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智能咖啡机的精确恒温方案设计 侯军刚，孟欣，曹广忠，徐 刚 深圳大学工程技术学院(518060) email: xjjk@ 摘 要：提出了一种咖啡机的精确恒温方案。利用集成元件 AD590 测温、静电电容式接近开 关检测咖啡液位，构建闭环控制回路。用 PWM集成芯片 TL494做脉宽调制，控制固态继电器 按一定占空比输出给加热器间歇加热，实现了咖啡液的精确恒温。 关键字：咖啡机；恒温；液位测量；脉宽调制 1. 引 言 随着人们生活水平的不断提高，咖啡机这种原来只在酒吧、餐厅使用的高档消费品现在 已越来越多地走进了寻常百姓家。冲煮咖啡是一个受诸如咖啡品种、咖啡粉烘焙条件[1 ]、咖 啡机类型等因素影响的复杂过程。人们在享用一杯咖啡时，口感是至关重要的，而入口时咖 啡液的温度是决定口感的重要因素。现在市场上常见的家庭型电咖啡机，大多只有一个温度 上限保护，不属于真正意义上的保温。某些高级一些的咖啡机，会设置几个粗略的档位，如 高、中、低温，但是由于杯中咖啡量的变化，即使设定在同样的档位，杯中咖啡液的温度还 是有很大差异，而且在咖啡量很少时，很容易出现过热甚至干烧。 为此，本文给出了一种可以精确恒温的智能咖啡机设计方案。该方案将温度量和杯中咖 啡量纳入闭环控制，可以达到较高精度的恒温，并且稳定温度不因咖啡量的变化而变化。其 恒温温度连续可调，可以满足不同人的口感要求。 2. 智能咖啡机设计方案 2.1 性能指标要求 针对某款容量为 12 杯的滴漏式电咖啡机，要求咖啡煮好后温度恒定在 50～70℃的任意 设定值。无论杯中咖啡多少，要求咖啡液温度都必须维持在该值，容许波动±1℃。 2.2 总体方案概述 图 1 所示为温度控制部分的总体方案及结构简图。 液体（即咖啡）的温度通过集成型温度传感器 AD590 感知，液位由杯外安装的 3 个静电 电容式接近开关组合测得。 1 因为实际中不允许在液体中测温，所以将测温元件AD590 装在玻璃杯的底部外壁一点， * 设测得该点温度为T。而液体中心的温度T 与外壁温度T紧密相关。所以，首先必须在某一固 * 定液位下，测得T 与T的关系曲线，这样，保证AD590 测得的外壁温度T稳定，也就相当于保 * * 证了液体中心的温度T 的稳定。当液位发生了变化时，要保持液体中心的温度T 不变，外壁 温度T则需要发生微小变化 λ，这时候要根据测得液位，加上一个相应的补偿值 λ，从而使 * 液体中心的温度维持在T 不变，即咖啡温度不受到液位变化的影响。 玻璃杯 液 位 液体 检{ 测 导热板 AD590测温 温度测定值