CN113057498A - 一种咖啡机水温控制的方法、终端与设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种咖啡机水温控制的方法、终端与设备；本发明启动加热开关进行预热，并实时获取加热部件的温度；当所述加热部件的温度达到预设的部件温度阈值，则启动水泵，并实时采集水温，得到实时水温；当所述实时水温达到预设的第一水温阈值时，根据所述实时水温、目标水温和PID算法对水温进行分段调控；本发明根据PID算法对水温进行分段的自动调控，不需要频繁切换开关，因此可以选用如继电器等成本较低的开关器件，且同时可以使水温快速到达并控制在可控范围内，温度稳定，精度更高，实现稳定控温。

Description

一种咖啡机水温控制的方法、终端与设备

技术领域

本发明涉及咖啡机技术领域，特别涉及一种咖啡机水温控制的方法、终端与设备。

背景技术

在现如今的生活中，咖啡成为了人们日常生活中经常饮用的饮品。而水温对于咖啡来说，是影响口感的一项重要因素。现如今各种咖啡机层出不穷，但常见的咖啡机大多是以可控硅或继电器等作为温度开关器件。而可控硅电子成本较高，对散热要求高；继电器有开关寿命和开关切换时间，因此不适合频繁开关进行控温。同时，市面上现有的水流速度控温咖啡机具有精度较低、稳定性差以及响应时间长的缺点，不利于保证咖啡的口感。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种咖啡机水温控制的方法、终端与设备，能够在降低成本的同时实现咖啡机的稳定控温。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种咖啡机水温控制的方法，包括：

S1、启动加热开关进行预热，并实时获取加热部件的温度；

S2、当所述加热部件的温度达到预设的部件温度阈值，则启动水泵，并实时采集水温，得到实时水温；

S3、当所述实时水温达到预设的第一水温阈值时，根据所述实时水温、目标水温和PID算法对水温进行分段调控。

为了解决上述技术问题，本发明采用的另一种技术方案为：

一种咖啡机水温控制的终端，包括处理器、存储器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：

S1、启动加热开关进行预热，并实时获取加热部件的温度；

S2、当所述加热部件的温度达到预设的部件温度阈值，则启动水泵，并实时采集水温，得到实时水温；

S3、当所述实时水温达到预设的第一水温阈值时，根据所述实时水温、目标水温和PID算法对水温进行分段调控。

为了解决上述技术问题，本发明采用的另一种技术方案为：

一种咖啡机水温控制的设备，包括加热模块、温度采集模块、水流速度控制模块和MCU主控模块；

所述加热模块包括加热开关与加热部件，所述加热模块用于控制加热；

所述温度采集模块与所述加热模块连接，所述温度采集模块用于采集加热部件的温度以及水温；

所述水流速度控制模块包括水泵，所述水流速度控制模块用于采集和控制水流速度，使水流速度处于预设的水流速度上下极限值之间；

所述MCU主控模块与所述温度采集模块、所述加热模块以及所述水流速度控制模块连接，所述MCU主控模块用于控制所述温度采集模块、所述加热模块以及所述水流速度控制模块实现权利要求1至4任意所述的一种咖啡机水温控制的方法。

本发明的有益效果在于：本发明根据PID算法对水温进行分段的自动调控，不需要频繁切换开关，因此可以选用如继电器等成本较低的开关器件，且同时可以使水温快速到达并控制在可控范围内，温度稳定，精度更高，实现稳定控温。

附图说明

图1为本发明实施例的一种咖啡机水温控制的方法的流程图；

图2为本发明实施例的一种咖啡机水温控制的终端的结构图；

图3为本发明实施例的一种咖啡机水温控制的设备的模块连接图；

图4为本发明实施例的一种咖啡机水温控制的方法的详细流程图；

标号说明：

1、一种咖啡机水温控制的终端；2、处理器；3、存储器。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。

请参照图1以及图4，一种咖啡机水温控制的方法，包括：

S1、启动加热开关进行预热，并实时获取加热部件的温度；

S2、当所述加热部件的温度达到预设的部件温度阈值，则启动水泵，并实时采集水温，得到实时水温；

S3、当所述实时水温达到预设的第一水温阈值时，根据所述实时水温、目标水温和PID算法对水温进行分段调控。

从上述描述可知，本发明的有益效果在于：根据PID算法对水温进行分段的自动调控，不需要频繁切换开关，因此可以选用如继电器等成本较低的开关器件，且同时可以使水温快速到达并控制在可控范围内，温度稳定，精度更高，实现稳定控温。

进一步地，所述根据所述实时水温、目标水温和PID算法对水温进行分段调控包括：

S31、实时计算实时水温与临时运算温度的第一温度差，当所述实时水温小于临时运算温度且所述第一温度差大于预设的第一温差阈值时，仅引入比例调节，并根据所述第一温度差实时调整比例系数，所述临时运算温度小于所述目标水温；

S32、当所述第一温度差小于或等于所述第一温差阈值时，引入比例、积分和微分调节，并根据预设的水流速度上下极限值设置积分限幅；

S33、当所述实时水温达到所述临时运算温度且所述实时水温与所述目标水温的第二温度差大于预设的第二温差阈值时，引入比例和积分调节，根据所述第二温度差实时调整比例系数，并根据所述水流速度上下极限值设置积分限幅；

S34、当所述第二温度差小于或等于预设的第二温差阈值时，引入比例、积分和微分调节，直至所述实时水温到达所述目标水温。

由上述描述可知，在实时水温距离临时运算温度较远时，进行比例调节，能够使水温快速接近临时运算温度，而后引入比例、积分和微分调节，使实时水温能够更精准地达到临时运算温度，以进行第二段调控；刚进入第二段调控时，温度还低于目标水温，如果引入微分，会减缓温度上升，导致积分环节累加过大，引起后续温度超调严重，因此仅引入比例、积分调节，此时温度处于目标温度附近，比例作用越大，调节强度越大，温度越不容易趋向平稳；当实际温度与目标温度差距越大时，比例作用需要越大；越靠近目标温度，比例作用就应该越小。这样调节可以使温度偏离时迅速恢复，且不产生振荡。当实时水温距离目标水温小于或等于第二温差阈值时，引入比例、积分和微分调节，此时引入微分作用是为了抑制温度变化，此时的温度是属于稳定的目标温度，需要防止其他因素导致的偏差数据引起的温度波动，使实时水温距离目标水温的温差在第二温差阈值范围内变化平缓。

进一步地，步骤S31、所述步骤S32和所述步骤S34之前均包括以下步骤：

对所述实时水温进行滤波处理。

由上述描述可知，在步骤S31、所述步骤S32和所述步骤S34之前均对采集到的实时水温进行了滤波处理，提高了数据的精确度。

进一步地，所述第二温差阈值的取值范围为(0,0.5℃]。

由上述描述可知，所述第二温差阈值的取值范围为(0,0.5℃]，尽量减小与目标温度的温度偏差。

请参照图2，一种咖啡机水温控制的终端，包括处理器、存储器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：

S1、启动加热开关进行预热，并实时获取加热部件的温度；

S2、当所述加热部件的温度达到预设的部件温度阈值，则启动水泵，并实时采集水温，得到实时水温；

S3、当所述实时水温达到预设的第一水温阈值时，根据所述实时水温、目标水温和PID算法对水温进行分段调控。

从上述描述可知，本发明的有益效果在于：本发明根据PID算法对水温进行分段的自动调控，不需要频繁切换开关，因此可以选用如继电器等成本较低的开关器件，且同时可以使水温快速到达并控制在可控范围内，温度稳定，精度更高，实现稳定控温。

进一步地，所述根据所述实时水温、目标水温和PID算法对水温进行分段调控包括：

S31、实时计算实时水温与临时运算温度的第一温度差，当所述实时水温小于临时运算温度且所述第一温度差大于预设的第一温差阈值时，仅引入比例调节，并根据所述第一温度差实时调整比例系数，所述临时运算温度小于所述目标水温；

S32、当所述第一温度差小于或等于所述第一温差阈值时，引入比例、积分和微分调节，并根据预设的水流速度上下极限值设置积分限幅；

S33、当所述实时水温达到所述临时运算温度且所述实时水温与所述目标水温的第二温度差大于预设的第二温差阈值时，引入比例和积分调节，根据所述第二温度差实时调整比例系数，并根据所述水流速度上下极限值设置积分限幅；

S34、当所述第二温度差小于或等于预设的第二温差阈值时，引入比例、积分和微分调节，直至所述实时水温到达所述目标水温。

由上述描述可知，在实时水温距离临时运算温度较远时，进行比例调节，能够使水温快速接近临时运算温度，而后引入比例、积分和微分调节，使实时水温能够更精准地达到临时运算温度，以进行第二段调控；刚进入第二段调控时，温度还低于目标水温，如果引入微分，会减缓温度上升，导致积分环节累加过大，引起后续温度超调严重，因此仅引入比例、积分调节，此时温度处于目标温度附近，比例作用越大，调节强度越大，温度越不容易趋向平稳；当实际温度与目标温度差距越大时，比例作用需要越大；越靠近目标温度，比例作用就应该越小。这样调节可以使温度偏离时迅速恢复，且不产生振荡。当实时水温距离目标水温小于或等于第二温差阈值时，引入比例、积分和微分调节，此时引入微分作用是为了抑制温度变化，此时的温度是属于稳定的目标温度，需要防止其他因素导致的偏差数据引起的温度波动，使实时水温距离目标水温的温差在第二温差阈值范围内变化平缓。

进一步地，所述处理器执行所述计算机程序时在所述步骤S31、所述步骤S32和所述步骤S34之前均包括以下步骤：

对所述实时水温进行滤波处理。

由上述描述可知，在步骤S31、所述步骤S32和所述步骤S34之前均对采集到的实时水温进行了滤波处理，提高了数据的精确度。

进一步地，所述第二温差阈值的取值范围为(0,0.5℃]。

由上述描述可知，所述第二温差阈值的取值范围为(0,0.5℃]，尽量减小与目标温度的温度偏差。

请参照图3，一种咖啡机水温控制的设备，包括加热模块、温度采集模块、水流速度控制模块和MCU主控模块；

所述加热模块包括加热开关与加热部件，所述加热模块用于控制加热；

所述温度采集模块与所述加热模块连接，所述温度采集模块用于采集加热部件的温度以及水温；

所述水流速度控制模块包括水泵，所述水流速度控制模块用于采集和控制水流速度，使水流速度处于预设的水流速度上下极限值之间；

所述MCU主控模块与所述温度采集模块、所述加热模块以及所述水流速度控制模块连接，所述MCU主控模块用于控制所述温度采集模块、所述加热模块以及所述水流速度控制模块实现权利要求1至4任意所述的一种咖啡机水温控制的方法。

从上述描述可知，本发明的有益效果在于：本发明包括加热模块、温度采集模块、水流速度控制模块和MCU主控模块，由MCU主控模块控制其他各模块根据PID算法对水温进行分段的自动调控，不需要频繁切换开关，因此可以选用如继电器等成本较低的开关器件，且同时可以使水温快速到达并控制在可控范围内，温度稳定，精度更高，实现稳定控温。

进一步地，所述加热开关为继电器。

由上述描述可知，由于本发明的加热开关不需要频繁切换，因此可选用继电器等常见便宜的开关器件，不会因为开关的寿命产生影响，且能够保持稳定控温。

请参照图1和图4，本发明的实施例一为：

一种咖啡机水温控制的方法，包括：

S1、启动加热开关进行预热，并实时获取加热部件的温度；

S2、当所述加热部件的温度达到预设的部件温度阈值，则启动水泵，并实时采集水温，得到实时水温；

本实施例中，首先需要启动加热开关进行预热；当加热部件温度达到设定阈值A时，以启动水泵，同时采集实时水温C；

S3、当所述实时水温达到预设的第一水温阈值时，根据所述实时水温、目标水温和PID算法对水温进行分段调控；

所述根据所述实时水温、目标水温和PID算法对水温进行分段调控包括：

对所述实时水温进行滤波处理；

S31、实时计算实时水温与临时运算温度的第一温度差，当所述实时水温小于临时运算温度且所述第一温度差大于预设的第一温差阈值时，仅引入比例调节，并根据所述第一温度差实时调整比例系数，所述临时运算温度小于所述目标水温；

本实施例中，当实时水温C达到第一水温阈值B时，对水温进行滤波处理，并根据PID算法(P比例、I积分、D微分)启动调节。进入第一段调控，以小于目标水温预设值的温度E为临时运算温度，得到Er1＝C-E，当Er1<n(n<0)，即实时水温与临时运算温度的第一温度差大于预设的第一温差阈值时，此时温度还低于临时运算温度一定程度，如果引入微分，会减缓温度上升，导致积分环节累加过大，引起后续温度超调严重，因此仅引入比例调节，并根据实时的|Er1|调节比例系数。

对所述实时水温进行滤波处理；

S32、当所述第一温度差小于或等于所述第一温差阈值时，引入比例、积分和微分调节，并根据预设的水流速度上下极限值设置积分限幅；

本实施例中，当|Er1|<＝|n|，即第一温度差小于或等于所述第一温差阈值时，引入比例、积分和微分调节，积分限幅根据预设的水流速度上下极限值进行设置。

S33、当所述实时水温达到所述临时运算温度且所述实时水温与所述目标水温的第二温度差大于预设的第二温差阈值时，引入比例和积分调节，根据所述第二温度差实时调整比例系数，并根据所述水流速度上下极限值设置积分限幅；

本实施例中，当第一段调控使水温达到第一个峰值，即实时水温达到所述临时运算温度且与所述目标水温的第二温度差大于预设的第二温差阈值时，此时进入第二段调控。此时实时水温距离目标水温在预设的范围内了，首先引入比例和积分调节，此时比例系数根据实时水温C与目标水温D的第二温度差|Er2|进行调整，Er2＝C-D。当|Er2|越大时，比例调节的比例系数基础值越大，当|Er2|越小时，比例调节的比例系数基础值越小。比例作用越大，调节强度越大，温度越不容易趋向平稳；当实际温度与目标温度差距越大时，比例作用需要越大；越靠近目标温度，比例作用就应该越小，这样调节可以使温度偏离时迅速恢复，且不产生振荡。

对所述实时水温进行滤波处理；

S34、当所述第二温度差小于或等于预设的第二温差阈值时，引入比例、积分和微分调节，直至所述实时水温到达所述目标水温；

所述第二温差阈值的取值范围为(0,0.5℃]。

本实施例中，当|Er2|<＝m(本实施例中m＝0.5℃)，即第二温度差小于或等于预设的第二温差阈值m时，为了抑制温度变化，引入比例、积分和微分调节，此时的实时水温与目标水温的差值在0.5℃内，属于稳定的目标温度，需要防止由于前面滤波不够或一些其他因素导致的偏差数据引起的温度波动，使实时水温在[D-m,D+m]的范围内变化平缓，从而达到稳定控温的目的。

在其他等同实施例中，第二温差阈值m的取值可以在(0,0.5℃]范围中适当选取。

请参照图2，本发明的实施例二为：

一种咖啡机水温控制的终端1，包括处理器2、存储器3及存储在存储器3上并可在处理器2上运行的计算机程序，所述处理器2执行所述计算机程序时实现以上实施例一中的步骤。

请参照图3，本发明的实施例三为：

一种咖啡机水温控制的设备，包括加热模块、温度采集模块、水流速度控制模块和MCU主控模块；

所述加热模块包括加热开关与加热部件，所述加热模块用于控制加热；

所述温度采集模块与所述加热模块连接，所述温度采集模块用于采集加热部件的温度以及水温；

所述水流速度控制模块包括水泵，所述水流速度控制模块用于采集和控制水流速度，使水流速度处于预设的水流速度上下极限值之间；

所述MCU主控模块与所述温度采集模块、所述加热模块以及所述水流速度控制模块连接，所述MCU主控模块用于控制所述温度采集模块、所述加热模块以及所述水流速度控制模块实现以上实施例一中的步骤。

综上所述，本发明提供的一种咖啡机水温控制的方法、终端与设备，通过PID算法对水温进行分段的自动调节，不需要频繁切换开关，因此可以选用如继电器等成本较低的开关器件；本发明在实时水温距离目标水温较远时采用比例调节，能够使水温快速上升，在距离目标水温一定范围时更换调节方式，减缓水温上升，使水温缓慢靠近目标水温，从而能够加大调控的精度，达到稳定控温的目的，且在调控刚开始时和进行微分调节前对实时水温进行了滤波处理，更加精确。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种咖啡机水温控制的方法，其特征在于，包括：

S1、启动加热开关进行预热，并实时获取加热部件的温度；

S2、当所述加热部件的温度达到预设的部件温度阈值，则启动水泵，并实时采集水温，得到实时水温；

S3、当所述实时水温达到预设的第一水温阈值时，根据所述实时水温、目标水温和PID算法对水温进行分段调控。

2.根据权利要求1所述的一种咖啡机水温控制的方法，其特征在于，所述根据所述实时水温、目标水温和PID算法对水温进行分段调控包括：

S31、实时计算实时水温与临时运算温度的第一温度差，当所述实时水温小于临时运算温度且所述第一温度差大于预设的第一温差阈值时，仅引入比例调节，并根据所述第一温度差实时调整比例系数，所述临时运算温度小于所述目标水温；

S32、当所述第一温度差小于或等于所述第一温差阈值时，引入比例、积分和微分调节，并根据预设的水流速度上下极限值设置积分限幅；

S33、当所述实时水温达到所述临时运算温度且所述实时水温与所述目标水温的第二温度差大于预设的第二温差阈值时，引入比例和积分调节，根据所述第二温度差实时调整比例系数，并根据所述水流速度上下极限值设置积分限幅；

S34、当所述第二温度差小于或等于预设的第二温差阈值时，引入比例、积分和微分调节，直至所述实时水温到达所述目标水温。

3.根据权利要求2所述的一种咖啡机水温控制的方法，其特征在于，在所述步骤S31、所述步骤S32和所述步骤S34之前均包括以下步骤：

对所述实时水温进行滤波处理。

4.根据权利要求2所述的一种咖啡机水温控制的方法，其特征在于，所述第二温差阈值的取值范围为(0,0.5℃]。

5.一种咖啡机水温控制的终端，包括处理器、存储器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：

S1、启动加热开关进行预热，并实时获取加热部件的温度；

S2、当所述加热部件的温度达到预设的部件温度阈值，则启动水泵，并实时采集水温，得到实时水温；

S3、当所述实时水温达到预设的第一水温阈值时，根据所述实时水温、目标水温和PID算法对水温进行分段调控。

6.根据权利要求5所述的一种咖啡机水温控制的终端，其特征在于，所述根据所述实时水温、目标水温和PID算法对水温进行分段调控包括：

S31、实时计算实时水温与临时运算温度的第一温度差，当所述实时水温小于临时运算温度且所述第一温度差大于预设的第一温差阈值时，仅引入比例调节，并根据所述第一温度差实时调整比例系数，所述临时运算温度小于所述目标水温；

S32、当所述第一温度差小于或等于所述第一温差阈值时，引入比例、积分和微分调节，并根据预设的水流速度上下极限值设置积分限幅；

S33、当所述实时水温达到所述临时运算温度且所述实时水温与所述目标水温的第二温度差大于预设的第二温差阈值时，引入比例和积分调节，根据所述第二温度差实时调整比例系数，并根据所述水流速度上下极限值设置积分限幅；

S34、当所述第二温度差小于或等于预设的第二温差阈值时，引入比例、积分和微分调节，直至所述实时水温到达所述目标水温。

7.根据权利要求6所述的一种咖啡机水温控制的终端，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时在所述步骤S31、所述步骤S32和所述步骤S34之前均包括以下步骤：

对所述实时水温进行滤波处理。

8.根据权利要求6所述的一种咖啡机水温控制的终端，其特征在于，所述第二温差阈值的取值范围为(0,0.5℃]。

9.一种咖啡机水温控制的设备，其特征在于，包括加热模块、温度采集模块、水流速度控制模块和MCU主控模块；

所述加热模块包括加热开关与加热部件，所述加热模块用于控制加热；

所述温度采集模块与所述加热模块连接，所述温度采集模块用于采集加热部件的温度以及水温；

所述水流速度控制模块包括水泵，所述水流速度控制模块用于采集和控制水流速度，使水流速度处于预设的水流速度上下极限值之间；

所述MCU主控模块与所述温度采集模块、所述加热模块以及所述水流速度控制模块连接，所述MCU主控模块用于控制所述温度采集模块、所述加热模块以及所述水流速度控制模块实现权利要求1至4任意所述的一种咖啡机水温控制的方法。

10.根据权利要求9所述的一种咖啡机水温控制的设备，其特征在于，所述加热开关为继电器。

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