人工智能控制電烤箱

楊虎

（1.山西工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西太原030009；2.太原理工大學(xué)，山西太原030024）

人工智能控制電烤箱

楊虎1，2

（1.山西工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西太原030009；2.太原理工大學(xué)，山西太原030024）

利用人工智能控制對電烤箱進(jìn)行人性化設(shè)計，在設(shè)計時先采用檢測系統(tǒng)得到烤箱的環(huán)境參數(shù)，并用控制電路和相應(yīng)程序?qū)局七^程的參量進(jìn)行控制，使食物的烤制達(dá)到滿意效果。

人工智能控制電路電烤箱

近幾年，人工智能發(fā)展很快，利用人工智能控制生產(chǎn)已屢見不鮮。而人工智能在我們的生活中也可以得到廣泛應(yīng)用，使用人工智能控制電烤箱工作便是一例。

電烤箱的工作過程是由用戶來確定利用電烤箱進(jìn)行烤制的食品的類型和數(shù)量；由用戶確定電烤箱所需工作時間以后，予以預(yù)置，然后啟動電烤箱工作。

根據(jù)食品的類型、數(shù)量、加熱溫升以及電烤箱性能等因素來設(shè)定電烤箱的工作時間，往往需要有一定的經(jīng)驗。如果電烤箱工作時間過短，烤制效果不好；電烤箱工作時間過長，對水分少的食品可能會產(chǎn)生過熱碳化的現(xiàn)象［1］。

我們采用人工智能技術(shù)來對原有電烤箱進(jìn)行新的設(shè)計和控制，可以根據(jù)食品的類型、數(shù)量、加熱溫升以及電烤箱性能等諸多因素，確定工作時間，以保證烤制的效果符合要求。

1 控制電路和結(jié)構(gòu)

1.1 檢測電路

共有紅外檢測、溫度檢測、濕度檢測三個檢測電路。

紅外檢測電路由紅外敏感器件和放大電路組成，用于檢測被烤制食物的內(nèi)部溫度。由紅外檢測電路所測出的食物的放射能量傳給單片微機(jī)［1］，通過處理、計算，得到食物的內(nèi)部溫度T。

溫度檢測電路由溫度傳感器組成，并且安裝在爐腔內(nèi)，用于檢測爐腔內(nèi)部的溫度。在加熱絲進(jìn)行食物保溫或特殊加熱時，使用溫度檢測器，以使?fàn)t腔內(nèi)的溫度能保持在一定的水平。溫度檢測電路與紅外檢測電路在不同工況時工作，起互補作用。

濕度檢測電路采用濕敏電容作為傳感器，安裝在電烤箱的排氣孔附近，用于測定食物的含水量的多少。在微波加熱過程中，食物的含水量不同，其損耗系數(shù)就不同。一般情況下，含水量越多，食物的損耗系數(shù)越大，所需微波加熱的時間越短，效率越高。

1.2 按鍵和爐門開關(guān)

按鍵用于輸入有關(guān)食物的特征信號和控制信號，設(shè)有9個按鍵：1～5，A，B，C，啟/停。

按鍵1～5用于輸入食品的類型（按介電性質(zhì)即損耗系數(shù)和比熱排列）。按鍵編號1，2，3，4，5分別是食品類型，即水、蔬菜、牛肉、肥肉、油類；湯類、精肉、面、油浸品、魚蛋。

按鍵A，B，C用于指示烤制方式，A為輸入快煮方式，B為輸入普通煮方式，C為輸入慢煮方式。

按鍵啟/停用于啟動和停止電烤箱。

烤箱門開關(guān)用于檢測爐門的開啟或關(guān)閉狀態(tài)。爐門開啟時，磁控管停止工作；爐門關(guān)閉時，在磁控管工作后接通爐腔內(nèi)的照明燈，便于觀察爐腔內(nèi)的情況。

1.3 輸出控制電路

（1）磁控管控制電路：磁控管在固定的磁感應(yīng)強(qiáng)度和穩(wěn)定的陽極電壓下工作，其輸出功率恒定，效率也保持基本不變［2］。采用占空比調(diào)節(jié)磁控管輸出功率平均值的方法實現(xiàn)磁控管控制電路的功能。

（2）加熱絲控制電路：對加熱絲的控制，可以采用移相調(diào)壓電路或占空比調(diào)節(jié)的方法實現(xiàn)加熱絲控制電路的功能。

（3）爐腔照明控制電路：一個很簡單的開關(guān)電路。

1.4 顯示和報警電路

（1）顯示電路：4個發(fā)光二極管(七段顯示)，兩位顯示“分”，兩位顯示“秒”；1個指示燈，指示電烤箱處于工作或停止?fàn)顟B(tài)。

（2）報警電路：由陶瓷喇叭組成，可用于在電烤箱工作倒計時為零時或電烤箱空載時報警。

1.5 單片微機(jī)

單片微機(jī)是一個控制器，根據(jù)輸入的檢測結(jié)果（溫度、濕度、紅外檢測的結(jié)果）經(jīng)過推理分別控制磁控管、加熱器、報警電路等。

單片微機(jī)應(yīng)具有能滿足性能要求的CPU、足夠的A/D轉(zhuǎn)換器、相應(yīng)的I/O口、一定的內(nèi)存容量等。

2 智能控制與推理規(guī)則

在人工智能控制電烤箱中，需要考慮的因數(shù)有5個：食物類型、食物質(zhì)量、食物溫升、工作功率和工作時間。控制電烤箱時，要求電烤箱能自動推斷被烤制食物質(zhì)量和烤制工作時間。

2.1 考慮參數(shù)

在控制電烤箱中，應(yīng)考慮6個物理量［2］：工作時間t，食物質(zhì)量m，食物比熱容c，輸出功率P，加熱效率η和食物溫升ΔT。

加熱效率η對固定的電烤箱可看作常數(shù)；食物（烤制）溫升ΔT一般為100℃左右。食物比熱容c分為小(S)、中小(MS)、中(M)、中大(MB)、大(B)。食物質(zhì)量m分為很輕(VL)、輕(L)、中(M)、重(H)、很重(VH)。輸出功率P分為小(S)、中小(MS)、中(M)、中大(ML)、大(L)。工作時間t分為極短(VS)、短(S)、中短(MS)、中(M)、中長(ML)、長(L)、極長(VL)。

2.2 食物質(zhì)量m的推理

取工作時間t#=20s，食物加熱20s后的溫升為ΔT，其量分為很小(VS)、小(S)、中小(MS)、中(M)、中大(ML)、大(L)、很大(VL)。推理條件語句：if c andΔT then m，最多可有35條規(guī)則。推理結(jié)果：得到食物質(zhì)量m*，再經(jīng)過判決，得到食物質(zhì)量的精確量m。

2.3 烤制工作時間t的推理

烤制工作時間是電烤箱工作的關(guān)鍵參數(shù)，其正確與否將影響食物烤制的效果。t∝m cΔT/Pη，推理的輸入量為食物比熱容c，食物質(zhì)量m，加熱輸出功率P；模糊推理的輸出量為烤制工作時間t；加熱效率η是一個不變量；一般烤制時ΔT=100℃，解凍時ΔT=25℃。模糊推理條件語句：if c and m and P then t為減少規(guī)則數(shù)目。簡化設(shè)計，在烤制過程中可將輸出功率P固定為某個數(shù)值，僅考慮食物比熱容c和食物質(zhì)量m兩個輸入變量，進(jìn)行模糊邏輯推理，則：if c and m then t(P=Constant)。例如：P=1 000 W，P=600W，P=200W等。推理的結(jié)果：得到烤制時間t*，再經(jīng)過計算判決，得到烤制時間的精確量t'。烤制時間的精確量t'減去食物質(zhì)量m推理時的工作時間t#(20 s)，才是尚需的烤制時間t，即t=t'-t#=t'－20。

2.4 控制軟件

控制軟件由主控程序和過零中斷程序組成［3］。

2.4.1 主控程序

主控程序由五大部分組成，即：初始化、不定類型食物推理、特定類型食物推理、磁控管工作控制、加熱絲工作控制。

（1）初始化：初始化設(shè)置堆棧，置I/O初態(tài)，無數(shù)字顯示的代碼等。

（2）不定類型食物推理：以中等比熱容、中等功率情況進(jìn)行推理，用戶將食品放入爐腔→關(guān)上爐門→按啟動按鍵→不定類型食物推理程序段。

（3）特定類型食物推理：在用戶鍵入“食物類型（即食物比熱容）”和“烹煮方法（烤制功率）”后，啟動電烤箱。

（4）磁控管工作控制：磁控管工作參數(shù)有輸出功率P和工作時間t。輸出功率P是由用戶以鍵盤輸入［4］，工作時間t則由推理結(jié)果給出。

（5）加熱絲工作控制：加熱絲工作用于保溫控制，根據(jù)溫度檢測器測出的爐腔實際溫度與保溫溫度的偏差，對加熱絲進(jìn)行占空比控制。

2.4.2 過零中斷程序

過零中斷程序?qū)⒔涣麟娫醋儔浩鞔渭壍慕涣鞯蛪盒盘栒鳎ㄟ^一級反向放大，得到過零正脈沖信號。經(jīng)再次反向，得到過零中斷請求信號。過零中斷一經(jīng)響應(yīng)，進(jìn)入過零中斷程序，用于時間顯示、周波計數(shù)、磁控管占空比控制和加熱絲占空比控制［3］。

3 結(jié)語

根據(jù)主控程序和過零中斷程序的功能原理，配合相應(yīng)的程序設(shè)計，可以將電烤箱工作的關(guān)鍵參數(shù)（工作時間t，食物重量m，食物比熱容c，輸出功率P，加熱效率η和食物溫升ΔT）調(diào)整到合適的范圍，并且對食物的比熱容和質(zhì)量進(jìn)行合理的配置，使得電烤箱更能符合大眾的需求。

［1］高濟(jì).人工智能高級技術(shù)導(dǎo)論［M］.北京：高等教育出版社，2009.

［2］王萬良.人工智能及其應(yīng)用［M］.北京：高等教育出版社，2008.

［3］張仰森.人工智能教程［M］.北京：高等教育出版社，2008.

（編輯：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

楊虎（1980-），男，在山西冶金職業(yè)技術(shù)學(xué)院從事教學(xué)工作，太原理工大學(xué)信息學(xué)院在職研究生。Tel：13509732969，E-mail：yanghu007@126.com

1672-1152（2010）02-0040-02