基于PIC单片机的咖啡机控制系统的研制

宁波职业技术学院电子信息工程系 李小琴 陈光绒

基于PIC单片机的咖啡机控制系统的研制

宁波职业技术学院电子信息工程系 李小琴 陈光绒

本文设计并制作了一种具有多种功能选择模式的咖啡机控制电路，以单片机PIC16C74为主控芯片，通过水位压力开关对进水管进行水位检测，进水完成后开始加热水，通过温度传感器检测水温的度数。根据口味不同，可设置6种泡咖啡的模式，享受不同味道的咖啡。

PIC16C74；水位压力开关；温度传感器；

1.引言

1965年，荷兰Philips公司发明了第一款滴漏式咖啡机。47年后的今天，在餐厅、酒吧、家庭等场所，由世界众多厂家生产的滴漏式咖啡机占据着绝大多数的市场。随着科技的进步和人们生活水平的不断提高，家电智能化在上世纪末被提出，在近几年里得到了重视并引发了研究热潮。咖啡机作为一种消费类家电，在工作模式上，目前仍需要改进和创新[1]，本文针对此问题，研发了一种6种选择模式的全自动咖啡机。

2.系统功能描述

如图1所示，本系统由电源、MCU主控部分、水位控制器、温度传感器、4个继电器、6个LED、3位LED数码管、11个按键组成。其中MCU主控部分采用单片机PIC16C74。11个按键为1个ON/OFF开机键、4个设置键、6个功能选择键。

系统功能描述：开启按键ON/OFF，咖啡机进入待机状态。按下SET键，显示器显示-1-，同时Mune1的指示灯亮，说明此时设定的是功能键Mune1的值(设定状态下可以任意选择Mune1～Mune6功能键进行设定)。第一项设置为水温值(75°-100°)，第二项设置为预浸时间(1-60s)，第三项设置为预浸等待时间(1-60s)，第四项设置为出咖啡时间(1-250s)。每一项设置可通过上、下键来改变设定值，完成按END键，显示器显示此设定项的设定值，再按SET键设置下一项，并按END键保存（如果不保存，显示设定值后按SET键返回上级菜单）。

设置完成后，开始进入进水状态，在进水时不会加热水也不会出咖啡，通过水位控制开关关闭进水管。然后开始加热水，加热完成后，选择已经设置好的功能键1~6模式，开始预浸等待，然后根据设置时间进行出咖啡，显示器会以倒计时的方式显示时间。

3.硬件电路设计

3.1 电源电路

图2电源提供+12V和+5V的电压，由整流、滤波、稳压电路组成，7812和7805为12V和5V的稳压管，+5V供单片机和温度传感器工作，+12V驱动继电器和进水水位检测工作。

图1 系统总体设计框图

图2 电源电路

图3 MCU外围电路

图4 继电器控制电路

图5 温度采样电路

图6 进水电路

3.2 MCU外围电路

本文采用Microchip公司的PIC16C74单片机，PIC16C74是带A/D输入的微机芯片，有如下特点：(1)片内RC振荡20MHz。(2)8路10位A/D，基准电压为5V，分辨率为5/1024。(3)I/O上拉最大电流25mA，反灌最大电流20mA。(4)2路CCP。(5)有程序保密位(6)外接晶振20MHz。[2][4]

图7 总程序流程图

如图3所示，34-37号脚接IC-2003A来驱动继电器工作。6、7号脚接24L02记忆芯片[3]的通信脚。

3.3 继电器控制电路

本电路由单片机控制继电器开关来工作。如图4所示，上电开机，进水状态，K3和K4开。进水完成，开始加热，K1开。加热完成，功能键指示灯全亮。选择功能键进行出咖啡，按下键后，开始预浸咖啡，K2、K3、K4打开，当温度低于设定温度时间打开K1加热。预浸完成后，关掉K2、K3、K4，如果温度达到设定温度则K1也关闭，并进行对咖啡粉的浸泡。浸泡完成后进入出咖啡阶段，打开K2，K3，K4。当温度低于设定温度时间打开K1开热，显示并倒计出咖啡的时间。倒计到0时出完咖啡，返回待机预热状态。

3.4 温度采样电路和进水控制电路

图5为温度采样电路，HOTTEMP接热敏电阻，热敏电阻的阻值随着温度的变化而变化的，温度不同，电阻阻值不同，从而分得的电压也不同。图中R20为分压电阻，R19为限流电阻，以保护I/O口[5]。

图6是进水控制电路图，当J7断开时，三极管导通，IN_WATER为低电平，此时说明水未满，打开进水阀，开始进水。当J7闭合时，三极管截止，IN_WATER为高电平，说明满水位，关闭进水阀，停止进水[5]。

4.软件设计

本设计的总程序流程图如下图7所示：本程序采用C语言来编写，可以缩短开发周期，程序总的采用模块化设计，分成几部分的独立子程序。首先是按键判断子程序，采用矩阵式按键的扫描方式来编写程序，当有键按下的时候把相应的键值存储在RAM中，主程序中是根据键值来判断执行哪一段程序。其他部分程序就是温度湿度采集程序和继电器判断输出程序，从而来控制电磁阀、加热丝等。图中最后所示的“执行相应的按键程序”包括：继电器的控制、相应的泡咖啡模式控制等。

5.结语

本文设计的具有多种功能选择模式的全自动咖啡机，是根据实际产品要求来设计的，符合市场的需求，还有一定的技术前沿，具有较好的市场效益。经测试，各项功能都达到了预期的要求，操作简单便捷，性能稳定，可靠性良好，满足了不同客户的口味要求，在咖啡厅应用广泛。

[1]侯军刚,曹广忠,徐刚.基于PIC16F877A的咖啡机智能温控系统[J].机电工程技术,2005,34(10):23-24.

[2]黄道敏,陈元娣.PIC16C74单片机应用与编程探讨[J].计算机与现代化,2006,1:31-33.

[3]宋德杰.AT24C02在单片机中的应用[J].电子制作,2005,4:17-18.

[4]陈光绒.单片机技术应用教程[M].北京大学出版社,2006,07.

[5]栾桂冬等.传感器及其应用[M].西安:西安电子科技大学出版社,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，浙江温岭人，讲师，宁波职业技术学院教师，研究方向：智能电子。