一种豆浆机物料智能识别方法与流程

本发明涉及家用厨房电器的控制领域，尤其涉及一种豆浆机的物料识别方法。
背景技术：
：随着控制技术不断的发展，给人类生活带来了巨大变化，而且越来越智能化的家庭电器进入人们的生活，提升人们的生活水平。而这些智能化的家庭电器，之所以能够实现智能化是由于之智能化的控制，对于食品加工机来说，众所周知，现有的家用食品加工机一般都具有加热或者粉碎或者同时具有加热粉碎等功能。而为了更多智能化的对食品加工机控制，即让食品加工机能够更好的完成对食物原料的加工，而在此智能化的过程中，物料本身的性质是控制过程中的一个重要指标，尤其是在豆浆机的制浆过程中，物料量的多少决定了制浆效果的好坏甚至决定了豆浆机的安全运转。现有技术中也有很多食品加工机中对于物料识别的方法，但无外乎一些图像摄像或者扫描等来获知物料的信息，虽然这种方式能够准确获知物料的各种信息，但是对于豆浆机来说，由于产品的局限性，很难将摄像或者扫描设备安装在豆浆机上。另外，还有一种采用定量的料包，来实现对物料的控制，这种对物料的识别控制方式，完全依赖用户操作，对用户的要求较高，不能体现出豆浆机的智能性。技术实现要素：本发明所要解决的技术问题是提供一种豆浆机自动、智能的物料智能识别方法。为了解决以上技术问题，本发明一种豆浆机物料智能识别方法，所述豆浆机包括用于粉碎物料的电机、对杯体内液体进行加热的加热装置、以及用于控制所述电机和加热装置进行工作的主控芯片，其中，所述豆浆机设有水质检测装置、所述水质检测装置将检测水质数据发送给主控芯片，所述豆浆机的制浆过程包括了浑浊过程，所述主控芯片通过分析浑浊过程前后杯体中浆液的水质变化对杯体中的物料进行识别，并根据不同的物料执行不同的制浆程序。优选的，所述浑浊过程包括静置浆液t1时间，所述豆浆机制浆程序启动后，所述主控芯片通过水质检测装置检测杯体内浆液的水质Ts，所述主控芯片等待t1后再次通过水质检测装置检测浆液的水质Tm，所述控制芯片根据Tm以及Ts的变化进行分析识别物料。优选的，所述浑浊过程包括加热浆液至温度Q，所述豆浆机制浆程序启动后，所述主控芯片通过水质检测装置检测杯体内浆液的水质Ts，所述主控芯片将杯体中的浆液加热至温度Q后再次通过水质检测装置检测浆液的水质Tm，所述控制芯片根据Tm以及Ts的变化进行分析识别物料。优选的，所述浑浊过程还包括对浆液进行预粉碎，所述豆浆机制浆程序启动后，所述主控芯片通过水质检测装置检测杯体内浆液的水质Ts，所述主控芯片检测水质Tm前，所述主控芯片控制所述电机对杯体内的物料进行预粉碎，所述控制芯片根据Tm以及Ts的变化进行分析识别物料。优选的，预粉碎时所述电机的转速范围为4000rpm-8000rpm，预粉碎时所述电机间歇性循环工作，每次电机工作时间为3秒-10秒。优选的，所述主控芯片根据预设的物料种类水质变化阀值范围区间，从而获知杯体中制浆物料的种类。优选的，所述主控芯片根据预设的物料量水质变化阀值范围区间，从而获知杯体中制浆物料量。优选的，水质变化增量120～140则物料为干豆标准量；水质变化增量140～180则物料为1.5倍干豆标准量；水质变化增量180～220则物料为2倍干豆标准量；水质变化增量300～360则物料为湿豆标准量；水质变化增量360～420则物料为1.5倍湿豆标准量；水质变化增量420～480则物料为2倍湿豆标准量。优选的，所述豆浆机制浆程序包括粉碎阶段，所述主控芯片定时通过水质检测装置检测杯体内浆液的水质，所述主控芯片根据水质值增大趋势获知杯体内物料的粉碎程度并调整相应的电机工作模式。优选的，所述豆浆机制浆程序启动后，所述主控芯片通过水质检测装置检测杯体内浆液的水质Ts，所述制浆程序包括熬煮阶段，所述主控芯片根据水质Ts在熬煮阶段调整加热装置的工作模式。通过使用电极传感器作为水质检测装置对浆液的水质进行检测，利用了浆液在不同水质的情况下其导电率不同的特性，使得检测简单有效。通过对初始水质等级的确定，识别了不同的水质，从而调节在制浆流程中的熬煮的功率和时间，保证不同水质条件下的制浆效果，有效降低浆液的溢出问题。并且在一定的条件下再次检测水质，从而通过相应的对比，识别出相应的物料种类以及物料量，并通过设定的条件调整制浆程序中的电机功率，电机工作时间等，达到智能的制浆效果。同时根据不同的物料量调整电机的启动方式，保护电机，延长电机寿命，降低制浆过程中的噪音。同时在全功率粉碎阶段，通过识别水质的变化，识别出浆液的粉碎程度，通过对粉碎程度的识别，模糊调整电机的工作时间，从而保证粉碎效果。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明：图1是本发明一种豆浆机物料智能识别方法的实施例1豆浆机结构示意图；图2是本发明一种豆浆机物料智能识别方法的实施例1的电路示意图；图3是本发明一种豆浆机物料智能识别方法的实施例1的流程示意图；图4是本发明一种豆浆机物料智能识别方法的实施例2的流程示意图；图5是本发明一种豆浆机物料智能识别方法的实施例3的流程示意图；图6是本发明一种豆浆机物料智能识别方法的实施例4的电路示意图。具体实施方式实施例1：本发明涉及一种豆浆机，如图1所示，所述豆浆机包括机头1和杯体2，所述机头1扣置于所述杯体2上，所述机头1内设有用于粉碎物料的电机3，所述电机3前端伸入所述杯体部设有粉碎刀具4，所述杯体2上设有对杯体内物料进行加热的加热装置5。所述豆浆机包括控制部分，所述控制部分包括主控芯片MCU，所述主控芯片MCU通过控制电路控制所述电机3以及加热装置5，所述豆浆机还包括用于检测杯体内浆液水质情况的水质将测装置6，所述主控芯片MCU通过信号检测电路连接水质检测装置6，所述水质检测装置为伸入杯体浆液内的第一电极传感器和第二电极传感器，在本实施例中，所述第一电极传感器和所述第二电极传感器均设置在机头上。所述第一电极传感器与所述第二电极传感器的安装中心距离为15mm。所述第一电极传感器与所述第二电极传感器均为直径1.5mm的不锈钢圆柱电极。在本实施例中，所述机头包括机头上盖和机头下盖，所述第一电极传感器和第二电极传感其均设置在所述机头下盖的端面上。所述机头内设有控制线路板，所述控制线路板上承载有主控芯片、控制所述电机与所述加热装置的控制电路、以及用于检测水质的信号检测电路，所述第一电极传感器和第二电极传感器通过所述信号检测电路与主控芯片进行电连接。当然第一电极传感器和第二传感器还可以设置在豆浆机的其他位置上，比如杯体侧壁上，且还可以与其他传感器进行复合。由于浆液的水质情况与其电导率存在一定关系，水质值记为TDS，K为其电导率，则TDS＝(0.55～0.70)*K，可通过检测浆液的电导率从而推算出相应的水质TDS值。因此本方案是通过检测电极对浆液的电导率进行检测来实现水质TDS值的检测，不但检测准确，且成本较低，电路实现也较为简单。所述信号检测电路为谐振电路，所述谐振电路与所述第一电极传感器和第二电极传感器连接，当机头放置于杯体上时，所述第一电极传感器和第二电极传感器通过杯体内的浆液连接，从而形成一个封闭的谐振电路。在本实施例中，如图2所示，所述谐振电路包括MOS型时基电路、定式电容C4。所述谐振电路包括555定时器、三极管Q1，所述第一电极传感器电连接所述555定时器的阀值端，所述第二电极传感器电连接所述555定时器的放电端，所述第一电极传感器同时电连接所述555定时器的触发端，所述555定时器的控制端通过电容C3连接电源地端，所述555定时器的阀值端通过所述定式电容C4连接电源地端，所述555定时器的复位端与所述555定时器的电源端连接，所述555定时器的输出端电连接所述主控芯片，所述555定时器的输出端电连接所述三极管Q1的基极，所述三极管Q1的集电极电连接所述555定时器的电源端，所述三极管Q1的发射极电连接所述第二电极传感器。所述555定时器的输出端向主控芯片输出一个与被测浆液电导率有关的频率f。在55定时器的输出端接入三极管Q1，具有扩展时基电路的带载能力，这一功能保证了电导率在大范围测量时，输出频率f，具有很好的线性。该谐振电路的工作原理如下：电路开始运行时，定式电容C4上的电压为0，实际电路处于在置位状态，555定时器的输出端输出高电平，此时三极管Q1导通。此时，555定时器进入充电过程，即555定时器的电源端经三极管Q1到第二电极传感器，通过浆液连接导通第一电极传感器并至定式电容C4，充电按指数规律上升，当上升到Vc≥2/3VCC时，555定时器阀值端内部的高限比较器反转，此时时基电路复位，555定时器的输出端输出低电平，三极管Q1截止，同时555定时器的放电端内集电极开路放电管导通。555定时器进入放电过程，即定式电容C4经第一电极传感器和浆液连通第二电极传感器导通555定时器的放电端，放电也按指数规律下降，当放电至Vc≤1/3VCC时，555定时器的触发端内低限比较器反转，555定时器的控制端再次输出高电平，电容C4再次充电。如此以上过程反复循环，周而复始形成振荡输出f0。经分析得出以下公式：f0＝0.772C4/Rx＝K0G(t)G(t)＝1/Rx一电极实测的电导值；K0＝0.772C4一电导一频率转换系数。输出频率fo与电导G(t)成正比，实现了电导率到输出频率的线性转换。分析电路工作原理得到f＝0.722/(RC4)，其中R为被测溶液的电阻。由于，其中ρ是被测溶液的电阻率，在设计过程中，电极传感器的尺寸固定，故是常数。l是两个电极传感器的间距，s是电极传感器插入被测液的深度与电极传感器横截面直径的乘积。本方案中的l＝15mm，s＝15mm×1.5mm＝22.5mm2，则C4＝0.1μF。第一电极传感器与第二电极传感器所夹的被测浆液视为电阻。由此，可以确定频率和电导率的线性关系，即：由此推算出浆液的水质：f＝0.772C4/Rx＝Kt*G(t)在本实施例中，所述主控芯片MCU通过分析在豆浆机制浆过程中杯体中浆液的水质变化对杯体中的物料进行识别，并根据不同的物料执行不同的制浆程序。如图3所示，所述豆浆机制浆程序启动后，所述主控芯片通过第一电极传感器和第二电极传感器检测杯体内浆液的水质Ts，所述主控芯片等待t1后再次通过水质检测装置检测浆液的水质Tm，所述控制芯片根据Tm以及Ts的变化进行分析识别物料。在本实施例中，Ts为初始水质值，当豆浆机的某一功能被选择启动后，主控芯片MCU会在程序启动稳定后通过信号检测电路以及第一电极传感器和第二电极传感器读取水质，在本实施例中一般采取启动10秒后认为是程序稳定启动，当然，根据主控芯片MCU的特性决定。此时，不仅为后期水质变化提供了一个对比的基准，同时也可以检测出初始水质等级。在本实施例中，所述主控芯片等待t1后再次通过水质检测装置检测浆液的水质Tm，所述控制芯片根据Tm以及Ts的变化进行分析识别物料。所述主控芯片内预设有对应水质查询表，所述主控芯片通过检测豆浆机制浆过程中杯体中浆液的水质变化，并对比水质查询表，从而获知杯体中制浆物料的种类和/或物料量。所述水质查询表包括不同物料的水质阀值范围区间以及同一物料不同物料量的水质阀值范围区间。主控芯片根据前面得到初始水质数据、物料种类数据以及物料数量数据，调整豆浆机的制浆流程.。在本实施例中，初始水质数据，除了用于检测物料的对比基准外，其还可以用于在制浆流程中对熬煮功率进行参考调整。根据不同初始水质值的范围，主控芯片将不同的水质分为不同的水质级别，不同的级别对应不同的熬煮功率。当主控芯片在检测出浆液初始水质值后，通过程序判定初始水质属于哪个水质级别，然后再根据该水质级别选择对应的熬煮功率，当制浆程序进行到熬煮阶段时，直接采用该水质级别对应的熬煮功率进行熬煮，从而保证制浆效果和制浆性能。在本实施例中，根据国家关于水质的一些标准数据，将水质划分为3个等级，T1纯净水、T2自来水、T3地下水，不同的水质标识对应不同的水质等级，具体处理如下：T1纯净水对应水质TDS值范围为：0-100；T2自来水对应水质TDS值范围为：100-300；T3高硬度水对应水质TDS值范围为：300及以上值。当然，也可以根据具体制浆流程中的数据确定范围。在本实施例中，实际的熬煮功率根据具体机型采用，其调整的原则为，从T1开始到T3组别，熬煮的功率逐步降低，主要调整加热停止时间，每上升一个级别，循环大小火熬煮停止时间增加1S。即主控芯片判定初始水质为为T1纯净水级别的水质时，采用的通用的大小火熬煮功率：加热装置1/3功率加热1S停3S并循环加热；若主控芯片判定水质为T2自来水级别的水质时，采用的通用的大小火熬煮功率：加热装置1/3功率加热1S停4S或5S并循环加热；程序判定为T3高硬度水级别的水质时，采用的通用的大小火熬煮功率：加热装置1/3功率加热1S停6S循环加热。所述主控芯片等待t1后再次通过水质检测装置检测浆液的水质Tm，在本实施例中，主控芯片会根据水质等级对于Tm进行补偿。由于不同的水质等级，会影响后面水质的检测，需要根据水质等级对数据进行补偿，排除不同水质对其判断精度的影响。主控芯片根据初始水质Ts以及水质Tm对于物料进行识别。由于不同的物料，在相同条件下检测出来的浆液的水质TDS值有差异，比如大米、干豆、湿豆三种物料，由于其在相同条件下溶解于水中的可溶性物质差异非常大，故可以利用该原理，通过对浆液的水质TDS值的判定来识别不同的物料类型；对于不同的物料类型，在程序中设定不同的水质TDS值范围，当检测到物料类型水质TDS值后，程序先对其进行初始水质TDS补偿，然后将得出的TDS值来判断属于哪个设定范围，从而得出浆液中为何种物料。不同的物料，在程序中设定不同电机启动方式和电机全功率工作时间，在得出何种物料和，结合下面对物料量的识别，在制浆流程进行到全功率粉碎阶段，调整电机启动方式和全功率工作时间。而对于相同的物料类型，相同的测试条件下，不同物料量，其溶解于水中的可溶性物质含量也不一样，故我们在识别出何种类型的物料后，根据水质TDS值的差异，模糊识别物料量的多少；同样的，我们将物料量分成几个区间，不同的区间对应不同的水质TDS值范围，当检测到浆液水质TDS值后，程序先对其进行初始水质TDS补偿，然后将得出的TDS值来判断属于哪个设定范围，从而得出物料量属于哪个范围。不同的物料量范围，对应不同的电机启动功率和全功率粉碎时间。具体如下表所示：TDS值范围正常物料1.5倍物料2倍物料2倍以上物料大米D0-D1D1-D2D2-D3D3-D4干豆D4-D5D5-D6D6-D7D7-D8湿豆D8-D9D9-D10D10-D11D11-D12以干豆加纯净水为例：增加120-140为1倍物料，增加140-180为1.5倍物料，增加180-220为2倍物料；以湿豆为例：增加300-360为1倍物料，增加360-420为1.5倍物料，增加420-480为2倍物料；主控芯片识别出相应的物料以及物料量以后，以以下方式对制浆程序进行调整，电机启动方式和物料、物料量的关系：A模式启动时间6S，B模式启动时间8S，C模式启动时间10S；启动方式正常物料量1.5倍物料量2倍物料量2倍以上M1(大米)AABBM2(干豆)ABBCM3(湿豆)ABCC而在电机全功率时，工作时间和物料、物料量的关系如下表所示：启动方式正常物料量1.5倍物料量2倍物料量2倍以上M1(大米)220S240S260S280SM2(干豆)300S340S380S420SM3(湿豆)200S220S240S260S相同的物料，相同的物料量，不同的粉碎程序，其溶解于水中的可溶性物质也不相同，一般情况下，粉碎程序越高，其浆液水质TDS值越大，故在制浆流程中，随着粉碎时间的增加，其水质TDS值一直处于上升状态，只有当粉碎到一定程序后，其水质TDS值才开始趋于稳定。所以我们可以利用这一特性，在制浆流程全功率粉碎阶段，通过对浆液水质TDS值趋势的变化情况，识别物料的粉碎情况；比如可以通过粉碎情况的识别，自动调整制浆流程，适当的延长或者缩短电机粉碎时间，从而达到最优的粉碎效果。不同的物料，其水质TDS值在不同的粉碎条件下变化不同，粉碎越充分，其水质TDS值越大，而当粉碎到一定程度后，水质TDS变化不明显，此时可以判定为已经达到粉碎预期。故可通过水质TDS值的变化情况来实现粉碎程度的判断。全功率粉碎阶段的粉碎时间，可通过水质TDS值的变化曲线来实现灵活控制，水质TDS值变化明显时，需要延长电机粉碎时间；水质TDS值不再变化或者变化很小时，可以缩短电机粉碎时间。实施例2：如图4所示，本实施例与实施例1的区别在于，所述豆浆机制浆程序启动后，所述主控芯片通过水质检测装置检测杯体内浆液的水质Ts，所述主控芯片将杯体中的物料加热至温度Q后再次通过水质检测装置检测浆液的水质Tm，所述控制芯片根据Tm以及Ts的变化进行分析识别物料。由于溶液电导率测量受温度影响很大，电解质的电离常数、离子运动速度、溶解度等都直接受温度的影响，从而温度直接影响溶液电导率测量的精度。溶液温度升高时，粒子水化作用减弱，溶液粘度降低，运动阻力减小，离子热运行加快，电场作用下，离子的定向运动也加快，导电能力增加，溶液电导率增大。反之亦然。由于溶液的电导率随温度升高而增大,因此溶液电导率的温度系数是正的。本方案在处理温度补偿时，由于一般都是加热到设定温度Q，故可通过程序统一对水质TDS值做修正，转换到标准温度下的TDS值(25℃条件下)。对于其他温度点，在被测溶液固定的情况下，溶液的温度每升高1℃，电导率增加约2％，温度校正系数与温度成一元线性关系，当测量温度为25℃左右时，温度补偿公式为：Ks＝Kt/[0.22t+0.45]，式中Kt和Ks分别为Q℃和25℃下溶液的电导率，Q为测量时的温度。当测量温度偏离25℃时，根据以上公式计算所得的电导率误差较大，为了提高测量精度，对不同的温度范围，采用不同的温度校正系数公式进行计算：Ks＝Kt/(0.00169t+0.5583)1℃≤Q≤10℃；Ks＝Kt/(0.018t+0.5473)10℃≤Q≤20℃；Ks＝Kt/(0.00189t+0.5281)20℃≤Q≤30℃；Ks＝Kt/(0.022t+0.45)其他温度范围。水质TDS值公式为：根据测试出来的温度进行代入。在本实施例中，在水质TDS检测时，先通过信号检测电路检测出当前浆液的电导率，同时通过温度传感器检测当前浆液的温度值，然后根据检测的温度值选取相应的温度补偿公式，计算当前浆液的水质TDS值。实施例3：如图5所示，本实施例与上述实施例2的区别在于：所述主控芯片检测水质Tm前，所述主控芯片控制所述电机对杯体内的物料进行预粉碎。即物料种类和物料量识别检测发生于预粉碎后。初始水质检测发生于机器设备选择功能启动后，一般无需延时，在功能启动后即可开始检测，当然也可以在豆浆机上电，未选择功能时就开始检测，此时，物料还没开始预粉碎，水也未开始加热，水温比较稳定，物料中的可溶性物质对水质的影响最小。物料种类和物料量识别检测发生于预粉碎后，全功率粉碎之前的阶段，选择的时间可以根据制浆流程来灵活选择，一般为了检测的准确性以及预粉碎时整个豆浆机的工作的噪音考虑，可以将浆液加热到一定温度后再开始做预粉碎，一般会选择加热到50℃左右再开始做预粉碎，采用此方案有两个好处，第一是加热一段时间后，物料有个吸水软化的过程，再进行预粉碎时，容易粉碎，而且工作的声音会小很多，第二是加热到一定温度后，可溶性离子的活性增强，提升不同物料种类和物料量之间的水质TDS值差异，增强物料种类和物料量识别的准确性。物料种类和物料量识别检测的关键是对物料进行预粉碎，如果不进行预粉碎的话，各条件下水质TDS值的差异太小，无法有效识别出来，达不到检测的目的；而预粉碎的关键在于电机功率和电机工作时间选择，电机功率太大，预粉碎时机器工作的噪音太大，影响用户体验，电机工作时间太长，影响物料识别时区分的水质TDS值差异性，在完全粉碎的条件下，由于可溶性离子差异不大，水质TDS值的差异比较小；因此，在本实例中，预粉碎时所述电机的转速范围为4000rpm-8000rpm，预粉碎时所述电机间歇性循环工作，每次电机工作时间为3秒-10秒。粉碎程序检测识别：在初始水质、物料种类、物料量已经识别出的前提下，对全功率粉碎阶段浆液的水质TDS值进行实时跟踪，识别出浆液水质TDS值的变化情况，从而通过设定的水质TDS范围去识别浆液的粉碎情况。实施例4：如图6所示，本实施例与上述实施例的区别在于，所述信号检测电路的电源端与豆浆机的电源VCC之间设有电源控制电路，所述电源控制电路包括由主控芯片控制的开关以及开关驱动电路。所述开关为三极管Q2，所述电阻R3以及电阻R4。所述三极管Q2的基极通过电阻R3电连接主控芯片，所述三极管Q2的集电极电连接信号检测电路的电源端，所诉三极管Q2的发射极电连接电源VCC，所述三极管Q2的发射极与所述三极管Q2的基极之间设有电阻R4。由于检测电极存在极化现象，电极长时间通电的话，会使电极极化，导致后期测量数据不准，故为了保证测量精度及延长电极使用寿命，本实施例增加电源控制电路，由图6中的电阻R3，电阻R4，三极管Q2组成，通过主控芯片MCU的I/O来实现控制，当需要检测浆液水质TDS值时，主控芯片MCU输出低电平，三极管Q2导通，此时VCC给信号检测电路供电，信号检测电路开始检测数据；而不需要测试数据时，主控芯片MCU输出高电平，三极管Q2截止，信号检测电路不工作。通过使用电极传感器作为水质检测装置对浆液的水质进行检测，利用了浆液在不同水质的情况下其导电率不同的特性，使得检测简单有效。通过对初始水质等级的确定，识别了不同的水质，从而调节在制浆流程中的熬煮的功率和时间，保证不同水质条件下的制浆效果，有效降低浆液的溢出问题。并且在一定的条件下再次检测水质，从而通过相应的对比，识别出相应的物料种类以及物料量，并通过设定的条件调整制浆程序中的电机功率，电机工作时间等，达到智能的制浆效果。同时根据不同的物料量调整电机的启动方式，保护电机，延长电机寿命，降低制浆过程中的噪音。同时在全功率粉碎阶段，通过识别水质的变化，识别出浆液的粉碎程度，通过对粉碎程度的识别，模糊调整电机的工作时间，从而保证粉碎效果。需要强调的是，本发明的保护范围包含但不限于上述具体实施方式。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该被视为属于本发明的保护范围。当前第1页1 2 3