红外复合加热型连续式智能串烤机设计与试验

王松磊，弋伟国，王彩霞，何建国，康宁波，罗瑞明

红外复合加热型连续式智能串烤机设计与试验

王松磊1,2，弋伟国1，王彩霞1，何建国1,2※，康宁波2，罗瑞明1

（1.宁夏大学农学院，银川 750021；2．宁夏大学土木与水利工程学院，银川 750021）

基于Android平台与ATMEGA328P嵌入式系统开发，结合温控模型及传热分析等多种技术优化研制连续型自动串烤工艺系统及设备。结合中红外与电热管复合加热及同步链输送系统，设计出能适应不同直径的自旋转插拔式串签夹持机构实现物料连续化烤制，建立烤制过程基于热量平衡原理的温度控制模型，结合自适应粒子群算法（PSO）优化神经网络PID算法实现设定参数恒温控制，利用红外热成像技术对不同功率红外烤制肉制品的传热特性、辐射穿透深度、中心截面温度分布进行分析，开发完成了Atmega328P单片机逻辑运算控制系统及Android 端触屏控制界面，并对该样机工艺系统肉制品连续烤制效果进行分析。系统试验结果表明：同步链输送系统与自旋机构结合实现连续化烤制过程，自旋转插拔式串签夹持器可适应直径2～6 mm范围串签，机构夹持力应不低于0.265 N，设备运行速度1 m/min时串签旋转速度5.3 r/min，恒温控制采用PSO优化神经网络PID模型得=0.218 1，=0.63，=-0.151 9，烤制温度设定为160 ℃时上下偏差分别为2.4 与2.7 ℃，最大波动范围5.1℃；不同功率红外管烤制物料表面温度达到100 ℃左右时，2 000 W中波红外管烤制效果较好，物料辐射传热穿透层深约2 mm，内部则以热传导为主，内外温差约25 ℃；ATMEGA328P嵌入式控制系统动作准确，Android触屏控制界面操作响应灵敏；物料烤制时间最短为6 min，生产能力为1 200串/h，为工业连续化串烤生产提供技术参考。

温度控制；模型；传热；连续式串烤机；ATMEGA328P嵌入式系统；Android平台

0 引 言

烤肉制品因其充分的美拉德反应及浓郁独特口感风味深受消费者喜爱，也促进了对肉制品烤制设备的广泛研究。传统的碳烤方式逐步被燃气及电烤等较为健康方式替代，智能环保、安全健康的新型烤制设备也成为重要研究方向。目前市场上出现的新型烧烤设备主要有电加热型及燃气型，虽然比较环保，但连续自动化程度不够，缺乏标准化生产工艺规程，效率低下，不能较好满足串烤食品规模化生产需求，且缺乏肉品烤制传热与品质形成物性学研究理论基础，质量参差不齐。

研究基于Android-ATMEGA328P控制系统，通过多种技术优化研制出能够较好满足市场需求的连续化红外辐射加热型自动串烤设备。Android平台因其开放性、兼容性受到众多应用者的支持，形成多种独具特色的数据采集及控制功能，成为目前最具潜力的智能控制系统。当前基于Android操作平台与智能处化理器相结合的控制系统在农业信息化及加工装备领域得到广泛应用，成为支撑智慧农业发展的重要技术手段。郭文川等[1-2]基于 Android 手机平台构建了一种植物叶片面积快速无损测量系统能够有效测量小麦等植物叶片面积；陈美镇等[3]基于Android 的智能网关应用软件开发了以 Exynos4412 为核心处理器的智能网关，实现温室环境监测中异构网络的统一管理；吴亚垒等[4]提出一种基于STM32F101和STM32F103 嵌入式技术，结合 4G互联网、局域WIFI 通信技术及超声波靶标检测算法，达到人机分离与精准施药目的。同时Android平台在田间管理远程辅助决策系统[5-8]、免耕播种机监控系统[9-10]、土壤、大气条件监控系统[11-13]得到广泛研究应用，检测达到较高精准度，实现农业信息大数据存储和智能化管理，并配合机械设计开发出多种智能型装置[14-15]，为连续式串烤装备自控系统研发提供技术支撑。

温度对肉制品烤制风味品质起决定性作用，串烤设备核心技术更在于温度精准控制及场分布均匀性，部分学者也对烤炉及肉串的温度分布进行建模分析[16-17]，本文结合自适应粒子群算法优化神经网络PID温度控制方案及串签自旋转输送机构设计实现肉串准确控温下的匀场烤制，利用红外热成像技术分析烤制过程肉制品温度场分布及传热过程，解析红外辐射加热对肉制品不同层深的水分蒸散及品质影响，促进工业连续化串烤装备系统技术升级及应用。

1 系统设计及原理

1.1 设备工艺流程设计

针对当前市场对烧烤肉制品及相关休闲食品的需求，设计电热管对流传热与红外辐射加热复合型工业化连续式肉制品烤制系统。设备工艺流程设计及关键技术如图1所示。

图1 设备工艺流程及关键技术

整机工艺流程设计包括快速插拔式上签、恒温匀温度场烤制、同步链自旋转输送连续烤制、自动翻转抹油及相关工艺参数确定等环节，依据相关工艺系统提出关键技术研究。样机则主要由弹力式串签夹持机构、物料自旋转链输送系统、碳纤维红外与电热管复合加热系统、Andriod-Atmega328P控制系统、调压式温度传感控制装置、卸料口外盖自动翻转机构、流量可调式刷油装置、油污收集槽、加热舱、油烟收集过滤等部分组成，如图2a、2b所示。设备总长3 500 mm，连续烤制有效距离约3 000 mm，同步链传送在加热舱运行过程中自动旋转，右侧同步链带U型槽侧链板主要起串签支撑作用；红外加热管与电加热管分别安装于输送系统上下两侧，肉制品先经过上层红外高密度热流烤制形成皮膜减少水分散失，后完成内部蛋白质变性熟化；设备上层进料经过一个往复后同一端底端卸料，另一端回转处设为刷油区，刷油装置上部为贮油罐，油在重力作用下经流量调控后，流入棉质刷头，刷头具有一定的贮油能力，宽度与串签长度相当，固定刷头与运动物料接触完成刷油过程。输送系统下端设置可抽出式油污收集槽，侧板由推杆电机控制翻转，便于取出清洗；烤制过程油污槽应保持一定的盛水量，加热舱上部密封并安装有油烟收集过滤装置，电路控制系统安装于油污槽下部，核心控制采用Atmega328P嵌入式系统，可通过Andriod平台平板电脑或手机界面蓝牙实现控制。物料烤制时间要求与人工烤制过程相当，设定为6～8 min，上下2层有效输送距离6.4 m，同步链运行速度约1 m/min即可保证物料串烤时间不低于6 min，若串签物料间距设计为4个链节长度50.8 mm，则每分钟可烤制20串，上料可不间断连续工作，烤制效率1 200串/h，经试验确定设备总功率14 kW（其中红外加热管8 kW，底部两侧电加热管6 kW）可较好满足上述烤制要求。

设备启动后首先启动加热管进入预热阶段，当热电偶检测温度达到设定值后，进入烤制阶段，红外管启动工作，输送带运行并开始上签，将温度设定值（即输入控制量）和温度反馈值同时送入控制电路部分，然后经过调节运算得到输出控制量，驱动SCR可控硅调压器相应电压加到被控对象上，使系统稳定在一定温度范围。红外辐射高热流密度与低穿透性使肉表皮美拉德反应更充分，形成焦化皮膜阻隔层，保持内部水分，电热管加热建立高温热场使热量由外及内逐渐渗透，促进香气及风味物质形成；使肉制品产生较好的烤制品质。

1.链条 2.夹持固定杆 3.夹持机构自旋转轮 4.啮合底板 5.红外加热管 6.油烟过滤器 7.油烟收集槽 8.油罐 9.链托条 10.出料盘 11.加热管 12.框架 13.减速电机

1.Chain 2.Fixed rods for gripper 3.Self-spin sprocket of gripper 4.Baseboard of action 5.Infrared tube 6.Fume filter 7.Fume collector 8.Oil tank 9.Supporting rods 10.Tray 11.Heating pipe 12.Frame 13.Deceleration

a. 设备结构原理图

a. Equipment structural principle picture

图2 设备原理结构及实物图

2 工艺系统关键技术研究

2.1 插拔式串签夹持机构设计

插拔式串签夹持机构设计应具有串签插拔方便，夹持效果稳定，并能适应不同直径串签的要求。图3a串杆夹持器的设计结构原理，夹持器采用半圆剖2瓣夹具组成，2部分通过油封弹簧固定连接，首先利用半圆剖组成夹紧机构，夹紧机构中间有一直径2 mm长孔，入口处设计为凹形锥体，锥面最大直径为14 mm，便于串签的定位及插入，外围弹簧圈固定，适应于2 mm以上到6 mm的竹签，外部有2个环形半圆槽，半圆槽里安装锁固弹簧，使插入竹签产生较好的夹持力。2爪机构半圆剖部分焊接在夹持机构固定杆中心位置，另外半圆构依靠弹簧固定在半圆剖部分，串签随同步链输送过程中固定杆齿轮啮合而不断旋转。整个系统采用减速电机拖动，转速可在5～15 r/min范围调节。

注：R为烤制物料圆柱体的半径，m；Rw为夹持器外径，m；w为烤制物料转动角速度rad/s；rp为夹持串签的半径，m；Ff为弹簧夹持作用下串签所受摩擦力，N；Fe为弹簧弹力，N；m为摩擦系数，无量纲。

串签夹持力及锁固弹簧弹力是该机构设计重要技术参数，若把串签物料作为理想的圆柱刚体进行受力分析，如图3b受力分析，计算串签物料在转动过程中的转动惯量、转矩及夹持力如下

式中为转动惯量，kg/m2；为烤制物料单位面积质量，kg；为薄圆环的半径，为烤制物料圆柱体的质量，kg；d为物料圆柱体的轴向质量元；E为烤制物料转动动能，J；为为烤制物料转动线速度，m/s；分别为校正系数及摩擦系数，取1.5~2；为转矩，=d/d为角加速度；rad/s2；若串签转动角加速度d/d=2p/3，rad/s2，则烤制物料半径=20 mm，则其线速度为10.5 mm/s；串签半径R=2 mm，串签上肉的质量=50 g，校正系数取=2，则弹簧弹力应不低于0.265 N；固定杆啮合齿轮直径6 cm，则当链输送运行速度为1 m/min时，串签自旋转速度为5.3 r/min，保证物料表面受热均匀。

2.2 红外辐射烤制传热及效果分析

碳纤维红外加热管具有控温精确、热流密度高、节能安全等优势，在食品工业广泛应用。试验以羊肉为烤制对象，物料切分规格为2 cm正立方体，分别选用中波范围功率1 000、1 500、2 000、2 500 W 4种型号（管直径16 mm，长度为1.5 m）红外管对物料进行烤制，红外管与肉制品间距3 cm，物料表面温度达到100 ℃左右作为烤制终点，利用热成像技术对不同功率红外管烤制羊肉通过中心横截面的温度分布规律进行对比分析，并用NMR核磁共振技术[18-20]（测试设备及方法见参考文献）对烤制终点样本水分布状况进行分析，如图4、5、6所示。1 000及1 500 W红外管烤制辐射传热速率内外部基本一致，未产生显著的温度变化拐点，但低功率管热流密度也较低，表面温度达到100 ℃左右时烤制时间长，MRI核磁共振成像显示其内部水分失水严重，肉质较硬，1 000 W烤制样本内部最大温差21 ℃，1 500 W烤制时上下表面温差则为23 ℃，肉表面也缺乏应有的色泽，说明风味物质形成及美拉德反应不充分；2 000及2 500 W红外管烤制物料表面出现显著温度衰减层，在肉深度2 mm处温度产生明显的拐点，说明中波红外对肉的辐射穿透深度约为2 mm，深度超过2 mm热量则以传导为主，温度在拐点处下降后又呈上升趋势，说明该层存在水分的大量蒸散带走热量温度降低，样本内部最大温差25 ℃，该功率烤制样品可使表层快速升温产生皮膜层，减少内部水分散失，如图6中MRI水分分布图像所示，样本内部水分含量相对较高，使烤制肉制品具有较好的口感品质；2 500 W红外管烤制肉样本虽然MRI图像显示含水量较高，但内部最大温差高达33 ℃，差值过大使肉制品烤制中产生外糊里生现象，不利于肉制品烤制，因此选用2 000 W红外管进行烤制效果较佳，确定设备左右两侧安装红外管共4根总功率为8 kW。

图4 不同功率红外管烤制羊肉通过中心横截面温度分布

烤制肉制品效果如图5所示。

图5 1 000、1 500及2 000 W红外管烤制羊肉效果

图6 不同加热管烤制终点MRI核磁共振检测水分分布

试验进一步选用规格为2 000 W红外加热管与每米2 kW（两侧各3根1 kW，距离样本5 cm，共计6 kW）电加热管进行非连续式复合烤制，羊肉样本切分规格为2 cm正立方体，中心插入探针式热电偶进行温度测定，系统预热至设定温度160 ℃后试验开始，中心温度达到 75 ℃时为烤制终点，试验重复3次取平均值，则中心温度随时间变化如图7所示。

图7 复合加热烤制中心温度随时间变化规律

肉样本初始中心温度为2.3 ℃，冷鲜肉肌纤维结构排列规则，肌肉细胞与水分子结合紧密，水分含量及热容较高，内外温差驱动能力弱，升温较慢；当中心温度达到20 ℃左右时，此时肉表面温度已达60～70 ℃，由表及里蛋白质逐渐发生变性，肌肉间隙中有水分、脂肪渗出，肌肉内膜及肌束膜收缩，肌纤维结构排列变紧密[21]，内部物质向外渗出过程中形成热流扩散通道，同时表面油脂由于升温较快使热传导过程加强，内外温差加大，肌肉进入快速升温阶段；随着中心温度升高至接近70 ℃时，肌肉内部蛋白质变性完成，形成结实紧密且富有弹性的空间结构，热导率降低，且水分、油脂滴落带走部分表面热量，肌肉内部升温速率略有降低；试验结果显示烤制时间为6 min时，中心温度可达74.2 ℃，因此系统烤制6～7 min即可达到烤制熟化要求。

2.3 改进粒子群算法优化的神经网络PID恒温控制模型

温度精准控制是烤制过程中品质形成的关键因素，通常电加热烤制设备温度控制过程具有惯性及滞后性强，非线性及慢时变等问题，传统PID控温精度较低，难以整定相关参数，控制结果欠佳，利用神经网络按照有监督的Hebb学习规则实现PID权重系数的自动调整，可达到温度精准控制的较优效果，但神经网络PID控制存在超调量过大、稳定时间过长，随机初始权值易使神经网络梯度学习陷入局部最优，试验采用粒子群算法（PSO）对神经网络PID模型初始值进行优化，并在PSO算法基础上引入自适应变异操作，对部分变量以一定概率再次初始化，变异操作可拓展迭代运算中不断缩小的搜索空间，使粒子跳出之前得到的最优位置，同时也可保持种群多样性，提高算法系统寻优效果及温度控制精度。

根据烤制过程热量平衡原理首先得到其温度控制系统的数学模型[18-21]，某时刻加热器件发出的热量等于物料吸收热量、设备体散失热量及溢出热空气带走热量，如下公式（5）所示。

对公式（5）进行整理如下：

对上式进行拉普拉斯变换得，并对相关常数项进行合并简化整理，得到该系统温度控制模型

试验首先基于Matlab软件采用自适应变异改进的PSO算法对推导出的简化数学模型进行计算分析，根据初步试验确定烤制模型参数K1=5，K2=20，tt=10 s，T=20 s，变异算子设定为0.99，进化代数选为400，种群规模设置为40，算法中每个粒子代表一个潜在解，每个粒子代表极值优化问题的一个潜在最优解，用位置、速度、适应度值3项指标表示该粒子特征，适应度最小的粒子确定为最佳权值，最优个体适应度值变化如图8所示，最终得到最佳初始权值为0.044 2，粒子位置及速度为0.094 8、0.091 9，把0.044 2作为神经网络PID模型算法初始值进行后续分析。

从图9中可以看出当烤制温度设定为160 ℃时，自适应优化后神经网络PID算法能够在较短时间内达到稳态，有效避免超调量的产生，系统通过传感器输入人为引起20 ℃超调偏差时，温控系统能够快速响应，有效消除温度偏差，体现出该算法较好的调稳功能。右图则为PID稳定值输出，最终得到最佳模型=0.218 1，=0.63，=−0.151 9。

注：P、I、D分别为偏差的比例、积分和微分。

设备加热管功率为14 kW，当烤制温度设定为160 ℃时，利用常规热电偶及继电器通断控制最高温度可达168.2 ℃，最低温度为154.8 ℃，波动范围13.4 ℃，而采用改进粒子群算法优化神经网络PID温控模型，依靠传感器采集温度信号，通过ATM32单片机运算后输出PWM信号，通过PWM占空比改变可控硅调压器（SCR型50A）对加热管电压进行调整，达到恒温控制目的，则最高温度为162.4 ℃，最低温度为157.3 ℃，上下偏差分别为2.4℃与2.7 ℃，最大波动范围5.1 ℃，显著优于继电器通断控制系统，且减少继电器控制加热装置通断，在满足温度条件的同时减少了能量损耗，实现较好的烤制品质提升及节能目的。

3 基于Android-ATMEGA328P控制系统设计

基于Andriod平台及Atmega328P单片机的自动控制系统设计研制：控制核心部分采用嵌入式开发系统及温度传感模块、电机驱动模块、电压自整定模块及继电器控制模块组成，设备运行采用单片程序控制，并利用平板电脑生成APK文件实现良好的人机界面交互操作，平板电脑与单片机通过USART串行异步接口和蓝牙模块进行通讯；单片机控制程序由C语言编写，人机交互界面程序由Java语言编写。烤制过程首先预热，当温度达到设定之后进入烤制阶段，控制系统原理如图10所示。

图10 设备控制系统工作原理图

3.1 Atmega328P单片机控制系统设计

Atmega328P单片机作为逻辑运算控制核心，该芯片具备1 MIPS / MHz的高速运行处理能力，先进的超功能精简指令集（RISC）结构，高性能，低功耗的AVR（R）8位微控制器，是一款基于低功耗8位CMOS微控制器,增强的AVR RISC架构，数据吞吐率1 MIPS/MHz，所有寄存器都直接连接到算术逻辑单元（ALU），具有六通道PWM及32KB在系统编程FLASH存储器和23个可编程的I/O 口，PWM脉宽平滑调速，片内集成多种频率的RC振荡器、上电自动复位、看门狗、启动延时等功能。温度检测系统通过标准SPI串行外设总线与MAX6675单片热电偶数字转换器连接，热电偶采用PT100，MAX6675电路内部具有信号调节放大器、12位的模拟/数字化热电偶转换器、冷端补偿传感和校正、数字控制器、1个SPI兼容接口和1个相关的逻辑控制；顶盖升降所用直流推杆电机及串签旋转传动系统的直流电机则由L298N直流电机驱动器控制，驱动器则通过I2C总线方式与单片机进行通讯，电加热及红外加热管则通过单片机根据采集温度经优化后PID模型进行控制精准控制，加热器首先与SCR电力控制调压模块电路连接，通过MCU接口与单片机进行通讯，单片机与Android系统通讯则通过USART串口及CSR BC04 蓝牙芯片实现，CSR BC04 蓝牙芯片灵敏度(误码率)达到 -80 dBm，内置2.4 GHz天线，发射功率 3dBm，当Android系统启动蓝牙接口时，首先搜索HC-05配对设备建立通讯连接，单片机工作由专用直流5V电源供电，电源正端为VCC，电源地为GND。电路连接方式如图11、图12所示。

图11 Atmega328P单片机控制电路设计图

图12 Atmega328P单片机控制电路

3.2 Andriod移动端无线通信与控制界面设计

本文采用Android系统的平板电脑（或手机）作为人机交互和复杂算法处理平台，其主要作用是执行系统核心算法，通过蓝牙模块实现与单片机的双工通信，并提供友好的人机交互界面。Andorid是一种以Linux为核心的操作系统，随着平板电脑、手机、智能终端等移动设备的普及，其市场占有率越来越高。

Andorid系统对蓝牙有较好的支持，蓝牙近距离通讯具有灵敏度高、信号稳定等特点，非常适合本系统的单片机和Android数据通信频繁、数据量较大的工况，Android系统的通信模块设计使用的是Android蓝牙类库，包含蓝牙设置、启动、查找、连接等内容，可以高效的进行开发，程序开发主要包括以下几步：1）为软件添加蓝牙控制权限；2）在App启动时候初始化bluetooth Adapter；3）注册广播；4）当点击开启蓝牙时搜索蓝牙设备；5）获取蓝牙socket对象；6）连接蓝牙设备，开启通信线程；7）利用通信协议格式化通信数据。

本文设计的移动端软件需要适应于不同屏幕尺寸的平板电脑和手机，设计是需要兼容不同的屏幕尺寸，Application Framework 提供的接口以及 Java 类库提供解决方案，可使界面设计相对简单。 Activity作为一个具有某一类功能的独立页面，实现与用户之间的交互。多个Activity 之间通过Intent进行通信，用户对页面的打开、关闭、隐藏等操作可以通过Active/Running、Paused、Stoped 和 Killed 等状态转换之间回调接口实现。页面中Button、Label、TextView等用户交互和显示控件，都是由其父类View 提供。本系统通信协议采用Modbus主从RTU传输方式，Android系统作为主机，单片机作为从机，Modbus的RTU协议规定了数据的结构、命令和应答方式，其模式数据帧包含设备地址、功能码、数据信息和CRC校验码等。移动端软件部分界面如图13所示。

图13 人机交互控制界面

4 结 论

1）设计出插拔式串签夹持机构，设计应具有串签插拔方便，夹持效果稳定，可适应于2 mm以上到6 mm的竹签，转速可在5～15 r/min范围调节，则弹簧弹力应不低于0.265 N，正常运行串签自旋转速度5.3 r/min。

2）利用不同功率中波红外管对肉制品烤制确定2 000 W加热管相当热流密度烤制较为适宜，样品内部存在辐射传热和热传导两种方式，辐射穿透深度约2 mm，超过2 mm主要以热传导为主，内部温差为25 ℃；MRI成像显示内部具有相对较高的含水量，优于低功率红外管烤制，而高功率（2 500 W）相当热流密度烤制肉制品内外温差达33 ℃，易造成样本外糊里生现象。

3）根据烤制过程热量平衡原理结合拉氏变换得到系统温度控制数学模型，采用自适应变异优化粒子群算法（PSO）对温控模型初始值进行优化，PSO算法得到初始权值为0.044 2，建立神经网络PID算法，得到最佳模型=0.218 1，=0.63，=−0.151 9，系统温控升温迅速，最大波动范围5.1 ℃，超调量小，稳定性、动态跟踪性良好，降低能量损耗，实现较好的烤制品质提升及节能目的。

4）基于Andriod平台及Atmega328P单片机设计研制自动控制系统，核心部分采用嵌入式开发系统及温度传感模块、电机驱动模块、电压自整定模块及继电器控制模块组成，人机界面操作便捷，控制精准，达到较高水平控制要求。研制出连续式自动化控制串烤设备样机，经初步试验设备设计加热功率14 kW（中红外加热8 kW，电加热管6 kW）可较好满足烤制要求，设备运行速度1 m/min，烤制时间最短为6 min，生产能力1 200串/h，为工业化串烤设备研发提供参考。

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Design and experiment of continuous intelligent skewer-roasted machine with infrared compound heating

Wang Songlei1,2, Yi Weiguo1, Wang Caixia1, He Jianguo1,2※, Kang Ningbo2, Luo Ruiming1

(1.,,750021,; 2.,,750021,)

Developed an continuous and automatic roasting process system and equipment with Android platform and ATMEGA328P embedded system through the optimization of temperature control model, heat transfer analysis and other technologies, Combined the research and development of compound heating system of infrared and electric heat pipes with conveyor system of synchronous chain, and then the process of continuous roasting was achieved by designing self-rotating skewer-roasting structure which can adapt to different diameters of skewers. Meanwhile a temperature control model based on the principle of heat balance was established for this roasting process, and the neural network PID algorithm which based on adaptive particle swarm optimization (PSO) was used to achieve the setting temperature controlling. And then the heat transfer characteristics, depth of radiation penetration and temperature distribution of the central section of infrared grilled meat products with different powers by using infrared thermal imaging technology, finally completed the development of Atmega328P single-chip microcomputer logic operation control system and Android terminal touch screen control interface, and the continuous grill results of meat products got from prototype process system was analyzed. The experimental results showed that The synchronous chain conveyor system and the spin mechanism were combined to reach the continuous roasting process, the plug-pull gripper can adapt to the skewer range of 2-6 mm in diameter which clamping force should not be less than 0.265 N, the skewing-rotation speed was 5.3 r/min when the conveyor system runs was programmed at 1m/min.The initial value of the temperature control model was optimized by the adaptive mutation optimization particle swarm optimization (PSO) algorithm, and the initial weight obtained was 0.044 2 and then the parameters of=0.218 1,=0.63,=0.151 9 were acquired by the PSO algorithm optimized neural network PID model which control temperature upper and lower deviation were 2.4 and 2.7 ℃ when the grilling temperature was set at 160 ℃, the maximum deviation was 5.1 ℃ of this constant temperature system. Compared with the effects of different infrared heater when the roasting samples surface temperature reaches 100 ℃, we got the best baking of 2 000 W medium-wave infrared heater and acquired the gradient temperature difference between surface to center was 25℃ from infrared thermal imaging technology, in the meantime we got the depth of radiation heat tranfer penetration in meat was about 2 mm which similar to the heater of 2 500 W, the inner part of the meat samples heat transfer was mainly by conduction,on the other hand the nuclear magnetic resonance imaging (MRI) showed that the internal moisture content of the meat samples were better than the roasting effects of 1 000 and 1 500 W infrared heater. The core parts of automatic controls system was composed of embedded development system and temperature sensing module, motor driving module, bluetooth communication module,voltage self-setting module and relay control module,and the ATMEGA328P embedded control system acted accurately, and the Android touch screen control interface responsed rapidly. The shortest time of meat samples grilled by this equipment system was 6 minutes when the system power was designed to be 14 kW, and the yield of it was up to 1 200 strings/h. It provides a perfect technical reference for development of industrial and continuous skewer roasting equipments.

temperature control; models; heat transfer; continuous roasting machine; ATMEGA328P embedded control system; Android platform

10.11975/j.issn.1002-6819.2019.15.009

TS251.4+2

A

1002-6819(2019)-15-0063-08

2019-03-31

2019-08-22

宁夏自治区重点研发计划项目，国家重点研发计划课题（2018YFD0400101）

王松磊，博士生，主要从事农产品无损检测技术及加工装备研发。Email：wangsonglei163@126.com

何建国，教授，博导，主要从事农产品智能加工装备研发。Email：Hejg@nxu.edu.cn

王松磊，弋伟国，王彩霞，何建国，康宁波，罗瑞明. 红外复合加热型连续式智能串烤机设计与试验[J]. 农业工程学报，2019，35(15)：63－70. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.15.009 http://www.tcsae.org

Wang Songlei, Yi Weiguo, Wang Caixia, He Jianguo, Kang Ningbo, Luo Ruiming. Design and experiment of continuous intelligent skewer-roasted machine with infrared compound heating[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2019, 35(15): 63－70. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.15.009 http://www.tcsae.org