自动咖啡机及其电机控制电路的制作方法

本发明涉及咖啡机领域，尤其涉及一种自动咖啡机及其电机控制电路。

背景技术

目前咖啡作为流行于世界的主要饮品之一，越来越多的人喜欢在生活和工作之余冲泡咖啡来放松，自动咖啡机的出现有效地解决了人们手动冲泡咖啡的问题，同时自动咖啡机还可以有效地避免手动冲制时导致咖啡粉和水混合不均匀而影响咖啡口感的问题。自动咖啡机在检测到装入有咖啡粉的水杯之后，通过z轴电机正向驱动和反向驱动控制咖啡机的手臂在水杯直径范围内来回循环运动。

现有的自动咖啡机通常都是采用普通的电机控制电路来控制咖啡机的电机正反转工作，即采用继电器、交流接触器或开关管等来实现咖啡机电机的正反转控制，但是该电机控制电路存在以下缺陷：(一)采用继电器控制电机，成本高，占用的体积空间比较大，不利于安装，给生产制造带来了影响，且功耗比较大，效率低，容易造成能源浪费；(二)采用继电器控制电机，性能不佳，在电机正转和反转切换的过程中，容易产生电弧，导致火花，甚至会烧坏周边的元器件，存在安全隐患；(三)采用普通的开关管驱动电机，在电机正转和反转切换的过程中，有可能因为元器件的差异，导致上下桥臂同时导通，相当于上下桥臂直接短路，瞬间电流很大，从而有可能烧坏元器件，可靠性较低。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种自动咖啡机的电机控制电路，旨在解决现有自动咖啡机的电机控制电路可靠性低及成本高的问题。

为了实现上述目的，本发明提供一种自动咖啡机的电机控制电路，所述自动咖啡机的电机控制电路包括电源供电电路、h桥驱动电路、第一采样电路、第二采样电路、限流电路、mcu及电机；其中：

所述电源供电电路，被配置为将市电交流电源转变为直流电源，为所述自动咖啡机的电机控制电路提供工作用的供电电压；

所述h桥驱动电路，被配置为根据所述mcu输出的控制信号驱动所述电机的正转及反转工作；

所述限流电路，被配置为对所述控制信号进行限流处理；

所述第一采样电路，被配置为对所述电机正转时的电机电流进行采样，并将采样到的电流转换为第一电压信号，以及对所述第一电压信号进行放大及滤波处理，且将放大及滤波处理后的第一电压信号输出至所述mcu；

所述第二采样电路，被配置为对所述电机反转时的电机电流进行采样，并将采样到的电流转换为第二电压信号，以及对所述第二电压信号进行放大及滤波处理，且将放大及滤波处理后的第二电压信号输出至所述mcu；

所述mcu，被配置为输出控制信号至所述h桥驱动电路的受控端，以使所述h桥驱动电路驱动所述电机的正转及反转工作；以及被配置为在所述第一采样电路输出的第一电压信号或/和所述第二采样电路输出的第二电压信号大于预设电压阈值时，输出相应的控制信号至所述h桥驱动电路的受控端，以控制所述电机停止工作。

优选地，所述h桥驱动电路包括第一nmos管、第二nmos管、第三nmos管及第四nmos管；其中：

所述第一nmos管的漏极与所述电源供电电路连接，所述第一nmos管的源极分别与所述第二nmos管的漏极及所述电机的第一端连接，所述第二nmos管的源极与所述第一采样电路的采样输入端连接，所述第三nmos管的漏极与所述电源供电电路连接，所述第三nmos管的源极分别与所述第四nmos管的漏极及所述电机的第二端连接，所述第四nmos管的源极与所述第二采样电路的采样输入端连接，所述第一nmos管的栅极经所述限流电路与所述mcu的第一控制输出端连接，所述第二nmos管的栅极经所述限流电路与所述mcu的第二控制输出端连接，所述第三nmos管的栅极经所述限流电路与所述mcu的第三控制输出端连接，所述第四nmos管的栅极经所述限流电路与所述mcu的第四控制输出端连接。

优选地，所述第一采样电路包括第一电流采样电阻、第一放大器及第一滤波电路；其中：

所述第一电流采样电阻的第一端为所述第一采样电路的采样输入端，所述第一电流采样电阻的第一端与所述第二nmos管的源极连接，所述第一电流采样电阻的第二端接地，所述第一电流采样电阻的第一端还与所述第一放大器的信号输入端连接，所述第一放大器的信号输出端经所述第一滤波电路与所述mcu的第一采样端连接。

优选地，所述第一滤波电路包括第一滤波电阻和第一滤波电容，所述第一滤波电阻的第一端与所述第一放大器的信号输出端连接，所述第一滤波电阻的第二端经所述第一滤波电容接地，所述第一滤波电阻的第二端还与所述mcu的第一采样端连接。

优选地，所述第二采样电路包括第二电流采样电阻、第二放大器及第二滤波电路；其中：

所述第二电流采样电阻的第一端为所述第二采样电路的采样输入端，所述第二电流采样电阻的第一端与所述第四nmos管的源极连接，所述第二电流采样电阻的第二端接地，所述第二电流采样电阻的第一端还与所述第二放大器的信号输入端连接，所述第二放大器的信号输出端经所述第二滤波电路与所述mcu的第二采样端连接。

优选地，所述第二滤波电路包括第二滤波电阻和第二滤波电容，所述第二滤波电阻的第一端与所述第二放大器的信号输出端连接，所述第二滤波电阻的第二端经所述第二滤波电容接地，所述第二滤波电阻的第二端还与所述mcu的第二采样端连接。

优选地，所述限流电路包括第一限流电阻、第二限流电阻、第三限流电阻和第四限流电阻；其中：

所述第一限流电阻的第一端与所述mcu的第一控制输出端连接，所述第一限流电阻的第二端与所述第一nmos管的栅极连接；所述第二限流电阻的第一端与所述mcu的第二控制输出端连接，所述第二限流电阻的第二端与所述第二nmos管的栅极连接；所述第三限流电阻的第一端与所述mcu的第三控制输出端连接，所述第三限流电阻的第二端与所述第三nmos管的栅极连接；所述第四限流电阻的第一端与所述mcu的第四控制输出端连接，所述第四限流电阻的第二端与所述第四nmos管的栅极连接。

此外，为实现上述目的，本发明还提供一种自动咖啡机，所述自动咖啡机包括如上所述的自动咖啡机的电机控制电路。

本发明自动咖啡机的电机控制电路由于所述第一采样电路能够对所述电机正转时的电机电流进行采样，并将采样到的电流转换为第一电压信号，以及对所述第一电压信号进行放大及滤波处理，且将放大及滤波处理后的第一电压信号输出至所述mcu，所述第二采样电路能够对所述电机反转时的电机电流进行采样，并将采样到的电流转换为第二电压信号，以及对所述第二电压信号进行放大及滤波处理，且将放大及滤波处理后的第二电压信号输出至所述mcu，所述mcu能够在所述第一采样电路输出的第一电压信号或/和所述第二采样电路输出的第二电压信号大于预设电压阈值时(即电机发生故障导致电流过大时，如电机堵转或死机时)，输出相应的控制信号至所述h桥驱动电路的受控端，以控制所述电机停止工作，即本发明自动咖啡机的电机控制电路在电机发生故障时能够自动控制电机停止工作，从而避免了因电流过大而导致烧坏电路器件现象的发生，也即本发明解决了现有自动咖啡机的电机控制电路可靠性低的问题，同时本发明还具有结构简单及成本低的优点。

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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明自动咖啡机的电机控制电路一实施例的电路结构示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供一种自动咖啡机的电机控制电路，用于解决现有自动咖啡机的电机控制电路存在可靠性低及成本高的问题。

图1为本发明自动咖啡机的电机控制电路一实施例的电路结构示意图，参照图1，本实施例中，该自动咖啡机的电机控制电路包括电源供电电路101、h桥驱动电路102、第一采样电路103、第二采样电路104、mcu105、电机m及限流电路(图未标号)。其中，所述限流电路包括第一限流电阻r1、第二限流电阻r2、第三限流电阻r3及第四限流电阻r4。

其中，所述电源供电电路101，被配置为将市电交流电源转变为直流电源，为本实施例自动咖啡机的电机控制电路提供工作用的供电电压，即为所述电机m的工作提供供电电压vcc。

所述h桥驱动电路102，被配置为根据所述mcu105输出的控制信号驱动所述电机m的正转及反转工作；

所述限流电路，被配置为对所述mcu105输出的控制信号进行限流处理；

所述第一采样电路103，被配置为对所述电机m正转时的电机电流进行采样，并将采样到的电流转换为第一电压信号，以及对所述第一电压信号进行放大及滤波处理，且将放大及滤波处理后的第一电压信号输出至所述mcu105；

所述第二采样电路104，被配置为对所述电机m反转时的电机电流进行采样，并将采样到的电流转换为第二电压信号，以及对所述第二电压信号进行放大及滤波处理，且将放大及滤波处理后的第二电压信号输出至所述mcu105；

所述mcu105，被配置为输出控制信号至所述h桥驱动电路102的受控端，以使所述h桥驱动电路102驱动所述电机m的正转及反转工作；以及被配置为在所述第一采样电路103输出的第一电压信号或/和所述第二采样电路104输出的第二电压信号大于预设电压阈值时，输出相应的控制信号至所述h桥驱动电路102的受控端，以控制所述电机m停止工作。可以理解的是，本实施例中的所述预设电压阈值可以根据实际情况进行设定。

具体地，本实施例中，所述h桥驱动电路102包括第一nmos管lu、第二nmos管ld、第三nmos管ru及第四nmos管rd。其中，所述第一nmos管lu的漏极与所述电源供电电路101连接，所述第一nmos管lu的源极分别与所述第二nmos管ld的漏极及所述电机m的第一端连接，所述第二nmos管ld的源极与所述第一采样电路103的采样输入端连接，所述第三nmos管ru的漏极与所述电源供电电路101连接，所述第三nmos管ru的源极分别与所述第四nmos管rd的漏极及所述电机m的第二端连接，所述第四nmos管rd的源极与所述第二采样电路104的采样输入端连接，所述第一nmos管lu的栅极经所述限流电路中的所述第一限流电阻r1与所述mcu105的第一控制输出端a连接，所述第二nmos管ld的栅极经所述限流电路中的所述第二限流电阻r2与所述mcu105的第二控制输出端b连接，所述第三nmos管ru的栅极经所述限流电路中的所述第三限流电阻r3与所述mcu105的第三控制输出端c连接，所述第四nmos管rd的栅极经所述限流电路中的所述第四限流电阻r4与所述mcu105的第四控制输出端d连接。本实施例中，所述第一采样电路103包括第一电流采样电阻rs1、第一放大器u1及第一滤波电路1031。其中，所述第一电流采样电阻rs1的第一端为所述第一采样电路103的采样输入端，所述第一电流采样电阻rs1的第一端与所述第二nmos管ld的源极连接，所述第一电流采样电阻rs1的第二端接地，所述第一电流采样电阻rs1的第一端还与所述第一放大器u1的信号输入端连接，所述第一放大器u1的信号输出端经所述第一滤波电路1031与所述mcu105的第一采样端e连接。

本实施例中，所述第一滤波电路1031包括第一滤波电阻r5和第一滤波电容c1，所述第一滤波电阻r5的第一端与所述第一放大器u1的信号输出端连接，所述第一滤波电阻r5的第二端经所述第一滤波电容c1接地，所述第一滤波电阻r5的第二端还与所述mcu105的第一采样端e连接。

本实施例中，所述第二采样电路104包括第二电流采样电阻rs2、第二放大器u2及第二滤波电路1041。其中，所述第二电流采样电阻rs2的第一端为所述第二采样电路104的采样输入端，所述第一电流采样电阻rs2的第一端与所述第四nmos管rd的源极连接，所述第二电流采样电阻rs2的第二端接地，所述第二电流采样电阻rs2的第一端还与所述第二放大器u2的信号输入端连接，所述第二放大器u2的信号输出端经所述第二滤波电路1041与所述mcu105的第二采样端f连接。

本实施例中，所述第二滤波电路1041包括第二滤波电阻r6和第二滤波电容c2，所述第二滤波电阻r6的第一端与所述第二放大器u2的信号输出端连接，所述第二滤波电阻r6的第二端经所述第二滤波电容c2接地，所述第二滤波电阻r6的第二端还与所述mcu105的第二采样端f连接。

本实施例中，所述限流电路中的所述第一限流电阻r1的第一端与所述mcu105的第一控制输出端a连接，所述第一限流电阻r1的第二端与所述第一nmos管lu的栅极连接；所述第二限流电阻r2的第一端与所述mcu105的第二控制输出端b连接，所述第二限流电阻r2的第二端与所述第二nmos管ld的栅极连接；所述第三限流电阻r3的第一端与所述mcu105的第三控制输出端c连接，所述第三限流电阻r3的第二端与所述第三nmos管ru的栅极连接；所述第四限流电阻r4的第一端与所述mcu105的第四控制输出端d连接，所述第四限流电阻r4的第二端与所述第四nmos管rd的栅极连接。

本实施例中，所述mcu105为高性能的嵌入式处理器，所述mcu105的第一控制输出端a输出控制信号控制所述h桥驱动电路102中所述第一nmos管lu(也称左上臂开关管)的导通和截止，所述mcu105的第二控制输出端b输出控制信号控制所述h桥驱动电路102中的所述第二nmos管lu(也称左下臂开关管)的导通和截止，所述mcu105的第一控制输出端a输出的控制信号和所述mcu105的第二控制输出端b输出的控制信号为一对同频率带死区互补相位的信号，该带死区的互补信号能够有效地避免所述h桥驱动电路102中的左桥臂的上下两个开关管(即所述第一nmos管lu和所述第二nmos管ld)同时导通。所述mcu105的第三控制输出端c输出控制信号控制所述h桥驱动电路102中的所述第三nmos管ru(也称右上臂开关管)的导通和截止，所述mcu105的第三控制输出端c输出的控制信号和所述mcu105的第二控制输出端b输出的控制信号为一对同频率同相位的控制信号，所述mcu105的第四控制输出端d输出控制信号控制所述h桥驱动电路102中的所述第四nmos管rd(也称右下臂开关管)的导通和截止，所述mcu105的第四控制输出端d输出的控制信号与所述mcu105的第一控制输出端a输出的控制信号是一对同频率同相位的控制信号，所述mcu105的第三控制输出端c输出的控制信号和所述mcu105的第四控制输出端d输出的控制信号为一对同频率带死区互补相位的信号，该带死区的互补信号能够有效地避免所述h桥驱动电路102中的右桥臂的上下两个开关管(即所述第三nmos管ru和所述第四nmos管rd)同时导通，所述mcu105输出的上述四路控制信号能够控制所述电机m的正向转动、反向转动及停止转动等状态。

本实施例中，当所述mcu105的第二控制输出端b和第三控制输出端c输出的控制信号控制所述h桥驱动电路102中的所述第二nmos管ld(即左下臂开关管)和所述第三nmos管ru(即右上臂开关管)同时导通时，由于所述第三nmos管ru导通，所述电源供电电路101输出的供电电压vcc与所述电机m的第二端(对应图中所述电机m的右端)连接，由于所述第二nmos管ld导通，所述电机m的第一端(对应图中所述电机m的左端)接地，此时所述电机m的两端存在正向电压，所述电机m正向转动，以使自动咖啡机的手臂正向运动。本实施例可以通过调节所述mcu105的第二控制输出端b和第三控制输出端c输出的控制信号的占空比以实现调节所述电机m的正向转速的目的，从而实现调节自动咖啡机的手臂正向运动快慢的目的。同理，本实施例中，当所述mcu105的第一控制输出端a和第四控制输出端d输出的控制信号控制所述h桥驱动电路102中的所述第一nmos管lu(即左上臂开关管)和所述第四nmos管rd(即右下臂开关管)同时导通时，由于所述第一nmos管lu导通，使得所述电源供电电路101输出的供电电压vcc与所述电机m的第一端(对应图中所述电机m的左端)连接，由于所述第四nmos管rd导通，使得所述电机m的第二端(对应图中所述电机m的右端)接地，此时所述电机m的两端存在反向电压，从而使得所述电机m反向转动，从而使得自动咖啡机的手臂反向运动。本实施例可以通过调节所述mcu105的第一控制输出端a和第四控制输出端d输出的控制信号的占空比以实现调节所述电机m的反向转速的目的，从而实现调节自动咖啡机的手臂反向运动快慢的目的。

本实施例中，当所述电机m正转时，电路中的电流从所述电机m的第二端流向所述电机m的第一端，而所述第一采样电路103中的第一电流采样电阻rs1与所述电机m串联，因此，本实施例中，流过所述第一电流采样电阻rs1的电流即为所述电机m正转时的电机电流；当所述电机m反转时，电路中的电流从所述电机m的第一端流向所述电机m的第二端，而所述第二采样电路104中的第二电流采样电阻rs2与所述电机m串联，因此，本实施例中，流过所述第二电流采样电阻rs2的电流即为所述电机m反转时的电机电流。本实施例中的所述第一采样电阻rs1将所述电机m正转时的电机电流转换为第一电压信号，所述第一电压信号经所述第一放大器u1的放大处理和所述第一滤波电路1031的滤波处理后输出至所述mcu105的第一采样端e；本实施例中的所述第二采样电阻rs2将所述电机m反转时的电机电流转换为第二电压信号，所述第二电压信号经所述第二放大器u2的放大处理和所述第二滤波电路1041的滤波处理后输出至所述mcu105的第二采样端f。本实施例中，所述第一电流采样电阻rs1和所述第二电流采样电阻rs2均为阻值较小的电阻，根据欧姆定律可得所述第一电压信号和所述第二电压信号的值也比较小，因此，本实施例需要将所述第一电压信号和所述第二电压信号进行放大处理，同时，由于所述电机m转动的过程存在外在因数，导致采样信号存在干扰，因此，经所述第一放大器u1放大处理后的所述第一电压信号还需要经过所述第一滤波电路1031的滤波处理，经所述第二放大器u2放大处理后的所述第二电压信号还需要经过所述第二滤波电路1041的滤波处理，这样可以有效地滤除所述电机m正向或反向转动时的干扰信号。若所述电机m在转动的过程出现堵转或死机时，所述电机m的电流会突然增大，此时所述mcu105的第一采样端e和/或第二采样端f的所采样到的电压信号(即所述第一电压信号和/或所述第二电压信号)也会增大，当所述mcu105检测到第一采样端e和/或第二采样端f的电压信号增大时，所述mcu105通过预设的控制算法以输出相应的控制信号至所述h桥驱动电路102中所述第一nmos管lu的栅极、所述第二nmos管ld的栅极、所述第三nmos管ru的栅极及所述第四nmos管rd的栅极，以控制所述第一nmos管lu的栅极、所述第二nmos管ld的栅极、所述第三nmos管ru的栅极及所述第四nmos管rd及时截止，进而控制所述电机m停止工作(即控制电机m停止转动)，从而起到反馈保护的作用。

本实施例能够有效地避免所述h桥驱动电路102的左桥臂和右桥臂中的上下两个nmos管出现同时导通而造成堵路现象的发生，同时所述mcu105还能够对所述电机m的正转时的电流、反转时的电流以及异常工作状态时的电流进行采集。本实施例自动咖啡机的电机控制电路的主要优点是利用了所述h桥驱动电路102有效地控制所述电机m的正转和反转，同时利用所述第一采样电路103对所述电机m正转工作时的电流进行实时检测，利用所述第二采样电路104对所述电机m反转工作时的电流进行实时检测，当所述第一采样电路103监测到所述电机m正转工作时的电流发生异常或/和所述第二采样电路104监测到所述电机m反转工作时的电流发生异常时(也即所述mcu105的第一采样端e或/和第二采样端f的电压信号大于预设电压阈值时)，所述mcu105输出相应的控制信号至所述h桥驱动电路102的受控端，以控制所述电机m停止工作，从而有效地防止了所述电机m正转和反转过程中出现意外状况，从而能够及时地监测所述电机m的堵转及死机等非正常工作的情况。并且，本实施例中所述第一滤波电路1031能够有效地克服所述电机m正常正转时的抖动干扰，本实施例中的所述第二滤波电路1041能够有效地克服所述电机m正常反转时的抖动干扰，从而防止了将所述电机m正常工作时的抖动错误地认为所述电机m发生了意外故障状态。本实施例相比于现有技术中的其他电机控制电路，具有结构简单、成本低及实时性强的优点，本实施例能够有效地控制自动咖啡机内的所述电机m的工作状态，同时本实施例还能够对所述电机m的堵转和死机状态进行实时监测。

综上所述，本实施例自动咖啡机的电机控制电路能够精准地控制所述电机m的正转和反转，并且本发明自动咖啡机的电机控制电路由于所述第一采样电路103能够对所述电机正转时的电机电流进行采样，并将采样到的电流转换为第一电压信号，以及对所述第一电压信号进行放大及滤波处理，且将放大及滤波处理后的第一电压信号输出至所述mcu105，所述第二采样电路104能够对所述电机m反转时的电机电流进行采样，并将采样到的电流转换为第二电压信号，以及对所述第二电压信号进行放大及滤波处理，且将放大及滤波处理后的第二电压信号输出至所述mcu105，所述mcu105能够在所述第一采样电路103输出的第一电压信号或/和所述第二采样电路104输出的第二电压信号大于预设电压阈值时(即电机发生故障导致电流过大时，如电机发生堵转或死机时)，输出相应的控制信号至所述h桥驱动电路102的受控端(即上述各nmos管的栅极)，以控制所述电机m停止工作，即本发明自动咖啡机的电机控制电路在电机发生故障时能够自动控制电机停止工作。本实施例自动咖啡机的电机控制电路能够实时监测所述电机m是否处于堵转及死机等意外状态，当监测到电机m处于堵转及死机时，本实施例能够自动控制电机m停止工作，从而避免了因电机电流过大而导致烧坏电路器件现象的发生。本实施例解决了现有自动咖啡机的电机控制电路可靠性低的问题，同时，本实施例还具有结构简单、稳定性好、控制精度高、体积小及成本低的优点。

本发明还提供一种自动咖啡机，该自动咖啡机包括自动咖啡机的电机控制电路，该自动咖啡机的电机控制电路的电路结构和电路工作原理可参照上述实施例，在此不再赘述。理所应当地，由于本实施例的自动咖啡机采用了上述自动咖啡机的电机控制电路的技术方案，因此该自动咖啡机具有上述自动咖啡机的电机控制电路所有的有益效果。

以上仅为本发明的优选实施例，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效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。