Електрична гейзерна кавоварка з контролем температури і об'єму

Дружбляк, Артем Орестович

Please use this identifier to cite or link to this item: https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/6426

Title:	Електрична гейзерна кавоварка з контролем температури і об'єму
Authors:	Зубко, Ігор Анатолійович Дружбляк, Артем Орестович
Issue Date:	Jun-2023
Abstract:	У першому розділі проведено аналіз існуючих типів кавоварок та кавомашин. Розглянуті кавоварки крапельного типу, перколятори, кавоварки гейзерного типу, еспрессо-кавомашини, капсульні кавоварки, чалдові кавомашини та електричні турки. Наведено їх особливості та основні характеристики. У другому розділі обрано елементну базу , яка включає в себе плату Arduino Nano V3.0, модуль з герконовим датчком, LCD QC1602A дисплей, безконтактний цифровий датчик рівня води, датчик температури DS18B20, 1-канальний модуль реле 5В без оптоізоляції. У третьому розділі запропоновано опис роботи пристрою, що включає в себе структурну схему і принцип роботи пристрою, опис програмного збезпечення роботи пристрою. Наведено результати емуляції запропонованих рішень, що доводить можливість реалізації гейзерної кавоварки з контролем температури і об'єму.
URI:	https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/6426
Appears in Collections:	123 Комп’ютерна інженерія (Спеціалізовані комп’ютерні системи)

Files in This Item:

File	Description	Size	Format
Б_123_2023_Дружбляк.pdf Restricted Access		1.17 MB	Adobe PDF	View/Open Request a copy

Show full item record

Extracted text

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
ФАКУЛЬТЕТ ІНФОРМАЦІЙНИХ ТЕХНОЛОГІЙ І СИСТЕМ
КАФЕДРА РОБОТОТЕХНІКИ ТА СПЕЦІАЛІЗОВАНИХ КОМП’ЮТЕРНИХ СИСТЕМ
ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА
до кваліфікаційної роботи
освітнього ступеня «бакалавр»
на тему: Електрична гейзерна кавоварка з контролем температури і об'єму

Виконав: студент 4 курсу, групи СКС-1907
спеціальності
123 «Комп'ютерна інженерія»
Дружбляк А.О.
(прізвище та ініціали)
Керівник Зубко І.А.
(прізвище та ініціали)
Рецензент
(прізвище та ініціали)

Черкаси 2023
1

ЗМІСТ

ВСТУП ...................................................................................................................... 3
1 ОГЛЯД ІСНУЮЧИХ ТИПІВ КАВОВАРОК ТА КАВОМАШИН ................... 5
1.1 КРАПЛИННІ КАВОВАРКИ .................................................................................. 5
1.2 ПЕРКОЛЯТОРИ .................................................................................................. 9
1.3 ГЕЙЗЕРНІ КАВОВАРКИ .................................................................................... 12
1.4 ЕСПРЕССО-КАВОМАШИНИ ............................................................................. 16
1.5 КАПСУЛЬНІ КАВОВАРКИ ................................................................................ 23
1.6 ЧАЛДОВІ КАВОМАШИНИ ................................................................................ 26
1.7 ЕЛЕКТРИЧНІ ТУРКИ ........................................................................................ 29
2 ВИБІР ЕЛЕМЕНТНОЇ БАЗИ ............................................................................ 33
2.1 ОПИС ARDUINO UNO REV3/R3 ТА ARDUINO NANO V3.0 .............................. 33
2.2 МОДУЛЬ З ГЕРКОНОМ ДЛЯ ARDUINO ............................................................. 42
2.3 LCD 1602 СИМВОЛЬНИЙ ДІСПЛЕЙ 16X2 ....................................................... 44
2.4 БЕЗКОНТАКТНИЙ ДАТЧИК РІВНЯ ВОДИ .......................................................... 45
2.5 Температурний датчик водонепроникний DS18B20 ............................... 47
2.6 1-КАНАЛЬНИЙ МОДУЛЬ РЕЛЕ 5В БЕЗ ОПТОІЗОЛЯЦІЇ ....................................... 49
3 ОПИС РОБОТИ ПРИСТРОЮ........................................................................... 51
3.1 СТРУКТУРНА СХЕМА І ПРИНЦИП РОБОТИ ПРИСТРОЮ .................................... 51
3.2 ОПИС ПРОГРАМНОГО ЗБЕЗПЕЧЕННЯ РОБОТИ ПРИСТРОЮ ............................... 53
3.3 ЕМУЛЯЦІЯ РОБОТИ ГЕЙЗЕРНОЇ КАВОВАРКИ З КОНТРОЛЕМ ТЕМПЕРАТУРИ І
ОБ'ЄМУ ..................................................................................................................... 58
ВИСНОВКИ ........................................................................................................... 60
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ ............................................................. 61

ЧДТУ 231937.001 ПЗ
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
Розроб. Дружбляк Літ. Лист Листів
Електрична гейзерна
Перевір. Зубко У 2
кавоварка з контролем
Реценз.
температури і об'єму
Н. Контр. 2 ЧДТУ, СКС-1907
Пояснювальна записка
Затверд. Лукашенко

ВСТУП

Розробка нових технологій та покращення існуючих в сфері кавоваріння є
актуальним завданням для задоволення потреб сучасних любителів кави. Одним з
цікавих напрямків в цьому контексті є розробка гейзерної кавоварки з контролем
температури і об'єму. Гейзерна кавоварка вже довгий час визнана як елегантний
спосіб отримання високоякісної кави з багатим смаком і ароматом. Однак,
використання сучасних технологій контролю температури і об'єму може
забезпечити ще більшу стабільність та точність у процесі приготування кави. У цій
роботі досліджуються можливості розробки гейзерної кавоварки з інтегрованим
контролем температури і об'єму, що дозволить отримувати каву з постійно високою
якістю та заданими параметрами. Це дозволить не тільки задовольнити вимоги
сучасних любителів кави, але й відкривати нові можливості для експериментування
з різними варіаціями смаку і насолоди кавових напоїв.
У сучасному світі кава вже давно перетворилася на культовий напій, який
супроводжує нас у повсякденному житті. Смак і якість кави стали не просто
випадковістю, а об'єктом глибокого дослідження і вдосконалення. І саме в цьому
контексті розробка гейзерної кавоварки з контролем температури і об'єму набуває
особливого значення.
Класична гейзерна кавоварка приваблює своєю простотою та естетичним
дизайном. Проте, її основний недолік полягає у відсутності можливості
контролювати температуру води та об'єм кавового напою. Це може призводити до
зміни смакових характеристик кави та непередбачуваності результату
приготування.
У роботі ми поставлено завдання розробити гейзерну кавоварку, яка
забезпечує контроль температури води під час всього процесу приготування, а
також точний об'єм кавового напою. Це відкриває безліч можливостей для
досягнення бажаної якості і смакових відтінків кави з кожним заварюванням.
Підхід базується на використанні передових сенсорних технологій та
Лист
3 ЧДТУ 231937.001 ПЗ 3
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

автоматизованих систем управління. Завдяки їм можна забезпечити постійний
контроль температури води, що дозволить досягати оптимального результату
приготування кави з урахуванням її сорту, обсмаження та особистих вподобань
користувача. Крім того, ми розробимо систему, яка точно вимірює об'єм кавового
напою, забезпечуючи однорідну кількість кави в кожній чашці.

Лист
ЧДТУ 231937.001 ПЗ
4
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

1 ОГЛЯД ІСНУЮЧИХ ТИПІВ КАВОВАРОК ТА КАВОМАШИН

Кава - найпопулярніший гарячий напій. Про це свідчить той факт, що кавові
зерна є найбільш продаваним в світі товаром після нафти. Існує безліч технологій
приготування кави та найрізноманітніше обладнання для кави, проте на
підприємствах громадського харчування найчастіше використовуються чотири
основні типи кавоварок: краплинні, перколяційні, гейзерні і компресійні, або
кавомашини-еспресо.
1.1 Краплинні кавоварки
Вважається, що кавоварка крапельного типу (рис. 1) була винайдена
паризьким архієпископом Жаном-Батистом де Беллуа (Jean-Baptiste de Belloy)
близько 1800. Вона складалася з двох встановлених один на одного судин (для
гарячої води і для готового напою), між якими містився мешочек- фільтр з меленою
кавою. Вода по краплині просочувалася через фільтр і збиралася в нижній ємності.
Як бачите, вже тоді люди розуміли, що кип'ятити каву не потрібно.

Рисунок 1 – Кавоварка крапельного типу
Лист
ЧДТУ 231937.001 ПЗ
5
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

Конструкція сучасних кавоварок крапельного типу, звичайно, набагато більш
досконала, проте принцип їх дії, заснований на просочуванні крапель через фільтр,
залишився тим самим. Вода доводиться до кипіння в бойлері і, випаровуючись,
піднімається у верхню частину пристрою. Тут пар втрачає частину своєї енергії і
конденсується. Краплі конденсату, що мають «правильну» температуру 87-95оС,
поступово проходять через заварювальний вузол з фільтром (фільтри для
кавоварок бувають одноразові паперові, багаторазові нейлонові або «вічні»
металеві) і стікають в ємність для готового напою. У крапельних кавоварках для
дому та обладнанні, призначеному для невеликих кафе, це зазвичай кавник з
термостійкого скла об'ємом 1,2-2,2 л; в професійних кавоварка для підприємств
громадського харчування середньої і високої пропускної здатності - термос або
контейнер з нержавіючої сталі об'ємом від 5 до 40 л. Устаткування додатково
оснащується однією або декількома підігріваються платформами для підтримки
температури кави.
Як приклад можна навести крапельну кавоварку Daily Collection HD7461/00
(рис. 2) — компактна крапельна кавоварка. Це ідеальний пристрій для
прихильників натуральної кави. Однією із головних переваг є те, що користувачеві
не потрібно контролювати процес приготування напою. Просто залийте воду,
додайте мелену каву, натисніть на кнопку та зачекайте кілька хвилин.
Лист
ЧДТУ 231937.001 ПЗ
6
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

Рисунок 2 - Крапельна кавоварка Daily Collection HD7461/00

Особливості:
Функція Aroma twister перемішує каву для досягнення оптимальних
смакових якостей
Об'єм 1,2 л на 2–15 чашок
Система «крапля-стоп» дає змогу налити в чашку каву в будь-який час
LED-підсвітка вимикача засвічується під час вмикання кавоварки
Автовимкнення через 30 хв забезпечує заощадження енергії й безпеку
Зручність очищення: знімні частини можна мити в посудомийній машині
Індикатор рівня води для зручного наповнення
Лист
ЧДТУ 231937.001 ПЗ
7
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

Таблиця 1 - Основні характеристики кавоварки Daily Collection HD7461/00
Тип Крапельна (фільтраційна)
Тип кави Мелена
Комплектація Крапельна кавоварка
Скляний глечик
Функції Автовимикання
Протикрапельна система
Сфера використання Для дому
Об'єм резервуара для води, л 1.2
Керування Кнопкове
Спосіб розміщення Стоять окремо
Потужність,Вт 1000
Габарити (ВхШхГ), см 29 x 22 x 22
Габарити в пакованні (ВхШхГ), см 38.5 x 26.8 x 23.8
Вага, кг 1.42
Приготування капучино Немає
Вага в пакованні, кг 3.36
Колір Білий
Додаткові функції Функція Aroma twister
Особливості LED-підсвітка
Автовимкнення через 30 хвилин
Знімні частини можна мити у
посудомийній машині
Індикатор рівня води для зручного
наповнення
Фільтри в комплект поставки не
входять, докуповуються окремо
(розмір фільтрів 4)

Лист
ЧДТУ 231937.001 ПЗ
8
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

1.2 Перколятори
Зазвичай перколятори - це об'ємне обладнання (5-15 л), яке використовується
в їдальнях і кафе з великою кількістю посадочних місць. В цілому вони простіше,
дешевше і універсальніше, ніж краплинні кофеварочного машини: якщо вийняти з
резервуара перколяційні систему, то пристрій можна використовувати в якості
наливної кип'ятильника з закритим Теном. Потрібно також мати на увазі, що напій
в перколяторах виходить набагато більш насиченим, ніж в машинах крапельного
типу. Істотний недолік цього виду кавового обладнання - контакт кави з киплячою
водою (100оС), при якому руйнуються кофеїн і ефірні масла. Чекати від такого
напою приємного ефекту бадьорості і особливо доброго смаку не доводиться.

Рисунок 3 – Кавоварка типу перколятор

Лист
ЧДТУ 231937.001 ПЗ
9
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

Як приклад можна навести перколятор для кави - 10 літрів (рис. 4)

Рисунок 4 - Перколятор для кави - 10 літрів

Модель
• Електричний кавовий апарат
• Ємність: 10 літрів
• Вимірювач рівня наповнення
• Вбудована ємкість для крапель
Лист
ЧДТУ 231937.001 ПЗ
10
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

• Ергономічна недеформуюча пластикова ручка
• Ручка з нековзкою поверхнею
• Стильний дизайн
• швидке і ефективне підігрівання
• Контрольний світловий індикатор
• з розливним краном
• Легко чистити
Якість
• Резервуар для води з нержавіючої сталі
• Міцна алюмінієва кришка
Кавовий апарат
• З вбудованим піддоном для фільтра
• Для кави грубого помолу не потрібен фільтрувальний папір
• Після закипання кава зберігається теплою
Підключення
• Електричне підключення: 230 Вольт / 50 Гц
• Споживана потужність: 1520 Watt
Розмір
• Зовнішні розміри Ш x Г x В: 344 x 350 x 441 mm
Директиви
• Продукція відповідає вимогам гігієни і безпеки
• Матеріал відповідає європейським харчовим стандартам

Лист
ЧДТУ 231937.001 ПЗ
11
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

1.3 Гейзерні кавоварки
Кавоварка гейзерного типу, або мока-кавоварка (рис 5), була запатентована
Луїджі де Понті (Luigi de Ponti) в 1933 році. Вона схожа за принципом дії з
перколяційні кавоваркою, відмінність полягає лише в тому, що в ній не одна
ємність, а дві. Піднімаючись по трубці з нижньої ємності, гаряча вода проходить
по шляху через шар кави і потрапляє у верхню ємність, звідки і розливають згодом
готовий напій. Гейзерні кавомашини (як наплитні, без нагрівальних елементів, так
і електричні) в основному знаходять своє застосування в побуті.

Рисунок 5 – Кавоварка гейзерного типу

Лист
ЧДТУ 231937.001 ПЗ
12
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

Як приклад можна навести Ariete 1344 (рис. 5)

Рисунок 5 – Кавоварка Ariete 1344

Два в одному Ariete 1344 — універсальний прилад, який поєднує в собі
відразу кілька функцій. Він являє собою компактну станцію, на яку встановлюється
гейзерна кавоварка і прилад, що виконує функції капучинатора та чайника. Ця
модель сподобається всім, хто хоче придбати для кухні стильну і незвичайну
техніку. З появою цього пристрою можна щодня готувати до сніданку щось
новеньке.
Гейзерна кавоварка працює дуже просто: в нижню її частину наливається
вода, потім потрібно насипати у фільтр мелену каву, встановити верхню частину і
Лист
ЧДТУ 231937.001 ПЗ
13
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

натиснути на першу кнопку на основі. Щоб приготувати спінене молоко, треба
залити молоко в капучинатор і натиснути на середню кнопку на основі. Якщо
проводиться гаряче спінювання, індикатор буде червоним, якщо холодне — синім.
Щоб закип'ятити чи підігріти воду для чаю або інших напоїв, треба натиснути на
останню кнопку.
Обидва пристрої мають бездротову базу 360° і потужність 500 Вт, можуть
працювати одночасно. Кавоварка надає змогу приготувати 2 або 4 чашки кави за
одне заварювання. Спінювач може приготувати 140 мл збитого молока чи підігріти
250 мл холодного молока. Після виконання завдання він вимикається автоматично.
У режимі підігрівання води прилад вміщує 250 мл рідини. Якщо ви не
використовуєте прилад понад 30 хвилин, він вимикається для заощадження
електроенергії.
Є можливість готувати великий асортимент напоїв: кава, капучино,
мокачино, марочино (кава із шоколадом), лате, макіято, капучино фредо (холодний
кавовий напій на основі еспресо та молока з льодом), лате з м'ятою, чорний чай (за
температури 100 °C), зелений чай (за температури 80° С) гарячий шоколад, трав'яні
настої, молоко з фруктовим соком. Можливість не кип'ятити, а підігрівати воду до
певної температури дає змогу заварювати чорний і зелений чаї за оптимальної для
них температури.

Лист
ЧДТУ 231937.001 ПЗ
14
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

Таблиця 2 - Основні характеристики кавоварки Ariete 1344
Тип Гейзерна електричн
Тип кави Мелена
Комплектація Кавоварка
Інструкція з експлуатації
Гарантійний талон
Функції Підігрівання кавника
Сфера використання Для дому
Об'єм резервуара для води, л 0,3
Керування Кнопкове
Спосіб розміщення Стоять окремо
Потужність,Вт 1000
Габарити (ВхШхГ), см 24 x 32 х 15
Габарити в пакованні (ВхШхГ), см 29,5 x 36 x 19
Вага, кг 2,3
Приготування капучино Ручне
Вага в пакованні, кг 2,56
Колір Білий
Додаткові характеристики Обертання на 360°
Знімний резервуар для води

Лист
ЧДТУ 231937.001 ПЗ
15
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

1.4 Еспрессо-кавомашини
Машини компресійного типу (рис. 6) є найбільш складним і дорогим кавовим
обладнанням, але зате вони готують один з кращих видів кави - еспресо - і цілий
ряд напоїв на його основі. Перша попередниця кавоварки-еспресо була
запатентована Анджело Моріондо (Angelo Moriondo) в 1884 р.У великому бойлері
при нагріванні утворювалося надлишковий тиск в півтори атмосфери,
«проштовхувати» гарячу воду і пар через шар меленої кави. На початку XX століття
Луїджі Беццера (Luigi Bezzera) значно вдосконалив цей винахід, оснастивши його
запобіжним клапаном, декількома групами для заварювання кави, знімними
ріжками-держателями фільтра (завдяки їм обладнання стали часто називати
ріжковими кофемашинами) і паровим краном для спінювання молока.

Рисунок 6 – Кавомашина

Найпростіше компресіонне обладнання для кави - це
напівавтоматичні ріжкові кавоварки (рис. 7), в яких багато операцій виконуються
вручну. Італійці, які знають толк в каві, стверджують, що тільки на такому
обладнанні можна отримати справжній еспресо, якість якого визначається чотирма
літерами «М»: Miscela (правильний бленд і обсмажування), Macinazione
Лист
ЧДТУ 231937.001 ПЗ
16
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

(правильний помел), Macchina (правильна кавова машина), Mano (рука
досвідченого бариста)

Рисунок 7– Ріжкова кавоварка

Найскладніші автоматичні кавоварки виконують всі дії - від помелу кави
до викидання відпрацьованої кавової «таблетки» в спеціальний контейнер - без
участі оператора. Досить залити воду (якщо машина наливна), засипати зерна в
кавомолку і натиснути кнопку «пуск». Експлуатація кавомашини ніяких особливих
Лист
ЧДТУ 231937.001 ПЗ
17
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

навичок не вимагає, з нею впорається навіть недосвідчений користувач, тому
автоматичні кавоварки - це основний вид кавоварок для офісу і вдома.
Як приклад можна навести SIEMENS TE653M11RW (рис. 8)

Рисунок 8 – Кавоварка SIEMENS TE653M11RW

Будь-який напій можливо приготувати за лічені хвилини завдяки повністю
автоматичній кавомашині Siemens. Спеціальна система автоматично визначає
необхідну кількість молока, пінки та кави.
Щоб повністю розкрити свій аромат, кава повинна бути приготована за
правильної температури. І таку можливість надають кавомашини серії EQ, які
Лист
ЧДТУ 231937.001 ПЗ
18
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

мають унікальну систему sensoFlow, що нагріває воду до оптимальної температури
та забезпечує необхідну тривалість заварювання кави.
Зробити густу і водночас повітряну пінку вдасться без проблем завдяки
системі milkPerfect у кавомашині Siemens. Вона автоматично збиває молоко прямо
у чашці, тож все, що потрібно зробити – просто налити його. До того ж система
легко знімається та миється навіть у посудомийній машині.
Окрім стандартних розмірів кавових напоїв, що передбачені у кавомашині, є
можливість індивідуально до кожної опції налаштувати об’єм приготованої кави.
Індивідуальний підхід – досконала кава.
Не кожна кавомашина має керамічний млинок, проте всі кавомашини
Siemens обладнані цією деталлю, яка не тільки дозволяє отримати максимальну
екстракцію кавових зерен, а й буде служити довгі роки.
Окрім того, що ця кавомашина обладнана системою Calc`nClean, яка
автоматично очищає та видаляє накип, вона ще й має знімний блок заварювання,
який можна з легкістю промити під проточною водою, щоб не залишилось
залишків кави та кавової олії. Також після кожного приготування кави система
автоматично очищує всі трубки між нагрівальною системою, що забезпечує
чистоту та свіжість води.
Для отримання дуже міцної кави, ідеально підходить кавомашина Siemens.
Завдяки інноваційній функції aromaDouble Shot кавомашина виконає подвійний
помел та заварювання кави. А автоматичний процес приготування забезпечить
відсутність яскраво вираженої гіркоти, оскільки через систему заварювання
проходить менше води, а отже гіркі речовини майже не вивільняються.
Зручний та компактний контейнер об’ємом 0.5 л надає можливість зберігати
молоко прохолодним протягом декількох годин без зниження його якості. Також
підходить для зберігання у холодильнику.
Присутня опція приготування двох горняток кави одночасно (американо або
еспресо) та насолоджуватись запашною кавою удвох. Потрібно просто поставити 2
чашки під соплом подачі, обрати необхідний вид кави та натиснути «Старт».
Лист
ЧДТУ 231937.001 ПЗ
19
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

Завдяки сенсорному дисплею coffeeSelect Display можна з легкістю обрати
бажаний напій, а також зберегти індивідуальні налаштування для приготування
кави, щоб кавомашина щоразу готувала каву тільки так.
Один із секретів успіху приготування смачної кави – це чиста вода. Щоб
досягнути свого ідеалу, а також збільшити строк служби приладу є можливість
оснастити його фільтром для води Brita.

Таблиця 3 - Основні характеристики кавоварки SIEMENS TE653M11RW
Тип Кавомашина
Тип кави Зернова
Мелена
Комплектація Кавомашина
Інструкція
1 x мірна ложка для розчинної кави
1 x тестова смужка для визначення рівня жорсткості
води
Фільтр для води
Функції Автовимикання
Автоматичне очищення від накипу
Вибір обсягу порції
Дисплей
Подавання гарячої води для чаю
Регулювання міцності кави
Конструкція З контейнером для меленої кави
З ємністю для молока
Сфера використання Для дому
Тиск пари 15 барів
Об'єм резервуара для 1.7
води, л
Керування Сенсорне
Спосіб розміщення Стоять окремо
Потужність,Вт 1500
Габарити (ВхШхГ), 38.5 x 28.1 x 46.8
см
Лист
ЧДТУ 231937.001 ПЗ
20
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
Продовження таблиці 3

Габарити в пакованні 51 x 34.5 x 42.8
(ВхШхГ), см
Вага, кг 9.918
Приготування Автоматично
капучино
Вага в пакованні, кг 11,5
Колір Чорний зі сріблястим
Місткість контейнера 300
для зерен, г
Додаткові функції Система заварювання подвійної кави aromaDouble Shot
для приготування міцної кави без гіркого присмаку
Автоматична програма промивання приладу відразу
після увімкнення
AutoMilk Clean: автоматичне очищення системи
подавання молока після кожного приготування напоїв
Система calc'n'Clean: автоматичні програми очищення та
видалення накипу
Індикація необхідності заміни фільтра для води,
очищення приладу, проведення декальцинації
Функція "Блокування від дітей" для запобігання
випадковому заварюванню кави
Особливості Можливість індивідуального налаштування температури
напою
Функція «Улюблена»
Можливість зберігати індивідуальні налаштування
Можливість індивідуального налаштування кількості
напою
Можливість регулювання сопла подавання кави та
капучинатора за висотою (до 14 см)
Лист
ЧДТУ 231937.001 ПЗ
21
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
Продовження таблиці 3

Можливість приготування двох чашок кави одночасно
Зручна система забирання молока: можливість
використання як окремого контейнера для молока, так і,
наприклад, картонної упаковки
Відділення для короткої інструкції з експлуатації
всередині приладу
Високоякісний керамічний млин ceramDrive
Можливість приготування молочної піни
Швидке розігрівання приладу
Автоматичне вимкнення приладу через проміжок часу,
який визначається користувачем
Знімний заварювальний блок
Знімний капучинатор, придатний для миття у
посудомийній машині
Піддон для крапель і контейнер для кавової гущі,
придатні для миття у посудомийній машині
Окрема ємність для молока місткістю 0.5 л з кришкою
freshLock
Контейнер для кавових зерен з кришкою, який зберігає
аромат кави
Можливість регулювання ступеня помелу
Можливість вибору мови дисплея
Кнопки з підсвіткою
Кабель завдовжки 1 метр з відділенням для зберігання

Лист
ЧДТУ 231937.001 ПЗ
22
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

1.5 Капсульні кавоварки
До даного типу апаратів (рис. 9) відносяться автоматичні моделі, в основі
яких – принцип приготування кави, розміщеної окремими порціями в спеціальних
капсулах. У процесі варіння кави капсула протикається спеціальною голкою в
декількох ділянках, після чого через капсулу під тиском проходить гаряча вода.
Приблизно за хвилину ароматна рідина відправляється в чашку. Після завершення
процедури необхідно викинути використану капсулу та кавову гущу.

Рисунок 9 – Капсульна кавоварка

До переваг зазначеного різновида пристроїв відносяться такі особливості:
• хороший смак готового напою та його висока якість;
• висока швидкість приготування кави;
• простий принцип функціонування;
• зручний дизайн апарату;
• порівняно невеликі розміри пристрою;
Лист
ЧДТУ 231937.001 ПЗ
23
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

• невисокий рівень шуму в процесі роботи.
Однак у цих кавоварок є певні недоліки:
• немаленька вартість самого апарату та капсул до нього;
• капсули від різних моделей пристроїв часто несумісні одна з одною.
Як приклад можна навести капсульну кавоварку KRUPS Dolce Gusto Genio S
Plus KP340831.

Рисунок 10 – Капсульна кавоварка NESCAFÉ Dolce Gusto Genio S Plus

Лист
ЧДТУ 231937.001 ПЗ
24
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

Капсульна кавоварка NESCAFÉ Dolce Gusto Genio S Plus від Krups поєднує
зручність управління з сучасним дизайном, володіє удосконаленими функціями в
компактному та елегантному дизайні. Усередині її елегантного корпусу ховається
інноваційна технологія Espresso Boost, яка дозволяє отримувати глибокий і
насичений еспрессо. Зручне регулювання температури та об'єму до 300 мл дозволяє
удосконалювати улюблені напої в залежності від уподобань.
З герметично закритими капсулами, які зберігають свіжість кави, завжди
виходять смачні та ароматні напої. Потрібно просто вставити капсулу і перемістити
важіль, щоб приготувати напій.
Є можливість приготування більше ніж 30 преміальних кавових напоїв.
Можна вибрати насичений еспрессо, багатогранний гранде, пінистий капучино,
гарячий шоколад, чай і багато іншого.
Регулювання температури виконується від злегка теплого до дуже гарячого -
в залежності від або рецепта кави за допомогою трьох установок температури.
Напої правильної температури будуть готові в одну мить натисненням однієї
кнопки.
Регульована міцність кави в залежності від уподобань і більш насичений
еспресо завдяки технології Espresso Boost.

Таблиця 4 - Основні характеристики кавоварки NESCAFÉ Dolce Gusto Genio S Plus
Тип Капсульна
Тип кави Капсули
Комплектація Кавоварка
Інструкція
Гарантійний талон
Функції Автовимикання
Вибір обсягу порції
Сфера використання Для дому
Тиск пари 15 барів
Лист
ЧДТУ 231937.001 ПЗ
25
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
Продовження таблиці 4

Об'єм резервуара для 0,8
води, л
Керування Сенсорне
Спосіб розміщення Стоять окремо
Потужність,Вт 1500
Габарити (ВхШхГ), 27.3 x 11.2 x 28.6
см
Габарити в пакованні 32.7 х 32.6 х 14.3
(ВхШхГ), см
Вага, кг 1,9
Приготування Автоматично
капучино
Вага в пакованні, кг 2,7
Колір Чорний

1.6 Чалдові кавомашини
Чалдові кавомашини (рис. 11) нагадують за своїм устроєм ріжкові моделі.
Однак у чалдових апаратах холдер зазнав певних змін і придбав відмінності,
завдяки яким приготування кави спростилося. Замість самих зерен у цей тип
кавоварок поміщається так звана чалда, що являє собою спеціальний пакетик,
усередині якого – кавовий порошок.
Принцип роботи чалдових кавомашин схожий із приготуванням напою в
капсульному апараті. Просто замість капсули з кавою в чалдових моделях
застосовується спресований кавовий порошок у закритому пакеті.
Лист
ЧДТУ 231937.001 ПЗ
26
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

Рисунок 11 – Чалдова кавомашина

Тут також присутні свої позитивні сторони:
• готовий напій практично не втрачає свого насиченого аромату;
• заварювання кави відбувається автоматично;
• у процесі роботи пристрій практично не видає шуму;
• апарати, як правило, компактні;
• доглядати за пристроєм досить просто;
• кількість кави, що витрачається, можна контролювати.
Разом з тим, є деякі негативні моменти:
• чалди, що використовуються в кавомашині, коштують недешево;
• асортимент можливих напоїв обмежений;
• знайти в продажу необхідні кавові таблетки непросто;
• за одне приготування можна отримати тільки одну порцію напою;
• міцність кави не регулюється.

Лист
ЧДТУ 231937.001 ПЗ
27
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

Як приклад можна навести чалдову кавоварку Spinel Pinocchio.

Рисунок 12 – Чалдова кавоварка Spinel Pinocchio

Дизайн, кольори, система закриття капсул, теплообмінник - це лише деякі з
інновацій, які роблять SPINEL Pinoccio унікальним в асортименті кавоварок
еспресо.
Завдяки запатентованій самоочищуваній гідравлічній системі всі
незручності, пов'язані з вапняним накипом, були усунені з групи заварювання кави.
Лист
ЧДТУ 231937.001 ПЗ
28
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

Компресійна система закупорювання кавової капсули, розташована
посередині, забезпечує більшу стабільність та сприяє оптимальному ущільненню
капсули і, отже, кращому заварюванню кави.
У паровій версії кавова група незалежна від парової, що дозволяє значно
економити енергію, коли в одній з цих груп немає необхідності.
Чалдова кавоварка еспресо SPINEL Pinoccio ідеально підходить для
невеликих офісів і будинку
Розміри ШхДхВ: 200x330x330 мм
Потужність: 600 Вт
Напруга: 230 Вт 50Hz
Вага: 9 кг
Резервуар для води: 3 л
Функції:
Автоматичне очищення від накипу
Підігрів чашок

1.7 Електричні турки
Такі турки (рис. 13) подібні до звичайних за своєю конструкцією, проте
відрізняються великим об'ємом і принципом функціонування, схожим з
передбаченим в електричних чайниках. Для приготування напою в електричної
турці необхідно встановити ємність із нагрівальним елементом на спеціальну
підставу та ввімкнути в розетку. Після цього нагрівач у нижній частині турки
доводить рідину до кипіння та відключається автоматично або натисканням
кнопки.
Лист
ЧДТУ 231937.001 ПЗ
29
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

Рисунок 13 – Електрична турка

До позитивних сторін сучасних електричних турок відносяться наступні:
кава готується швидко, просто та в великому обсязі;
пристрої, як правило, досить компактні;
апарат можна переносити й брати з собою у відрядження або поїздку;
конструкція апарату досить проста, але при цьому має цілком сучасний
дизайн;
електричні турки доступні за ціною.
Серед негативних рис використання таких пристроїв можна виділити
наступні:
необхідність регулярного очищення від накипу;
недостатньо насичений смак готового напою;
відсутність у ряді моделей можливості автоматичного вимкнення після
закінчення приготування кави.
Лист
ЧДТУ 231937.001 ПЗ
30
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

Як приклад можна навести кавоваруа ATCM 730 T від компанії GORENJE
потужністю 730 Вт і резервуаром для води об'ємом 0.27 літра.
Прилад GORENJE ATCM 730 T обладнаний технологією OPTIGLOW для
контролю процесу приготування кави. Ця функція автоматично вимикає кавоварку
під час закипання. Пристрій обладнаний термостатом Strix.

Рисунок 14 – Електрична турка GORENJE ATCM 730 T

Лист
ЧДТУ 231937.001 ПЗ
31
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

Таблиця 5 - Основні характеристики кавоварки GORENJE ATCM 730 T
Тип Електрична турка
Тип кави Мелена
Комплектація Кавоварка
Мірна ложка
Інструкція
Функції Автовимикання
Сфера використання Для дому
Об'єм резервуара для води, л 0,27
Керування Кнопкове
Спосіб розміщення Стоять окремо
Потужність,Вт 730
Габарити (ВхШхГ), см 24.5x17.5x21.5
Габарити в пакованні (ВхШхГ), см 26.5x18.5x23
Вага, кг 1,5
Приготування капучино Немає
Вага в пакованні, кг 2
Колір Коричневий з чорним
Додаткові характеристики Використання кави середнього та
мілкого помолу
Особливості Термостат Strix
Звуковий сигнал під год закипання
Індикатор роботи з блакитною
підсвіткою
Індикація рівня води
Відсік для зберігання шнура
Гумові ніжки

Лист
ЧДТУ 231937.001 ПЗ
32
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

2 ВИБІР ЕЛЕМЕНТНОЇ БАЗИ

2.1 Опис Arduino Uno Rev3/R3 та Arduino Nano V3.0
Arduino Uno Rev3 (рис. 15) - це плата, заснована на мікроконтролері
ATmega328P. Платформа має 14 цифрових пінів входу / виходу, 6 з яких можуть
використовуватися як виходи ШІМ, 6 аналогових входів, кварцовий генератор 16
МГц, роз'єм USB, силовий роз'єм, роз'єм ICSP і кнопку перезавантаження. Для
роботи необхідно підключити платформу до комп'ютера за допомогою кабелю
USB, або подати живлення за допомогою адаптера AC / DC або батареї.

Рисунок 15 – Плата Arduino Uno Rev3/R3

Лист
ЧДТУ 231937.001 ПЗ
33
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

Arduino Uno Rev3 - це плата, заснована на мікроконтролері ATmega328P.
Платформа має 14 цифрових пінів входу / виходу, 6 з яких можуть
використовуватися як виходи ШІМ, 6 аналогових входів, кварцовий генератор 16
МГц, роз'єм USB, силовий роз'єм, роз'єм ICSP і кнопку перезавантаження. Для
роботи необхідно підключити платформу до комп'ютера за допомогою кабелю
USB, або подати живлення за допомогою адаптера AC / DC або батареї.
На відміну від всіх попередніх плат Ардуіно, Uno в якості перетворювача
інтерфейсів USB-UART використовує мікроконтролер ATmega16U2 (ATmega8U2
до версії R2) замість мікросхеми FTDI. На китайських варіантах використовується
перетворювач інтерфейсів USB-UART CH340G [23].
На платі Arduino Uno версії R2 для спрощення процесу оновлення прошивки
доданий резистор, що підтягує до землі лінію HWB мікроконтролера 8U2.
Зміни на платі версії R3 перераховані нижче:
• Розпінування 1.0: додані виходи SDA і SCL (біля виведення AREF), а також
два нових виходи, розташовані біля виходу RESET. Перший - IOREF -
дозволяє платам розширення підлаштовуватися під робочу напругу Ардуіно.
Даний вихід передбачений для сумісності плат розширення як з 5 В По-
Ардуіно на базі мікроконтролерів AVR, так і з 3.3 В-платами Arduino Due.
Другий вихід ні до чого не приєднаний і зарезервований для майбутніх цілей.
• Покращена стійкість ланцюга скидання.
• Мікроконтролер ATmega8U2 замінений на ATmega16U2.
Опис елементів плати зображено на рис.16.
Лист
ЧДТУ 231937.001 ПЗ
34
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

Рисунок 16 – Елементи плати Arduino Uno Rev3/R3

• USB Plug - роз'єм для підключення пристроїв USB;
• Analog Reference Pin - для визначення опірної напруги АЦП;
• Digital Ground - земля;
• Digital I / O Pins (2-13) - цифрові виходи;
• Serial OUT (TX) - пін передачі даних по UART;
• Serial IN (RX) - пін прийому даних по UART;
• Reset Button - кнопка перезавантаження мікроконтролера;
• In-Circuit Serial Programmer (ISCP) - через ці контакти можна
перепрограмувати плату;
• ATmega328P Microcontroller - власне сам чіп Ардуіно, він же мікроконтролер,
процесор, мозок і т.д .;
• Analog In Pins (0-5) - аналогові входи;
• Voltage In - вхід використовується для подачі живлення від зовнішнього
джерела;
• Ground Pins - земля;
Лист
ЧДТУ 231937.001 ПЗ
35
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

• 5 Volt Power Pin - живлення 5 В;
• 3 Volt Power Pin - живлення 3.3 В;
• Reset Pin - вхід для перезавантаження;
• External Power Supply - роз'єм для підключення зовнішнього джерела
живлення.
Опис пінів
Піни Ардуіно використовуються для підключення зовнішніх пристроїв і
можуть працювати як в режимі входу, так і в режимі виходу. Кожен вихід має
навантажувальний резистор (за замовчуванням відключений) 20-50 кОм і може
пропускати до 40 мА.
Деякі виходи мають особливі функції:
• Піни 0 і 1 - контакти UART (RХ і TX відповідно).
• Піни c 10 по 13 - контакти SPI (SS, MOSI, MISO і SCK відповідно)
• Піни A4 і A5 - контакти I2C (SDA і SCL відповідно).
Піни з номерами від 0 до 13 є цифровими. Це означає, що ви можете
зчитувати і подавати на них тільки два види сигналів: HIGH і LOW. За допомогою
ШІМ також можна використовувати цифрові порти для управління потужністю
підключених пристроїв [23].

Таблиця 6 – Цифрові піни
Пін Адресація Спеціальне призначення ШІМ

0 0 RX

1 1 TX

2 2 Вхід для переривань
3 3 Вхід для переривань ШІМ

4 4

5 5 ШІМ

6 6 ШІМ

7 7
Лист
ЧДТУ 231937.001 ПЗ
36
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
Продовження таблиці 6

8 8

9 9 ШІМ
10 10 SPI(SS) ШІМ
11 11 SPI(MOSI) ШІМ

12 12 SPI(MISO)

13 13 SPI(SCK) До виходу також приєднаний
вбудований світлодіод (є в більшості плат
Arduino)

Аналогові Піни Arduino Uno Rev3 призначені для підключення аналогових
пристроїв і є входами для вбудованого аналого-цифрового перетворювача (АЦП),
який в Ардуіно уно десяти розрядний.

Таблиця 7 – Аналогові піни
Пін Адресація Спеціальне призначення

A0 A0 або 14

A1 A1 або 15

A2 A2 або 16

A3 A3 або 17
A4 A4 або 18 I2C (SCA)
A5 A5 або 19 I2C (SCL)

Додаткові піни на платі та живлення
AREF - видає опірну напруги для вбудованого АЦП. Може управлятися
функцією analogReference ().
RESET - Низький рівень сигналу на виводі перезавантажує мікроконтролер.
Зазвичай застосовується для підключення кнопки перезавантаження на платі
розширення, що закриває доступ до кнопки на самій платі Arduino.
Лист
ЧДТУ 231937.001 ПЗ
37
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

Плати Arduino Uno R3 може отримувати живлення через підключення USB
або від зовнішнього джерела живлення. Джерело живлення вибирається
автоматично.
Живити плату можна наступними способами:
• від зовнішнього адаптера - рекомендований напруга від 7 до 12 В. При
використанні напруги вище 12 В регулятор напруги може перегрітися і
пошкодити плату. При напрузі живлення нижче 7 В, висновок 5V може
видавати менше 5 В, що призведе до нестабільної роботи плати;
• від USB-порту комп'ютера;
• подача 5 В безпосередньо на пін 5V. В цьому випадку обходиться стороною
вхідний стабілізатор і навіть найменше перевищення напруги може привести
до проблем із виробом [23].
Виходи живлення:
• 5V - на цей пін Ардуіно подає 5 В, його можна використовувати для
живлення зовнішніх пристроїв;
• 3.3V - на цей пін від внутрішнього стабілізатора подається напруга 3.3 В;
• GND - висновок землі;
• VIN - пін для подачі зовнішнього напруги;
• IREF - пін для інформування зовнішніх пристроїв про робочій напрузі плати.
Опис Arduino Nano V3.0

Рисунок 17 – Плата Arduino Nano V3.0

Лист
ЧДТУ 231937.001 ПЗ
38
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

Платформа Arduino Nano (укр. Ардуіно Нано) - відкрита і компактна
платформа з сімейства Arduino, побудована на мікроконтролері ATmega328, має
невеликі розміри та може бути використана в компактних пристроях.
Arduino Nano - це зменшений аналог Arduino Uno, відрізняється
формфактором плати, яка в 2-2.5 рази менше (19 x 43 мм), ніж Arduino Uno (53 х 69
мм), у відсутності силового роз'єму постійного струму і роботі через кабель Mini-
B USB. Платформа Nano має контакти у вигляді пінів, тому її легко встановлювати
на макетну плату.
На платі використовується чіп FTDI FT232RL для USB-Serial перетворення і
застосовується mini-USB кабель для зв'язку з Ардуіно замість стандартного. Зв'язок
з різними пристроями забезпечують UART, I2C і SPI інтерфейси [22].
Опис елементів плати зображено на рис.18.

Рисунок 18 – Елементи плати Arduino Nano V3.0

• USB Jack - роз'єм USB Mini-B для підключення пристроїв USB;
• Analog Reference Pin - для визначення опорного напруги АЦП;
• Ground - земля;
• Digital Pins (2-13) - цифрові виходи;
• TXD - пін передачі даних по UART;
Лист
ЧДТУ 231937.001 ПЗ
39
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

• RXD - пін прийому даних по UART;
• Reset Button - кнопка перезавантаження мікроконтролера;
• ISCP (In-Circuit Serial Programmer) - контакти для перепрограмування плати;
• Microcontroller ATmega328P - мікроконтролер - головний елемент на платі;
• Analog Input Pins (A0-A7) - аналогові входи;
• Vin - вхід використовується для подачі живлення від зовнішнього джерела;
• Ground Pins - земля;
• 5 Volt Power Pin - живлення 5 В;
• 3 Volt Power Pin - живлення 3.3 В;
• RST - вхід для перезавантаження;
• SMD Crystal - кварцовий резонатор (жарг. «Кварц») - прилад, в якому
п'єзоелектричний ефект і явище механічного резонансу використовуються
для побудови високодобротного резонансного елементу електронної схеми;
• TX LED (White) - світлодіод - індикатор відправлення даних по UART;
• RX LED (Red) - світлодіод - індикатор прийому даних по UART;
• Power LED (Blue) - світлодіод - індикатор живлення;
• Pin 13 LED (Wellow) - підключений світлодіод до 13-му піну [22].
Опис пінів та живлення
Кожен з 14 цифрових виходів Nano, використовуючи функції pinMode (),
digitalWrite (), і digitalRead (), можна налаштовувати як вхід або вихід. Виходи
працюють при напрузі 5 В. Кожен вихід має навантажувальний резистор 20-50 кОм
і може пропускати до 40 мА. Деякі виходи мають особливі функції:
• Послідовна шина: 0 (RX) і 1 (TX). Виходи використовуються для отримання
(RX) і передачі (TX) даних TTL. Дані виходи підключені до відповідних
виходів мікросхеми послідовної шини FTDI USB-to-TTL.
• Зовнішнє переривання: 2 і 3. Дані виходи можуть бути налаштовані на виклик
переривання або на молодшому значенні, або на передньому чи задньому
фронті, або при зміні значення. Детальна інформація знаходиться в описі
функції attachInterrupt ().
Лист
ЧДТУ 231937.001 ПЗ
40
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

• ШІМ: 3, 5, 6, 9, 10, і 11. Будь-який з виходів забезпечує ШІМ з роздільною
здатністю 8 біт за допомогою функції analogWrite ().
• SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK). За допомогою даних виходів
здійснюється зв'язок SPI, яка, хоча і підтримується апаратною частиною, не
включена в мову Arduino.
• LED: 13. Вбудований світлодіод, підключений до цифрового виходу 13.
Якщо значення на виході має високий потенціал, то світлодіод горить.
На платформі Nano встановлені 8 аналогових входів, кожен дозволом 10 біт
(тобто може приймати 1024 різних значення). Стандартно висновки мають діапазон
вимірювання до 5 В, щодо землі, проте є можливість змінити верхню межу за
допомогою функції analogReference (). Деякі виходи мають додаткові функції:
I2C: A4 (SDA) і A5 (SCL). За допомогою висновків здійснюється зв'язок I2C
(TWI). Для створення використовується бібліотека Wire.
Додаткова пара виходів платформи:
AREF. Опорна напруга для аналогових входів. Використовується з функцією
analogReference ().
Reset. Низький рівень сигналу на виводі перезавантажує мікроконтролер.
Зазвичай застосовується для підключення кнопки перезавантаження на платі
розширення, що закриває доступ до кнопки на самій платі Arduino.
Arduino Nano може отримувати живлення через підключення Mini-B USB,
або від нерегульованого 6-20 В (вихід 30), або регульованого 5 В (вихід 27),
зовнішнього джерела живлення. Автоматично вибирається джерело з найвищою
напругою.
Мікросхема FTDI FT232RL (або CH340G) отримує живлення, тільки якщо
сама платформа запитана від USB. Таким чином при роботі від зовнішнього
джерела (НЕ USB), буде відсутня напруга 3.3 В, що генерується мікросхемою FTDI
FT232RL (або CH340G), при цьому світлодіоди RX і TX блимають тільки при
наявності сигналу високого рівня на виходах 0 і 1 [22].
Лист
ЧДТУ 231937.001 ПЗ
41
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

В результаті було вирішено що для цього проекту краще підходить плата
Arduino Nano V3.0, так як на ній встановлений мікроконтролер ATmega328 і він
має майже всі функції, що і Arduino Uno Rev3/R3, до того ж розміри Arduino Nano
V3.0 менші що дає переваги в мобільності.
Для побудови пристрою доцільно взяти плату Arduino Nano, це дозволить
зменшити габаритні розміри.

2.2 Модуль з герконом для Arduino
Модуль (рис. 19) зібрано на невеликій платі, габарити якої лише
32 мм х 1.4 мм, основна мікросхема - це компаратор LM393, точно такий самий
використовується в модулі освітленості та інфрачервоному модулі перешкоди. Як
датчик використовується так званий геркон, який має два провідники, укладених у
скляну трубку, заповнену інертним газом (таким як азот, гелій або просто вакуум).
Усередині провідники розташовані паралельно скляній трубці і трохи
перекривають один одного, залишаючи невеликий зазор.
Напруга живлення: 3.3 В або 5.5 В
Струм споживання: 10 мА
Використовуваний датчик: геркон
Цифрового вихід: TTL (лог 1 або лог 0)
Діаметр монтажного отвору: 2.5 мм
Вихідний струм: 15 мА
Габарити: 32мм х 14мм
Лист
ЧДТУ 231937.001 ПЗ
42
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

Рисунок 19 – Елементи модуль з герконом

Геркон
У модулі використовується геркон з нормально розімкненим контактом.
Коли прикладаємо магніт до скляної трубки, під дією силових ліній магнітного
поля два провідники в трубці намагнічуються і притягуються один до одного. Коли
вдсутній магніт, магнітна сила зникає, два провідники розмикаються через їхню
власну пружність і ланцюг розривається.

Лист
ЧДТУ 231937.001 ПЗ
43
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

Модуль
Модуль містить три контакти, один контакт цифровий і два контакти для
підключення живлення. Через те, що геркон працює спільно з магнітом, і коли його
немає, на цифровому виводі DO встановлюється високий стан, коли магніт
встановлений, встановлюється низький стан. Відстань спрацьовування геркона і
магніту становить менше 1,5 см.
Призначення контактів
VCC - плюс напруги живлення
GND - мінус напруги живлення (земля)
D0 - цифровий вихід

2.3 LCD 1602 символьний дісплей 16x2

LCD QC1602A дисплей (рис. 20) для підключення до Arduino. Має два рядки
по 16 символів в кожній. Працює зі стандартною бібліотекою LiquidCrystal з
поставки Arduino IDE.

Рисунок 20 - LCD 1602 символьний дісплей 16x2 з припаяним i2c модулем

Лист
ЧДТУ 231937.001 ПЗ
44
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

Характеристики:
• Розміри 80 x 36 мм
• Робоча температура 0 ~ 50 ° C
• Підсвітка блакитна
• Колір символів білий
• Розмір символу 4.35 x 2.95мм
• Формат 16 x 2
• Розміри точки 0.5 x 0.5мм
• Інтерфейс HD44780
• Видима область 64.5 x 13.8мм
• Живлення 5В
Для роботи через інтерфейс i2c комплектується спеціальним модулем.

2.4 Безконтактний датчик рівня води
Це безконтактний цифровий датчик рівня води та рідини (рис. 21) для
використання спільно з контролерами на зразок Arduino. Він використовує
передові технології обробки сигналів, застосовуючи потужний чіп (XKC-Y25-
T12V) з високошвидкісним робочим потенціалом для досягнення безконтактного
виявлення рівня рідини. Відсутність контакту з рідиною робить модуль придатним
для небезпечних застосувань, таких як: виявлення токсичних речовин, сильної
кислоти, сильних лугів і всіх видів рідини в герметичному контейнері під високим
тиском. Не існує особливих вимог до рідини або контейнера, і цей датчик рідини
простий у використанні і простий у встановленні.
Датчик рівня рідини оснащений інтерфейсним адаптером, що робить його
сумісним з інтерфейсом DFGobot "Gravity". Чотири рівні чутливості можна
налаштувати, натиснувши кнопку SET.

Лист
ЧДТУ 231937.001 ПЗ
45
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

Рисунок 21 - Безконтактний цифровий датчик рівня води

Рисунок 22 – Підключення безконтактного цифрового датчика рівня води
Лист
ЧДТУ 231937.001 ПЗ
46
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

Таблиця 5 - Основні характеристики безконтактного цифрового датчика рівня
води
Інтерфейс Gravity цифровий
Вихідна напруга високий рівень - InVCC; низький рівень - 0 В
Вихідний струм 1 - 50 мА
Вологість 5% - 100%
Вхідна напруга 5 - 24 В
Діапазон 0 - 105 ℃
температур
Захист IP67
Матеріал ABS
Модель XKC-Y25-T12V
Розмір 28 х 28 мм
Струм 5 мA
Товщина 0 - 13 мм
Час 500 мс
Виробник dfrobot

2.5 Температурний датчик водонепроникний DS18B20
Датчик температури DS18B20 (рис. 23) в захисному водонепроникному
корпусі з пиловологозахистом IP67. Діапазон температур, вимірюваних датчиком
знаходиться в межі -55С ... + 125С. Але якщо захисна оболонка датчика зроблена з
ПВХ, то рекомендується верхній діапазон виміру обмежити ста градусами. Сам
вимірювальний елемент DS18B20 розміщений в герметичному
Лист
ЧДТУ 231937.001 ПЗ
47
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

пиловологозахищеному корпусі, що забезпечує максимальний ступінь захисту
датчика і дозволяє проводити вимірювання температури в будь-яких умовах
вологості, запиленості, а також при повному зануренні датчика в рідину.

Рисунок 23 – Датчик температури DS18B20

Характеристики:
• Червоний дріт - VCC (живлення)
• Зелений (Синій, Жовтий) провід - DATA (дані)
• Жовтий (Чорний, Чорний) провід - GND (земля)
• Робоча напруга дані/живлення від 3В до 5.5В
• Точність ± 0.5 ° C в діапазоні -10 ° C до + 85 ° C
• Робочий діапазон температур від -55 до 125 ° C
• Вибір 9 чи 12 бітної розрядності
• Інтерфейс 1-Wire
• Унікальний 64 бітний ID в кожному чіпі
• Паралельне включення сенсорів
• Зонд з нержавіючої сталі діаметром 6 мм і довжиною 50 мм
• Кабель діаметром 4 мм і довжиною 100 см.
Лист
ЧДТУ 231937.001 ПЗ
48
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

2.6 1-канальний модуль реле 5В без оптоізоляції

1-канальний модуль реле 5В без оптоізоляції (рис. 24) - це електронний
модуль, який містить реле та електронні компоненти для його керування. Модуль
призначений для використання в різних електронних пристроях, які потребують
керування різними навантаженнями за допомогою сигналів з мікроконтролерів або
інших електронних пристроїв.

Рисунок 24 – 1-канальний модуль реле 5В без оптоізоляції

Модуль має один канал реле, що дозволяє керувати одним навантаженням.
Цей модуль працює з напругою живлення 5В, тому його можна легко інтегрувати
з різноманітними мікроконтролерами, такими як Arduino, Raspberry Pi та інші.
Модуль має два входи: вхід керування (IN) та вхід живлення (VCC), а також
два виходи: вихід реле (COM) та вихід нормально відкритого контакту (NO).
Керування реле здійснюється за допомогою сигналу з мікроконтролера, що
Лист
ЧДТУ 231937.001 ПЗ
49
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

подається на вхід керування. При активації реле, контакт COM переводиться в
положення NO, і навантаження підключається до джерела живлення.
Цей модуль реле без оптоізоляції не має додаткових заходів безпеки для
захисту електронних пристроїв від можливих впливів, таких як перенапруга або
перевантаження, тому може бути потрібна додаткова оптоізоляція для
забезпечення надійного функціонування електронних пристроїв.
Параметри що стосуються виводів NC, NO та COM не мають перевищувати
значень, вказаних на корпусі реле.

Таблиця 6 - Основні характеристики 1-канального модуля реле 5В без
оптоізоляції
Вхідна напруга 5 В
Вихідний сигнал До 250 В AC 10 А, 30 В DC 10 A
Розміри 43х17х19 мм

Лист
ЧДТУ 231937.001 ПЗ
50
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

3 ОПИС РОБОТИ ПРИСТРОЮ
3.1 Структурна схема і принцип роботи пристрою
Для створення електричної гейзерної кавоварки з контролем температури і
об'єму, пропонується модифікувати звичайну гейзерну кавоварку за схемою
наведеною на рис. 25

10
8
7 2
5
6
13
4
1
9
3
11 12

Рисунок 25 - Структурна схема гейзерної кавоварки з контролем температури і
об'єму

На структурній схемі (рис. 25) гейзерної кавоварки з контролем температури
і об'єму відображено наступні елементи:
1. Ємність для води.
2. Ємність для готової кави.
3. Нагрівальний елемент підключений через реле.
4. Датчик рівня води.
Лист
ЧДТУ 231937.001 ПЗ
51
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

5. Трубка з поплавцем, який утримує магніт.
6. Герконовий датчик, який сигналізує про готовність однієї чашки кави.
7. Герконовий датчик, який сигналізує про готовність двох чашок кави.
8. Герконовий датчик, який сигналізує про готовність трьох чашок кави.
9. Датчик температури води.
10. LCD QC1602A дисплей.
11. Кнопка вибору кількості чашок, які потрібно приготувати.
12. Кнопка запуску приготування.
13. Плата Arduino Nano.
Під час роботи гейзерної кавоварки з контролем температури і об'єму плата
Arduino Nano опрацьовує дані з датчиків температури, рівня води, герконових
датчиків. На основі даних з датчика рівня води програма може заблокувати
увімкнення пристрою при відсутності води, з виведенням відповідного
повідомлення на екран. На основі підрахунку кількості натискань на кнопку вибору
кількості чашок, які потрібно приготувати, піля натиснення на кнопку запуску
приготування, програма забезпечує приготування відповідної кількості чашок
кави. На основі даних з датчика температури програма приймає рішення про
увімкнення чи вимкнення реле нагрівального елементу.
Під час приготування кави рівень рідини в ємності для готової кави
збільшується, це призводить до піднімання поплавця з магнітом. При наближенні
магніту до герконового датчика, відбуваєтться його активація, що сигналізує про
готовність кількості чашок відповідно до положення датчика.
Інформація про кількість приготоваих чашок виводиться на дисплей.

Лист
ЧДТУ 231937.001 ПЗ
52
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

3.2 Опис програмного збезпечення роботи пристрою

Підключення бібліотеки для роботи з екраном через інтефейс I2C

#include <LiquidCrystal_I2C.h>

Задавання імен константам: адреса пристрою I2C, кількість стовбців на
екрані, кількість рядків на екрані, коефіцієнт термістора.

#define I2C_ADDR 0x27
#define LCD_COLUMNS 16
#define LCD_LINES 2
const float BETA = 3950;

Стврення екземпляру об'єкту дисплея, імені з вказанням адреси, стовбців і
рядків.

LiquidCrystal_I2C lcd (I2C_ADDR, LCD_COLUMNS, LCD_LINES);

Оголошення глобальних змінних, для кількості запланованих і приготованих
чашок.

int cups=0;
int complete=0;

Запуск установчої процедури.

void setup()
{
Лист
ЧДТУ 231937.001 ПЗ
53
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

Оголошення контактів, до яких підключено датчики, як вхідних

pinMode(2, INPUT_PULLUP);
pinMode(3, INPUT_PULLUP);
pinMode(4, INPUT_PULLUP);
pinMode(5, INPUT_PULLUP);
pinMode(6, INPUT_PULLUP);
pinMode(7, INPUT_PULLUP);

Ініціалізація дисплея

lcd.init();

Виведення на дисплей запиту на введення кількості чашок для приготування

lcd.setCursor(0, 0);
lcd.print("Num. of cups");

Запуск нескінченного циклу для введення кількості чашок для приготування.

while (true)
{

Якщо натиснута кнопка вибору кількості чашок змінна збільшується на 1

if (digitalRead(5)==0)
{
cups++;
Лист
ЧДТУ 231937.001 ПЗ
54
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

Ввести можливо значення від 0 до 3, тому при зміні значення змінної на
значення більше 3, відбуваєься її обнулення.

if (cups>3) cups=0;

Виведення кількості введених чашок порівняно з максимальним значенням.

lcd.setCursor(0, 1);
lcd.print(String(cups)+ "/3");
}

Якщо отримано сигнал від датчика рівня води, про її низький рівень,
виведення повідомлення попередження.

if (digitalRead(7)==1)
{
lcd.setCursor(0, 0);
lcd.print("Warning!");
lcd.setCursor(0, 1);
lcd.print("Plenty of water");
}

Якщо натиснута кнопка запуску приготування і при цьому відсутній сигнал
від датчика рівня води, виконується вихід з циклу.

if (digitalRead(6)==0 && digitalRead(7)==0) break;
}
}
Лист
ЧДТУ 231937.001 ПЗ
55
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

Запуск основного циклу

void loop()
{

Виведення повідомлення про кількість готових чашок з запланованих.

lcd.setCursor(0, 0);
lcd.print("Complete ");
lcd.setCursor(0, 1);
lcd.print(String(complete)+ " from " + String(cups));

Зчитування інформації з датчика температури і обрахунок значення
температури.

int analogValue = analogRead(A0);
float celsius = 1 / (log(1 / (1023. / analogValue - 1)) / BETA + 1.0 / 298.15) - 273.15;

Після перевірки на відповідність температури, наявності запланованих
чашок і наявності води, виконується переключення реле для увімкнення
нагрівального пристрою.

if ((celsius < 105) && (cups > 0) && digitalRead(7)==0)
{
digitalWrite(13, HIGH);

При спрацюванні відповідних герконових датчиків змінюється значення
змінної, що зберіає кількість готових чашок.
Лист
ЧДТУ 231937.001 ПЗ
56
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

if (digitalRead(2)==0) complete=1;
if (digitalRead(3)==0) complete=2;
if (digitalRead(4)==0) complete=3;

Якщо кількість запланованих чашок дорівнює кількості готових,
відбувається виведення повідомлення про готовність протягом 1 секунди,
обнулення змінної запланованих чашок і виклик установчої функції.

if (complete == cups)
{
lcd.setCursor(0, 1);
lcd.print(String(complete)+ " from " + String(cups));
delay(1000);
cups=0;
setup();
}
}

У випадку невідповідності температури, відсутності запланованих чашок і
відсутності води, виконується переключення реле для вимкнення нагрівального
пристрою.

else
{
digitalWrite(13, LOW);
if (digitalRead(7)==1)
{

Лист
ЧДТУ 231937.001 ПЗ
57
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

Якщо отримано сигнал від датчика рівня води, про її низький рівень,
виведення повідомлення попередження.

lcd.setCursor(0, 0);
lcd.print("Warning!");
lcd.setCursor(0, 1);
lcd.print("Plenty of water");
}
}
}

3.3 Емуляція роботи гейзерної кавоварки з контролем температури і
об'єму
Емуляція роботи гейзерної кавоварки з контролем температури і об'єму
виконана в емуляторі Wokwi. Для емуляції роботи датчиків використані кнопки,
які працюють за тим же принципом замикання/розмикання ланцюга. Зібрану схему
для емуляції зображено на рис. 26.
Під час емуляції роботи пристрою перевірено роботу функцій гейзерної
кавоварки з контролем температури і об'єму.
Перевірка реакції на сигнали з датчика рівня води показали, що програма
блокує увімкнення пристрою при відсутності води, при цьому відбувається
виведення відповідного повідомлення на екран.
Перевірено функцію введення даних, підтверджено, що при натисненні на
кнопку вибору кількості чашок, відбувається підрахунок кількості натискань, що
забезпечує введення кількості порцій, які потрібно приготувати, після натиснення
на кнопку запуску приготування, програма забезпечує приготування відповідної
кількості чашок кави.

Лист
ЧДТУ 231937.001 ПЗ
58
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

Перевірено роботу датчика температури, підтверджено, що програма
забезпечує увімкнення чи вимкнення реле нагрівального елементу у правильному
діапазоні температур.

Герконові
датчики
Arduino
Nano
Кнопка вибору Датчик
кількості рівня води
чашок
Кнопка
запуску Дисплей
приготування
Датчик
температури
Реле
нагрівального
елементу

Рисунок 26 - Схема для емуляції роботи гейзерної кавоварки з контролем
температури і об'єму

На основві емуляції підтверджено можливість реалізації гейзерної кавоварки
з контролем температури і об'єму.

Лист
ЧДТУ 231937.001 ПЗ
59
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

ВИСНОВКИ
В роботі проведено аналіз існуючих типів кавоварок та кавомашин.
Розглянуті кавоварки крапельного типу, перколятори, кавоварки гейзерного типу,
еспрессо-кавомашини, капсульні кавоварки, чалдові кавомашини та електричні
турки. Наведено їх особливості та основні характеристики.
Обрано елементну базу , яка включає в себе плату Arduino Nano V3.0, модуль
з герконовим датчком, LCD QC1602A дисплей, безконтактний цифровий датчик
рівня води, датчик температури DS18B20, 1-канальний модуль реле 5В без
оптоізоляції.
Запропоновано опис роботи пристрою, що включає в себе структурну схему
і принцип роботи пристрою, опис програмного збезпечення роботи пристрою.
Наведено результати емуляції запропонованих рішень, що доводить можливість
реалізації гейзерної кавоварки з контролем температури і об'єму.
Лист
ЧДТУ 231937.001 ПЗ
60
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

1. Бондаренко В.А. Система дозування корму для акваріума на
мікроконтролері, кваліфікаційна робота бакалавра, 2019, 60 с.
2. Барало О.В., Самойленко П.Г., Гранат С.Є., Ковальов В.О. Автоматизація
технологічних процесів і системи автоматичного керування. Навчальний
посібник. Київ. «Аграрна освіта». 2010. 557 с. [Електронний ресурс]. – Режим
доступу: https://www.kyrator.com.ua/index.php
3. Хоровіц, П.А. Мистецтво схемотехніки-1. К .: Світ, 1999.
4. Реле модуль подключение к Arduino [Электронный ресурс] // Сообщество
Zelectro, 2013. – Режим доступу до ресурсу: http://zelectro.cc/relayModule
5. Arduino и Raspberry PI: заклятые враги или лучшие друзья? [Электронный
ресурс] // Хабрахабр. – Режим доступу до ресурсу: https://
habr.com/company/piter/blog/255701/
6. Реле модуль подключение к Arduino [Электронный ресурс] // Сообщество
Zelectro, 2013. – Режим доступу до ресурсу: http://zelectro.cc/relayModule
7. Arduino и Raspberry PI: заклятые враги или лучшие друзья? [Электронный
ресурс] // Хабрахабр. – Режим доступу до ресурсу: https://
habr.com/company/piter/blog/255701/
8. Григор'єв А. С. Розробка стенду для дослідження характеристик приводів і
систем автоматизації і керування. / А. С. Григор'єв, П. С. Мироненко. //
Ефективність та Автоматизація інженерних рішень. – 2020. – №1. – С. 22–24.
9. Карнюшин Л. В. Области существования оптимального управления
электроприводами / Л. В. Карнюшин, В. Д. Пышкало, А. И. Рогачев. – Киев:
Техника, 1972. – 3-4 с. – (Техника).
10. Сервоприводы Ардуино SG90, MG995, MG996: схема подключения и
управление [Електронний ресурс]. – 2019. – Режим доступу до ресурсу:
https://arduino.ua/motor-dvigatel-privod/se rvoprivody-arduino-sg90-mg995-
shema-podklyuchenie-upravlenie/.
Лист
61 ЧДТУ 231937.001 ПЗ 61
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

11. Сервопривод SG90 2кг. [Електронний ресурс]. Режим доступу:
https://arduino.ua/prod416-servoprivod-sg90-2kg.
12. Grover R. Competition-Based Approach for Undergraduate Mechatronics
Education Using the Arduino Platform / International Conference of Teaching.
Assessment and Learning. – Bangkok : Chulalongkorn University, 2014. – P. 78–
83.
13. STM32F407VE [Електронний ресурс]. – 2022. – Режим доступу до ресурсу:
https://www.st.com/en/microcontrollers-microprocessors/stm32f407ve.html
14. Datasheet 74HC4067 [Електронний ресурс]. – 2015. – Режим доступу до
ресурсу: https://www.mini-
tech.com.ua/download/datasheet/chips/74HC_HCT4067.pdf
15. Datasheet MG996 [Електронний ресурс]. – 2022. – Режим доступу до ресурсу:
https://arduino.ua/prod272-servoprivod-mg996r-15-kg
16. Datasheet MG90S [Електронний ресурс]. – 2022. – Режим доступу до ресурсу:
https://www.electronicoscaldas.com/datasheet/MG90S_Tower-Pro.pdf
17. Datasheet MPU-6000 and MPU-6050 Product Specification Revision 3.4
[Електронний ресурс]. – 2013. – Режим доступу до ресурсу:
https://invensense.tdk.com/wp-content/uploads/2015/02/MPU-6000-
Datasheet1.pdf
18. Памірський О. Є. Розробка засобів енергоефективного частотного керування
електроприводом вентилятора. Всеукраїнська науково-практична
конференція студентів, магістрантів і молодих дослідників з міжнародною
участю «Молодий науковець ХХІ століття». Кривий Ріг. 2019. С. 357-361.
19. Глинський Я. М., Анохін В.Є., Ряжська В.А. C++ і C++ Builder: Навчальний
посібник 5-те вид. – Львів: СПД Глинський, 2011. – 192 с.
20. DRV8825 модуль контролер крокової двигуна [Електронний ресурс]. – 2022.
– Режим доступу до ресурсу: https://3v3.com.ua/index.php?productID=7537
Лист
ЧДТУ 231937.001 ПЗ
62
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

21. Драйвер шагового двигателя A4988 [Електронний ресурс]. – 2022. – Режим
доступу до ресурсу: https://www.mini-tech.com.ua/drayver-shagovogo-
dvigatelya-a4988
22. Довідкова інформація Arduino [Электронный ресурс]. – Режим доступу :
https://www.arduino.cc

Лист
ЧДТУ 231937.001 ПЗ
63
Змн. Лист № докум. Підпис Дата

ChSTU repository

ChSTU repository preserves and enables easy and open access to all types of digital content including text, images, moving images, mpegs and data sets