CN108514332B - 咖啡处理方法、控制装置和咖啡机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种咖啡处理方法、控制装置和咖啡机。所述方法包括：在咖啡机的第一工作模式下确定咖啡液的升温速率；根据所述升温速率确定起控温度、功率调节比例系数和功率调节时间；在所述咖啡液的温度达到所述起控温度后，根据所述功率调节比例系数和所述功率调节时间，执行所述咖啡机的第二工作模式，所述第二工作模式与第一工作模式不同。本发明的咖啡处理方法通过在咖啡液达到起控温度后，根据功率调节比例系数和功率调节时间调节加热功率，使咖啡液达到最佳温度时停止加热，避免咖啡液继续受热沸腾，在保证了咖啡良好口感的同时降低了咖啡机的电力的消耗，也提高了咖啡机的自动化程度和使用效率。

Description

咖啡处理方法、控制装置和咖啡机

技术领域

本发明涉及咖啡处理领域，更为具体而言，涉及一种咖啡处理方法、控制装置和咖啡机。

背景技术

咖啡，作为世界三大饮料之一在人们的生活中随处可见。因为流行范围广阔，通过传统的方式制作咖啡因耗时太久已经无法满足现代社会的快节奏，故方便快捷的咖啡机在此需求下应运而生。

但是，目前市面上的咖啡机自动化程度低，在将咖啡加热至预设温度(通常为100℃)后往往不能在短时间内停止运作，导致咖啡产生热滞后而继续沸腾。在影响咖啡口感的同时，造成电力的浪费。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种咖啡处理方法、控制装置和咖啡机，能够在保证咖啡良好口感的同时降低咖啡机的能耗。

根据本发明各实施方式，提供了一种咖啡处理方法，所述方法包括：在咖啡机的第一工作模式下确定咖啡液的升温速率；根据所述升温速率确定起控温度、功率调节比例系数和功率调节时间；在所述咖啡液的温度达到所述起控温度后，根据所述功率调节比例系数和所述功率调节时间，执行所述咖啡机的第二工作模式，所述第二工作模式与第一工作模式不同。

在本发明的一些实施方式中，所述第一工作模式为：采用稳定的加热功率(例如，全功率)且匀速搅拌的工作模式。

在本发明的一些实施方式中，所述根据所述升温速率确定起控温度、功率调节比例系数和功率调节时间包括：基于所述起控温度与所述升温速率之间的第一函数关系，确定所述起控温度；基于所述功率调节比例系数与所述升温速率之间的第二函数关系，确定所述功率调节比例系数；基于所述功率调节时间与所述升温速率之间的第三函数关系，确定所述功率调节时间。

在本发明的一些实施方式中，所述第一函数关系满足：T_x＝a₀+a₁V_t+a₂V_t ²，其中，V_t为所述升温速率，T_x为所述起控温度，a₀、a₁和a₂为设定值；所述第二函数关系满足：K_p＝b₀+b₁V_t+b₂V_t ²，其中，V_t为所述升温速率，K_p为所述功率调节比例系数，b₀、b₁和b₂为设定值；所述第三函数关系满足：t_x＝c₀+c₁V_t+c₂V_t ²，其中，V_t为所述升温速率，t_x为所述功率调节时间，c₀、c₁和c₂为设定值。

在本发明的一些实施方式中，所述升温速率、所述起控温度和所述功率调节时间三者分别具有对应的参考区间；所述三者中的任一者，如果其值小于其对应的参考区间，则将其值设为其对应的参考区间的最小值，如果其值大于对应的参考区间，则将其值设为其对应的参考区间的最大值。

在本发明的一些实施方式中，所述根据所述功率调节比例系数和功率调节时间，执行所述咖啡机的第二工作模式，包括：基于所述功率调节比例系数调节加热功率；根据所述功率调节时间控制加热的结束时间。

在本发明的一些实施方式中，所述方法还包括：监测所述咖啡机在工作状态下的状态指标，所述状态指标包括工作电流、温度、运行时间和升温速率中的任意一项或多项；在所述状态指标中的任一项异常时，停止所述咖啡机。

同时，本发明提供了一种用于咖啡机的控制装置，所述控制装置包括存储器，用于存储一条或多条计算机指令；处理器，用于执行所述一条或多条计算机指令以实现上述的方法。

本发明还提供了一种采用上述控制装置或基于上述咖啡处理方法处理咖啡的咖啡机，所述咖啡机包括：杯体，用于容纳咖啡液；咖啡处理模块，包括用于加热所述咖啡液的发热体和用于搅拌所述咖啡液的搅拌装置；控制模块，采用如权利要求1-7中任一项所述的方法完成对所述咖啡液的处理；壶体，具有容纳所述杯体的腔室；以及供电模块。

在本发明的一些实施方式中，所述搅拌装置包括：可转动的搅拌器，位于所述杯体底部内侧；驱动器，设于所述杯体外，包括马达和由所述马达驱动的传动盘；其中，所述搅拌器的转动半径的外侧设有第一磁石，所述传动盘的转动半径外侧设有第二磁石，所述驱动器通过第一磁石和第二磁石之间的磁力驱动所述搅拌器。

本发明通过在咖啡液达到起控温度后，根据功率调节比例系数和功率调节时间调节加热功率，使咖啡液达到最佳温度时停止加热，避免咖啡液继续受热沸腾，在保证了咖啡良好口感的同时降低了咖啡机的电力的消耗，也提高了咖啡记得自动化程度和使用效率。

附图说明

为了便于理解本发明，以下通过具体实施方式并结合附图对本发明进行具体说明。

图1是根据本发明的一种实施方式的咖啡处理方法的流程示意图；

图2是在示例性场景下根据图1所示的处理方法处理咖啡液时的升温曲线图；

图3是根据本发明的一种实施方式的咖啡机的截面图。

具体实施方式

本文将结合附图对本发明的示例性实施方式进行详细描述，可理解的是，本文针对示例性实施方式的描述应当被认为是对咖啡处理方法和咖啡机进行举例说明，而无意将本发明局限于示例性实施方式。

本发明的实施方式提供了一种咖啡处理方法，该方法包括：

在咖啡机的第一工作模式下确定咖啡液的升温速率；

根据升温速率确定起控温度、功率调节比例系数和功率调节时间；

在咖啡液的温度达到起控温度后，根据功率调节比例系数和功率调节时间，执行咖啡机的第二工作模式，该第二工作模式与第一工作模式不同。

在本发明的实施方式中，第一工作模式指咖啡机采用稳定的加热功率且匀速搅拌的工作模式。优选的，可以采用全功率加热，以减少处理时间。第二工作模式包括：基于功率调节比例系数调节加热功率；根据功率调节时间控制加热与搅拌的结束时间。通过调整为第二工作模式，可以在咖啡液达到最佳温度时停止加热，避免咖啡液继续受热沸腾，在保证了咖啡良好口感的同时降低了咖啡机的电力的消耗。优选的，调整为第二工作模式后，停止对咖啡液的搅拌。

具体的，参见图1，图1是根据本发明的一种实施方式的咖啡处理方法的流程示意图，该方法可包括：

S1，获取咖啡液的升温速率；

S2，根据升温速率确定起控温度、功率调节比例系数和功率调节时间；

S3，判断咖啡液的温度是否达到起控温度，若未达到则返回执行S3，若达到则执行S4；

S4，根据功率比例调节系数调节加热功率；

S5，根据功率调节时间控制加热与搅拌的结束时间。

在本发明的实施方式中，步骤S2中的起控温度、功率调节比例系数和功率调节时间，可以通过建立升温速率与起控温度之间的第一函数关系；升温速率与功率调节比例系数之间的第二函数关系和升温速率与功率调节时间之间的第三函数关系来确定，以下将详细说明上述函数关系的建立过程。

在本发明的实施方式中，通过对最大液量、中值液量和最小液量的情况进行测试，在多次试验中获取三种情况下最佳的实验数据。下表显示了三种情况下最佳的测试数据：

表1

	最小液量	中值液量	最大液量
				V<sub>t</sub>	23	15	10
T<sub>x</sub>	75	88	92
				K<sub>p</sub>	15	25	30
t<sub>x</sub>	10	17	22

其中V_t为升温速率，T_x为起控温度，K_p为功率调节比例系数，t_x为功率调节时间。

参见图2，图2是在示例性场景下根据图1所示的处理方法的处理咖啡液时的升温曲线图。图中，T₀为咖啡液的起始温度；T₁为取样温度，即计算升温速率时咖啡液的温度；T₂为目标温度，一般默认为100℃；T_x为最佳的起控温度；t_x为最佳的功率调节时间，图中tx标注为最少液量情况下的最佳功率调节时间；L-min为最少液量的升温曲线；L-max为最大液量的升温曲线；阴影部分为在不同液量下，进行功率调节的区域。

在本发明的实施方式中，采用多项式拟合曲线，使用的函数公式为：

F(x)＝l₀+l₁x+l₂x²+l₃x³+……+l_nxⁿ；

对于T_x，采用函数T_x＝a₀+a₁V_t+a₂V_t ²，根据表1中的实验数据带入数值计算：

75＝a₀+a₁*23+a₂*23²；

88＝a₀+a₁*15+a₂*15²；

92＝a₀+a₁*10+a₂*10²；

得出a₀＝90.481；a₁＝0.787；a₂＝0.063。

同理，对于K_p，采用函数K_p＝b₀+b₁V_t+b₂V_t ²，带入实验数值后得出：

b₀＝37.115；b₁＝-0.519；b₂＝-0.019。

对于t_x，采用函数t_x＝c₀+c₁V_t+c₂V_t ²，带入实验数值后得出：

c₀＝33.442；c₁＝-1.24；c₂＝0.01。

由此确定了升温速率与起控温度之间的第一函数关系、升温速率与功率调节比例系数之间的第二函数关系和升温速率与功率调节时间之间的第三函数关系。

以下将举例说明本发明的咖啡处理方法的实现过程。

示例性场景如下：烹煮土尔其式咖啡时，对时间及温度有严格的要求，在时间上要求快速，同时，需要在达到设定温度(100℃)后最短时间内停止加热，不能产生热滞后，导致咖啡继续沸腾的现象。

采用本发明的咖啡处理方法，启动咖啡机，获取咖啡液的初始温度T₀，采用第一工作模式全功率加热，为了取得准确的升温速率，在加热的同时匀速搅拌，加速咖啡液的热传递，使之受热均匀。在本发明的实施方式中，通过PWM(Pulse-Width Modulation，脉冲宽度调制)方式输出控制信号控制开关三极管的通断，从而控制直流马达保持匀速转动。当然，也可以使用本领域适用的其他控制方式。

当咖啡液的温度达到取样温度T₁时，计算升温速率V_t＝(T₁-T₀)/t；其中t为咖啡液的温度从T₀加热到T₁所用的时间。依据V_t的计算值按照上述的各函数关系计算起控温度T_x、功率调节比例系数K_p和功率调节时间t_x。

由于咖啡机所能处理的液量有最大液量和最小液量的限制，导致升温速率V_t、起控温度T_x和功率调节时间t_x三者分别具有对应的参考区间。为了避免在一些特例情况(例如咖啡液极少的情况)下升温速率V_t、起控温度T_x和功率调节时间t_x的计算值出现偏差，使处理完成的咖啡液无法获得良好的口感，规定上述三者中的任一者，如果其值小于其对应的参考区间，则将其值设为其对应的参考区间的最小值，如果其值大于对应的参考区间，则将其值设为其对应的参考区间的最大值。

具体的，在本发明的实施方式中，根据表1中统计的最佳的测试数据规定：若升温速率V_t<10，则V_t＝10，若升温速率V_t>23，则V_t＝23；若起控温度T_x<75，则T_x＝75，若起控温度T_x>92，则T_x＝92；若功率调节时间t_x<10，则t_x＝10，若功率调节时间t_x>22，则t_x＝22。

当咖啡液的温度达到起控温度T_x时，咖啡机进入第二工作模式，按照功率调节比例系数K_p值输出PWM信号，控制可控硅的通断，调节加热功率，从而控制升温速率V_t，使咖啡液的温度缓慢接近目标温度T₂，同时开始计时。

当经过功率调节时间t_x后，停止加热，自动关闭咖啡机。

根据本发明的咖啡处理方法，通过在咖啡液达到起控温度后，根据功率调节比例系数和功率调节时间调节加热功率，使咖啡液达到最佳温度时停止加热，避免咖啡液继续受热沸腾，在保证了咖啡良好口感的同时降低了咖啡机的电力的消耗，也提高了咖啡记得自动化程度和使用效率。

同时，在本发明的实施方式中，上述方法中还可以包括智能保护预警部分，即：

监测咖啡机在工作状态下马达工作电流、温度、运行时间等状态指标，综合分析诊断咖啡机的工作状态，当其中任意一项状态指标出现异常时，停止工作并发出警报，确保了安全性。

上述异常指状态指标的监测值不在预设的阈值范围内的情况，例如：

(1)马达异常：根据对马达电流信号监测，获取马达的工作状态，如果监测值小于设定电流阀值(常数)时，控制咖啡机自动停止工作；

(2)升温异常：根据计算的温升速率V_t，如果V_t大于设定阀值(常数)时，则判断受热液体总量过少，控制咖啡机自动停止工作；

(3)超时异常：启动后，读取工作时间数值，如超出最大的设定工作时间，控制咖啡机自动停止工作；

(4)超温异常：当监测温度大于100℃时，判断为干烧状态，控制咖啡机自动停止工作。

本发明的实施方式还提供了一种采用上述方法处理咖啡的咖啡机10，参见图3，该咖啡机10包括杯体110、咖啡处理模块120、控制模块130、壶体140和供电模块150。

在本发明的实施方式中，杯体110适于容纳咖啡液，其还可以包括杯体盖111。

咖啡处理模块120包括固定于杯体110底部的发热体121与作为搅拌装置的搅拌器123和驱动器124。其中，发热体121可以通过焊接固定在杯体110的底部，也可以采用本领域适用的其他方法固定在其他合适的地方。

搅拌器123位于杯体110的底部内侧，其转动半径的外侧设置有第一磁石125。在本发明的实施方式中，搅拌器123套设于突出于杯体110底部的轴上，但是也可以采用其他的设置方式使搅拌器123位于杯体110的底部内侧。例如，搅拌器123可以套设于突出于杯体盖111下表面的轴上，使用时，将杯体盖111覆盖杯体110的开口，使搅拌器123位于杯体110的底部内侧。

在本发明的实施方式中，驱动器124设于杯体110的外部与搅拌器123相应的位置，其包括马达126和传动盘127。具体的，在本发明的实施方式中，挡环128通过螺柱与螺母固定在杯体110的外侧，且位于发热体121的下方，马达126通过螺钉固定在挡环128上，传动盘127套设于马达126的轴上，且传动盘127的转动半径的外侧设有第二磁石129，其通过与搅拌器123上的第一磁石125之间的磁力驱动搅拌器123转动，由此，可以避免在杯体110上通过开孔的方式直接连接马达126和搅拌器123，使杯体110处于密封状态。

控制模块130包括控制装置131、感温探头132和开关133。其中，控制装置131包括用于存储一条或多条计算机指令的存储器和用于执行存储器中一条或多条计算机指令以实现上述的方法的处理器。感温探头132设于杯体110的底部内侧并与控制装置131电连接，以将监测到的数据传递至控制装置。控制装置131接收感温探头132监测的信息后按照存储器中存储的方法指令由处理器执行相应的步骤，以控制咖啡处理模块120完成咖啡处理。具体的，在本发明的实施方式中，感温探头132穿过杯体110底部的孔设于杯体110的底部内侧，孔的两边均设置有橡胶垫片以防止杯体110中的咖啡液渗出，并在杯体110外侧通过螺母固定。感温探头132通过导线与控制装置131电连接，控制装置131固定于挡环128上，开关133卡入壶壳141的侧壁并套设于控制装置131的感应弹簧上。

控制模块130还可以包括闪灯和/或蜂鸣器，当监测到咖啡机10的工作状态指标处于异常状态时，控制装置131控制闪灯闪烁和/或蜂鸣器发出警报。

在本发明的实施方式中，壶体140包括壶壳141、把手142和底座143。其中，壶壳141具有容纳杯体110的腔室；把手142包括手柄架144和手柄145，手柄架144通过螺钉可拆卸地设于壶壳141的侧壁上，手柄145插入手柄架144中，并通过卡扣结构固定；底座143适于承载壶壳141。在可选的实施方式中，壶壳141、把手142和底座143可以一体成型。

供电模块150包括设于壶壳141底部的取电器151和突出于底座143上与取电器151相应的位置的电轴152，取电器151和电轴152相互电连接，以将外界的电能传递至咖啡机10。

虽然本文举例描述了一些实施方式，但是，在不脱离本发明实质的前提下，可以对这些实施方式进行各种变形，所有这些变形仍属于本发明的构思，并且落入本发明权利要求所限定的保护范围。

本文所公开的具体实施方式仅用于举例说明本发明，对于本领域技术人员而言，显然可以根据本文的教导进行各种修改，可以采用各种等同的方式实施本发明，因此，本发明上述公开的特定的实施方式仅仅是示例性的，其保护范围不受在此公开的结构或设计的细节所限，除非在权利要求中另有说明。因此，上述公开的特定的示例性的实施方式可进行各种替换、组合或修改，其所有的变形都落入本文公开的范围内。在缺少本文没有具体公开的任何元件或缺少本文公开的任选的部件的情况下，本文示例性公开的咖啡处理方法和咖啡机仍可适当地实施。上述公开的所有的数值和范围也可进行一定变化。每当公开了具有下限和上限的数值范围，落入此范围内的任何数值及任何被包含的范围都被具体地公开了。具体而言，本文公开的数值的任一范围均可理解为列举了包含在较宽数值范围内的任一数值和范围。同样，除非申请人明确且清楚地另有定义，权利要求中的术语具有它们的清楚、通常的含义。

此外，权利要求书中的部件的数量包括一个或至少一个，除非另有说明。如果本发明中的用词或术语与其它文献中的用法或含义存在不一致，则应当以与本发明所定义的为准。

Claims (10)

1.一种咖啡处理方法，其特征在于，所述方法包括：

在咖啡机的第一工作模式下确定咖啡液的升温速率；

根据所述升温速率确定起控温度、功率调节比例系数和功率调节时间；

在所述咖啡液的温度达到所述起控温度后，根据所述功率调节比例系数和所述功率调节时间，执行所述咖啡机的第二工作模式，所述第二工作模式与第一工作模式不同。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一工作模式为：

采用稳定的加热功率且匀速搅拌的工作模式。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述升温速率确定起控温度、功率调节比例系数和功率调节时间包括：

基于所述起控温度与所述升温速率之间的第一函数关系，确定所述起控温度；

基于所述功率调节比例系数与所述升温速率之间的第二函数关系，确定所述功率调节比例系数；

基于所述功率调节时间与所述升温速率之间的第三函数关系，确定所述功率调节时间。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，

所述第一函数关系满足：

T_x＝a₀+a₁V_t+a₂V_t ²，其中，V_t为所述升温速率，T_x为所述起控温度，a₀、a₁和a₂为设定值；

所述第二函数关系满足：

K_p＝b₀+b₁V_t+b₂V_t ²，其中，V_t为所述升温速率，K_p为所述功率调节比例系数，b₀、b₁和b₂为设定值；

所述第三函数关系满足：

t_x＝c₀+c₁V_t+c₂V_t ²，其中，V_t为所述升温速率，t_x为所述功率调节时间，c₀、c₁和c₂为设定值。

5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，

所述升温速率、所述起控温度和所述功率调节时间三者分别具有对应的参考区间；

所述三者中的任一者，如果其值小于其对应的参考区间，则将其值设为其对应的参考区间的最小值，如果其值大于对应的参考区间，则将其值设为其对应的参考区间的最大值。

6.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，所述根据所述功率调节比例系数和功率调节时间，执行所述咖啡机的第二工作模式，包括：

基于所述功率调节比例系数调节加热功率；

根据所述功率调节时间控制加热的结束时间。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

监测所述咖啡机在工作状态下的状态指标，所述状态指标包括工作电流、温度、运行时间和升温速率中的任意一项或多项；

在所述状态指标中的任一项异常时，停止所述咖啡机。

8.一种用于咖啡机的控制装置，其特征在于，所述控制装置包括：

存储器，用于存储一条或多条计算机指令；

处理器，用于执行所述一条或多条计算机指令以实现如权利要求1-7中任一项所述的方法。

9.一种咖啡机，其特征在于，所述咖啡机包括：

杯体，用于容纳咖啡液；

咖啡处理模块，包括用于加热所述咖啡液的发热体和用于搅拌所述咖啡液的搅拌装置；

控制模块，采用如权利要求1-7中任一项所述的方法完成对所述咖啡液的处理；

壶体，具有容纳所述杯体的腔室；以及

供电模块。

10.根据权利要求9所述的咖啡机，其特征在于，所述搅拌装置包括：

可转动的搅拌器，位于所述杯体底部内侧；

驱动器，设于所述杯体外，包括马达和由所述马达驱动的传动盘；

其中，所述搅拌器的转动半径的外侧设有第一磁石，所述传动盘的转动半径外侧设有第二磁石，所述驱动器通过第一磁石和第二磁石之间的磁力驱动所述搅拌器。

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