個性化飲料自動配製裝置製造方法
2023-11-11 15:08:37 4
個性化飲料自動配製裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種個性化飲料自動配製裝置，包括機械部分和控制部分，其特徵在於：機械部分包括由型材和亞克力板搭建的外殼，內部前後分別為配製區和控制區，配製區域從上至下分為原料罐層、液位檢測和出液層、加熱層、出液層和取液層共五層結構；控制區安裝控制板，控制板裝有24V電源、繼電器和溫度採集器，並與配製區的電磁閥和壓力變送器連接。同時引出電源線，用於給整個設備進行供電。本裝置可以實現液位實時檢測控制，自主配比混合以及溫度選擇調節。用戶只需要在人機界面上輸入原料配比以及溫度數據，就可以利用該裝備來配製調節自己喜歡的飲料。本實用新型機械設計合理優化，控制部分模塊化、集成度高，人機畫面直觀親切，動作響應及時，控制反饋精確。
【專利說明】個性化飲料自動配製裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種個性化飲料自動配製裝置，實現用戶自主配製飲料的需求。該專利涉及機械本體、控制硬體以及具體實施方法，屬於典型的機電一體化裝備應用。
【背景技術】
[0002]隨著社會經濟的飛速發展，人民生活水平的不斷提高，消費者對於飲品的要求不再滿足於大眾口味，然而市場上常見的飲料機，大多只能對既定種類或口味的飲品進行選擇，顧客只能是被動接受。目前國內外市場上也相繼出現一些自動飲料配製裝置，但這些裝置配製飲料都建立在提前輸入配比的基礎上實現的，無法實時監控和個性選擇，在實際應用中受到很多限制。
[0003]近期，國外飲料生產企業以及相關的服務行業已經開始進行個性化飲料設備的設計與開發，以滿足當前人們日益增強的個性化消費需求。可口可樂推出的一款自動販賣機Freestyle，集結了可口可樂旗下所有品牌的飲料，消費者只要自行組合各式碳酸、運動飲料、檸檬水，就可以變化出125種口味。但是，目前該設備僅僅只是可口可樂公司用於推廣其自製產品，市場推廣遭遇行業內部競爭阻力。
[0004]針對該現狀，本發明研製出一款可以實現液位實時檢測控制，自主配比混合以及溫度選擇調節的個性化飲料配製裝置，同時利用控制硬體和上位機組態軟體進行了具體實施，使得該飲料機最終具備了豐富人機互動界面和智能操作功能，可以更好的服務消費者和商家。該裝置具備廣闊的應用前景和推廣價值，具有畫面親和、操作簡單、控制精確、趣味性足、互動性強等特點，該系統在公共場所可作為公用設備，也可作為智能家居的應用典型。憑藉這些優勢，其一定能夠在飲料市場上迅速佔有份額，並且隨著其產業化的推動，必將成為消費者和商家更為青睞的產品。
[0005]隨著該系統的應用與推廣，整個設備將不再局限於配製飲料，而是集自主配製、個性體驗和用戶評價信息收集於一體的智能設備，其對於設備製造商以及飲料生產商都具備較高的使用價值。設備製造商將會放入飲料生產商指定的原料，用戶在體驗的過程中，給出相應的評價，這些信息將有助於飲料製造商開發和推廣新品，該系統定會成為飲料行業商業開發的成功案例。
實用新型內容
[0006]本實用新型要解決的技術問題是如何實現液位的實時檢測控制、不同液體的精確混合、溫度的採集控制以及整個工藝流程在裝置上的實現。提供一種個性化飲料自動配置裝置，不僅可做常規飲料機使用，還可根據用戶口味個性配製飲品或作調酒設備使用。
[0007]為解決上述問題，本實用新型的構思是:
[0008]I工藝流程
[0009]本發明是基於原料混搭的原理配製飲料，通過調節濃縮果漿、紅茶、牛奶、咖啡、飲用水等原料之間的配比，從而混合出各種果汁、奶茶、咖啡和混搭口味的飲品；同時裝置具備溫控模塊，當對配製的飲品有溫度要求時，可以在線調節飲品的溫度，實現冷熱飲的選擇。
[0010]以具體的200ml、80°C拿鐵咖啡配製為例，首先選擇IOOml濃咖、IOOml牛奶，兩種原料由原料罐中流入加熱裝置，開始加熱，當液體溫度達到80°C時，飲料配製完成。其餘飲料的配製工藝均與其類似，不再贅述。
[0011]2機械結構
[0012]基於上述配製工藝，本發明制定了液體從上至下的配液過程，利用液體的重力完成飲料的自主配製。整個機械裝置內部從上至下分為五層:第一層:原料罐層，第二層:液位檢測和出液層，第三層:加熱層，第四層:出液層，第五層:取液層。整個機械裝置利用型材和有色亞克力板進行搭建，既滿足了裝置小型、輕便、美觀的要求，也保證了機械強度。
[0013]原料罐層由五個IOOOml的塑料罐組成，罐體為圓柱形，罐體底部加工兩個直徑為IOmm的孔，並將不鏽鋼寶塔接頭的螺紋一端安裝進孔內，加密封圈後鎖緊。原料罐由厚度為IOmm的透明亞克力板支撐，為保證原料罐能夠準備定位在支撐板上，支撐板上加工深度分別為5mm的階梯孔。
[0014]液位檢測和出液層包括五個電磁閥、五個壓力變送器、矽膠軟管以及支撐板。電磁閥選用衛生級別的電磁閥，兩位兩通，口徑選擇兩分口，兩端均接寶塔轉接頭。電磁閥垂直放置，上埠通過矽膠軟管與原料罐出水口的寶塔接頭連接。壓力變送器利用自製夾具豎直固定在支撐板上，壓力變送器檢測埠同樣利用寶塔轉接頭和原料罐另一出水口相接。支撐板在對應電磁閥下埠出均加工通孔，使得定量液體可以流入加熱層。
[0015]加熱層由五個小型加熱罐組成，之所以不採用液體混合於一個加熱罐進行加熱的原因，一方面五個加熱罐由於每次通過的原料一樣，不需要反覆清洗。如果只用一個加熱罐，在每次加熱後為防止影響下次飲料的口味，都需要進行清洗，需浪費大量的清水，且在沒有攪拌或大流量清洗的情況下，一般也很難清洗乾淨；另一方面，五個加熱罐每次加熱的液體量小，故總體功率並不會遠高於單個加熱罐，反而會加快加熱速度；同時採用五個加熱罐會有利於最終的混合均勻，下文會做解釋。加熱罐拋棄傳統的加熱棒加熱方式，採用外圈加熱的方式，以確保即便少量液體也能夠加熱。加熱罐底部開孔，安裝轉接頭，從而使得加熱好的液體能夠完全流出.支撐板採用隔熱材料，並且在對應加熱罐開孔位置加工通孔。
[0016]出液層主要用來實現從加熱層的液體順利流到取液層，由五個電磁閥和矽膠軟管組成，電磁閥通過矽膠軟管與加熱罐連通，在加熱層的液體達到指定溫度後，出液層的電磁閥打開，使液體流出。
[0017]取液層是用戶最終獲得自主配製的飲料區域，出液層五根矽膠軟管流出的液體，最終會取液層，取液層通過設置隔板，在隔板上密集排布五個通孔，孔徑為5mm，分別對應不同加熱罐流出的液體。在孔上安裝出液口，並與出液層的五根矽膠軟管相連。五個出液口，緊密排布，排布區域為15_X15mm，將取液容器放置該區域下方，液體就會從不同的出液口流出，最終匯聚到取液容器中。由於液體是同時從不同的出液口流出並混合在容器中，不會存在不同液體上下分層的現象，混合更加均勻。
[0018]2控制部分
[0019]控制部分需要實現液位信息的採集，電磁閥的開關，加熱罐的啟停以及溫度的採集。
[0020]本發明採用檢測液體的壓力的方式來間接獲得液位信息，由於原料罐使用的是圓柱體容器，容量為1L，液體的體積與壓力間存在線性關係，故選用五個壓力變送器來分別檢測五個液罐的液位，壓力變送器輸出5?20mA的模擬信號。
[0021]原料罐和加熱罐中的液體分別需要在合適的液位和合適溫度進行動作，需要10個電磁閥來控制啟停。本發明選用飲用級別的2分電磁閥，兩位兩通。
[0022]加熱罐的啟停通過繼電器來實現，有控制器輸出開關量信號控制繼電器的啟停，從而實現加熱罐的開關。本發明選用了 15個歐姆龍繼電器，除加熱罐5個外，10個電磁閥同樣也配備了繼電器，這樣可以避免通過控制器來直接控制電磁閥開關，造成負載過大；
[0023]該裝置需要分別對五個加熱罐進行溫度採集，本發明選用五個DS18B20溫度探頭，採集溫度範圍為-55°C?+125°C，滿足工藝要求。同時為五個溫度探頭配備DS18B2多路溫度採集器，該採集器可接8路溫度探頭，支持modbus RTU通訊協議，同時可直接給溫度探頭供電。該配置使得溫度採集模塊的通用性更強。
[0024]壓力變送器、電磁閥以及溫度採集器均由24V直流電源供電，加熱罐直接接入220V交流電源。繼電器輸出迴路均串聯接入電磁閥和加熱罐的供電線路中，輸入迴路接入控制器數字量輸入口。
[0025]所有的控制硬體除上文已安裝於機械結構中的，其實均安裝在控制板上並裝配到設備中，最後形成機電一體的裝備。控制板安裝於設備後側，背板安裝設備電源開關，並引出電源線和控制線路。
[0026]根據上述實用新型構思，本實用新型採用下述技術方案:
[0027]一種個性化飲料自動配製裝置，包括機械部分和控制部分，其特徵在於:機械部分包括由型材和亞克力板搭建的外殼，內部前後分別為配製區和控制區，配製區域從上至下分為原料罐層、液位檢測和出液層、加熱層、出液層和取液層共五層結構；控制區安裝控制板，控制板裝有24V電源、繼電器和溫度採集器，並與配製區的電磁閥和壓力變送器連接。同時引出電源線，用於給整個設備進行供電。
[0028]上述原料罐層由五個IL的塑料原料罐體組成並在頂部加工出水口，原料罐體安裝在亞克力隔板之上，隔板上加工梯度通孔對罐體進行定位並向下一層引出水管路。
[0029]上述液位檢測和出液層由五個壓力變送器和五個電磁閥甲組成，壓力變送器與上層原料罐體相連，利用壓力檢測的方式來間接獲得液位信息；電磁閥甲通過矽膠管直接連接罐體出水口。
[0030]上述加熱層由五個加熱罐組成，上層液位檢測和出液層的液體流入加熱罐進行加熱。不同的原料採用不同的加熱罐分開加熱。
[0031 ] 上述出液層安裝五個電磁閥乙，並通過矽膠軟管分別跟五個加熱罐底部的出水口相連，電磁閥乙另一端通過矽膠軟管分別連到出液層的五個出水口。
[0032]上述取液層上方為出水口，下方為取液容器放置區；出水口共有五個，緊密排布在1 SmmX 1 5mm的區域內。
[0033]上述控制部分包括上位機、CPU模塊、數字量輸出模塊、模擬量輸入模塊和溫度採集器、所述的CPU模塊連接上位機、數字量輸出模塊、模擬量輸入模塊和溫度採集器，模擬量輸入模塊連接壓力變送器，數字量輸出模塊連接電磁閥和加熱罐體；[0034]上述控制部分上位機採用組態軟體iFIX，CPU模塊、模擬量輸入模塊、數字量輸出模塊為GE PAC RX3i的集成模塊，溫度採集器採用DS18B2多路溫度採集器，同時接有5個DS18B20溫度探頭並插入5個加熱罐中，電磁閥為電磁閥甲和電磁閥乙,共10個飲用級別的2分電磁閥,加熱罐為自主加工、外圈加熱罐體,壓力變送器採用型號GB3000A。
[0035]本實用新型與現有技術相比，具備以下實質性特點和技術進步:
[0036]1.本實用新型利用了原料混搭的基理，獨創性的開發出可以實現用戶自主配製飲料的裝備，裝置不僅可以作為常規飲料機使用，同時還可以根據用戶口味個性配製飲品，甚至可以用來作為調酒設備使用。設備體積適中，適用於公共場合或家庭使用，是一臺通用性較強的設備；
[0037]2.該設備配製飲料的工藝主要利用液體重力從上至下的過程實現飲料配製，不需要動力源，功耗低；自動化程度高，用戶只需要在自製的上位機進行操作就可以實現對多種液體的液位實時觀測、流量控制、溫度顯示、加熱控制和液體輸出；
[0038]3.利用壓力檢測的方式來間接獲得液位信息，不受外界環境幹擾，即便液位有所波動，也不影響壓力的檢測，從而使得液位的檢測更加準確；
[0039]4.加熱方式拋棄了傳統的加熱棒加熱方式，使用外圈加熱的方式，使得液體加熱更徹底；不同的原料採用分開加熱的方式，使得加熱時間縮短，同時也省去了清洗環節；
[0040]5.液體不在加熱時進行混合，而是在取液的時候進行混合。液體同時從不同的出口流出並在盛液容器中進行混合，不會出現不同組分的分層現象，同時省去了傳統液體混合需要機械攪拌的方式，液體混合更均勻；
[0041 ] 6.設備機械架構合理，控制精確，動作響應及時。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0042]圖1是本實用新型實施例的設備外觀效果圖。
[0043]圖2是本實用新型實施例的設備機械結構示意圖。
[0044]圖3是本實用新型實施例的控制系統結構框圖。
[0045]圖4是200mL拿鐵咖啡配製工藝。
【具體實施方式】
[0046]實施例一:
[0047]參見圖1-圖3，本個性化飲料自動配製裝置，包括機械部分和控制部分，機械部分包括由型材和亞克力板搭建的外殼，內部前後分別為配製區和控制區，配製區域從上至下分為原料罐層、液位檢測和出液層、加熱層、出液層和取液層共五層結構；控制區安裝控制板，控制板裝有24V電源、繼電器和溫度採集器，並與配製區的電磁閥和壓力變送器連接。同時引出電源線，用於給整個設備進行供電。
[0048]實施例二:
[0049]本實施例與實施例一基本相同，特別之處在於如下:
[0050]所述原料罐層由五個IL的塑料原料罐體組成並在頂部加工出水口，原料罐體安裝在亞克力隔板之上，隔板上加工梯度通孔對罐體進行定位並向下一層引出水管路。
[0051]所述液位檢測和出液層由五個壓力變送器和五個電磁閥甲組成，壓力變送器與上層原料罐體相連，利用壓力檢測的方式來間接獲得液位信息；電磁閥甲通過矽膠管直接連接罐體出水口。
[0052]所述加熱層由五個加熱罐組成，上層液位檢測和出液層的液體流入加熱罐進行加熱。不同的原料採用不同的加熱罐分開加熱。
[0053]所述出液層安裝五個電磁閥乙，並通過矽膠軟管分別跟五個加熱罐底部的出水口相連，電磁閥乙另一端通過矽膠軟管分別連到出液層的五個出水口。
[0054]所述取液層上方為出水口，下方為取液容器放置區；出水口共有五個，緊密排布在1 SmmX 1 5mm的區域內。
[0055]所述控制部分包括上位機、CPU模塊、數字量輸出模塊、模擬量輸入模塊和溫度採集器、所述的CPU模塊連接上位機、數字量輸出模塊、模擬量輸入模塊和溫度採集器，模擬量輸入模塊連接壓力變送器，數字量輸出模塊連接電磁閥和加熱罐體；
[0056]所述控制部分上位機採用組態軟體iFIX，CPU模塊、模擬量輸入模塊、數字量輸出模塊為GE PAC RX3i的集成模塊，溫度採集器採用DS18B2多路溫度採集器，同時接有5個DS18B20溫度探頭並插入5個加熱罐中，電磁閥為電磁閥甲和電磁閥乙,共10個飲用級別的2分電磁閥,加熱罐為自主加工、外圈加熱罐體,壓力變送器採用型號GB3000A。
[0057]實施案例三:
[0058]本實施例最終需要實現用戶對飲料的個性配製，用戶需要對液位進行觀測，對液量進行控制，同時對最終配製的液體有溫度要求。本發明已經搭建了機械結構用於實現配製工藝，同時選用了合適的控制元器件。要實現最終的功能，本發明需要選用合適的控制器實現數字量的輸出、模擬量的輸入以及與溫度採集器的通訊，同時為了確保用戶能夠直觀操作，還需設計人機界面。所以本發明的實施方案採用了 PAC RX3i控制器和上位機組態軟體iFIX來實現飲料機的全部功能。
[0059]GE公司推出的PAC RX3i控制器，具有支持modbus RTU的CPU310，數字量輸出模塊以及模擬量輸入模塊。將溫度採集器與CPU310通過232串口連接，由於兩者都支持modbusRTU協議，所以對CPU310進行相關配置即可採集到五個加熱罐的溫度數據。數字量輸出模塊與15個繼電器(10個電磁閥和五個加熱罐)的輸入迴路相連，來控制電磁閥和加熱罐的開關。5個壓力變送器輸出(T20mA的標準信號，可直接連接到模擬量輸入模塊。
[0060]人機界面需要實現用戶對液位的實時顯示，同時可以輸入5個原料的配製量以及最終的飲料的溫度要求，同時具有開始配製以及設備的啟停按鈕。利用iFIX軟體進行人機界面的繪製並連接上相關的數據點，iFIX與PAC通過GE9驅動進行連接。
[0061]I飛號原料罐中依次加入了 IL濃咖、IL牛奶、IL紅茶、IL綠茶和IL飲用水，本實施方案以配製200ml的拿鐵咖啡為例，用戶首先分別在人機界面I號罐和2號罐輸入100ml，在溫度框中輸入80°C,點擊開始配製的按鈕。首先I號電磁閥和2號電磁閥打開，I號罐和2號罐液體開始排出，流入1、2號加熱罐。原料罐液位開始下降，iFIX後臺的腳本會進行判斷，當液位從IL降至900ml時，電磁閥關閉。打開1、2號加熱罐開始加熱，溫度採集器實時將溫度數據傳至上位機，當溫度數據達到80°C時，關閉加熱罐，打開對應的5、6號電磁閥，液體開始排出。兩種液體經出液口最終在取液層安置的盛液容器中混合，獲得200ml的拿鐵咖啡熱飲。
[0062]本發明除了採用上述控制方案實現外，該裝置具備很好的通用性，開發商也可以使用具備顯示輸入功能的人機界面，以及包含簡單邏輯控制、數字量輸出、模擬量輸入並且支持modbus RTU的控制器來實現上述功能。
【權利要求】
1.1.一種個性化飲料自動配製裝置，包括機械部分和控制部分，其特徵在於:機械部分包括由型材(2)和亞克力板搭建的外殼，內部前後分別為配製區和控制區，配製區域從上至下分為原料罐層(I )、液位檢測和出液層(II )、加熱層(III)、出液層(IV)和取液層(V)共五層結構；控制區安裝控制板，控制板裝有24V電源、繼電器和溫度採集器，並與配製區的電磁閥(4、6)和壓力變送器(3)連接；同時引出電源線，用於給整個設備進行供電。
2.根據權利要求1所述的個性化飲料自動配製裝置，其特徵在於:所述的原料罐層(I )由五個IL的塑料原料罐體(I)組成並在頂部加工出水口，原料罐體(I)安裝在亞克力隔板之上，隔板上加工梯度通孔對罐體(I)進行定位並向下一層引出水管路。
3.根據權利要求1所述的個性化飲料自動配製裝置，其特徵在於:所述的液位檢測和出液層(II )由五個壓力變送器(3)和五個電磁閥甲(4)組成，壓力變送器(3)與上層原料罐體(I)相連，利用壓力檢測的方式來間接獲得液位信息；電磁閥甲(4)通過矽膠管直接連接罐體出水口。
4.根據權利要求1所述的個性化飲料自動配製裝置，其特徵在於:所述的加熱層(III)由五個加熱罐(5)組成，上層液位檢測和出液層(II)的液體流入加熱罐(5)進行加熱；不同的原料採用不同的加熱罐(5)分開加熱。
5.根據權利要求1所述的個性化飲料自動配製裝置，其特徵在於:所述的出液層(IV)安裝五個電磁閥乙(6)，並通過矽膠軟管分別跟五個加熱罐(5)底部的出水口相連，電磁閥乙(6)另一端通過矽膠軟管分別連到出液層(IV)的五個出水口。
6.根據權利要求1所述的個性化飲料自動配製裝置，其特徵在於:所述的取液層(V)上方為出水口(8)，下方為取液容器放置區；出水口共有五個，緊密排布在15mmX15mm的區域內。
7.根據權利要求書I所述的個性化飲料自動配製裝置，其特徵在於:所述的控制部分包括上位機(10 )、CPU模塊(11)、數字量輸出模塊(12 )、模擬量輸入模塊(13 )和溫度採集器(14)、所述的CPU模塊(11)連接上位機(10)、數字量輸出模塊(12)、模擬量輸入模塊(12)和溫度採集器(14)，模擬量輸入模塊(12)連接壓力變送器(3)，數字量輸出模塊連接電磁閥(15)和加熱罐體(16)。
8.根據權利要求書7所述的個性化飲料自動配製裝置，其特徵在於:上位機(10)採用組態軟體iFIX，CPU模塊(11)、模擬量輸入模塊(12 )、數字量輸出模塊(13 )為GE PAC RX3i的集成模塊，溫度採集器(14)採用DS18B2多路溫度採集器，同時接有5個DS18B20溫度探頭並插入5個加熱罐(5)中，電磁閥(4、6)為電磁閥甲(4)和電磁閥乙(6)，共10個飲用級別的2分電磁閥，加熱罐(5 )為自主加工、外圈加熱罐體，壓力變送器(3 )採用型號GB3000A。
【文檔編號】A47J31/46GK203388688SQ201320376107
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年6月28日 優先權日:2013年6月28日
【發明者】嚴飛飛, 鄭璐璐, 陳偉華, 張付華, 劉媛媛, 胡慶夕 申請人:上海大學