CN107559902B - 温度控制方法及加热烹调装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种温度控制方法及加热烹调装置，属于温度控制领域。所述方法包括：接收所述加热烹调装置的腔体内的当前温度；根据所述当前温度及所述加热烹调装置的腔体内需要维持的目标温度来计算所述加热烹调装置的加热模块在下一时间周期中的接通时间；以及根据所述接通时间来控制所述加热模块在所述下一时间周期中的通断，所述加热模块在被接通的情况下对所述腔体内进行加热。其能够以较容易的计算方式实现较精确的温度控制。此外，所述控制方式的改进可以通过升级软件算法来实现，而不需要对加热烹调装置的现有的硬件设施进行改动，不需要增加额外的硬件成本。

Description

温度控制方法及加热烹调装置

技术领域

本发明涉及温度控制领域，具体地，涉及一种温度控制方法及加热烹调装置。

背景技术

微波炉、电烤箱等加热烹调装置在稳定加热阶段通常需要将腔体内的温度控制在一定的温度范围内。通常采用温度控制系统来实现温度的控制，一个基本的温度控制系统包含加热模块(例如，发热管)、温度采集模块(例如，温度传感器)、可控开关模块(例如，继电器)及控制器。

为维持热烹调装置的腔体内的温度，现有技术中，最常用的是基于温度点的温控算法，在稳定加热阶段，对应于目标温度值设定温度浮动上限值及下限值，当温度降到下限值时，接通开关模块，使加热模块进入加热状态，温度上升；当温度上升到上限值时，断开开关模块，使加热模块停止加热，温度下降。温度再次降到下限值，再次接通开关模块，如此反复，由此实现一定范围内的温控。温度浮动上限值与下限值之间的范围即为温度浮动范围。

然而，由于通常采用继电器作为开关模块，而继电器的开关频率有限，使得这种温控算法的温度浮动范围较大，温控精度不高。特别是对于100摄氏度以下的低温区，由于需要的加热时间短，温度允许变化的范围小，需要精准的控制好加热时间，传统的温控方式很难对温度的变化做出快速的反馈，因此传统的温控很难使温度稳定，易产生温度上漂。

为了提高温度控制的精度，一些方案中采用了可控硅替代继电器，并应用较为成熟的PID算法的温控方案。可控硅支持的开关频率远高于继电器，可实现高频通断。根据温度的变化，基于目标温度值，计算出相应的PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)信号占空比，以高频的PWM信号来控制可控硅通断，由此实现更加精准的温度控制。然而，对于这种温控方案具有以下缺陷：(1)PID参数(微分系数，积分系数，比例系数)较难确定；(2)可控硅相比于继电器成本高；(3)由于需要使用散热器为可控硅散热，其成本进一步变高。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种温度控制方法及加热烹调装置，用于解决或至少部分解决上述技术问题。

为了实现上述目的，本发明实施例提供一种温度控制方法，用于加热烹调装置，所述方法包括：接收所述加热烹调装置的腔体内的当前温度；根据所述当前温度及所述加热烹调装置的腔体内需要维持的目标温度来计算所述加热烹调装置的加热模块在下一时间周期中的接通时间；以及根据所述接通时间来控制所述加热模块在所述下一时间周期中的通断，所述加热模块在被接通的情况下对所述腔体内进行加热。

可选地，所述计算所述加热烹调装置的加热模块在下一时间周期中的接通时间包括根据以下公式来计算所述接通时间：

t_d＝ρ*e，

其中t_d为所述接通时间，e为所述当前温度与所述目标温度之间的差值，ρ为所述加热烹调装置的温度偏差系数。

可选地，所述计算所述加热烹调装置的加热模块在下一时间周期中的接通时间包括根据以下公式来计算所述接通时间：

t_d＝ρ*e+k*T_t，

其中t_d为所述接通时间，e为所述当前温度与所述目标温度之间的差值，ρ为所述加热烹调装置的温度偏差系数，k为所述加热烹调装置的加热补偿系数，T_t为所述目标温度。

可选地，所述根据所述接通时间来控制所述加热模块在所述下一时间周期中的通断包括：在所述当前温度小于所述目标温度的情况下，执行以下步骤：在所述下一时间周期内的计时时间不大于所述接通时间的情况下，控制所述加热模块接通；以及在所述下一时间周期内的计时时间大于所述接通时间的情况下，控制所述加热模块断开；在所述当前温度不小于所述目标温度的情况下，执行以下步骤：在所述下一时间周期内的计时时间小于所述时间周期和所述接通时间之间的差值的情况下，控制所述加热模块断开；以及在所述下一时间周期内的计时时间不小于所述时间周期和所述接通时间之间的差值的情况下，控制所述加热模块接通。

可选地，所述方法还包括：如果在所述加热模块接通期间所述当前温度大于或等于所述目标温度，则中断当前时间周期并进入下一时间周期。

相应地，本发明实施例还提供一种加热烹调装置，所述装置包括：温度采集模块，用于采集所述加热烹调装置的腔体内的当前温度；加热模块，用于对所述腔体内进行加热；以及控制器用于：根据所述当前温度及所述加热烹调装置的腔体内需要维持的目标温度来计算所述加热模块在下一时间周期中的接通时间；以及根据所述接通时间来控制所述加热模块在所述下一时间周期中的通断。

可选地，所述控制器根据以下公式来计算所述接通时间：

t_d＝ρ*e，

其中t_d为所述接通时间，e为所述当前温度与所述目标温度之间的差值，ρ为所述加热烹调装置的温度偏差系数。

可选地，所述控制器根据以下公式来计算所述接通时间：

t_d＝ρ*e+k*T_t，

其中t_d为所述接通时间，e为所述当前温度与所述目标温度之间的差值，ρ为所述加热烹调装置的温度偏差系数，k为所述加热烹调装置的加热补偿系数，T_t为所述目标温度。

可选地，在所述当前温度小于所述目标温度的情况下，所述控制器在所述下一时间周期内执行以下步骤：在所述下一时间周期内的计时时间不大于所述接通时间的情况下，控制所述加热模块接通；以及在所述下一时间周期内的计时时间大于所述接通时间的情况下，控制所述加热模块断开；在所述当前温度不小于所述目标温度的情况下，所述控制器在所述下一时间周期内执行以下步骤：在所述下一时间周期内的计时时间小于所述时间周期和所述接通时间之间的差值的情况下，控制所述加热模块断开；以及在所述下一时间周期内的计时时间不小于所述时间周期和所述接通时间之间的差值的情况下，控制所述加热模块接通。

可选地，所述控制器还用于：如果在所述加热模块接通期间所述当前温度大于或等于所述目标温度，则中断当前时间周期并进入下一时间周期。

通过上述技术方案，根据当前温度和目标温度计算出加热模块在下一时间周期中的接通时间，然后根据该接通时间控制加热模块在下一时间周期中的通断，以较容易的计算方式实现较精确的温度控制。此外，所述控制方式的改进可以通过升级软件算法来实现，而不需要对加热烹调装置的现有的硬件设施进行改动，不需要增加额外的硬件成本。

本发明实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：

图1示出了一实施例中温度控制方法的流程示意图；

图2示出了另一实施例中温度控制方法的流程示意图；以及

图3示出了一实施例中加热烹调装置的结构框图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。

图1示出了一实施例中温度控制方法的流程示意图。如图1所示，本发明实施例提供一种温度控制方法，用于加热烹调装置，该加热烹调装置例如可以是微波炉、烤箱等，所述方法针对所述加热烹调装置的控制器置信，具体的，所述方法可以包括以下步骤：

步骤S110，接收所述加热烹调装置的腔体内的当前温度。

在加热烹调装置的加热过程中，温度采集装置实时测量加热烹调装置的腔体内的当前温度，并将该当前温度传送至加热烹调装置的控制器，控制器接收该当前温度。所述温度采集装置，例如可以是温度传感器。

步骤S120，根据所述当前温度及所述加热烹调装置的腔体内需要维持的目标温度来计算所述加热烹调装置的加热模块在下一时间周期中的接通时间。

在加热烹调装置的加热过程进入稳定加热阶段时，腔体内的温度需要维持在目标温度。该目标温度可以是用户选择的目标温度，例如，目标温度可以是230℃等。

加热过程中的时间周期可以是预先设定的一个固定的值，例如可以是30S。或者可以根据稳定加热阶段的加热时间来确定所述时间周期，例如，可以对稳定加热阶段的加热时间进行均匀划分，以确定所述时间周期。

步骤S130，根据所述接通时间来控制所述加热模块在所述下一时间周期中的通断，所述加热模块在被接通的情况下对所述腔体进行加热。

在加热烹调装置中，可以通过控制与加热模块相连接的开关模块的接通和断开来控制加热模块。具体地，在开关模块接通的情况下，加热模块开始加热，在开关模块断开的情况下，加热模块停止加热。因此，可以通过控制开关模块的通断来控制加热模块在所述下一时间周期中的通断。

可以理解，所述加热模块可以是加热管、加热丝等，所述开关模块可以是继电器、可控硅等。

根据当前温度和目标温度计算出加热模块在下一时间周期中的接通时间，然后根据该接通时间控制加热模块在下一时间周期中的通断，以较容易的计算方式实现较精确的温度控制。此外，所述控制方式的改进可以通过升级软件算法来实现，而不需要对加热烹调装置的现有的硬件设施进行改动，不需要增加额外的硬件成本。

进一步地，基于上述实施例，在步骤S12中，可以根据以下公式来计算所述接通时间：

t_d＝ρ*e (1)

其中t_d为所述接通时间，e为所述当前温度与所述目标温度之间的差值，ρ为所述加热烹调装置的温度偏差系数。

加热烹调装置在理想情况下，或者在加热过程中腔体内没有热量损耗或者热量损耗很小以致可以忽略不计的情况下，可以使用公式(1)来计算加热模块在下一时间周期内的加热时间，后文将对公式(1)中的参数ρ进行详细说明。

在一些情况下，加热烹调装置的在加热过程中腔体内的热量会有一部分通过吸收或散发等方式损耗掉，因此，需要考虑对损耗的这部分热量进行补偿。进一步地，基于上述实施例，在步骤S12中，可以根据以下公式来计算所述接通时间：

t_d＝ρ*e+k*T_t (2)

公式(2)中t_d为所述接通时间，e为所述当前温度与所述目标温度之间的差值，ρ为所述加热烹调装置的温度偏差系数，k为所述加热烹调装置的加热补偿系数，T_t为所述目标温度。

公式(2)中的k*T_t可以称为温度补偿项，令M＝k*T_t，加热烹调装置的腔体内的热量会有一部分通过吸收或散发等方式损耗掉，因此需要通过温度补偿项来将损耗的这部分热量补偿起来。当偏差校准项的值为0时，加热模块在一个周期内的接通时间为M。热量的损耗与加热烹调装置的温控特性及目标温度的高低有关。

可以通过实验的方式来预先确定加热补偿系数k。具体地，可以设置一需要维持的目标温度值，以将温度维持在该目标温度值为准，不断地调整开关模块在一时间周期内的接通时间，以找出能够将温度维持在该目标温度值的接通时间，或者维持在期望温度曲线的接通时间，该期望温度曲线的所有温度值在目标温度值附近浮动。则加热补偿系数k的值就是该接通时间与目标温度之间的比值。可选地，也可以通过软件仿真的形式来确定加热补偿系数k。

不同温度下，加热烹调装置的热量损耗可能是不一样的，温度越高对外散发的热量可能会越多。因此，可选地，可以建立加热补偿系数k与目标温度之间的函数关系，计算接通时间时，根据目标温度使用该函数关系来确定加热补偿系数。

一般情况下，加热烹调装置可供用户选择的目标温度是有限的，因此，可选地，也可以为每个目标温度即对应的加热补偿系数k建立映射表，计算接通时间时，通过查找该映射表就可以获得目标温度所对应的加热补偿系数k。

公式(1)或公式(2)中的ρ*e可以是偏差校准项，该项受到当前温度值与目标温度值之间的差值e的影响，当差值为0时，偏差校准项的值为0。温度偏差系数ρ可以由加热烹调装置的温控特性来决定，可以通过实验的方式来预先确定温度偏差系数ρ的值。

温度偏差系数ρ为在无热量损耗的情况下，达到目标温度所需加热时间与当前温差(目标温度与当前温度的差值)的比值，具体确定方式如下：

保持加热装置一直接通，使加热烹调装置的腔体升温到可设定的最高温度，记录温升曲线，即温度T与时间t的关系曲线，对该关系曲线进行拟合以得到关系式t＝u(T)。根据该关系式可计算出在有热量损耗的情况下，从当前温度Tp加热到目标温度所需加热时间t_e，

t_e＝u(T_t)-u(T_p) (3)

该加热时间t_e与接通时间t_d近似。则可根据公式(1)或(2)计算ρ的近似值ρ_e，即

ρ_e＝(t_e-k*T_t)/e (4)

或ρ_e＝t_e/e (5)

从等式(3)和(4)、或者等式(3)和(5)可知，ρ_e是一个与目标温度T_t及当前温度Tp有关的值，即

ρ_e＝F(T_t，T_p) (6)

将等式(4)带入公式(1)或(2)计算，用ρ_e代替ρ，进行实验验证，看是否能够使控温满足要求，若温度有偏差，对ρ_e进行增加或减小的微调以确定ρ，则温度偏差系数ρ的计算公式为：

ρ＝U(T_t，T_p)＝F(T_t，T_p)+μ (7)

其中μ为微调量，μ可以是经过多次调整后确定的一个固定值。可见在实际加热过程中，针对确定的目标温度，温度偏差系数ρ会随当前温度的变化而变化，因此，在实际计算过程中，可以将公式(7)置入公式(1)或公式(2)中来对接通时间进行计算。

可选地，公式(1)或公式(2)中当前温度值与目标温度值之间的差值e可以是当前温度的数字量的值与所述目标温度的数字量的值之间的差值。温度采集装置(例如，温度传感器)反馈的电压模拟量通过模拟数字转换模块转换为数字量得到温度的数字量的值AD_present，温度的数字量的值与加热烹调装置的腔体内的温度值实时对应。此外，模拟数字转换模块还可以将目标温度值转换为数字量得到目标温度的数字量的值AD_target。则当前温度值与目标温度值之间的差值e＝AD_present-AD_target。

可选地，公式(1)或公式(2)中当前温度值与目标温度值之间的差值e也可以是当前温度的实际值与所述目标温度的时间值之间的差值。

图2示出了另一实施例中温度控制方法的流程示意图。基于上述实施例，根据所述接通时间来控制所述加热模块在所述下一时间周期中的通断的具体执行可以包括以下步骤：

步骤S131，判断当前温度是否小于目标温度。

步骤S132，在当前温度小于目标温度的情况下，判断下一周期的计时时间t₁是否小于或等于步骤S120中计算的接通时间t_d。

可选地，可以设置一计时器，该计时器在每一时间周期开始时从0开始计时，在每一时间周期结束后计时器置0。

在下一时间周期的计时时间t₁小于或等于接通时间t_d的情况下，执行步骤S135，控制加热模块接通以进行加热。在下一时间周期的计时时间t₁大于接通时间t_d的情况下，执行步骤S134，控制加热模块断开以停止加热。也就是说，在当前温度小于目标温度的情况下，以先接通后断开的方式控制加热模块。

步骤S133，在当前温度不小于目标温度的情况下，判断下一周期的计时时间t₁是否小于步骤S120中计算的接通时间t_d。

在下一时间周期的计时时间t₁小于接通时间t_d的情况下，执行步骤S134，控制加热模块断开以控制加热模块不加热。在下一时间周期的计时时间t₁大于接通时间t_d的情况下，执行步骤S135，控制加热模块接通以进行加热直到该时间周期结束。也就是说，在当前温度不小于目标温度的情况下，以先断开后接通的方式控制加热模块，以保证具有一定的温度下降空间，从而防止加热模块在该时间周期中立即加热而引起加热烹调装置的腔体内温度仍然上升。

可选地，可以在前一时间周期结束时，以前一时间结束时的腔体内的温度来计算加热模块在下一时间周期中的接通时间，以保证所计算的接通时间的时效性。

进一步可选地，在以先接通后断开的方式或者以先断开后接通的方式控制加热模块的过程中，如果判断出当前温度大于或等于目标温度，则中断当前时间周期，根据当前温度计算下一时间周期中的接通时间t_d以进入下一时间周期，从而防止加热烹调装置的腔体内的温度继续上升而引起温度过冲。

下面以开关模块是继电器、加热烹调装置是烤箱、以及加热过程存在热量损耗为例，对本发明实施例提供的温度控制方法来进行详细说明。在烤箱的加热过程进入稳定加热阶段后，温度传感器采集烤箱的腔体内的实时温度值，温度传感器反馈的电压模拟量通过模拟数字转换模块转换为数字量以得到当前温度的数字量的值AD_present，控制器计算当前温度的数字量的值AD_present与目标温度的数字量的值AD_target之间的差值e＝AD_present-AD_target。

烤箱的控制器根据所计算的差值e、所计算的温度偏差系数ρ、预先存储的加热补偿系数k，以公式(2)来计算加热模块在下一时间周期T中的接通时间t_d。可选地，也可以直接将差值e的计算式、以及温度偏差系数ρ的计算式置入公式(2)中，然后直接使用一个等式就可以计算出接通时间t_d。

判断差值e是否小于0。如果e<0，在下一时间周期T中，在计时器的计时时间t₁≤t_d时，控制器继电器吸合，以使得加热模块处于加热状态。在t_d<t₁≤T时，控制器继电器断开，以使得加热模块停止加热。如果e>0，在下一时间周期T中，在计时器的计时时间t₁≤t_d时，控制器继电器断开，以使得加热模块处于停止加热的状态。在t_d<t₁≤T时，控制器继电器吸合，以使得加热模块处于加热状态。

在t₁＝T时，对计时器的计时时间t₁置0，并根据腔体内的当前温度，计算下一时间周期T中的接通时间t_d。在加热模块加热过程中，如果当前温度等于或大于目标温度，则立即控制加热模块断开以中断当前时间周期，并根据当前温度计算下一时间周期中的接通时间t_d以进入下一时间周期。

本发明实施例提供的加热控制方法可以通过升级软件算法来实现，而不需要对加热烹调装置的现有的硬件设施进行改动，在不增加硬件成本的基础上实现了更高精度范围内的温控。

图3示出了一实施例中加热烹调装置的结构框图。如图3所示，本发明实施例还提供一种加热烹调装置，所述加热烹调装置例如可以是烤箱、微波炉等。具体地，所述装置可以包括：温度采集模块310，用于采集所述加热烹调装置的腔体340内的当前温度；加热模块320，用于对所述腔体内进行加热；以及控制器330用于：根据所述当前温度及所述加热烹调装置的腔体内需要维持的目标温度来计算所述加热模块在下一时间周期中的接通时间；以及根据所述接通时间来控制所述加热模块在所述下一时间周期中的通断。其中，控制器330可以通过控制与加热模块相连接的开关模块的通断来对加热模块进行控制，该开关模块例如可以是继电器或可控硅等。所述加热烹调装置能够以较容易的计算方式实现较精确的温度控制。

本发明实施例提供的加热烹调装置的具体工作原理及益处与上述的温度控制方法的具体工作原理及益处相似，这里将不再赘述。

以上结合附图详细描述了本发明实施例的可选实施方式，但是，本发明实施例并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施例的技术构思范围内，可以对本发明实施例的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施例的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施例对各种可能的组合方式不再另行说明。

本领域技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得单片机、芯片或处理器(processor)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

此外，本发明实施例的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施例的思想，其同样应当视为本发明实施例所公开的内容。

Claims (6)

1.一种温度控制方法，用于加热烹调装置，其特征在于，所述方法包括：

接收所述加热烹调装置的腔体内的当前温度；

根据所述当前温度及所述加热烹调装置的腔体内需要维持的目标温度来计算所述加热烹调装置的加热模块在下一时间周期中的接通时间；以及

根据所述接通时间来控制所述加热模块在所述下一时间周期中的通断，所述加热模块在被接通的情况下对所述腔体内加热，

其中，根据以下公式来计算所述接通时间：

t_d＝ρ*e+k*T_t，

其中t_d为所述接通时间，e为所述当前温度与所述目标温度之间的差值，ρ为所述加热烹调装置的温度偏差系数，k为所述加热烹调装置的加热补偿系数，T_t为所述目标温度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述接通时间来控制所述加热模块在所述下一时间周期中的通断包括：

在所述当前温度小于所述目标温度的情况下，执行以下步骤：

在所述下一时间周期内的计时时间不大于所述接通时间的情况下，控制所述加热模块接通；以及

在所述下一时间周期内的计时时间大于所述接通时间的情况下，控制所述加热模块断开；

在所述当前温度不小于所述目标温度的情况下，执行以下步骤：

在所述下一时间周期内的计时时间小于所述接通时间的情况下，控制所述加热模块断开；以及

在所述下一时间周期内的计时时间不小于所述接通时间的情况下，控制所述加热模块接通。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

如果在所述加热模块接通期间所述当前温度大于或等于所述目标温度，则中断当前时间周期并进入下一时间周期。

4.一种加热烹调装置，其特征在于，所述装置包括：

温度采集模块，用于采集所述加热烹调装置的腔体内的当前温度；

加热模块，用于对所述腔体内进行加热；以及

控制器用于：

根据所述当前温度及所述加热烹调装置的腔体内需要维持的目标温度来计算所述加热模块在下一时间周期中的接通时间；以及

根据所述接通时间来控制所述加热模块在所述下一时间周期中的通断，

其中，所述控制器根据以下公式来计算所述接通时间：

t_d＝ρ*e+k*T_t，

其中t_d为所述接通时间，e为所述当前温度与所述目标温度之间的差值，ρ为所述加热烹调装置的温度偏差系数，k为所述加热烹调装置的加热补偿系数，T_t为所述目标温度。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，

在所述当前温度小于所述目标温度的情况下，所述控制器在所述下一时间周期内执行以下步骤：

在所述下一时间周期内的计时时间不大于所述接通时间的情况下，控制所述加热模块接通；以及

在所述下一时间周期内的计时时间大于所述接通时间的情况下，控制所述加热模块断开；

在所述当前温度不小于所述目标温度的情况下，所述控制器在所述下一时间周期内执行以下步骤：

在所述下一时间周期内的计时时间小于所述接通时间的情况下，控制所述加热模块断开；以及

在所述下一时间周期内的计时时间不小于所述接通时间的情况下，控制所述加热模块接通。

6.根据权利要求4或5所述的装置，其特征在于，所述控制器还用于：

如果在所述加热模块接通期间所述当前温度大于或等于所述目标温度，则中断当前时间周期并进入下一时间周期。

Images