一种饮料机调温控制系统的制作方法

本实用新型涉及饮料机技术领域，尤其涉及一种饮料机调温控制系统及方法。

背景技术：

随着生活水准的日益提高，在家庭、办公室及其它公共场所被广泛使用的普通纯净水饮水机已不能满足人们更高的要求，因而出现了能够冲调例如咖啡、茶、果汁等不同饮料的饮料机。随着生活节奏日益加快，时间对于人来说是相当重要的，但是目前大多数的饮料机冲调饮料时无法控制饮料的温度，容易太烫或者太冷，浪费了人们很多时间。所以设计一种饮料机调温控制系统及其调温控制方法，可以使得在人们利用饮料机冲调饮料时，能够进行饮料温度的调节和控制，就成为了一个急需解决的难题。

技术实现要素：

本实用新型的目的是为了克服上述现有技术存在的缺陷，解决存在的技术问题，提供一种饮料机调温控制系统及其调温控制方法。

本实用新型可以使得在利用饮料机冲调饮料时，能够进行饮料温度的调节和控制。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种饮料机调温控制系统，包括单片机1、电源电路2、温度传感器3、按键电路4、H桥电路5、OLED显示电路6、负载驱动电路7；其中，所述电源电路2分别与所述单片机1、温度传感器3、按键电路4、H桥电路5、OLED显示电路6、负载驱动电路7电连接并供电；所述单片机1上相应的输入端分别与所述温度传感器3的输出端和所述按键电路4的输出端连接，所述单片机4上相应的输出端分别与所述H桥电路5、所述OLED显示电路6、所述负载驱动电路7的输出端电连接；所述温度传感器7设置在饮料机的储水槽上；所述H桥电路的输出端连接所述饮料机的制冷片；所述负载驱动电路的输出端连接所述饮料机的相应负载。

进一步的，所述单片机1上连接有时钟电路，所述时钟电路由从两个单片机端口引出的两个接地电容C5、C7以及并联在所述两个单片机端口之间的电阻R23和晶体振荡器Y1组成。

进一步的，所述单片机1上连接有手动复位电路，所述手动复位电路由复位按键RST、一端连接复位按键RST而另一端接地的电阻R28以及并联在复位按键(RST)两端的电容C组成。

进一步的，所述单片机1上连接有USB程序下载接口，所述USB程序下载接口通过接地电容C6与一设置在所述单片机1的电源端口与所述电源电路2之间的隔离开关S1连接。

进一步的，所述单片机为STC90C58RD+芯片，所述温度传感器7为DS18B20。

进一步的，所述H桥电路由两个二选通一按钮SW1、SW2、四个MOS晶体管Q1、Q2、Q3、Q4以及两个不同发光颜色的发光二极管D1、D2组成，其中，四个晶体管Q1、Q2、Q3、Q4组成对管结构，第一个MOS晶体管Q1的栅极与第四个MOS晶体管Q4的栅极以及第二个二选通一按钮SW2的固定端连接，第一个MOS晶体管Q1的源极与+12V电源以及第二个MOS晶体管Q2的源极相连，第一个MOS晶体管Q1的漏极与两个不同发光颜色的发光二极管D1、D2的一端以及第四个MOS晶体管Q4的漏极相连，第二个MOS晶体管Q2的漏极与两个不同发光颜色的发光二极管D1、D2的另一端以及第三个MOS晶体管Q3的漏极相连，第二个MOS晶体管Q2的栅极与第三个MOS晶体管Q3的栅极以及第一个二选通一按钮SW1的固定端连接，第三个MOS晶体管Q3的源极和第四个MOS晶体管Q4的源极连接并接地；第一个二选通一按钮SW1的第一个选通端连接所述+12V电源以及第二个二选通一按钮SW2的第一个选通端，第一个二选通一按钮SW1的第二个选通端连接第二个二选通一按钮SW2的第二个选通端并接地。

进一步的，所述第一个MOS晶体管Q1和第二个MOS晶体管Q2的选型均为IRF5210，所述第三个MOS晶体管Q3和第四个MOS晶体管Q4的选型均为IRF3710。

进一步的，所述负载驱动电路7由一个大功率场效应管VT2、一个三极管Q0、一个光电耦合器OPT2以及三个电阻R2、R5、R6组成，其中，大功率场效应管VT2的栅极与所述三极管Q0的集电极连接，大功率场效应管VT2的源极接地，大功率场效应管VT2的漏极连接所述负载；所述三极管Q0的集电极还通过所述三个电阻中的第一个电阻R2接12V直流电源，所述三极管Q0的基极连接所述光电耦合器OPT2的一输出端以及所述三个电阻中的第二个电阻R6的一端，所述三个电阻中的第二个电阻R6的另一端接5V电源，所述三极管Q0的发射极与所述光电耦合器OPT2的另一输出端共同接地；所述光电耦合器OPT2的一输入端通过所述三个电阻中的第三个电阻R5接所述5V电源，所述光电耦合器OPT2的另一输入端连接所述单片机1的相应的输出端口。

进一步的，所述电源电路2由360W的开关电源P6以及稳压电路组成，所述开关电源P6输出的12V经所述稳压电路转换为5V后输出至所述单片机1，所述稳压电路由四个电容C1、C2、C3、C4、一个稳压芯片U1、一个电阻R11和一个LED指示灯LED0组成，其中，所述稳压芯片U1的输入端Vin与所述开关电源P6输出的12V、所述四个电容C1、C2、C3、C4中的两个电容的C1、C2的一端连接，所述稳压芯片U1的输出端Vout与所述四个电容C1、C2、C3、C4中的另外两个电容C3、C4的一端以及所述电阻R11的一端连接，所述电阻R11的另一端与所述LED指示灯LED0的一端连接，所述LED指示灯LED0的另一端、所述四个电容C1、C2、C3、C4的另一端以及所述稳压芯片U1的接地端GND相连并接地。

本实用新型的饮料机调温控制系统的调温控制方法，具体步骤包括：

S1、通过OLED显示电路6进入主界面，等待按键电路4的按键选择功能；

S2、通过所述主界面上接收的按键电路4的按键信息，单片机1通过H桥电路5启动饮料机的制冷功能或制热功能以及通过负载驱动电路7启动相应的负载；

S3、若选择制热功能，所述H桥电路5通过正向电流，所述饮料机的制冷片制热；

S4、若选择制冷功能，所述H桥电路5通过反向电流，所述饮料机的制冷片制热；

S5、步骤S3和S4的制热或者制冷工序后，所述单片机1根据温度传感器7实时采集的所述饮料机的储水槽中的液体温度来判断所述液体温度是否达到所需温度，若未达到，则继续执行步骤S3或S4，若达到，则停止向所述H桥电路5以及负载驱动电路7的输出。

与现有技术相比，本实用新型的技术方案具有以下有益效果：

1、本实用新型的技术方案通过OLED显示电路、按键电路以及单片机，可以实现人机交互，进而实现冲调饮料的调温设置，操作简单；

2、本实用新型的技术方案通过所述单片机根据接收按键电路的按键信息，并通过H桥电路的正向和反向电流来控制饮料机的制冷片的制热或制冷，并通过温度传感器采集的实时温度，使饮料机中的饮料自动达到所需温度。

3、本实用新型的技术方案，运行稳定，可靠性好，便于推广使用。

附图说明

图1是本实用新型的饮料机调温控制系统的结构框图；

图2是本实用新型的单片机及其外围电路的原理图；

图3是本实用新型的负载驱动电路的原理图；

图4是本实用新型的H桥电路的原理图；

图5是本实用新型的电源电路的原理图；

图6是本实用新型的饮料机调温控制系统的调温控制方法流程图。

具体实施方式

以下将结合附图对本实用新型的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本实用新型的目的、特征和效果。

如图1所示，为本实用新型提供的一种饮料机调温控制系统，包括单片机1、电源电路2、温度传感器3、按键电路4、H桥电路5、OLED显示电路6、负载驱动电路7；其中，所述电源电路2的供电输出端分别与所述单片机1、温度传感器3、按键电路4、H桥电路5、OLED显示电路6、负载驱动电路7电连接并这些部件供电；所述单片机1上相应的输入端分别与所述温度传感器3的输出端和所述按键电路4的输出端连接，所述单片机4上相应的输出端分别与所述H桥电路5、所述OLED显示电路6、所述负载驱动电路7的输出端电连接。

本实施例中，OLED显示电路6和按键电路4实现了人机交互功能，其中OLED显示电路6用于显示饮料机的各种信息，主要由显示屏以及程序指示灯组成，显示屏可以是触摸显示屏，程序指示灯由6个LED灯组成，如图2中LED1至LED6,用于指示当前程序运行进度信息，方便调试程序；按键电路4用于实现饮料机的按键功能设置和选择，特别是温度调节相关的功能，可以设置饮料机的饮料的上限、下限温度值以及目标温度值，如图2中的连接单片机1的按键信息输入端口K1(即单片机1的20号引脚)、K2(即单片机1的19号引脚)、K3(即单片机1的18号引脚)的K1、K2、K3按键，且按键电路4的不同按键功能会显示在OLED显示电路6的显示屏右方。优选的，按键电路4的按键操作伴有蜂鸣提示音。因此，使用者需要根据自身喜好对饮料机的饮料温度进行设置和调节时，只需要按下按键电路中相应的温度调节按键即可实现饮料机的调温设置,操作简单，响应速度快，同时OLED显示电路6的显示屏的主界面会显示相关的温度设置以及饮料的升温、降温信息。

所述温度传感器7设置在饮料机的储水槽上，其温度探头可以实时采集储水槽中的液体(饮料)温度，并通过OLED显示电路6实时显示出来。本实施例中，温度传感器7使用DS18B20，该器件具有精度高，体积小，硬件电路简单等特点，可使用单总线协议操作。

请参考图2，所述单片机1为STC90C58RD+芯片，这是一款兼容51内核的增强版单片机，其封装采用贴片式LQFP-44，能够大幅度减小单片机1在整个电路板中的占用面积，而且该芯片价格低廉且功能强大，运行稳定，抗干扰能力强。所述单片机1上连接有时钟电路，时钟电路由从两个单片机端口XTAL1(即单片机1的15号引脚)、XTAL2(即单片机1的14号引脚)引出的两个接地电容C5、C7以及并联在所述两个单片机端口XTAL1、XTAL2之间的电阻R23和晶体振荡器Y1组成，用于为单片机1产生稳定的时钟信号。所述单片机1上还连接有手动复位电路，所述手动复位电路由复位按键RST、一端连接复位按键RST而另一端接地的电阻R28以及并联在复位按键RST两端的电容C8组成，且复位按键RST与电阻R28连接的节点连接单片机1的复位引脚RST(即单片机1的4号引脚)，电容C8与电阻R28组成了RC上点复位电路，按下复位按键RST后，可以实现手动复位。所述单片机(1)上还连接有USB程序下载接口P9，所述USB程序下载接口P9的一端(即P9的1号引脚)与接地电容C6的非接地端、隔离开关S1的一端共同连接至单片机1的电源端口VCC(即单片机1的38号引脚)，所述USB程序下载接口P9的另一端(即P9的4号引脚)与接地电容C6的接地端连接，所述USB程序下载接口P9的数据收发端TXD、RXD(即P9的2、3号引脚)与单片机1的数据收发端口TXD、RXD(即单片机的5、6号引脚)对应连接，用于从外界向单片机1传输相关程序，隔离开关，S1可以将单片机电源端口VCC与电源电路2源隔离，避免下载程序时USB程序下载接口P9过载导致OLED显示电路6的显示屏蓝屏。所述单片机1上还连接有蜂鸣电路，用于在监测到饮料机的液体温度达到设定温度后向使用者进行蜂鸣提示，所述蜂鸣电路由电阻R24、三极管Q6以及蜂鸣器BEE组成，蜂鸣器BEE的一端接+5V电源，另一端接三极管Q6的集电极，三极管Q6的发射极接地，三极管Q6的基极连接电阻R24的一端，电阻R24的另一端接单片机1的提示音输出端口BEE(即单片机1的40号引脚)。

如图3所示，本实施例中，负载驱动电路7由一个大功率场效应管VT2、一个三极管Q0、一个光电耦合器OPT2以及三个电阻R2、R5、R6组成，其中，大功率场效应管VT2的栅极与所述三极管Q0的集电极连接，大功率场效应管VT2的源极接地，大功率场效应管VT2的漏极连接电路板的板载散热风扇、饮料机的循环泵等饮料机的相应负载；所述三极管Q0的集电极电阻R2接+12V直流电源，所述三极管Q0的基极连接所述光电耦合器OPT2的一输出端(即OPT2的4号引脚)以及电阻R6的一端，电阻R6的另一端接+5V电源，所述三极管Q0的发射极与所述光电耦合器OPT2的另一输出端(即OPT2的3号引脚)共同接地；所述光电耦合器OPT2的一输入端(即OPT2的1号引脚)通过电阻R5接所述+5V电源，所述光电耦合器OPT2的另一输入端(即OPT2的2号引脚)连接所述单片机1的输出端口Hot(即单片机1的36号引脚)。光电耦合器OPT2间接地将单片机1和负载之间的信号隔离开，以避免由于系统工作电流大以及瞬时冲击电流大所造成的干扰。三极管Q0为S8050，起到信号倒相的作用，同时可以起到驱动大功率场效应管VT2的作用，保证大功率场效应管VT2完全导通，以避免由于单片机上电复位瞬间HOT端口为高电平状态而导致的负载在启动瞬间时会损坏电源的问题。大功率场效应管VT2的功率大于100W，选型例如为IRF540N，其特点是导通内阻小，通过大电流时发热量低。电阻R2、R5、R6的阻值均为1KΩ。此外，本实施例中，由于每个负载与单片机1之间都连接有一负载驱动电路7，从而导致饮料机调温控制系统整体的工作电流大，所以饮料机调温控制系统的电路板的部分走线使用了开窗不盖油的工艺，焊接时可以加厚铜箔，增大载流截面积，可使大电流通过。

如图4所示，所述H桥电路5由两个二选通一按钮SW1、SW2、四个MOS晶体管Q1、Q2、Q3、Q4以及两个不同发光颜色的发光二极管D1、D2组成，其中，发光二极管D1为发光颜色为绿色的LED灯，发光二极管D2为发光颜色为红色的LED灯，四个MOS晶体管Q1、Q2、Q3、Q4组成对管结构，MOS晶体管Q1的栅极与MOS晶体管Q4的栅极以及二选通一按钮SW2的固定端连接，MOS晶体管Q1的源极与+12V电源以及MOS晶体管Q2的源极相连，MOS晶体管Q1的漏极与发光二极管D1、D2的一端以及MOS晶体管Q4的漏极相连，MOS晶体管Q2的漏极与发光二极管D1、D2的另一端以及MOS晶体管Q3的漏极相连，MOS晶体管Q2的栅极与MOS晶体管Q3的栅极以及二选通一按钮SW1的固定端连接，MOS晶体管Q3的源极和MOS晶体管Q4的源极连接并接地；二选通一按钮SW1的第一个选通端连接所述+12V电源以及二选通一按钮SW2的第一个选通端，二选通一按钮SW1的第二个选通端连接二选通一按钮SW2的第二个选通端并接地。本实施例中，MOS晶体管Q1和MOS晶体管Q2均为PMOS管，选型均为IRF5210，MOS晶体管Q3和MOS晶体管Q4均为NMOS管，选型均为IRF3710。二选通一按钮SW1、SW2的选型均为SW-SPDT-MOM。所述H桥电路5的输出端连接所述饮料机的制冷片，当二选通一按钮SW1与二选通一按钮SW2的信号相同时，H桥电路5无电流通过，也无电流向制冷片输出，而当二选通一按钮SW1与二选通一按钮SW2信号相反时，可改变2对MOS晶体管的导通顺序，从而起到改变电流方向的作用，即当电流正向流过饮料机的制冷片时，制冷片的A面制冷，B面制热；相反，当电流反向流过所述制冷片时，制冷片的A面制热，B面制冷。本实施例中，由于H桥电路5需要驱动制冷片工作，因此其负载电流大，发热大，需要粗导线以及大面积散热片，所以该H桥电路5没有集成在饮料机调温控制系统的主电路板上，而是单独接出，安装于饮料机的水冷散热器下,从而使得H桥电路5上方可巧妙地使用来自水冷散热器的水冷风扇吹出的风来散热，风力强劲，很大程度上解决了H桥电路5的MOS管发热严重的问题。

如图5所示，所述电源电路2由360W的开关电源P6以及稳压电路组成，所述开关电源P6运行稳定且能量转换效率高，能够输出3组12V直流电来供系统使用，其中输出的一路12V直流电经所述稳压电路转换为5V后输出至所述单片机1使用。所述稳压电路由四个电容C1-C4、一个稳压芯片U1、一个电阻R11和一个LED指示灯LED0组成，其中，所述稳压芯片U1的输入端Vin与所述开关电源P6输出的12V直流电端、电容的C1、C2的一端连接，所述稳压芯片U1的输出端Vout与电容C3、C4的一端以及电阻R11的一端连接，电阻R11的另一端与LED指示灯LED0的一端连接，所述LED指示灯LED0的另一端、电容C1、C2、C3、C4的另一端以及稳压芯片U1的接地端GND相连并接地。本实施例中，稳压芯片U1选型为78M05，电容C1和C3的选型均为100nF贴片电容，电容C2和C4均为100μF/25V电解电容，且电容C1、C2并联用于对送入稳压芯片U1的信号进行滤波，电容C3和C4用于对稳压芯片U1输出的+5V电源信号进行抗干扰处理，LED0为电源指示灯。由于本实用新型的饮料机调温控制系统工作电流较大，发热量大，为了对饮料机调温控制系统的电路板进行散热，本实施例中，在饮料机调温控制系统的电路板上方安装了一个板载散热风扇，以有效地将所述电路板产生的热量散去，以保证饮料机调温控制系统的电路能够稳定运行，其中开关电源P6输出的另一路12直流电输出至板载散热风扇的电源接口P10。

由上所述，本实用新型的饮料机调温控制系统的电路部分，首先，采用了宏晶公司生产的STC90C58RD+芯片，并全自主设计的专用电路板，可以在直径90mm的电路板上实现了控制饮料机的大功率负载的功能，系统成本低廉且功能强大，运行稳定，抗干扰能力强，其次，使用2对MOS管组成的H桥电路来驱动制冷片实现制冷或制热，以调节饮料机的液体温度，并H桥电路上方巧妙使用来自饮料机的水冷散热器的水冷风扇吹出的风使其散热，风力强劲，很大程度上解决了H桥电路MOS管发热严重的问题；再者，使用了OLED显示与按键交互的形式，使得使用者可根据自身温度需求对饮料机的饮料温度进行调节，操作简单。此外，在饮料机调温控制系统的主电路板上方安装了一个板载散热风扇，可有效地将主电路板产生的热量扇去，保证了电路能够稳定运行。

如图6所示，为本实用新型的饮料机调温控制系统的调温控制方法，包括以下步骤：

S1、电源电路2为饮料机调温控制系统上电，饮料机调温控制系统初始化后，进入OLED显示电路6的显示屏主界面，等待按键电路4的按键选择信息；

S2、使用者按键电路4选择启动制冷功能(即会自动制冷至下限温度)、启动制热功能(即会自动制热至上限温度)或者选择冷/热设置功能(即通过人工进行按键操作来设置目标温度并调温至该目标温度)；

S3、若选择制热功能，单片机1使得H桥电路5通过正向电流，启动制冷片实现制热工序，且单片机1控制负载驱动电路7启动饮料机的水冷散热器的水冷风扇以及饮料机的循环泵等负载；

S4、若选择制冷功能，单片机1使得H桥电路5通过反向电流，启动制冷片实现制冷工序，且单片机1控制负载驱动电路7启动饮料机的水冷散热器的水冷风扇以及饮料机的循环泵等负载；

S5、步骤S3和S4的进行制热或者制冷工序后，单片机1根据温度传感器7实时采集的所述饮料机的储水槽中的液体温度来判断所述液体温度是否达到所需温度，若未达到，则继续步骤S3和S4的工序，若达到，则停止向所述H桥电路(5)以及负载驱动电路(7)的输出，即停止制冷片和所有负载工作。

需要说明的是，当选择冷/热设置功能时，单片机1根据温度传感器7实时采集的所述饮料机的储水槽中的液体温度来判断是对液体进行制冷还是制热，由此使得H桥电路5通过正向电流或反向电流，从而启动制冷片实现制热或制冷工序，且单片机1控制负载驱动电路7启动饮料机的水冷散热器的水冷风扇以及饮料机的循环泵等负载，该过程中，单片机1持续根据温度传感器7实时采集的所述饮料机的储水槽中的液体温度来判断所述液体温度是否达到所需温度(即通过人工设置目标温度)，从而维持制冷片的制冷或制热工序，直至所述液体温度达到所需温度，之后可以停止制冷片和所有负载工作。

由上所述，本实用新型的饮料机调温控制方法，可以实现一键操作即可自动将饮料机的饮料调温至下限温度或上限温度，还可以使得使用者通过按键电路设置任意目标温度，使饮料机中的饮料自动达到使用者所需温度，来满足自身的特殊温度需求，操作简单，设计人性化，便于推广使用。

以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。