CN107713759B - 一种咖啡机控温处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种咖啡机控温处理方法，采用可控硅触发电路导通工作，当咖啡机处于预热状态时，当实际温度低于第一阶段温度，采用第一功率加热；当实际温度大于等于第一阶段温度且小于第二阶段温度，采用第二功率进行加热；当实际温度大于等于第二阶段温度，采用第三功率加热，直至目标温度；当咖啡机处于出咖啡状态时，当实际温度低于第三阶段温度时，采用第一功率加热3s，采用第四功率加热直至实际温度达到第三阶段温度；当实际温度等于第三阶段温度时，先停止加热3s，然后采用第五功率加热，直至实际温度再次达到目标温度。采用本发明提供了一套控温处理方法可以减小电热盘的厚度直接节约成本，精确控制加热功率使出水温度的波动范围缩小。

Description

一种咖啡机控温处理方法

技术领域

本发明涉及小家电加热控制领域，特别涉及一种咖啡机控温处理方法。

背景技术

随着大家的消费水平越来越高，咖啡机也逐渐走进大家的生活，一杯极致口感的咖啡除了需要上等的咖啡粉，水温也会直接影响咖啡的口感，合适且恒定的温度可以萃取出咖啡的精华，从而从香味、酸度、醇度上来保证咖啡的口感。

咖啡机因为水箱中水温的不同，水泵单位时间的抽水量不同，咖啡粉的紧实程度不同，都会导致在煮每杯咖啡时，出水压力和温度有较大的变化，所以就无法通过固定的加热功率进行恒温控制，必须根据电热盘的实时温度进行相应的控制。目前的咖啡机往往通过增加电热盘的厚度进行提前储热，采用恒温器或者继电器控制加热，加热过冲大，所以生产时需要严格管控NTC的安装精度，安装后又需要全检测试咖啡温度，如果偏低或偏高又需要拆机微调NTC位置，非常浪费人工和成本。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种咖啡机控温处理方法，包括如下步骤：

采用可控硅触发电路导通使加热装置工作，当咖啡机处于预热状态时，根据咖啡机内加热盘的实际温度阶梯化控制加热装置的功率，具体方法为：当实际温度低于第一阶段温度，采用第一功率加热；当实际温度大于等于第一阶段温度且小于第二阶段温度，采用第二功率进行加热；当实际温度大于等于第二阶段温度，采用第三功率加热，直至加热至目标温度，停止加热；

当咖啡机处于出咖啡状态时，根据咖啡机内加热盘实际温度阶梯化控制功率，具体为：当实际温度低于第三阶段温度时，采用第一功率加热2～4s，然后采用第四功率加热直至实际温度达到第三阶段温度；当实际温度等于第三阶段温度时，先停止加热2～4s，然后采用第五功率加热，直至实际温度再次达到目标温度，停止加热。

进一步地，在交流电零点信号之前200μs触发可控硅，在交流电零点信号之后1ms关闭触发信号。

进一步地，加热装置的加热方式为通过单片机控制电流脉冲的通断，采用集中加热方式控制加热装置的功率。

进一步地，所述第二阶段温度大于所述第一阶段温度；所述第二阶段温度小于所述目标温度；

所述第三阶段温度大于所述第二阶段温度；所述第二阶段温度小于所述目标温度。

进一步地，所述第二功率大于所述第三功率；所述第二功率小于所述第一功率；

所述第四功率大于所述第五功率；所述第四功率小于所述第一功率。

进一步地，所述第四功率大于或者等于所述第二功率；所述第五功率大于或者等于所述第三功率，且小于所述第二功率。

进一步地，第一阶段温度为65℃；第二阶段温度为85℃；第三阶段温度为88℃；目标温度为90℃。

进一步地，第一功率为100％功率；所述第二功率为50％功率；所述第三功率为20％功率；所述第四功率为70％功率；所述第五功率为40％功率。

进一步地，当咖啡机处于煮咖啡状态时，当实际温度大于93℃时，停止加热；直到实际温度下降至90℃时，再开始恢复煮咖啡状态的正常加热控制；当实际温度低于86℃，全功率加热到90℃，再开始恢复煮咖啡状态的正常加热控制。

进一步地，采用如下加热电路：所述加热电路由电源模块、单片机和功率控制模块构成；

所述电源模块与交流电源连接；所述电源模块为所述单片机和所述功率控制模块提供电源；

所述功率控制模块与包括可控硅、加热装置、阻容电路；所述阻容电路采用电阻R14与电容C4串联；电阻R14的另一端与可控硅的T1极共同与地线连接；电阻的另一端与可控硅的T2极共同与加热装置连接；电阻R17和R18共同与所述可控硅的G极连接；所述R17的另一端接地；所述R18的另一端与所述单片机连接；

所述单片机用于控制流经加热装置的电流脉冲的通断。

本发明提供的一种咖啡机控温处理方法，通过可控硅替代继电器对电热盘进行加热，所以可以设置很小的温差频繁起动小功率加热，在此基础上根据温度进行阶梯功率加热保证预热状态下电热盘的温度快速上升且不过冲，出咖啡状态下针对温度进行相应功率的匹配加热，可以保证出水温度的一致，达到最佳萃取咖啡的目的；控制加热时利用短时间集中加热的方式有效减小EMC中的传导测试值，来解决可控硅加热在安规中的传导风险。采用本发明提供的咖啡机控温处理方法克服上述现有技术的缺点，提供了一套控温处理方法可以减小电热盘的厚度直接节约成本，精确控制加热功率使出水温度的波动范围缩小，并且因为水温波动范围的缩小，系统会自动纠正安装公差所带来的温度变化，同时控温处理方法解决精确功率控制带来的传导测试风险。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的咖啡机控温处理方法咖啡机预热状态加热流程图；

图2为咖啡机处于出咖啡状态时加热流程图；

图3为咖啡机控温处理方法采用的电路示意图；

图4为咖啡机控温处理方法采用的电路图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供一种咖啡机控温处理方法，包括如下步骤，如图1所示：采用可控硅触发电路导通使加热装置工作，当咖啡机处于预热状态时，根据咖啡机内加热盘的实际温度阶梯化控制加热装置的功率，具体方法为：当实际温度低于第一阶段温度T₁，采用第一功率加热；当实际温度大于等于第一阶段温度且小于第二阶段温度T₂，采用第二功率进行加热；当实际温度大于等于第二阶段温度T₂，采用第三功率加热，直至加热至目标温度T_目，停止加热，进入煮咖啡状态；

咖啡机的预热状态：将电热盘从室温加热至目标状态，此阶段，饮用水并没有进入电热盘；

如图2所示:当咖啡机处于出咖啡状态时，根据咖啡机内加热盘实际温度阶梯化控制功率，具体为：当实际温度低于第三阶段温度T₃时，采用第一功率加热2～4s，然后采用第四功率加热直至实际温度达到第三阶段温度T₃；当实际温度等于第三阶段温度T₃时，先停止加热2～4s，然后采用第五功率加热，直至实际温度再次达到目标温度，停止加热；

咖啡机处于出咖啡状态：饮用水经过加热盘后，由于加热盘已经被加热处于目标温度状态，饮用水被加热；被加热后的饮用水与咖啡粉混合于一起，形成可口的咖啡，并通过控制阀流出至水杯中。

优选地，目标温度基本都是90℃左右，这个温度下，煮出的咖啡效果最佳，行业内控制默认在这个温度左右。

优选地，在交流电零点信号之前200μs触发可控硅，在交流电零点信号之后1ms关闭触发信号。

优选地，加热装置的加热方式为通过单片机控制电流脉冲的通断，采用集中加热方式控制加热装置的功率。

优选地，所述第二阶段温度大于所述第一阶段温度；所述第二阶段温度小于所述目标温度；

所述第三阶段温度大于所述第二阶段温度；所述第二阶段温度小于所述目标温度。

优选地，所述第二功率大于所述第三功率；所述第二功率小于所述第一功率；

所述第四功率大于所述第五功率；所述第四功率小于所述第一功率。

优选地，所述第四功率大于或者等于所述第二功率；所述第五功率大于或者等于所述第三功率，且小于所述第二功率。

优选地，第一阶段温度为65℃；第二阶段温度为85℃；第三阶段温度为88℃，目标温度为90℃。

优选地，第一功率为100％功率；所述第二功率为50％功率；所述第三功率为20％功率；所述第四功率为70％功率；所述第五功率为40％功率。

优选地，当咖啡机处于煮咖啡状态时，当实际温度大于93℃时，停止加热；直到实际温度下降至90℃时，再开始恢复煮咖啡状态的正常加热控制；当实际温度低于86℃，全功率加热到90℃，再开始恢复煮咖啡状态的正常加热控制。

优选地，采用如图1和图2所示的加热电路：所述加热电路由电源模块、单片机和功率控制模块构成；

所述电源模块与交流电源连接；所述电源模块为所述单片机和所述功率控制模块提供电源；

所述功率控制模块与包括可控硅、加热装置、阻容电路；所述阻容电路采用电阻R14与电容C4串联；电阻R14的另一端与可控硅的T1极共同与地线连接；电阻的另一端与可控硅的T2极共同与加热装置连接；电阻R17和R18共同与所述可控硅的G极连接；所述R17的另一端接地；所述R18的另一端与所述单片机连接；

所述单片机用于控制流经加热装置的电流脉冲的通断。

具体实施方式如下：

步骤1：利用可控硅替代继电器或者恒温器进行加热控制，可控硅没有触点寿命问题，可以频繁控制电流的通断，而继电器控制通断会有一个延时时间，没办法像可控硅一样频繁控制电流的通断，即使采用继电器频繁控制电流的通断，一方面，频率较低，另一方面，继电器容易损坏，而且可控硅控制精度理论上可以作得非常高，如果按照10个正弦波为一个控制周期进行功率控制，就可以依照10％的控制精度进行功率切换，更精细的控制精度可以有效控制加热功率，水温变化也更平缓。例如：10个正弦波5个波加热5个波不加热，加热功率则为50％；10个正弦波8个波加热，2个波不加热，加热功率则为80％；

步骤2：加热功率的控制采用提前于零点信号200us的时候触发可控硅，滞后零点1ms的时候关闭触发信号，并且采用集中加热的方式进行加热，例如：加热功率为50％时，先控制5个波加热，而后5个波不加热，这样在加热的前四个波因为是完整的加热波形，可以有效降低传导测试值，而如果采用工作一个波，停止一个波的方式，意味着每一个电热盘的工作波形都不是完整的波形，传导值至少会高出一倍。利用可控硅的触发特性，触发1.2ms后关闭可控硅触发信号，有效节省触发可控硅的电流，理论上如果全开的话，触发时间为5ms时，电流值只需要全开时的四分之一。可控硅的可靠触发电流往往需要50mA以上，目前控制方式的等效触发电流仅需要12mA，在不影响性能的情况下有效节省了工作电流。

步骤3：因为上述步骤已经解决了整机EMC测试中的传导风险，所以加热功率可以多样化，利用温度与目标温度的差值进行阶梯化的功率控制，快速而又稳定的达到预热温度。实现方式如下：NTC判断到温度低于65℃时，加热装置全功率加热；当温度大于等于65℃且小于85℃时，加热装置采用50％的功率进行加热，当温度达到85℃以上时，加热功率切换回20％，直到加热到保温状态；此预热过程使电热盘温度在前期快速上升，在后期缓慢加热，达到即快速提温，又能很好的控制温度精度，保证电热盘不会因为NTC感温的滞后性带来电热盘的超温，可以保证出咖啡前那一时刻的温度精度，减小出咖啡过程中的变量因素；

步骤4：利用比热容的计算公式，Q＝CM(△T)，通常水泵工作10S左右可以达到25mL流量的咖啡，如果按室温25℃的水温加热到90℃时，所需要的热量为Q＝4.2*10^3J/(kg.℃)*25*10^-3kg*(90-25)℃＝6825J。工作10S，理论需要的加热功率为682.5W。当电热盘功率为1200W时，理论需要消耗56.875％比例的功率。实际控制时将采用70％和40％的功率切换进行循环控制，可以最大限度的解决各个环节所带来的误差因素，使用温度恒定。

因为在单位时间内，不同的咖啡粉紧实程度和水泵会带来不同的进水量，不同的进水量和不同的进水温度都需要适用不同的加热功率，这也是无法利用算法直接采用恒定的加热功率进行控制。消费者添加到水箱中的水，水温并不定都是25℃，有可能是在冬天加冷水或者在冬天加热水，这样都会影响实际控制效果。不同的进水量意味着需要不同的加热功率，如果进水量非常大，加热功率就要求要大，如果进水量小，加热功能需求就小，所以不同的进水量和不同的进水温度，都需要适用不同的加热功率。

所以咖啡机在出咖啡状态时，单片机根据NTC实时采样回来的温度进行如下控温，当温度低于平衡点温度90℃时(说明电热盘温度在下降)，单片机通过可控硅控制加热装置先100％功率加热3秒(快速补足电热盘的热量损失)，然后按70％功率加热(可以保证比实际出水所需的功率偏多一点，让电热盘的热量缓慢增加)，当温度高于88℃时(说明电热盘温度在上升)，先停止加热3秒(让水流快速带走电热盘中热量)，然后再按照40％功率加热(让电热盘中的热量缓慢减小)，直到温度再次低于90℃。然后再循环控制。这样可以保证在整个出水过程中，电热盘中的热量缓慢变化，这样NTC的滞后特性会被有效吸收，相应出水温度是非常恒定的，而且因为是根据温度状态进行功率的匹配，反过来可以消除水箱中的水温不同和咖啡粉紧实程序所带来的出水速度不同的影响，保证水以恒定的温度接触咖啡粉完成整个萃取过程。

步骤5：煮咖啡过程中，另外需要设置高温和低温保护温度值，当高于93℃，停止加热，直到温度下降到90℃时，在开始恢复正常控制，当低于86℃，全功率加热到90℃，然后恢复正常控制。因为需要考虑水箱中水温异常高时，水温超过85℃时，20％的加热功率，也会导致电热盘中的温度上升，会导致电热盘的温度积聚到很高的温度，当达到93℃时，强行停止加热，可以保护整机。当水箱中的温度异常低时，或者没有放置咖啡粉时导致水泵的流量变的非常大时，70％的功率也不够让水温缓慢上升到88℃，电热盘温度会下降到83℃，全功率加热可以马上补足这个功率损失。当然，以上两个温度保护点虽然只属于保护状态，但是作为控温处理方法的逻辑补充是不可或缺的。在正常出咖啡状态中并不会被起动，一旦被起动，也可以最大限度的保证出水温度和保护整机。

实施例和对比例

从以上实施例与对比例的实验数据可以看出，现有技术中采用继电器控制的咖啡机，采用恒定的加热功率，咖啡机容易出现加热过冲现象；采用可控硅控制的咖啡机，通过阶梯化控制加热装置的功率，同时采用集中加热的方式，咖啡机基本不会产生过冲现象，能够精确控制温度，咖啡机寿命长。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种咖啡机控温处理方法，其特征在于，包括如下步骤：

采用可控硅触发电路导通使加热装置工作，当咖啡机处于预热状态时，根据咖啡机内加热盘的实际温度阶梯化控制加热装置的功率，具体方法为：当实际温度低于第一阶段温度，采用第一功率加热；当实际温度大于等于第一阶段温度且小于第二阶段温度，采用第二功率进行加热；当实际温度大于等于第二阶段温度，采用第三功率加热，直至加热至目标温度，停止加热，咖啡机进入煮咖啡状态；

当咖啡机处于出咖啡状态时，根据咖啡机内电热盘实际温度阶梯化控制功率，具体为：当实际温度低于第三阶段温度时，采用第一功率加热2～4s，然后采用第四功率加热直至实际温度达到第三阶段温度；当实际温度等于第三阶段温度时，先停止加热2～4s，然后采用第五功率加热，直至实际温度再次达到目标温度，停止加热；

加热装置的加热方式为通过单片机控制电流脉冲的通断，采用集中加热方式控制加热装置的功率。

2.根据权利要求1所述的咖啡机控温处理方法，其特征在于：在交流电零点信号之前200μs触发可控硅，在交流电零点信号之后1ms关闭触发信号。

3.根据权利要求1所述的咖啡机控温处理方法，其特征在于：所述第二阶段温度大于所述第一阶段温度；所述第二阶段温度小于所述目标温度；

所述第三阶段温度大于所述第二阶段温度；所述第二阶段温度小于所述目标温度。

4.根据权利要求1所述的咖啡机控温处理方法，其特征在于：所述第二功率大于所述第三功率；所述第二功率小于所述第一功率；

所述第四功率大于所述第五功率；所述第四功率小于所述第一功率。

5.根据权利要求4所述的咖啡机控温处理方法，其特征在于：所述第四功率大于或者等于所述第二功率；所述第五功率大于或者等于所述第三功率，且小于所述第二功率。

6.根据权利要求3所述的咖啡机控温处理方法，其特征在于：第一阶段温度为65℃；第二阶段温度为85℃；第三阶段温度为88℃；目标温度为90℃。

7.根据权利要求6所述的咖啡机控温处理方法，其特征在于：第一功率为100％功率；所述第二功率为50％功率；所述第三功率为20％功率；所述第四功率为70％功率；所述第五功率为40％功率。

8.根据权利要求7所述的咖啡机控温处理方法，其特征在于：当咖啡机处于煮咖啡状态时，当实际温度大于93℃时，停止加热；直到实际温度下降至90℃时，再开始恢复如权利要求1所述煮咖啡状态的正常加热控制；当实际温度低于86℃，全功率加热到90℃，再开始恢复如权利要求1所述煮咖啡状态的正常加热控制。

9.根据权利要求1～8任一项所述的咖啡机控温处理方法，其特征在于采用如下加热电路：所述加热电路由电源模块、单片机和功率控制模块构成；

所述电源模块与交流电源连接；所述电源模块为所述单片机和所述功率控制模块提供电源；

所述功率控制模块与包括可控硅、加热装置、阻容电路；所述阻容电路采用电阻R14与电容C4串联；电阻R14的另一端与可控硅的T1极共同与地线连接；电阻的另一端与可控硅的T2极共同与加热装置连接；电阻R17和R18共同与所述可控硅的G极连接；所述R17的另一端接地；所述R18的另一端与所述单片机连接；

所述单片机用于控制流经加热装置的电流脉冲的通断。