人工智能控制电烤箱

杨虎

（1.山西工程职业技术学院，山西太原030009；2.太原理工大学，山西太原030024）

人工智能控制电烤箱

杨虎1，2

（1.山西工程职业技术学院，山西太原030009；2.太原理工大学，山西太原030024）

利用人工智能控制对电烤箱进行人性化设计，在设计时先采用检测系统得到烤箱的环境参数，并用控制电路和相应程序对烤制过程的参量进行控制，使食物的烤制达到满意效果。

人工智能控制电路电烤箱

近几年，人工智能发展很快，利用人工智能控制生产已屡见不鲜。而人工智能在我们的生活中也可以得到广泛应用，使用人工智能控制电烤箱工作便是一例。

电烤箱的工作过程是由用户来确定利用电烤箱进行烤制的食品的类型和数量；由用户确定电烤箱所需工作时间以后，予以预置，然后启动电烤箱工作。

根据食品的类型、数量、加热温升以及电烤箱性能等因素来设定电烤箱的工作时间，往往需要有一定的经验。如果电烤箱工作时间过短，烤制效果不好；电烤箱工作时间过长，对水分少的食品可能会产生过热碳化的现象［1］。

我们采用人工智能技术来对原有电烤箱进行新的设计和控制，可以根据食品的类型、数量、加热温升以及电烤箱性能等诸多因素，确定工作时间，以保证烤制的效果符合要求。

1 控制电路和结构

1.1 检测电路

共有红外检测、温度检测、湿度检测三个检测电路。

红外检测电路由红外敏感器件和放大电路组成，用于检测被烤制食物的内部温度。由红外检测电路所测出的食物的放射能量传给单片微机［1］，通过处理、计算，得到食物的内部温度T。

温度检测电路由温度传感器组成，并且安装在炉腔内，用于检测炉腔内部的温度。在加热丝进行食物保温或特殊加热时，使用温度检测器，以使炉腔内的温度能保持在一定的水平。温度检测电路与红外检测电路在不同工况时工作，起互补作用。

湿度检测电路采用湿敏电容作为传感器，安装在电烤箱的排气孔附近，用于测定食物的含水量的多少。在微波加热过程中，食物的含水量不同，其损耗系数就不同。一般情况下，含水量越多，食物的损耗系数越大，所需微波加热的时间越短，效率越高。

1.2 按键和炉门开关

按键用于输入有关食物的特征信号和控制信号，设有9个按键：1～5，A，B，C，启/停。

按键1～5用于输入食品的类型（按介电性质即损耗系数和比热排列）。按键编号1，2，3，4，5分别是食品类型，即水、蔬菜、牛肉、肥肉、油类；汤类、精肉、面、油浸品、鱼蛋。

按键A，B，C用于指示烤制方式，A为输入快煮方式，B为输入普通煮方式，C为输入慢煮方式。

按键启/停用于启动和停止电烤箱。

烤箱门开关用于检测炉门的开启或关闭状态。炉门开启时，磁控管停止工作；炉门关闭时，在磁控管工作后接通炉腔内的照明灯，便于观察炉腔内的情况。

1.3 输出控制电路

（1）磁控管控制电路：磁控管在固定的磁感应强度和稳定的阳极电压下工作，其输出功率恒定，效率也保持基本不变［2］。采用占空比调节磁控管输出功率平均值的方法实现磁控管控制电路的功能。

（2）加热丝控制电路：对加热丝的控制，可以采用移相调压电路或占空比调节的方法实现加热丝控制电路的功能。

（3）炉腔照明控制电路：一个很简单的开关电路。

1.4 显示和报警电路

（1）显示电路：4个发光二极管(七段显示)，两位显示“分”，两位显示“秒”；1个指示灯，指示电烤箱处于工作或停止状态。

（2）报警电路：由陶瓷喇叭组成，可用于在电烤箱工作倒计时为零时或电烤箱空载时报警。

1.5 单片微机

单片微机是一个控制器，根据输入的检测结果（温度、湿度、红外检测的结果）经过推理分别控制磁控管、加热器、报警电路等。

单片微机应具有能满足性能要求的CPU、足够的A/D转换器、相应的I/O口、一定的内存容量等。

2 智能控制与推理规则

在人工智能控制电烤箱中，需要考虑的因数有5个：食物类型、食物质量、食物温升、工作功率和工作时间。控制电烤箱时，要求电烤箱能自动推断被烤制食物质量和烤制工作时间。

2.1 考虑参数

在控制电烤箱中，应考虑6个物理量［2］：工作时间t，食物质量m，食物比热容c，输出功率P，加热效率η和食物温升ΔT。

加热效率η对固定的电烤箱可看作常数；食物（烤制）温升ΔT一般为100℃左右。食物比热容c分为小(S)、中小(MS)、中(M)、中大(MB)、大(B)。食物质量m分为很轻(VL)、轻(L)、中(M)、重(H)、很重(VH)。输出功率P分为小(S)、中小(MS)、中(M)、中大(ML)、大(L)。工作时间t分为极短(VS)、短(S)、中短(MS)、中(M)、中长(ML)、长(L)、极长(VL)。

2.2 食物质量m的推理

取工作时间t#=20s，食物加热20s后的温升为ΔT，其量分为很小(VS)、小(S)、中小(MS)、中(M)、中大(ML)、大(L)、很大(VL)。推理条件语句：if c andΔT then m，最多可有35条规则。推理结果：得到食物质量m*，再经过判决，得到食物质量的精确量m。

2.3 烤制工作时间t的推理

烤制工作时间是电烤箱工作的关键参数，其正确与否将影响食物烤制的效果。t∝m cΔT/Pη，推理的输入量为食物比热容c，食物质量m，加热输出功率P；模糊推理的输出量为烤制工作时间t；加热效率η是一个不变量；一般烤制时ΔT=100℃，解冻时ΔT=25℃。模糊推理条件语句：if c and m and P then t为减少规则数目。简化设计，在烤制过程中可将输出功率P固定为某个数值，仅考虑食物比热容c和食物质量m两个输入变量，进行模糊逻辑推理，则：if c and m then t(P=Constant)。例如：P=1 000 W，P=600W，P=200W等。推理的结果：得到烤制时间t*，再经过计算判决，得到烤制时间的精确量t'。烤制时间的精确量t'减去食物质量m推理时的工作时间t#(20 s)，才是尚需的烤制时间t，即t=t'-t#=t'－20。

2.4 控制软件

控制软件由主控程序和过零中断程序组成［3］。

2.4.1 主控程序

主控程序由五大部分组成，即：初始化、不定类型食物推理、特定类型食物推理、磁控管工作控制、加热丝工作控制。

（1）初始化：初始化设置堆栈，置I/O初态，无数字显示的代码等。

（2）不定类型食物推理：以中等比热容、中等功率情况进行推理，用户将食品放入炉腔→关上炉门→按启动按键→不定类型食物推理程序段。

（3）特定类型食物推理：在用户键入“食物类型（即食物比热容）”和“烹煮方法（烤制功率）”后，启动电烤箱。

（4）磁控管工作控制：磁控管工作参数有输出功率P和工作时间t。输出功率P是由用户以键盘输入［4］，工作时间t则由推理结果给出。

（5）加热丝工作控制：加热丝工作用于保温控制，根据温度检测器测出的炉腔实际温度与保温温度的偏差，对加热丝进行占空比控制。

2.4.2 过零中断程序

过零中断程序将交流电源变压器次级的交流低压信号整流，通过一级反向放大，得到过零正脉冲信号。经再次反向，得到过零中断请求信号。过零中断一经响应，进入过零中断程序，用于时间显示、周波计数、磁控管占空比控制和加热丝占空比控制［3］。

3 结语

根据主控程序和过零中断程序的功能原理，配合相应的程序设计，可以将电烤箱工作的关键参数（工作时间t，食物重量m，食物比热容c，输出功率P，加热效率η和食物温升ΔT）调整到合适的范围，并且对食物的比热容和质量进行合理的配置，使得电烤箱更能符合大众的需求。

［1］高济.人工智能高级技术导论［M］.北京：高等教育出版社，2009.

［2］王万良.人工智能及其应用［M］.北京：高等教育出版社，2008.

［3］张仰森.人工智能教程［M］.北京：高等教育出版社，2008.

（编辑：胡玉香）

Artificial Intelligent Control Oven

YANG Hu1,2
（1.Shanxi Engineering Vocational College，Taiyuan 030009，China; 2.Taiyuan University of Technology，Taiyuan 030024，China）

Using artificial intelligence to control the human touch oven design,first used in the design of detection system is the environmental parameters of the oven and use the control circuit and the corresponding process parameters on the baking process control,so food is baked to achieve satisfactory results.

artificial intelligence,control circuit,electric oven

book=47,ebook=80

TP311

A

2010-02-25

杨虎（1980-），男，在山西冶金职业技术学院从事教学工作，太原理工大学信息学院在职研究生。Tel：13509732969，E-mail：yanghu007@126.com

1672-1152（2010）02-0040-02