一种基于温度控制的智能数字菜谱实现方法与流程

本发明涉及一种基于温度控制的智能数字菜谱实现方法。属于智能灶具及智能锅具领域。

背景技术：

目前，能够实现简单智能化烹饪功能的厨具一般是电饭锅和压力锅，国内还没有基于温度控制的智能菜谱的实现设备和方法，没有量化的智能数字菜谱，无法使烹饪过程的自动化和程序化。但电饭煲、电压力煲等家电设备，由于电路结构存在的问题，无法通过下载云端量化后的智能数字菜谱、通过控制灶具的温度实现各种各样的佳肴，存在功能单一、无法满足用户的烹饪需求等缺陷。

因此，需要研究一种人性化、实用性高、顺应智能家居和大数据时代的发展趋势的厨房设备或方法。

技术实现要素：
：

本发明的目的，是为了解决现有技术的家电设备存在无法通过下载云端量化后的智能数字菜谱、功能单一、无法满足用户的烹饪需求等问题，提供一种基于温度控制的智能数字菜谱实现方法，具有精准控制锅具的温度、根据云端下载的智能菜谱实现烹饪各式食物的特点。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种基于温度控制的智能数字菜谱实现方法，其特征在于包括如下步骤：

1)建立厨房设备与云端服务器的通讯，将基于温度量化的智能数字菜谱存放在海量的云端服务器上；

2)烹饪食物时，首先从云端服务器中下载智能数字菜谱到灶具上或抽油烟机上，再将所述智能数字菜谱转化为对应的烹饪温度；

3)检测锅具的温度并将该锅具的实时检测温度与智能数字菜谱转化为对应的烹饪温度对比，得到温差；

4)根据上所温差调整炉具的火力，以精准控制灶具火力大小，实现烹饪过程自动化和程序化，从而实现基于温度控制实现智能数字菜谱。

本发明的目的还可以通过采取如下技术方案达到：

进一步地，所述厨房设备包括抽油烟机、炉具和锅具，抽油烟机中设有与云端服务器的通讯电模块及显示模块，以下载及显示云端服务器存储的智能数字菜谱；炉具中设有温度计算及火力控制模块,该温度计算及火力控制模块具有二个信号输入端和一个信号输出端，锅具中设有温度检测器；所述通讯电模块及显示模块的信号输出端和温度检测器的信号输出端各连接温度计算及火力控制模块的一个信号输入端，温度计算及火力控制模块的控制输出端连接炉具的火力控制输入端；温度计算及火力控制模块计算智能数字菜谱对应的温度，并将该温度与温度检测器实时采集来的锅具温度进行比较，输出信号控制炉具的气阀开度，以精确控制各智能菜谱所需的实际温度，形成PID闭环加温控制结构。

进一步地，温度计算及火力控制模块计算及控制火力的大小，是指通过PID闭环控制算法，计算炉具火力大小；所述PID闭环控制算法，包括比例控制算法(P)、积分控制算法(I)和微分(D)控制算法；比例，反应闭环控制系统的基本(当前)偏差e(t)，系数大，可以加快调节火力，减小误差；积分，反应闭环控制系统的累计偏差，使闭环控制系统消除稳态误差，提高无差度，实现火力无误差控制；微分，反映闭环控制系统偏差信号的变化率e(t)-e(t-1)，具有预见性，能预见偏差变化的趋势，产生超前的控制作用，在偏差还没有形成之前，已被微分调节作用消除，因此可以改善系统的动态性能。

进一步地，所述PID闭环控制算法的表达式如下：

u(t)＝Kp*e(t)+Ki∑e(t)+Kd[e(t)–e(t-1)]+u0

其中：u(t)为输出值，Kp*e(t)为比例控制项，e(t)＝SP–y(t)，为误差值；SP为设定值；y(t)为反馈值；Kp为比例系数；Ki为积分系数；Kd为微分系数；Ki∑e(t)为积分控制项，Kd[e(t)–e(t-1)]为微分控制项；e(t-1)为前一次误差值；u0为控制量基准值即基础偏差。

进一步地，所述基于温度量化的智能数字菜谱，是指通过实验方法，量化获取菜谱信息的温度点菜谱的各种信息并存入云端服务器的数据库，建立菜谱数据。

进一步地，炉具的气体电控阀总成可以通过温度计算及火力控制模块控制燃气的通量，温度计算及火力控制模块接收到锅具温度后，先通过温度跟踪控制气体电控阀总成规律变化的火焰确认锅具是否放在对应的燃气炉具的炉头上，然后根据烹饪者预设的温度通过PID算法控制气体电控阀总成调整火力大小，实现锅具内温度精准控温。

本发明具有如下突出的特点和有益效果：

1、本发明由于建立厨房设备与云端服务器的通讯，将基于温度量化的智能数字菜谱存放在海量的云端服务器上；烹饪食物时，首先从云端服务器中下载智能数字菜谱到灶具上或抽油烟机上，再将所述智能数字菜谱转化为对应的烹饪温度；检测锅具的温度并将该锅具的实时检测温度与智能数字菜谱转化为对应的烹饪温度对比，得到温差；根据上所温差调整炉具的火力，以精准控制灶具火力大小，实现烹饪过程自动化和程序化，从而实现基于温度控制实现智能数字菜谱。因此能够解决现有技术的家电设备存在无法通过下载云端量化后的智能数字菜谱、功能单一、无法满足用户的烹饪需求等问题，具有精准控制锅具的温度、根据云端下载的智能菜谱实现烹饪各式食物的特点和有益效果。

2、本发明采用PID算法来控制灶具的火力，克服调节火力过猛或过弱的缺陷，实现精准温度控制，具有与燃气灶具联动、实现温度的自动控制及锅内温度控制及时、控制精度高等特点。本发明具有实用、健康、环保、安全等优点，易于制造生产，市场潜力巨大，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1为本发明的一种实现方法示意图。

图2为本发明一种在家电应用的示意图。

具体实施方式

具体实施例1：

参照图1和图2，本实施例涉及的基于温度控制的智能数字菜谱实现方法，其特征在于包括如下步骤：

1)建立厨房设备与云端服务器的通讯，将基于温度量化的智能数字菜谱存放在海量的云端服务器上；

2)烹饪食物时，首先从云端服务器中下载智能数字菜谱到灶具上或抽油烟机上，再将所述智能数字菜谱转化为对应的烹饪温度；

3)检测锅具的温度并将该锅具的实时检测温度与智能数字菜谱转化为对应的烹饪温度对比，得到温差；

4)根据上所温差调整炉具的火力，以精准控制灶具火力大小，实现烹饪过程自动化和程序化，从而实现基于温度控制实现智能数字菜谱。

本实施例中：

所述厨房设备包括抽油烟机1、炉具2和锅具3，抽油烟机1中设有与云端服务器4的通讯电模块及显示模块，以下载及显示云端服务器4存储的智能数字菜谱；炉具2中设有温度计算及火力控制模块2-1,该温度计算及火力控制模块2-1具有二个信号输入端和一个信号输出端，锅具3中设有温度检测器3-1；所述通讯电模块及显示模块的信号输出端和温度检测器3-1的信号输出端各连接温度计算及火力控制模块2-1的一个信号输入端，温度计算及火力控制模块2-1的控制输出端连接炉具2的火力控制输入端；温度计算及火力控制模块2-1计算智能数字菜谱对应的温度，并将该温度与温度检测器3-1实时采集来的锅具温度进行比较，输出信号控制炉具的气阀开度，以精确控制各智能菜谱所需的实际温度，形成PID闭环加温控制结构。

抽油烟机1为平板式抽油烟机，温度计算及火力控制模块2-1采用常规技术的具有温度计算及控制功能和电路结构功能模块；温度检测器3-1采用常规技术的温度传感器。

所述基于温度量化的智能数字菜谱，是指通过实验方法，量化获取菜谱信息的温度点菜谱的各种信息并存入云端服务器的数据库，建立菜谱数据。温度计算及火力控制模块2-1计算及控制火力的大小，是指通过PID闭环控制算法，计算炉具2火力大小；所述PID闭环控制算法，包括比例控制算法(P)、积分控制算法(I)和微分(D)控制算法；比例，反应闭环控制系统的基本(当前)偏差e(t)，系数大，可以加快调节火力，减小误差；积分，反应闭环控制系统的累计偏差，使闭环控制系统消除稳态误差，提高无差度，实现火力无误差控制；微分，反映闭环控制系统偏差信号的变化率e(t)-e(t-1)，具有预见性，能预见偏差变化的趋势，产生超前的控制作用，在偏差还没有形成之前，已被微分调节作用消除，因此可以改善系统的动态性能。

本实施例通过云端数据库下载智能数字菜谱，数字菜谱启动后，实时检测烹饪时的温度，然后将采集后的温度进行PID算法处理，对火力进行调节，实现精准的闭环控制温度处理。

炉具2的气体电控阀总成可以通过温度计算及火力控制模块2-1控制燃气的通量，温度计算及火力控制模块2-1接收到锅具3温度后，先通过温度跟踪控制气体电控阀总成规律变化的火焰确认锅具3是否放在对应的燃气炉具2的炉头上，然后根据烹饪者预设的温度通过PID算法控制气体电控阀总成调整火力大小，实现锅具内温度精准控温。

参见图2，云端服务器用来存放智能数字菜谱的海量信息，通过网络将智能菜谱下载到平板烟机，实现可视化操作管理；锅具集成热电偶传感器，实时检测锅的温度，通过无线方式将采集的温度数据传输到灶具上，灶具将温度值进行PID算法处理来控制火力的大小。

所述PID闭环控制算法的表达式如下：

u(t)＝Kp*e(t)+Ki∑e(t)+Kd[e(t)–e(t-1)]+u0

其中：u(t)为输出值，Kp*e(t)为比例控制项，e(t)＝SP–y(t)，为误差值；SP为设定值；y(t)为反馈值；Kp为比例系数；Ki为积分系数；Kd为微分系数；Ki∑e(t)为积分控制项，Kd[e(t)–e(t-1)]为微分控制项；e(t-1)为前一次误差值；u0为控制量基准值即基础偏差。

比例控制是最常用的控制手段之一。比例系数为一固定值，当误差值e(t)越大，u(t)输出值越大，可以加快调节火力，快速达到目标温度的范围。

Ki∑e(t)为积分控制项，

u(t)＝Ki∑e(t)

Ki——积分系数

积分项是一个历史误差的累积值。在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。累计偏差，使系统消除稳态误差，提高无差度，实现火力无误差控制。当误差值e(t)一定时间内维持一定值，输出值u(t)积累越来越大，此时会加快调节火力，快速调节温度。它推动输出增大，稳定误差进一步减少，直到等于零。减少控制温度的滞后性温度。

Kd[e(t)–e(t-1)]为微分控制项。

u(t)＝Kd[e(t)–e(t-1)]

e(t)——误差值

e(t-1)——前一次误差值

Kd——微分系数

微分控制项具有预见性，能预见偏差变化的趋势，产生超前的控制作用，在偏差还没有形成之前，已被微分调节作用消除，因此可以改善系统的动态性能。当前误差值e(t)比前一次误差值e(t-1)大时，输出值u(t)增加，加快火力调节；反之，输出值u(t)减少，减少火力。

u0——控制量基准值(基础偏差)

在基于温度控制的智能数字菜谱实现方法中，由用户选择的数字菜谱数据下发到灶具控制器上，也就是实际上控制该菜谱的使锅温达到的目标温度数据。灶具每秒钟采集锅具温度一次，然后灶具控制器经过PID算法算出u(t)值来决定灶具火力大小。

这里枚举灶具档位为1,2,3,4,5，也可以为1,2,3,4,5，6，7，8，9，10，主要看灶具的火力大小。菜谱设置的目标温度为SP，第一时刻的温度误差值为e(t)，第二时刻的温度误差值为e(t+1)，第三时刻的温度误差值为e(t+2)，以此类推。

数字菜谱启动后，灶具以3档启动，在第一时刻过后，由比例控制项计算比例项输出值，当误差值e(t)越大，u(t)输出值越大；积分控制项也积累误差值，此时也会影响的u(t)输出值增大；微分控制项此时偏差变化也达到最大。所以灶具根据u(t)输出值的大小，调节档位大小。此时各控制项的值使灶具3档切换成4，再切换成5档，加快调节火力，快速达到目标温度的范围。

当反馈值y(t)渐进目标值SP时，此时微分项预见偏差变化的趋势，微分控制项的输出值减少，从而使总的输出值u(t)减少，使档位从5档切换到4档，4档切换到3档，或者再进一步减少。减少灶具火力输出，维持锅具温度越来越接近目标温度SP。

当反馈值y(t)超出目标值SP时，此时积分项累积负误差，使积分项输出减少，微分控制项由于超过目标温度，使微分控制项输出值为负值，从而进一步减少总的输出值u(t)，使灶具档位进一步减少。从而使锅具维持数字菜谱下发的目标温度，使系统趋于稳定的状态。

以上对本发明所提供的一种精确控温的燃气灶具和锅具控制系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。