CN111006252B - 一种用于灶具的温度调节控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于灶具的温度调节控制方法，具体按照如下步骤实施：S1，灶具点火启动，开始烹饪；S2，实时检测位于所述灶具上的锅具的当前温度T当前；S3，根据当前温度T当前与目标温度T目标之间的关系选择进行温度粗调、温度细调或者温度不调节；当选择粗调时进入S4，选择细调时进入S5；S4，根据所述S2中的当前温度T当前和预设的最低温度T低以及最高温度T高之间的关系对对温度进行粗调，温度粗调后返回S3；S5，采用PID算法对温度进行细调直至当前温度达到目标温度。本发明实现了粗调和细调的结合，达到了快速调温的目的。
Description
技术领域
本发明属于灶具温度控制技术领域，具体涉及一种用于灶具的温度调节控制方法。
背景技术
目前市面上销售的燃气灶绝大多数都不带温度检测和控制，但是随着灶具智能化程度越来越高，特别是智能烹饪越来越受到年轻消费者的喜欢，要实现智能烹饪的核心技术是对锅具的温度进行精准控制，才能做出可口美味的菜肴，实现智能烹饪，因此需要对锅具进行温度检测，再根据检测到的温度和目标温度进行闭环控制，调节火力大小，实现准确控温的效果，达到智能烹饪的目的。
目前对温度的调节主要是两种方式，一种方式为回差式控制，即当测试到的温度值大于某一高温度阀值即停止工作部件工作，低于某一低温度阀值即开始工作部件工作，高温度阀值和低温度阀值有一段差值，即形成回差控制；该种控制方式简单，优缺点都很明显，优点是可以快速的响应温度的变化，缺点是不能精确达到预设温度，调节过程会形成温度的较大波动。另外一种方式为常用的PID(比例、积分和微分)控制调节方式，该种方式的特点是通过被调节***的特效进行比例、积分和微分系数的选择，就可以精确控制温度，该种控制方式可以较为快速的达到预设温度，实现温度精确控制，但是在控制过程的初期阶段容易实形成形成温度过冲。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种用于灶具的温度调节控制方法，通过当前温度与目标温度值的差值范围进行不同的调节控制方法，实现粗调和细调相结合，达到了快速并且准确的对温度进行调节控制。
本发明所采用的技术方案是：
一种用于灶具的温度调节控制方法，具体按照如下步骤实施：
S1，灶具点火启动，开始烹饪；
S2，实时检测位于所述灶具上的锅具的当前温度T当前；
S3，根据当前温度T当前与目标温度T目标之间的关系选择进行温度粗调、温度细调或者温度不调节；当选择粗调时进入S4，选择细调时进入S5；
S4，根据所述S2中的当前温度T当前和预设的最低温度T低以及最高温度T高之间的关系对对温度进行粗调，温度粗调后返回S3；
S5，采用PID算法对温度进行细调直至当前温度达到目标温度。
优选地，所述S5中采用PID算法对温度进行细调，具体为：
S51，采集当前温度差e(t)以及前一时刻的温度差e(t-1)，其中，t≥2；
S52，根据如下公式对灶具的温度进行细调节：
u(t)＝kp*e(t)+ki*[e(1)+e(2)+....+e(t)]+kd*[e(t)-e(t-1)]
上式中，kp为比例环节系数，ki为积分环节系数，kd为微分环节系数， u(t)为细调节之后灶具的温度。
优选地，所述S5中对温度进行细调节，具体为：
通过恒流驱动电路调节比例电磁阀的驱动电流，进而实现对火力大小进行粗调节以及对温度进行细调节。
优选地，所述恒流驱动电路包括芯片CN5，所述芯片CN5的第二引脚、第四引脚和第六引脚共接后，一路与第十二二极管D12连接，另一路通过第三十六电容C36和芯片CN5的第八引脚连接，所述第三十六电容C36和第四电阻RJ4并联，所述第十二二极管D12和第六三极管Q6的集电极连接，所述第六三极管Q6的发射极一路接24V，另一路通过是五十五电阻R55和第六三极管Q6的基极连接，所述第六三极管Q6的基极还通过第九十一电阻R91接第二十三三极管Q23的集电极，所述第二十三三极管Q23的发射极一路和第十二二极管D12连接，另一路和运算放大器L的第四引脚连接，所述运算放大器L的第一引脚一路和第二十三三极管Q23的基极连接，另一路和第五十六电阻R56连接，所述第五十六电阻R56一路和第十二电容C12连接，另一路和运算放大器L的第八引脚共接+12V，所述运算放大器L 的第八引脚通过第三十八电阻R38和运算放大器L的第二引脚连接且共同与第七十四电阻R74连接，所述运算放大器L的第三引脚一路通过第七十六电阻R76和单片机的输出口连接，另一路通过第十三电容C13和运算放大器L 的第四引脚共接第七十四电阻R74，还包括设置在运算放大器L第二引脚和第四引脚之间的第二十七电容C27。
优选地，通过调节所述单片机的输出口的PWM占空比调节所述比例电磁阀的驱动电流，所述单片机的输出口的PWM占空比通过PID算法进行调节。
优选地，所述S3中根据当前温度T当前与目标温度T目标之间的关系选择进行温度粗调、温度细调或者温度不调节，具体为：
当△T≤2℃时，温度不调节；
当2℃＜△T≤20℃，进行温度细调；
当△T＞20℃时，进行温度粗调；
其中，△T为当前温度T当前与目标温度T目标之间的差值。
优选地，所述S4中根据当前温度T当前和预设的最低温度T低以及最高温度T高之间的关系对对温度进行粗调，具体为：
S41，判断所述S2中的当前温度T当前是否大于预设的最高温度T高，若是，则调整灶具的火力档位至最小火力并进入S5；反之进入S42；
S42，判断当前温度T当前是否小于预设的最高温度T低，若是，则调整灶具的火力至最大火力并继续检测锅具的当前温度直至当前温度大于预设的最高温度T高，返回S41；反之进入S43；
S43，维持原有火力档位继续进行烹饪，并继续检测锅具的当前温度直至当前温度大于预设的最高温度T高，返回S41。
优选地，所述预设的最低温度T低和最高温度T高均小于目标温度T目标，且最低温度T低小于最高温度T高。
优选地，所述第六三极管Q6的型号为：TIP42C。
优选地，所述第二十三三极管Q23的型号为：2N5551。
与现有技术相比，本发明使用时，灶具点火启动，开始烹饪，实时检测位于所述灶具上的锅具的当前温度；之后根据当前温度与目标温度之间的关系选择进行温度粗调、温度细调或者温度不调节；当选择粗调时根据当前温度和预设的最低温度以及最高温度之间的关系对对温度进行粗调，粗调结束后再进行细调，当选择细调时，采用PID算法对温度进行细调直至当前温度达到目标温度。本发明实现了粗调和细调的结合，达到了快速调温的目的。
附图说明
图1是本发明实施例提供一种用于灶具的温度调节控制方法的流程图；
图2是本发明实施例提供一种用于灶具的温度调节控制方法中恒流驱动电路的电路图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在本发明的描述中，需要明确的是，术语“垂直”、“横向”、“纵向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“水平”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅仅是为了便于描述本发明，而不是意味着所指的装置或元件必须具有特有的方位或位置，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明实施例提供一种用于灶具的温度调节控制方法，如图1所示，具体按照如下步骤实施：
S1，灶具点火启动，开始烹饪；
S2，实时检测位于所述灶具上的锅具的当前温度T当前；
具体地，可以通过温度传感器采集锅具的温度，温度传感器设置在锅具底部；
S3，根据当前温度T当前与目标温度T目标之间的关系选择进行温度粗调、温度细调或者温度不调节；当选择粗调时进入S4，选择细调时进入S5；
具体地，当△T≤2℃时，温度不调节；
当2℃＜△T≤20℃，进行温度细调；
当△T＞20℃时，进行温度粗调；
其中，△T为当前温度T当前与目标温度T目标之间的差值；
即当当前温度T当前与目标温度T目标之间的差值较大时，进行粗调，避免了细调速度过慢；当前温度T当前与目标温度T目标之间的差值较小时，进行细调，防止粗调使温度变化较大；
另外，上述的进行温度不调节、进行温度细调和进行温度粗调时的临界温度可以根据环境温度或者不同型号的灶具进行自定义；
S4，根据所述S2中的当前温度T当前和预设的最低温度T低以及最高温度T高之间的关系对对温度进行粗调，温度粗调后返回S3；
S5，采用PID算法对温度进行细调直至当前温度达到目标温度。
所述S5中采用PID算法对温度进行细调，具体为：
S51，采集当前温度差e(t)以及前一时刻的温度差e(t-1)，其中，t≥2；
S52，根据如下公式对灶具的温度进行细调节：
u(t)＝kp*e(t)+ki*[e(1)+e(2)+....+e(t)]+kd*[e(t)-e(t-1)]
上式中，kp为比例环节系数，ki为积分环节系数，kd为微分环节系数， u(t)为细调节之后灶具的温度。
假设不同时刻的温度分别为T1、T2、T3……Tn、Tn+1……；
并且假设Tn为当前时刻温度，即T当前；
则e(t)＝Tn-Tn-1；e(t-1)＝Tn-1-Tn-2。
并且，比例环节系数kp具有比例调节作用：是按比例反应***的偏差, ***一旦出现了偏差,比例调节立即产生调节作用用以减少偏差，比例作用大, 可以加快调节,减少误差,但是过大的比例,使***的稳定性下降,甚至造成***的不稳定。
积分环节系数ki具有积分调节作用：是使***消除稳态误差,提高无差度。因为有误差,积分调节就进行,直至无差,积分调节停止,积分调节输出一常值。积分作用的强弱取决与积分时间常数Ti,Ti越小,积分作用就越强。反之 Ti大则积分作用弱,加入积分调节可使***稳定性下降,动态响应变慢。
微分环节系数kd具有微分调节作用：是使***消除稳态误差,提高无差度。因为有误差,积分调节就进行,直至无差,积分调节停止,积分调节输出一常值。增大微分时间Td有利于加快***的响应速度，使***超调量减小，稳定性增加，但***对扰动的抑制能力减弱。
所述S4中根据当前温度T当前和预设的最低温度T低以及最高温度T高之间的关系对对温度进行粗调，具体为：
S41，判断所述S2中的当前温度T当前是否大于预设的最高温度T高，若是，则调整灶具的火力档位至最小火力并进入S5；反之进入S42；
S42，判断当前温度T当前是否小于预设的最高温度T低，若是，则调整灶具的火力至最大火力并继续检测锅具的当前温度直至当前温度大于预设的最高温度T高，返回S41；反之进入S43；
S43，维持原有火力档位继续进行烹饪，并继续检测锅具的当前温度直至当前温度大于预设的最高温度T高，返回S41。
所述预设的最低温度T低以及最高温度T高均小于目标温度T目标，且最低温度T低小于最高温度T高。
所述S5中对温度进行细调节，具体为：
通过恒流驱动电路调节比例电磁阀的驱动电流，进而实现对火力大小进行粗调节以及对温度进行细调节；
通过调节所述单片机的输出口的PWM占空比调节所述比例电磁阀的驱动电流，所述单片机的输出口的PWM占空比通过PID算法进行调节。
具体地，常见比例电磁阀的主要参数为：最小输出压力：当比例阀电流为100mA时，出口压力按300±50Pa调定；最大输出压力：当比例阀电流在170±10mA范围内，出口压力为1400±100Pa；
恒流驱动电路与PWM占空比之间的关系：恒流驱动电路可以输出0～ 256mA，对应的PWM占空比为0～100％，两者成正比例关系。控制器的单片机输出PWM不同的占空比来控制不同的电流值，从而可以控制比例阀达到不同的开度，形成不同的火力大小。
根据比例电磁阀的参数，电流在100～170mA之间可以正常工作，小于 100mA比例电磁阀关闭，恒电流驱动电路可以线性输出0～256mA电流，即当PWM占空比为0～100％时线性输出电流为0～256mA电流，占空比为 39～66％时线性输出电流为100～170mA电流，即当输出小于39％的占空比的PWM时，比例电磁阀关闭，不输出燃气；当输出39％占空比的PWM时，恒电流驱动电路输出100mA电流，比例电磁阀保持最小开度，输出压力 300Pa的燃气；当输出66％占空比的PWM时，恒电流驱动电路输出170mA 电流，比例电磁阀保持最大开度，输出压力1400Pa的燃气。
设需要调温的目标为T目标为100℃，高温度阀值为T高为90℃，低温度阀值为T低为80℃，当前输出的PWM占空比为55％，即驱动比例电磁阀的电流为256*55％＝140mA，属于较大火力，控制器通过温度检测装置测试到的当前温度T为86℃，即T<T高，提高当前的PWM占空比到有效最大值66％，即驱动恒电流驱动电路输出电流为170mA，比例电磁阀的开度达到最大，输出压力1400Pa的燃气，达到最大火力。继续检测温度值T，当T<T高时，继续按当前的PWM占空比输出，即保持当前的火力大小，直到当T>T高时, 降低当前的PWM占空比到到39％，即输出驱动电流为100mA，比例电磁阀保持最低开度，保持最小火力加热。
当保持最小火力加热之后，进行PID控制方式对温度进行精确调节。
另外，如图2所示，所述恒流驱动电路包括芯片CN5，所述芯片CN5 的第二引脚、第四引脚和第六引脚共接后，一路与第十二二极管D12连接，另一路通过第三十六电容C36和芯片CN5的第八引脚连接，所述第三十六电容C36和第四电阻RJ4并联，所述第十二二极管D12和第六三极管Q6的集电极连接，所述第六三极管Q6的发射极一路接24V，另一路通过是五十五电阻R55和第六三极管Q6的基极连接，所述第六三极管Q6的基极还通过第九十一电阻R91接第二十三三极管Q23的集电极，所述第二十三三极管Q23的发射极一路和第十二二极管D12连接，另一路和运算放大器L的第四引脚连接，所述运算放大器L的第一引脚一路和第二十三三极管Q23 的基极连接，另一路和第五十六电阻R56连接，所述第五十六电阻R56一路和第十二电容C12连接，另一路和运算放大器L的第八引脚共接+12V，所述运算放大器L的第八引脚通过第三十八电阻R38和运算放大器L的第二引脚连接且共同与第七十四电阻R74连接，所述运算放大器L的第三引脚一路通过第七十六电阻R76和单片机的输出口连接，另一路通过第十三电容C13和运算放大器L的第四引脚共接第七十四电阻R74，还包括设置在运算放大器L第二引脚和第四引脚之间的第二十七电容C27；
所述第六三极管Q6的型号为TIP42C，所述第二十三三极管Q23的型号为2N5551。
本实施例中灶具点火启动，开始烹饪，实时检测位于所述灶具上的锅具的当前温度；之后根据当前温度与目标温度之间的关系选择进行温度粗调、温度细调或者温度不调节；当选择粗调时根据当前温度和预设的最低温度以及最高温度之间的关系对对温度进行粗调，粗调结束后再进行细调，当选择细调时，采用PID算法对温度进行细调直至当前温度达到目标温度。本发明实现了粗调和细调的结合，达到了快速调温的目的。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种用于灶具的温度调节控制方法，其特征在于，具体按照如下步骤实施：
S1，灶具点火启动，开始烹饪；
S2，实时检测位于所述灶具上的锅具的当前温度T当前；
S3，根据当前温度T当前与目标温度T目标之间的关系选择进行温度粗调、温度细调或者温度不调节；当选择粗调时进入S4，选择细调时进入S5；
S4，根据所述S2中的当前温度T当前和预设的最低温度T低以及最高温度T高之间的关系对对温度进行粗调，温度粗调后返回S3；
S5，采用PID算法对温度进行细调直至当前温度达到目标温度；
所述S4中根据当前温度T当前和预设的最低温度T低以及最高温度T高之间的关系对对温度进行粗调，具体为：
S41，判断所述S2中的当前温度T当前是否大于预设的最高温度T 高，若是，则调整灶具的火力档位至最小火力并进入S5；反之进入S42；
S42，判断当前温度T当前是否小于预设的最高温度T低，若是，则调整灶具的火力至最大火力并继续检测锅具的当前温度直至当前温度大于预设的最高温度T高，返回S41；反之进入S43；
S43，维持原有火力档位继续进行烹饪，并继续检测锅具的当前温度直至当前温度大于预设的最高温度T高，返回S41；
其中，所述预设的最低温度T低以及最高温度T高均小于目标温度T目标，且最低温度T低小于最高温度T高。
2.根据权利要求1所述的一种用于灶具的温度调节控制方法，其特征在于，所述S5中采用PID算法对温度进行细调，具体为：
S51，采集当前温度差e(t)以及前一时刻的温度差e(t-1)，其中，t≥2；
S52，根据如下公式对灶具的温度进行细调节：
u(t)＝kp*e(t)+ki*[e(1)+e(2)+....+e(t)]+kd*[e(t)-e(t-1)]
上式中，kp为比例环节系数，ki为积分环节系数，kd为微分环节系数，u(t)为细调节之后灶具的温度。
3.根据权利要求2所述的一种用于灶具的温度调节控制方法，其特征在于，所述S5中对温度进行细调节，具体为：
通过恒流驱动电路调节比例电磁阀的驱动电流，进而实现对火力大小进行粗调节以及对温度进行细调节。
4.根据权利要求3所述的一种用于灶具的温度调节控制方法，其特征在于，所述恒流驱动电路包括芯片CN5，所述芯片CN5的第二引脚、第四引脚和第六引脚共接后，一路与第十二二极管D12连接，另一路通过第三十六电容C36和芯片CN5的第八引脚连接，所述第三十六电容C36和第四电阻RJ4并联，所述第十二二极管D12和第六三极管Q6的集电极连接，所述第六三极管Q6的发射极一路接24V，另一路通过是五十五电阻R55和第六三极管Q6的基极连接，所述第六三极管Q6的基极还通过第九十一电阻R91接第二十三三极管Q23的集电极，所述第二十三三极管Q23的发射极一路和第十二二极管D12连接，另一路和运算放大器L的第四引脚连接，所述运算放大器L的第一引脚一路和第二十三三极管Q23的基极连接，另一路和第五十六电阻R56连接，所述第五十六电阻R56一路和第十二电容C12连接，另一路和运算放大器L的第八引脚共接+12V，所述运算放大器L的第八引脚通过第三十八电阻R38和运算放大器L的第二引脚连接且共同与第七十四电阻R74连接，所述运算放大器L的第三引脚一路通过第七十六电阻R76和单片机的输出口连接，另一路通过第十三电容C13和运算放大器L的第四引脚共接第七十四电阻R74，还包括设置在运算放大器L第二引脚和第四引脚之间的第二十七电容C27。
5.根据权利要求4所述的一种用于灶具的温度调节控制方法，其特征在于，通过调节所述单片机的输出口的PWM占空比调节所述比例电磁阀的驱动电流，所述单片机的输出口的PWM占空比通过PID算法进行调节。
6.根据权利要求1-5任一项所述的一种用于灶具的温度调节控制方法，其特征在于，所述S3中根据当前温度T当前与目标温度T目标之间的关系选择进行温度粗调、温度细调或者温度不调节，具体为：
当△T≤2℃时，温度不调节；
当2℃＜△T≤20℃，进行温度细调；
当△T＞20℃时，进行温度粗调；
其中，△T为当前温度T当前与目标温度T目标之间的差值。
7.根据权利要求4所述一种用于灶具的温度调节控制方法，其特征在于，所述第六三极管Q6的型号为：TIP42C。
8.根据权利要求7所述的一种用于灶具的温度调节控制方法，其特征在于，所述第二十三三极管Q23的型号为：2N5551。
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