到目前为止，Device Plus已经介绍过很多种使用Raspberry Pi的电子制作，从本文开始，我们将开始一系列同样非常独特的电子作品制作连载。

本系列为我们分享的嘉宾是阿矢谷充先生，他迄今为止在各种媒体上，面向喜欢自己动手制作的群体发表过很多电子作品制作类的文章。快来一起学习吧！

 

目录

1. 超越闪烁的LED〜使用Raspberry Pi制作更实用的电子作品！
2. 制作美味咖啡的关键要点和电动咖啡机的问题点
3. 与市售电动咖啡机连接的控制装置
4. 装置的内部配置

 

1. 超越闪烁的LED〜使用Raspberry Pi制作更实用的电子作品！

从本文开始，将分四期连载题为“使用Raspberry Pi制作咖啡机控制装置”的文章。首先，我先为大家介绍一下本系列文章的目的和简要内容。

Raspberry Pi作为“电子制作”的平台已经众所周知，并获得广泛认可。我想大家中很多人已经通过Raspberry Pi对电子制作产生了兴趣，并且已经入门了。然而，在看很多关于使用Raspberry Pi进行电子制作的入门书籍时发现，很多内容都局限于使用GPIO实现所谓的“LED闪烁”，可能很多人都会有一个很大的困惑：“除此之外还能做什么呢？”

因此，在本系列连载中，我们将以“轻松制作美味咖啡”为主题，并以使用Raspberry Pi制作市售咖啡机的控制装置这一“实用电子制作”为例，来介绍解惑方法。

最近受新型疫情影响而远程办公的情况越来越多，许多人可能会越来越渴望在家中也能冲泡出美味的咖啡。我们本次制作的装置，目的便是通过将装置连接到市售咖啡机来扩展其功能，从而轻松制作出美味的咖啡。

这个装置的功能后续我会详细介绍，不过基本上能够熟练使用Raspberry Pi实现“LED闪烁”+α功能的人都足以完成这些功能。

另外，本系列连载将分四次介绍以下内容：

第1部分：装置概况和咖啡萃取
第2部分：硬件制作
第3部分：使用Python完成控制软件
第4部分：远程设置

 

2. 制作美味咖啡的关键要点和电动咖啡机的问题点

我本人非常喜欢喝咖啡，通常我会买来咖啡豆用磨豆机研磨，然后用滤纸滴漏式手冲法冲泡。使用这种方法可以制作出相当美味的咖啡，但需要花费很大的时间和精力。

因此，在我想简单喝点咖啡时，一般会使用市售的电动咖啡机。只要把咖啡粉和水配好然后打开电源开关就可以了，基本不用花什么时间和精力，而且如果咖啡豆品质好的话，冲泡出来的咖啡味道也不错。但我认为这种咖啡不如用滤纸滴漏式手冲的方式精心冲泡出来的咖啡美味。

造成这种口感差异的原因可能有以下三点：

1. 热水的温度
2. 闷蒸的时间
3. 热水的注入方法和萃取时间
   （单位时间的热水量和转圈注水法等）

关于第1点“热水的温度”，如果用滤纸滴漏式手冲方式，需要先用水壶等将水烧开，然后将热水倒进另一个手冲壶中，再将热水注入咖啡粉上。这样做可以让冲泡咖啡的热水温度从100度降到90度左右。这与日本茶的情况相同，刚煮沸的水太热，会使咖啡有杂味。据说基本上是用较低的水温冲泡出来的味道比较温和，但水温越低，萃取时间就越长（比如冷泡咖啡需要浸泡一夜）。

第2点的闷蒸是非常重要的环节，一旦咖啡粉被热水浸润，就会充分膨胀。这将会使咖啡豆中的风味物质被充分萃取出来。一般建议闷蒸30秒到40秒左右。

各种滤杯
（上面从左到右：圆锥形HARIO V60、KONO。下面从左到右：梯形 Kalita、Melitta）

 

第3点的注水方法，与花多长时间用热水浸泡咖啡进行萃取有关。大水流快速注水和点滴式慢慢注水，所冲泡出来的咖啡味道是不一样的。这个因素也会因所使用的滤杯类型而有很大差异。例如，如果将热水适当注入单孔Melitta滤杯中，由于只有一个孔，所以热水会缓慢滴落，可以保持一定的萃取时间。但三孔的Kalita滤杯和圆锥形的KONO或HARIO滤杯的话，则滴漏速度较快，因此需要自己控制热水的注入方式（这意味着对于冲泡者而言有一定的灵活性）。

有关手冲咖啡的制作方法，在YouTube上有Kalita公司发布的浅显易懂的视频“手冲咖啡入门”，大家可以参考。

※此链接为Youtube视频

 

不过，如果您使用的是典型的滴漏式电动咖啡机，那么咖啡机会以适当的时间间隔将热水注入咖啡粉中，因此您完全不用考虑上述第1到第3点（也有允许用户自行设置这些具体参数的咖啡机，但非常昂贵）。因此，我决定在市售的普通咖啡机上花点功夫，尝试使用Raspberry Pi制作一款控制装置，让咖啡机尽可能地冲泡出接近手冲咖啡的味道。

 

3. 与市售电动咖啡机连接的控制装置

 

这个装置将会连接市售电动咖啡机的AC电源插座部分，因此完全不用对咖啡机本身进行改造，只需要控制咖啡机电源的ON/OFF（开/关）时间。

至于连接这个控制装置的咖啡机，我用的是Kalita的“ET-102”这款产品。这款咖啡机只要打开电源即可注入热水，操作非常简单，市场上的实际销售价格在3500日元左右，非常物美价廉。

Kalita ET-102与控制装置之间的连接

 

另外，关于这款ET-102的滤杯部分，使用时还可以替换为市售的各种类型的滤杯。当然，咖啡机自带Kalita三孔滤杯。不过，用Melitta、HARIO或KONO替换使用也没有任何问题。我们可以通过替换滤杯来调整前述三个因素的萃取时间。

可以与本控制装置组合使用的咖啡机是最简单的机型，也就是打开电源不需要做任何控制的机型。不适用于咖啡机本身已经安装了控制器等的智能型机型。

至于用户界面，可以使用下图中的黑色按钮选择冲泡多少杯咖啡（2～5杯）。杯数会显示在液晶显示器上。然后就是按下红色按钮接通电源。

当用一定时间注好热水后，电源关闭，进入闷蒸阶段。闷蒸结束后，会再次打开电源开始注入热水。

（用户界面）
黑色按钮：设置杯数，红色按钮：启动，红色LED灯：在工作中闪烁，黄色LED灯：表示通电中

 

该装置可以通过编程为不同的杯数设置以下时间：

• 第一次热水注入时间
• 闷蒸的时间
• 闷蒸后的通电时间+通过PWM设置ON/OFF时间

首先，我们来实现能够灵活设置前面提到的因素1〜3中的第2点“闷蒸时间”。“第一次热水注入时间”是在闷蒸之前将热水注入咖啡粉中需要的时间。需要设置使热水均匀地浸润咖啡粉所需的热水注入时间。

关于三因素中的第1点——热水温度的控制，由于这基本上取决于咖啡机本身，所以本控制装置直接使用了咖啡机的水温，没有配备水温控制功能。我实际测量了一下这款 Kalita ET-102的热水温度，所出热水温度相对较低，基本在80度左右。这正好可以避免水温过高而导致的杂味和苦味，正合我意。另外，还可以通过延长萃取时间来控制口感。

关于三要素中的第3点——萃取时间，由于ET-102可以更换不同类型的滤杯，所以我们可以通过更换滤杯来确定基本的萃取方案。例如，HARIO和KONO的圆锥形滤杯，其热水穿透时间较短，而Kalita和Melitta的梯形滤杯的穿透速度则比较慢。除此之外，这次我还使用Raspberry Pi的PWM功能添加了ON/OFF控制功能。详细信息我将在第3部分——控制软件部分进行具体介绍。利用这个功能，可以通过调整出热水的时间和等待时间来控制口感。

 

4. 装置的内部配置

控制装置内部的配置如下：

 

左侧的模块是一个装有Raspberry Pi主体和附属电路的万用板。本次使用的Raspberry Pi型号为“Raspberry Pi 3 Model A+”。我之所以选择这款 A+，是因为它与市售的万用板尺寸相同，体积小巧，而且我们不需要使用外部接口（LAN或USB）。这次的软件不需要太多的处理能力，因此即使使用很便宜的Zero WH也可以正常运行。（我已经确认过Zero WH可以正常运行，但并未确认Raspberry Pi 4系列的运行情况）

在万用电路板上装有液晶显示器、微动开关和LED。照片中是由旧的部件组成的，不过在第2部分中，我计划把能更新的部件进行更新，用改版后的配置进行介绍。

照片右上方的模块是用来控制咖啡机电源ON/OFF的SSR（固态继电器）。我直接使用了秋月电子商城销售的“固态继电器 (SSR) 套件 8A 型”。SSR在有负载电流时会发热，因此配有散热器。

照片右下方的模块是连接咖啡机的AC100V部分的导线，还安装了安全装置——保险丝座。

装置主体我使用了TAKACHI的SS-125B（125mm x 80mm x 32mm）塑料外壳，将零部件全部装入这个壳体。

在第1部分，也就是本文中，我为大家简要介绍了我们要制作的装置概况，在第2部分中，我将为大家介绍具体的硬件以及制作方法。自己亲手制作的设备能够在现实生活中发挥积极作用，我认为这正是电子制作的真正乐趣所在。如果通过本文能让初级和中级电子制作者有所进步，我将倍感荣幸。

 

 

本系列连载的内容

第1部分：装置概况和咖啡萃取（本文）
第2部分：硬件制作
第3部分：使用Python完成控制软件br />
第4部分：远程设置软件