shè)置下一項(xiàng)，并按END鍵保存（如果不保存，顯示設(shè)定值后按SET鍵返回上級菜單）。

設(shè)置完成后，開始進(jìn)入進(jìn)水狀態(tài)，在進(jìn)水時(shí)不會(huì)加熱水也不會(huì)出咖啡，通過水位控制開關(guān)關(guān)閉進(jìn)水管。然后開始加熱水，加熱完成后，選擇已經(jīng)設(shè)置好的功能鍵1~6模式，開始預(yù)浸等待，然后根據(jù)設(shè)置時(shí)間進(jìn)行出咖啡，顯示器會(huì)以倒計(jì)時(shí)的方式顯示時(shí)間。

3.硬件電路設(shè)計(jì)

3.1 電源電路

圖2電源提供+12V和+5V的電壓，由整流、濾波、穩(wěn)壓電路組成，7812和7805為12V和5V的穩(wěn)壓管，+5V供單片機(jī)和溫度傳感器工作，+12V驅(qū)動(dòng)繼電器和進(jìn)水水位檢測工作。

圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖

圖2 電源電路

圖3 MCU外圍電路

圖4 繼電器控制電路

圖5 溫度采樣電路

圖6 進(jìn)水電路

3.2 MCU外圍電路

本文采用Microchip公司的PIC16C74單片機(jī)，PIC16C74是帶A/D輸入的微機(jī)芯片，有如下特點(diǎn)：(1)片內(nèi)RC振蕩20MHz。(2)8路10位A/D，基準(zhǔn)電壓為5V，分辨率為5/1024。(3)I/O上拉最大電流25mA，反灌最大電流20mA。(4)2路CCP。(5)有程序保密位(6)外接晶振20MHz。[2][4]

圖7 總程序流程圖

如圖3所示，34-37號腳接IC-2003A來驅(qū)動(dòng)繼電器工作。6、7號腳接24L02記憶芯片[3]的通信腳。

3.3 繼電器控制電路

本電路由單片機(jī)控制繼電器開關(guān)來工作。如圖4所示，上電開機(jī)，進(jìn)水狀態(tài)，K3和K4開。進(jìn)水完成，開始加熱，K1開。加熱完成，功能鍵指示燈全亮。選擇功能鍵進(jìn)行出咖啡，按下鍵后，開始預(yù)浸咖啡，K2、K3、K4打開，當(dāng)溫度低于設(shè)定溫度時(shí)間打開K1加熱。預(yù)浸完成后，關(guān)掉K2、K3、K4，如果溫度達(dá)到設(shè)定溫度則K1也關(guān)閉，并進(jìn)行對咖啡粉的浸泡。浸泡完成后進(jìn)入出咖啡階段，打開K2，K3，K4。當(dāng)溫度低于設(shè)定溫度時(shí)間打開K1開熱，顯示并倒計(jì)出咖啡的時(shí)間。倒計(jì)到0時(shí)出完咖啡，返回待機(jī)預(yù)熱狀態(tài)。

3.4 溫度采樣電路和進(jìn)水控制電路

圖5為溫度采樣電路，HOTTEMP接熱敏電阻，熱敏電阻的阻值隨著溫度的變化而變化的，溫度不同，電阻阻值不同，從而分得的電壓也不同。圖中R20為分壓電阻，R19為限流電阻，以保護(hù)I/O口[5]。

圖6是進(jìn)水控制電路圖，當(dāng)J7斷開時(shí)，三極管導(dǎo)通，IN_WATER為低電平，此時(shí)說明水未滿，打開進(jìn)水閥，開始進(jìn)水。當(dāng)J7閉合時(shí)，三極管截止，IN_WATER為高電平，說明滿水位，關(guān)閉進(jìn)水閥，停止進(jìn)水[5]。

4.軟件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)的總程序流程圖如下圖7所示：本程序采用C語言來編寫，可以縮短開發(fā)周期，程序總的采用模塊化設(shè)計(jì)，分成幾部分的獨(dú)立子程序。首先是按鍵判斷子程序，采用矩陣式按鍵的掃描方式來編寫程序，當(dāng)有鍵按下的時(shí)候把相應(yīng)的鍵值存儲(chǔ)在RAM中，主程序中是根據(jù)鍵值來判斷執(zhí)行哪一段程序。其他部分程序就是溫度濕度采集程序和繼電器判斷輸出程序，從而來控制電磁閥、加熱絲等。圖中最后所示的“執(zhí)行相應(yīng)的按鍵程序”包括：繼電器的控制、相應(yīng)的泡咖啡模式控制等。

5.結(jié)語

本文設(shè)計(jì)的具有多種功能選擇模式的全自動(dòng)咖啡機(jī)，是根據(jù)實(shí)際產(chǎn)品要求來設(shè)計(jì)的，符合市場的需求，還有一定的技術(shù)前沿，具有較好的市場效益。經(jīng)測試，各項(xiàng)功能都達(dá)到了預(yù)期的要求，操作簡單便捷，性能穩(wěn)定，可靠性良好，滿足了不同客戶的口味要求，在咖啡廳應(yīng)用廣泛。

[1]侯軍剛,曹廣忠,徐剛.基于PIC16F877A的咖啡機(jī)智能溫控系統(tǒng)[J].機(jī)電工程技術(shù),2005,34(10):23-24.

[2]黃道敏,陳元娣.PIC16C74單片機(jī)應(yīng)用與編程探討[J].計(jì)算機(jī)與現(xiàn)代化,2006,1:31-33.

[3]宋德杰.AT24C02在單片機(jī)中的應(yīng)用[J].電子制作,2005,4:17-18.

[4]陳光絨.單片機(jī)技術(shù)應(yīng)用教程[M].北京大學(xué)出版社,2006,07.

[5]欒桂冬等.傳感器及其應(yīng)用[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2002.

Design of Coffee machine control system based on PIC microcontroller

Li Xiao-qin，Chen Guang-rong
（Ningbo Polytechnic of Electronic Information Engineering，Ningbo，315800）

This paper design and product a coffee machine control circuit with a variety of function selection mode，to the microcontroller PIC16C74 chip，through the water level pressure switch detect the water level on the inlet pipe，water heating after completion of water.through the temperature sensor test the water temperature in degrees.Depending on your tastes can accommodate six coffee mode，enjoy the different fl avors of coffee.

PIC16C74；water level pressure switch；temperature sensor

李小琴（1983—），女，浙江溫嶺人，講師，寧波職業(yè)技術(shù)學(xué)院教師，研究方向：智能電子。