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CN110507209B - 一种智能烹饪方法和具有探针的智能烹饪器具 - Google Patents

一种智能烹饪方法和具有探针的智能烹饪器具 Download PDF

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CN110507209B CN201910803153.2A CN201910803153A CN110507209B CN 110507209 B CN110507209 B CN 110507209B CN 201910803153 A CN201910803153 A CN 201910803153A CN 110507209 B CN110507209 B CN 110507209B
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Abstract

本发明公开了一种智能烹饪方法和具有探针的智能烹饪器具，通过探针获取食物的电阻、电容、电抗，估计食物内部的温度和水分含量，判断食物的食物大类和食物的细分种类，计算食物的食物成熟度，对食物的烹饪条件和烹饪时间进行控制，测量准确，效率高，且无安全风险，能够对多个食物进行同时测量，实现精确烹饪。

Description

一种智能烹饪方法和具有探针的智能烹饪器具
技术领域
本发明涉及智能控制技术领域，具体涉及一种智能烹饪方法和具有探针的智能烹饪器具。
背景技术
食物要获得良好的烹饪效果，烹饪器具往往需要准确设置包括烹饪模式、温度、时间、功率等参数，智能烹饪器具利用智能控制方法，有效地减少需要设置的参数数量，方便用户操作，让烹饪变得更加简单。
现有技术中，智能烹饪主要通过微波穿透食物过程中微波传播速度和强度的变化计算食物中的水分含量，进而对烹饪条件进行控制，但微波会被金属屏蔽，微波环境中还存在打火等安全风险，且无法对单个食物的烹饪进行精确控制。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种智能烹饪方法和具有探针的智能烹饪器具，能够通过实时获取的食物内部的温度和水分含量，对食物的烹饪条件和烹饪时间进行控制，测量准确，效率高，且无安全风险，能够对多个食物进行同时测量，实现精确烹饪。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种智能烹饪方法，通过探测装置得到的食物电参数实现对食物的智能烹饪，所述智能烹饪方法包括以下步骤:
1)将探测装置插入食物，通过探测装置实时获取到的食物的电阻R、电容C以及阻抗Z，估计食物内部的温度T和水分含量M；
2)在t0时刻获取食物的初始电阻R0、初始电容C0以及阻抗Z0，与标定的基准阻抗值Z0’进行比较，如果Z0<Z0’，则停止烹饪，如果Z0≥Z0’，则继续运行至时间点t1，其中t1＝t0+(5s～30s)；
3)通过计算t0～t1时间段内的食物内部的温度平均值
Figure BDA0002182890310000011
水分含量平均值
Figure BDA0002182890310000012
温度变化率△T1和水分含量变化率△M1，判断食物大类，并继续运行至时间点t2,其中t2＝t1+(1min～5min)；
4)通过计算t0～t2时间段内的食物内部的温度平均值
Figure BDA0002182890310000013
水分含量平均值
Figure BDA0002182890310000014
温度变化率△T2和水分含量变化率△M2，判断食物的细分种类和时间t3，并继续运行至t3，其中t3＝t2+(1min～5min)；
5)计算t0～t3时间段内的食物内部的温度变化率△T3和水分含量变化率△M3，并与标定的食物基准温度变化率ΔT3’和食物基准水分含量ΔM3’进行比较，若ΔM3< ΔM3’且ΔT3<ΔT3’，则停止烹饪；若ΔM3≥ΔM3’或ΔT3≥ΔT3’，则继续烹饪至设定的时间点t4，其中t4＝t3+(2min～8min)；
6)从t4时刻开始，通过计算食物内部的温度T4和水分含量M4，得到食物成熟度 D1，与标定的食物基准成熟度D1’比较，若D1<D1’，则继续烹饪；若D1≥D1’，则停止烹饪。
进一步地，步骤1中食物内部的温度T、水分含量M、电阻R、电容C、阻抗Z之间具有如下关系：
T＝f1(R,Z)＝1/[B*ln(R/RN)]，M＝f2(C,Z)＝-42+3.81C-7.5Z+0.05C2+0.26Z2；
其中B是探测装置的热敏指数，RN是25℃时探测装置的电阻值。
进一步地，所述探测装置测量食物内部的电阻时将测量不同深度的电阻集合 A＝{Ra，Rb，Rc，...，Rn}，所述探测装置测量食物内部的电容时将测量不同深度的电容集合B＝{Ca，Cb，Cc，...，Cn}，所述探测装置测量食物内部的阻抗时将测量不同深度的阻抗集合E＝{Za，Zb，Zc，...，Zn}，并通过f1(R,Z)和f2(C,Z)获取食物内部不同深度的温度值集合H＝{T1a，T1b，T1c，…，T1n}和水分含量集合I＝{M1a，M1b，…，M1n}，将所述集合H中各元素的算术平均值作为食物内部的温度T，将所述集合I中各元素的算术平均值作为食物内部的水分含量M。
进一步地，步骤2中基准阻抗值Z0’为所述智能烹饪方法能够烹饪食物的临界阻抗值，食物经测量后，如果其阻抗值小于Z0’，则无法被所述智能烹饪方法进行烹饪；当判断能够继续运行后，将运行参数集PS1，所述参数集PS1使烹饪区域封闭，提供全功率输出。
进一步地，步骤3中每隔100ms通过探测装置对食物的电参数进行测量，计算得到t0～t1时间段内的温度平均值
Figure BDA0002182890310000021
水分含量平均值
Figure BDA0002182890310000022
t0时刻到t1时刻的温度变化率△T1和水分含量变化率△M1，判断食物大类时，将温度平均值
Figure BDA0002182890310000023
水分含量平均值
Figure BDA0002182890310000024
温度变化率△T1、水分含量变化率△M1与标定的食物数据库进行对比，得到烹饪区域内食物的食物大类，并运行所述食物大类对应的参数集PS2；如果食物大类为肉类，所述参数集PS2使烹饪区域封闭，提供全功率输出，提高烹饪区域温度至 200℃且t2＝t1+3min；如果食物大类为面包，所述参数集PS2使烹饪区域封闭，提供全功率输出，提高烹饪区域温度至180℃且t2＝t1+4min。
进一步地，步骤4中每隔100ms通过探测装置对食物的电参数进行测量，计算得到t0～t2时间段内的温度平均值
Figure BDA0002182890310000031
水分含量平均值
Figure BDA0002182890310000032
t0时刻到t2时刻的温度变化率△T2和水分含量变化率△M2，判断食物的细分种类时，将温度平均值
Figure BDA0002182890310000033
水分含量平均值
Figure BDA0002182890310000034
温度变化率△T2、水分含量变化率△M2与标定的食物数据库进行对比，得到烹饪区域内食物的细分种类，并运行所述食物的细分种类对应的参数集PS3。
进一步地，如果食物的细分种类为牛肉，所述参数集PS3使烹饪区域封闭，提供全功率输出，提高烹饪区域温度至200℃且t3＝t2+3min；如果食物的细分种类为吐司面包，所述参数集PS3使烹饪区域封闭，提供全功率输出，提高烹饪区域温度至160℃且t3＝t2+5min。
进一步地，步骤6中进行食物成熟度计算时，t4时刻后每隔100ms对食物内部的温度T4和水分含量M4进行计算，则食物成熟度D1与食物内部温度T4和水分含量M4具有以下关系：D1＝f(T，M)＝3.688×(λ/(λ+c))×T4×M4,其中λ为食物的导热系数，c为总热值常数，将该食物的食物成熟度D1与该食物的细分种类对应的食物基准成熟度D1’进行比较，如果D1<D1’，则继续烹饪；若D1≥D1’，则停止烹饪。
进一步地，烹饪区域内具有两个以上的食物，当步骤3中判定烹饪区域内的各食物的食物大类不同时，或者当步骤4中判定烹饪区域内的各食物的细分种类不同时，将跳过中间步骤，直接进行步骤6，每隔100ms对各食物的成熟度D2进行计算，当各食物的成熟度D2位于综合成熟度区间[DDa,DDb]内时，则停止烹饪，其中DDa为烹饪区域内各食物中数值最小的食物基准成熟度，DDb为烹饪区域内各食物中数值最大的食物基准成熟度。
一种使用上述智能烹饪方法的具有探针的智能烹饪器具，所述智能烹饪器具包括能量源、烹饪腔、控制系统和探针，所述探针用于测量食物的电阻、电容和阻抗。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果是：
1.能够通过实时获取的食物内部的温度和水分含量，对食物的烹饪条件和烹饪
时间进行控制，测量准确，效率高，无安全风险，能够对多个食物进行同时测量，
实现精确烹饪。
附图说明
图1为本发明控制方法的流程示意图；
图2为本发明的结构示意图。
1、控制系统，2、能量源，3、烹饪腔，4、探针，5、食物。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的一种优选实施方式作详细的说明。
如图1所示，一种智能烹饪方法，通过探测装置得到的食物电参数实现对食物的智能烹饪，所述智能烹饪方法包括以下步骤:
S1：将探测装置插入食物，通过探测装置实时获取到的食物的电阻R、电容C以及阻抗Z，估计食物内部的温度T和水分含量M。
具体地，步骤1中食物内部的温度T、水分含量M、电阻R、电容C、阻抗Z之间具有如下关系：
T＝f1(R,Z)＝1/[B*ln(R/RN)]，M＝f2(C,Z)＝-42+3.81C-7.5Z+0.05C2+0.26Z2；
其中B是探测装置的热敏指数，RN是25℃时探测装置的电阻值。
具体地，所述探测装置测量食物内部的电阻时将测量不同深度的电阻集合A＝{Ra， Rb，Rc，...，Rn}，所述探测装置测量食物内部的电容时将测量不同深度的电容集合 B＝{Ca，Cb，Cc，...，Cn}，所述探测装置测量食物内部的阻抗时将测量不同深度的阻抗集合E＝{Za，Zb，Zc，...，Zn}，并通过f1(R,Z)和f2(C,Z)获取食物内部不同深度的温度值集合H＝{T1a，T1b，T1c，…，T1n}和水分含量集合I＝{M1a，M1b，…，M1n}，将所述集合H中各元素的算术平均值作为食物内部的温度T，将所述集合I中各元素的算术平均值作为食物内部的水分含量M。
S2:在t0时刻获取食物的初始电阻R0、初始电容C0以及阻抗Z0，与标定的基准阻抗值Z0’进行比较，如果Z0<Z0’，则停止烹饪，如果Z0≥Z0’，则继续运行至时间点t1，其中t1＝t0+(5s～30s)。
具体地，步骤2中基准阻抗值Z0’为所述智能烹饪方法能够烹饪食物的临界阻抗值，食物经测量后，如果其阻抗值小于Z0’，则无法被所述智能烹饪方法进行烹饪；当判断能够继续运行后，将运行参数集PS1，所述参数集PS1使烹饪区域封闭，提供全功率输出，该步骤能够对食物的可烹饪性进行检测，如果放到烹饪区域内的食物不属于所述智能烹饪方法的能够烹饪的食物，则不会继续烹饪。
S3：通过计算t0～t1时间段内的食物内部的温度平均值
Figure BDA0002182890310000051
水分含量平均值
Figure BDA0002182890310000052
温度变化率△T1和水分含量变化率△M1，判断食物大类，并继续运行至时间点t2,其中t2＝t1+(1min～5min)。
具体地，步骤3中每隔100ms通过探测装置对食物的电参数进行测量，计算得到t0～t1时间段内的温度平均值
Figure BDA0002182890310000053
水分含量平均值
Figure BDA0002182890310000054
t0时刻到t1时刻的温度变化率△T1和水分含量变化率△M1，判断食物大类时，将温度平均值
Figure BDA0002182890310000055
水分含量平均值
Figure BDA0002182890310000056
温度变化率△T1、水分含量变化率△M1与标定的食物数据库进行对比，得到烹饪区域内食物的食物大类，并运行所述食物大类对应的参数集PS2；如果食物大类为肉类，所述参数集PS2使烹饪区域封闭，提供全功率输出，提高烹饪区域温度至200℃且t2＝t1+3min；如果食物大类为面包，所述参数集PS2使烹饪区域封闭，向烹饪区域喷入蒸汽，提供全功率输出，提高烹饪区域温度至180℃且t2＝t1+4min。
S4:通过计算t0～t2时间段内的食物内部的温度平均值
Figure BDA0002182890310000057
水分含量平均值
Figure BDA0002182890310000058
温度变化率△T2和水分含量变化率△M2，判断食物的细分种类和时间t3，并继续运行至t3，其中t3＝t2+(1min～5min)。
具体地，步骤4中每隔100ms通过探测装置对食物的电参数进行测量，计算得到t0～t2时间段内的温度平均值
Figure BDA0002182890310000059
水分含量平均值
Figure BDA00021828903100000510
t0时刻到t2时刻的温度变化率△T2和水分含量变化率△M2，判断食物的细分种类时，将温度平均值
Figure BDA00021828903100000511
水分含量平均值
Figure BDA00021828903100000512
温度变化率△T2、水分含量变化率△M2与标定的食物数据库进行对比，得到烹饪区域内食物的细分种类，并运行所述食物的细分种类对应的参数集PS3。
具体地，如果食物的细分种类为牛肉，所述参数集PS3使烹饪区域封闭，提供全功率输出，提高烹饪区域温度至200℃且t3＝t2+3min；如果食物的细分种类为吐司面包，所述参数集PS3使烹饪区域封闭，提供全功率输出，提高烹饪区域温度至160℃且t3＝t2+5min；对不同种类的食物，可以标定对应的参数集，实现对食物的个性化烹饪。
具体地，所述参数集PS3提供全功率或90％功率输出，运行时间t3＝t2+[(λ/(λ +c))×ΔT2×ΔM2×t2]，λ为食物的导热系数，c为总热值常数。
S5:计算t0～t3时间段内的食物内部的温度变化率△T3和水分含量变化率△M3，并与标定的食物基准温度变化率ΔT3’和食物基准水分含量ΔM3’进行比较，若ΔM3< ΔM3’且ΔT3<ΔT3’，则停止烹饪；若ΔM3≥ΔM3’或ΔT3≥ΔT3’，则继续烹饪至设定的时间点t4，其中t4＝t3+(2min～8min)。
S6:从t4时刻开始，通过计算食物内部的温度T4和水分含量M4，得到食物成熟度D1，与标定的食物基准成熟度D1’比较，若D1<D1’，则继续烹饪；若D1≥D1’，则停止烹饪。
具体地，步骤6中进行食物成熟度计算时，t4时刻后每隔100ms对食物内部的温度T4和水分含量M4进行计算，则食物成熟度D1与食物内部温度T4和水分含量M4具有以下关系：D1＝f(T，M)＝3.688×(λ/(λ+c))×T4×M4,其中λ为食物的导热系数，c为总热值常数，将该食物的食物成熟度D1与该食物的细分种类对应的食物基准成熟度D1’进行比较，如果D1<D1’，则继续烹饪；若D1≥D1’，则停止烹饪；对于牛肉，食物成熟度应控制在80以上；对于面包，成熟度值应控制在95以上；对食物成熟度进行监控，当食物成熟度达到标准时，停止烹饪，保证食物的成熟，且不会过度烹饪，实现食物的智能烹饪。
具体地，烹饪区域内具有两个以上的食物，当步骤3中判定烹饪区域内的各食物的食物大类不同时，或者当步骤4中判定烹饪区域内的各食物的细分种类不同时，将跳过中间步骤，直接进行步骤6，每隔100ms对各食物的成熟度D2进行计算，当各食物的成熟度D2位于综合成熟度区间[DDa,DDb]内时，则停止烹饪，其中DDa为烹饪区域内各食物中数值最小的食物基准成熟度，DDb为烹饪区域内各食物中数值最大的食物基准成熟度；每个食物对应一个探测装置，使用探测装置获取食物的电参数，计算食物成熟度，实现对单个食物的精确控制。
一种使用上述智能烹饪方法的具有探针的智能烹饪器具，所述智能烹饪器具包括能量源2、烹饪腔3、控制系统1和探针4，所述探针用于测量食物5的电阻、电容和阻抗。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为了清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (9)

1.一种智能烹饪方法，通过探测装置得到的食物电参数实现对食物的智能烹饪，其特征在于，所述智能烹饪方法包括以下步骤:
1)将探测装置插入食物，通过探测装置实时获取到的食物的电阻R、电容C以及阻抗Z，估计食物内部的温度T和水分含量M；
2)在t0时刻获取食物的初始电阻R0、初始电容C0以及阻抗Z0，与标定的基准阻抗值Z0’进行比较，如果Z0<Z0’，则停止烹饪，如果Z0≥Z0’，则继续运行至时间点t1，其中t1＝t0+(5s～30s)；
3)通过计算t0～t1时间段内的食物内部的温度平均值
Figure FDA0003272762210000011
水分含量平均值
Figure FDA0003272762210000012
温度变化率△T1和水分含量变化率△M1，判断食物大类，并继续运行至时间点t2,其中t2＝t1+(1min～5min)；
4)通过计算t0～t2时间段内的食物内部的温度平均值
Figure FDA0003272762210000013
水分含量平均值
Figure FDA0003272762210000014
温度变化率△T2和水分含量变化率△M2，判断食物的细分种类和时间t3，并继续运行至t3，其中t3＝t2+(1min～5min)；
5)计算t0～t3时间段内的食物内部的温度变化率△T3和水分含量变化率△M3，并与标定的食物基准温度变化率ΔT3’和食物基准水分含量ΔM3’进行比较，若ΔM3<ΔM3’且ΔT3<ΔT3’，则停止烹饪；若ΔM3≥ΔM3’或ΔT3≥ΔT3’，则继续烹饪至设定的时间点t4，其中t4＝t3+(2min～8min)；
6)从t4时刻开始，通过计算食物内部的温度T4和水分含量M4，得到食物成熟度D1，与标定的食物基准成熟度D1’比较，若D1<D1’，则继续烹饪；若D1≥D1’，则停止烹饪。
2.根据权利要求1所述的智能烹饪方法，其特征在于：步骤1中食物内部的温度T、水分含量M、电阻R、电容C、阻抗Z之间具有如下关系：T＝f1(R,Z)＝1/[B*ln(R/RN)]，M＝f2(C,Z)＝-42+3.81C-7.5Z+0.05C2+0.26Z2，其中B是探测装置的热敏指数，RN是25℃时探测装置的电阻值。
3.根据权利要求2所述的智能烹饪方法，其特征在于：所述探测装置测量食物内部的电阻时将测量不同深度的电阻集合A＝{Ra，Rb，Rc，...，Rn}，所述探测装置测量食物内部的电容时将测量不同深度的电容集合B＝{Ca，Cb，Cc，...，Cn}，所述探测装置测量食物内部的阻抗时将测量不同深度的阻抗集合E＝{Za，Zb，Zc，...，Zn}，并通过f1(R,Z)和f2(C,Z)获取食物内部不同深度的温度值集合H＝{T1a，T1b，T1c，...，T1n}和水分含量集合I＝{M1a，M1b，...，M1n}，将所述集合H中各元素的算术平均值作为食物内部的温度T，将所述集合I中各元素的算术平均值作为食物内部的水分含量M。
4.根据权利要求1所述的智能烹饪方法，其特征在于：步骤2中基准阻抗值Z0’为所述智能烹饪方法能够烹饪食物的临界阻抗值，食物经测量后，如果其阻抗值小于Z0’，则无法被所述智能烹饪方法进行烹饪；当判断能够继续运行后，将运行参数集PS1，所述参数集PS1使烹饪区域封闭，提供全功率输出。
5.根据权利要求1所述的智能烹饪方法，其特征在于：步骤3中每隔100ms通过探测装置对食物的电参数进行测量，计算得到t0～t1时间段内的温度平均值
Figure FDA0003272762210000021
水分含量平均值
Figure FDA0003272762210000022
t0时刻到t1时刻的温度变化率△T1和水分含量变化率△M1，判断食物大类时，将温度平均值
Figure FDA0003272762210000023
水分含量平均值
Figure FDA0003272762210000024
温度变化率△T1、水分含量变化率△M1与标定的食物数据库进行对比，得到烹饪区域内食物的食物大类，并运行所述食物大类对应的参数集PS2；如果食物大类为肉类，所述参数集PS2使烹饪区域封闭，提供全功率输出，提高烹饪区域温度至200℃且t2＝t1+3min；如果食物大类为面包，所述参数集PS2使烹饪区域封闭，提供全功率输出，提高烹饪区域温度至180℃且t2＝t1+4min。
6.根据权利要求1所述的智能烹饪方法，其特征在于：步骤4中每隔100ms通过探测装置对食物的电参数进行测量，计算得到t0～t2时间段内的温度平均值
Figure FDA0003272762210000025
水分含量平均值
Figure FDA0003272762210000026
t0时刻到t2时刻的温度变化率△T2和水分含量变化率△M2，判断食物的细分种类时，将温度平均值
Figure FDA0003272762210000027
水分含量平均值
Figure FDA0003272762210000028
温度变化率△T2、水分含量变化率△M2与标定的食物数据库进行对比，得到烹饪区域内食物的细分种类，并运行所述食物的细分种类对应的参数集PS3。
7.根据权利要求6所述的智能烹饪方法，其特征在于：如果食物的细分种类为牛肉，所述参数集PS3使烹饪区域封闭，提供全功率输出，提高烹饪区域温度至200℃且t3＝t2+3min；如果食物的细分种类为吐司面包，所述参数集PS3使烹饪区域封闭，提供全功率输出，提高烹饪区域温度至160℃且t3＝t2+5min。
8.根据权利要求1所述的智能烹饪方法，其特征在于：步骤6中进行食物成熟度计算时，t4时刻后每隔100ms对食物内部的温度T4和水分含量M4进行计算，则食物成熟度D1与食物内部温度T4和水分含量M4具有以下关系：D1＝f(T，M)＝3.688×(λ/(λ+c))×T4×M4,其中λ为食物的导热系数，c为总热值常数，将该食物的食物成熟度D1与该食物的细分种类对应的食物基准成熟度D1’进行比较，如果D1<D1’，则继续烹饪；若D1≥D1’，则停止烹饪。
9.根据权利要求8所述的智能烹饪方法，其特征在于：烹饪区域内具有两个以上的食物，当步骤3中判定烹饪区域内的各食物的食物大类不同时，或者当步骤4中判定烹饪区域内的各食物的细分种类不同时，将跳过中间步骤，直接进行步骤6，每隔100ms对各食物的成熟度D2进行计算，当各食物的成熟度D2位于综合成熟度区间[DDa,DDb]内时，则停止烹饪，其中DDa为烹饪区域内各食物中数值最小的食物基准成熟度，DDb为烹饪区域内各食物中数值最大的食物基准成熟度。
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