软件开源,航芯方案分享全自动咖啡机设

如今，随着人们生活节奏不断地加快，生活水平日益提高，咖啡作为世界上最流行的饮品之一，已然走进人们的日常生活，逐渐被越来越多的人所喜爱。随之而来的“咖啡机”也变得愈加流行。酿制一杯完美的咖啡，需要借助专门的咖啡机来完成。咖啡机用10个左右的大气压力，迫使90℃左右的热水穿过10克左右经过挤压的咖啡粉，汲取咖啡粉中的咖啡脂等芳香物质，并与热水达到充分溶合后流入杯中，整个过程需要在18-28秒内完成，以便有效地避免过分提取所造成的不良味道。显然，制作一杯高品质的咖啡，咖啡机起着决定性的作用。

本文将介绍基于上海航芯ACM32F的咖啡机设计方案。

1

咖啡机概述

现在市面上的咖啡机有很多，按照操作方式可以将其分为两大类型：半自动和全自动。

图1.咖啡机分类图

半自动咖啡机主要特点：由人工操作磨粉、压粉、装粉、冲泡、清除残渣等，机器结构简单、容易维护、使用方便。其缺点是：对操作者要求高，操作者要经过严格的培训才能使用这种机器制作出高品质的咖啡，且工作效率较低。

全自动咖啡机主要特点：实现了磨粉、压粉、装粉、冲泡、清除残渣等酿制咖啡全过程的自动控制，使用更加方便、快捷、品质一致、高效率，对操作者要求不高，无需培训。其缺点为：结构比较复杂，需要良好保养，维护费用较高。但由于其优点突出，使得它越来越被众多客户所喜爱。

本次介绍的咖啡机设计方案是一个全自动咖啡机，可以按照最科学的数据和程序来酿制咖啡，而且设有完善的保护系统，使用起来简单方便，只需轻轻一按就可以得到咖啡。用户可以设置水温、咖啡碾磨粗细度，能够自动碾磨咖啡豆；用户还可以根据需要选择制作单杯或者同时制作双杯咖啡，同时还提供大杯、中杯、小杯三种选择。除了制作咖啡以外，本咖啡机还能制作热水和蒸汽。其中热水可以用来泡茶或其它饮品等；蒸汽则可用来加热牛奶或其他饮品，高压蒸汽还可以把牛奶乳化，制造出芳香的奶沫。可以为用户提供多样化的、轻松快捷的服务。

2

芯片特性

ACM32F0X0系列是一款支持多种低功耗模式的通用MCU。集成16路Touch触摸按键、12位1.6Msps高精度ADC以及模拟比较器COMP、运算放大器OPAMP、段式LCD控制器，内置高性能定时器TIMER、多路UART、LPUART、SPI、I2C等丰富的通讯外设，内建AES、TRNG、CRC32等信息安全模块，支持多种低功耗模式，具有高整合度、高抗干扰、高可靠性等特点。本产品采用高性能内核，最高工作频率64MHz。

图2.ACM32F0X0资源图

触摸按键TKEY

ACM32F0X0芯片内部集成自电容式触摸控制传感器。自电容式触摸控制传感器通过检测电容的变化来检测手指是否触及触摸表面。通过调整检测到的电容变化量来调整触摸的灵敏度。

?高度集成，最大支持16路触摸按键TKEY；

?自电容检测范围5~50pf，灵敏度0.1pf；

?支持通道补偿；

?最大支持10mm的触摸面板厚度；

?支持低功耗睡眠模式，Stop模式下最低功耗17uA；

?支持分别设置工作模式和睡眠模式灵敏度、扫描速度；

?支持主动屏蔽Cshield通道，用于防水控制和增加检测灵敏度；能起到降低寄生电容的作用，也可以降低寄生电容的降低噪声源干扰，在其它导体接近触摸电极时，增加TKEY稳定性；

?支持滤波防抖机制，可以减少误触，以及避免一些静电带来的干扰；

?支持自适应和自校准机制，降低环境变量的干扰；

?模拟顾客使用环境，进行了长时间反复测试来确保产品的可靠性，测试方法如下：

①潮湿环境测试：用水蒸气喷到触摸面板上，使面板结满露水，这时无误触和反应迟钝的现象；

②溅水和水淹试验：对触摸面板快速喷水，直到面板上形成水洼，并且将几个不同的触摸感应电极淹到一个水洼里，这时无误触、反应迟钝和按A键时同一个水洼里的B键触发，即按键指东打西现象；

③高低温测试：-40℃~85℃高低温测试，这时无误触、反应迟钝、死机的现象；

④电磁干扰测试：使用无线对讲机作为射频干扰源，在触摸面板20cm左右进行呼叫和对讲，无误触、反应迟钝、死机现象；

⑤电源干扰测试：在电网上形成强烈的~V的高压脉冲群，这时没有误触现象；

⑥长时间连续工作测试：样机经过6个月不断电长时间工作测试，按键工作正常，无反应迟钝、死机等现象。

液晶控制器LCD

ACM32F0X0芯片内部集成一款适用于单色无源液晶显示器（LCD）的数字控制器/驱动器，最多具有8个公用端子（COM）和40个区段端子（SEG），用以驱动（4*40）或（3*36）个LCD元素。

?高度灵活的帧速率控制；

?支持静态、1/2、1/3、1/4、1/6和1/8占空比，支持1/2、1/3、1/4偏置；

?多达16个寄存器的LCD数据RAM；

?可通过软件配置LCD的对比度，支持LCD闪烁功能，且可配置多种闪烁频率；

?支持A类、B类波形，2种驱动波形生成方式：

①内部电阻分压、外部电阻分压；

②可选的滤波电容；

③可通过软件配置内部电阻分压方式的功耗，从而匹配LCD面板所需的电容电荷；

?支持低功耗模式：LCD控制器可在Active、Sleep、Stop模式下进行显示。

运算放大器OPAMP

ACM32F0X0包含三个独立配置的运算放大器，每个运算放大器有两个输入和一个输出，三个I/O可以连接到外部引脚。运算放大器可以在内部配置位一个跟随器，或者是一个可编程增益的放大器。

?低工作电压，典型工作电压3.3V；低消耗电流，典型值uA；

?失调电压可修调。

模拟比较器COMP

用于比较两个输入模拟电压的大小，并根据比较结果输出高低电平。

?比较器输出可作为定时器的刹车输入或捕获输入；

?提供软件可配置的滤波时间以增强芯片的抗干扰能力；

?比较器输出可通过定时器切断。

12位1.6Msps高精度ADC

支持单端信号转换和差分信号转换，多达21个通道，支持最大16次可设通道的规则转换，以及1次通道可设的注入转换。每次A/D转换可以按照单次、连续或间断模式执行。

高性能定时器TIMER

ACM32F0X0芯片内置高级定时器，由一个16位自动装载计数器组成，由一个16位可编程（可以实时修改）的预分频器驱动。高级定时器和通用定时器是完全独立的，它们不共享任何资源，但它们可以同步操作。

?多达4个独立通道（输入捕获、输出比较、PWM生成、单脉冲模式输出）；可测量输入信号的脉冲宽度（输入捕获），可产生输出波形（输出比较、PWM、嵌入式死区时间互补PWM等）

?支持针对定位的增量（正交）编码器和霍尔传感器电路；

?支持三相PWM、死区保护、刹车控制；

?支持有感、无感、FOC控制算法；

3

设计方案

本文描述的咖啡机方案，基于上海航芯ACM32F系列的MCU进行设计，整体的方案框图如下所示：

图3.基于ACM32F咖啡机设计方案框图

软件资源（触摸按键部分）下载链接如下：

转载请注明：http://www.abuoumao.com/hykz/93.html