CN112032771A - 一种基于方差的灶具自适应防干烧控制方法及控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于方差的灶具自适应防干烧控制方法及控制系统，控制方法包括如下步骤：S1，灶具点火器启动，点火成功后初始化灶具的参数；S2，采集N组温度值，记为：T₁、T₂……T_N，N≥2；S3，计算S2中N组温度值的方差S；S4，根据S3中的方差S与预设的方差阈值S_set之间的关系判定温度是否发生突变；S5，当温度发生突变后，根据当前时间周期匹配起判温度T_set，之后根据起判温度T_set与实时温度值T_now之间的关系判定灶具是否进入干烧保护模式。整个过程可以动态监控加热过程的温度变化情况，且根据当前时间周期匹配起判温度T_set实现了自适应性，针对具体情况进行具体判断，而非一概而论，提高判断干烧状态的准确性，避免食材大面积碳化和锅具损坏。

Description

一种基于方差的灶具自适应防干烧控制方法及控制系统

技术领域

本发明属于燃气灶技术领域，具体涉及一种基于方差的灶具自适应防干烧控制方法及控制系统。

背景技术

家用燃气灶在烹饪的过程中，经常会因为忘记关火、烧干锅而存在安全隐患。

为了消除干烧和长时间不坐锅造成的安全隐患，市面上众多厂家推出了防干烧型的燃气灶。原理是在锅底增加一个温度传感器，用于感应锅底的温度，而作出判断；市面上的产品往往设定一个比较高的温度作为干烧保护点，但由于食材和锅具材质不一样，笼统的设置一个保护温度点，会造成以下问题：不能兼顾到食材的烹饪特性，造成食材干烧碳化；锅具材质和厚度不同，传热特性不同，往往造成过早保护；防干烧保护器复位等待时间长，不能连续烹饪。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种基于方差的灶具自适应防干烧控制方法，提高判断干烧状态的准确性。

本发明的另一目的是提供一种灶具自适应防干烧控制系统。

本发明所采用的技术方案是：

一种基于方差的灶具自适应防干烧控制方法，该方法具体包括如下步骤：

S1，灶具点火器启动，点火成功后初始化灶具的参数；

S2，采集N组温度值，记为：T₁、T₂……T_N，N≥2；

S3，计算所述S2中N组温度值的方差S；

S4，根据所述S3中的方差S与预设的方差阈值S_set之间的关系判定温度是否发生突变；

S5，当温度发生突变后，根据当前时间周期匹配起判温度T_set，之后根据所述起判温度T_set与实时温度值T_now之间的关系判定灶具是否进入干烧保护模式。

优选地，所述S4中根据方差S与预设的方差阈值S_set之间的关系判定温度是否发生突变，具体为：

当S≥S_set时，判定灶具温度发生突变，进入S5；

反之返回S2继续采集温度值。

优选地，所述S5中根据当前时间周期匹配起判温度T_set，之后根据所述起判温度T_set与实时温度值T_now之间的关系判定灶具是否进入干烧保护模式，具体为：

S51，根据当前时间周期内温度发生突变的波形确定起判温度T_set；

S52，根据所述起判温度T_set与实时温度值T_now之间的关系判定灶具是否进入干烧保护模式，具体为：

当T_now≥T_set成立且维持固定时间，则判定灶具进入干烧保护模式；反之返回S2继续采集温度值。

优选地，在所述S2中，当实时采集的温度值T_now大于预设的温度极限值T_max时，判定灶具出现异常，则灶具报警并熄火。

优选地，所述S51还包括：根据当前时间周期内温度发生突变的波形判定对温度极限值T_max是否进行动态调整，具体为：

若当前时间周期内温度发生突变的波形出现峰值，则对温度极限值T_max进行动态调整；反之不进行调整；

若当前时间周期内温度发生突变的波形出现a个峰值，则温度极限值T_max调小；若当前时间周期内温度发生突变的波形出现b个峰值时，则温度极限值T_max调大；其中，a＜b。

优选地，所述S51中根据当前时间周期内温度发生突变的波形确定起判温度T_set，具体为：

若当前时间周期内温度发生突变的波形出现a个峰值，则起判温度T_set相较于初始起判温度值调小；

若当前时间周期内温度发生突变的波形出现b个峰值，起判温度T_set相较于初始起判温度值调大；其中，a＜b；

若当前时间周期内温度发生突变的波形未出现峰值时，则起判温度T_set不进行调整。

优选地，所述当前时间周期的确定方法具体为：

当温度发生突变的波形第一次出现峰值时，将该波形对应的时间设置为当前时间周期；

当温度发生突变的波形第二次出现峰值时，则当前时间周期为第一次出现峰值对应的当前时间周期的2-3倍；

当温度发生突变的波形第三次出现峰值时，则当前时间周期为第二次出现峰值对应的当前时间周期的3-6倍。

优选地，所述S3中计算N组温度值的方差S，具体为：

S31，根据公式(1)计算N组温度值的算术平均值M；

M＝(T₁+T₂+……+T_N)/N (1)

S32，根据公式(2)计算N组温度值的方差S；

S＝[(T₁-M)²+(T₂-M)²+......(T_N-M)²]/N (2)。

优选地，所述S2中采集N组温度值，具体为：

依次间隔固定时间进行采集，所述固定时间T的取值范围为：0＜T≤10s。

优选地，所述S5中，当灶具进入防干烧保护模式之后，则灶具报警并熄火。

一种灶具自适应防干烧控制系统，其应用上述的基于方差的灶具自适应防干烧控制方法，其包括设置在灶具内的控制器、温度采集模块、计算模块以及干烧保护模块；

所述温度采集模块，用于采集至少两组不同的温度值，并将采集的数据传递至计算模块；

所述计算模块，用于计算至少两组不同的温度值的方差，并将所述方差传递至控制器；

所述控制器，用于根据所述方差和方差阈值之间的关系控制干烧保护模块的工作状态。

优选地，该控制系统还包括用于提示报警并关闭电磁阀断气熄火的熄火模块。

与现有技术相比，本发明实施时，当灶具点火成功后，首先初始化灶具的所有参数，然后采集N组温度值，并计算采集N组温度值的方差，之后根据计算的方差和预设的方差阈值之间的关系判定温度是否发生突变；当温度发生突变后，根据当前时间周期匹配起判温度T_set，之后根据所述起判温度T_set与实时温度值T_now之间的关系判定灶具是否进入干烧保护模式。整个过程可以动态监控加热过程的温度变化情况，且根据当前时间周期匹配起判温度T_set实现了该方法的自适应性，针对具体情况进行具体判断，而非一概而论，提高判断干烧状态的准确性，避免食材大面积碳化和锅具损坏。

附图说明

图1是本发明实施例1提供一种基于方差的灶具自适应防干烧控制方法的流程图；

图2是本发明实施例2提供一种基于方差的灶具自适应防干烧控制方法的流程图；

图3为本发明实施例2提供一种基于方差的灶具自适应防干烧控制方法中灶具烹饪时的部分温度曲线图；

图4为本发明实施例2提供一种基于方差的灶具自适应防干烧控制方法中灶具烹饪时当前时间周期的示意图；

图5是本发明实施例3提供一种灶具自适应防干烧控制系统的系统框图。

其中：1.控制器，2.温度采集模块，3.计算模块，4.干烧保护模块，5.熄火模块。

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。

实施例1

本发明实施例1提供一种基于方差的灶具自适应防干烧控制方法，如图1所示，该方法具体包括如下步骤：

S1，灶具点火器启动，点火成功后初始化灶具的参数；

S2，采集N组温度值，记为：T₁、T₂……T_N，N≥2；

具体地，在这个过程中，当实时采集的温度值T_now大于预设的温度极限值T_max时，判定灶具出现异常，则灶具报警并熄火；

另外，考虑到烹饪环境的复杂性和烹饪食材的多样性，需要设定一个比较合适的温度极限值T_max，比如290℃，这样，当实时采集的温度值大于290℃且维持了十秒左右时，则判定灶具出现异常，灶具报警并熄火；

并且，依次间隔固定时间进行采集N组温度值，所述固定时间T的取值范围为：0＜T≤10s；

S3，计算所述S2中N组温度值的方差S；

具体地，S31，根据公式(1)计算N组温度值的算术平均值M；

M＝(T₁+T₂+……+T_N)/N (1)

S32，根据公式(2)计算N组温度值的方差S；

S＝[(T₁-M)²+(T₂-M)²+......(T_N-M)²]/N (2)；

S4，根据所述S3中的方差S与预设的方差阈值S_set之间的关系判定温度是否发生突变，具体为：

当S≥S_set时，判定灶具温度发生突变，进入S5；

反之返回S2继续采集温度值；

另外，在具体的实施中，方差阈值S_set的设定也不是固定的，经研究实验发现，含油量越小的食材，其碳化速度越快，此时对应的方差阈S_set可以设置的相对大一些值；

S5，当温度发生突变后，根据当前时间周期匹配起判温度T_set，之后根据所述起判温度T_set与实时温度值T_now之间的关系判定灶具是否进入干烧保护模式，具体为：

S51，根据当前时间周期内温度发生突变的波形确定起判温度T_set；

S52，根据所述起判温度T_set与实时温度值T_now之间的关系判定灶具是否进入干烧保护模式，具体为：

当T_now≥T_set成立且维持固定时间，则判定灶具进入干烧保护模式；反之返回S2继续采集温度值。

具体地，当前时间周期的大小与所烹饪的食材有关联，当烹饪食物所需时间较长时，时间周期也相应的较长；当烹饪食物所需时间较短时，时间周期也相应的较短。

另外，起判温度T_set是指：当实时温度超过起判温度时，才允许执行进入干烧保护模式，比如设置起判温度为200℃，这样防止了低温波动。

本实施例之所以根据N组温度值的方差与预设的方差阈值S_set之间的关系判定灶具是否进入干烧保护模式，原理在于：

算术平均值，又称均值，是统计学中最基本、最常用的一种平均指标；

方差在概率论和统计论里，用来衡量随机变量或一组数据的离散程度的度量，概率论中方差用来度量随机变量和其数学期望(即均值)之间的偏离程度，统计中的方差(样本方差)是每个样本值与全体样本值的平均数之差的平方值的平均数。因此，方差不仅仅表达了样本偏离均值的程度，更是揭示了样本内部彼此波动的程度，也可以理解为方差代表了样本彼此波动的期望。

因此，在本实施例中算术平均值M用于表示N组温度值的波动轨迹；方差用于判断N组温度值的偏离度，寻找特变温度拐点(上升或下降)，揭露了温度的波动程度，能更好的反应出是否发生干烧。

本实施例通过自动匹配起判温度实现了该方法的自适应性，针对具体情况进行具体判断提高判断干烧状态的准确性。

实施例2

如图2所示，和实施例1不同的是，在本实施例2中，为了防止误判，还增加了对温度极限值T_max的动态调整，具体为：

若当前时间周期内温度发生突变的波形出现峰值，则对温度极限值T_max进行动态调整；反之不进行调整；

若当前时间周期内温度发生突变的波形出现a个峰值，则温度极限值T_max调小；

若当前时间周期内温度发生突变的波形出现b个峰值时，则温度极限值T_max调大；其中，a＜b。

另外，本实施例还公开了根据当前时间周期内温度发生突变的波形确定起判温度T_set，具体为：

若当前时间周期内温度发生突变的波形出现a个峰值，则起判温度T_set相较于初始起判温度值调小；

若当前时间周期内温度发生突变的波形出现b个峰值，起判温度T_set相较于初始起判温度值调大；其中，a＜b；

若当前时间周期内温度发生突变的波形未出现峰值时，则起判温度T_set不进行调整。

更具体地，温度极限值T_max和起判温度T_set调大或者调小的具体值通过如下方式确定：

因为温度极限值T_max和起判温度T_set均是在温度发生突变的波形出现峰值时才进行的调整，因此假设当前时间周期内峰值与最低温度之间的差值为30℃，则：

调整后的温度极限值T_max是在原有温度极限值的基础上增加30℃或者减小30℃，而增加或者减小如何选取取决于出现峰值的数量；

同样地，调整后的起判温度T_set是在原有起判温度的基础上增加30℃或者减小30℃，而增加或者减小如何选取取决于出现峰值的数量。

更具体地，在当前时间周期内出现一个峰值时，认为温度波动较小，则温度极限值T_max和起判温度T_set应该调小数值，防止食材大面积炭化，也能保护锅具，延长锅具使用寿命；

在当前时间周期内出现两个个峰值时，认为温度波动较大，则温度极限值T_max和起判温度T_set应该调大数值，以免频繁关火保护，影响用户的使用体验；

需要说明的是，上述调大和调小均是在当前温度没有达到起判温度T_set时进行，如果当前温度达到起判温度T_set，则直接进入防干烧保护模式。

另外，上述当前周期也可以实现自适应的调整，不同时间段和不同温度下对应的当前时间周期是不同的，具体为：

所述当前时间周期的确定方法具体为：

当温度发生突变的波形第一次出现峰值时，将该波形对应的时间设置为当前时间周期；

当温度发生突变的波形第二次出现峰值时，则当前时间周期为第一次出现峰值对应的当前时间周期的2-3倍；

当温度发生突变的波形第三次出现峰值时，则当前时间周期为第二次出现峰值对应的当前时间周期的3-6倍。

这样处理的意义在于：在初始阶段，温度变化较快，因此此时的当前时间周期设置的短一些，而随着时间的推移，温度变化较慢，此时当前时间周期可以设置的长一些。

更具体地，在使用灶具进行烧水时，其温度曲线如图3所示，从图中可以看出，温度在120℃左右时发生突变，假如我们设定的初始温度极限值T_max和起判温度T_set分别为280℃和200℃，则在这段曲线对应的时间在450秒左右的时候会进入防干烧保护模式，因为在450秒左右时，温度为200℃，达到了设定的初始起判温度T_set。

更具体地，如图4所示为烹饪某种食物时的温度曲线图，从图中可以看出时间周期的变化情况；

第一个时间周期A内，没有出现带有峰值的波形，则在这个周期内温度极限值T_max和起判温度T_set均是设定的初始值，不会出现任何变化；

在第二个时间周期B内，出现了两个峰值，则此时系统会对温度极限值T_max和起判温度T_set均进行相应的动态调整；

我们也可以看出，时间周期B的基本是时间周期A的2.3倍；

在时间周期B中，不会进入防干烧保护模式是因为此时温度没有发生突变；

在时间周期C中，温度发生了突变，而在386-397s这个范围内，温度达到了对应的温度极限值T_max(假设此时温度极限值T_max为280℃)，则进入干烧保护模式，灶具报警并熄火。

实施例3

本发明实施例3提供一种灶具自适应防干烧控制系统，其应用实施例1或者2所述的基于方差的灶具自适应防干烧控制方法，如图5所示，其包括设置在灶具内的控制器1、温度采集模块2、计算模块3以及干烧保护模块4；

所述温度采集模块2，用于采集至少两组不同的温度值，并将采集的数据传递至计算模块3；

所述计算模块3，用于计算至少两组不同的温度值的方差，并将所述方差传递至控制器1；

所述控制器1，用于根据所述方差和方差阈值之间的关系控制干烧保护模块4的工作状态。

该控制系统还包括用于提示报警并关闭电磁阀断气熄火的熄火模块5。

本实施例通过控制器、温度采集模块、计算模块以及干烧保护模块之间的相互配合使灶具在工作的过程中可以动态监控加热过程的温度变化情况，提高判断干烧状态的准确性，避免食材大面积碳化和锅具损坏。

在上述实施例中可以全部或者部分的通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件程序实现时，可以全部或者部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或者多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或者部分地产生按照本申请实施例所述的流程或者功能。所述计算机可以是通用的计算机、专用计算机、计算机网络或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输。

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 (12)

1.一种基于方差的灶具自适应防干烧控制方法，其特征在于，该方法具体包括如下步骤：

S1，灶具点火器启动，点火成功后初始化灶具的参数；

S2，采集N组温度值，记为：T₁、T₂……T_N，N≥2；

S3，计算所述S2中N组温度值的方差S；

S4，根据所述S3中的方差S与预设的方差阈值S_set之间的关系判定温度是否发生突变；

S5，当温度发生突变后，根据当前时间周期匹配起判温度T_set，之后根据所述起判温度T_set与实时温度值T_now之间的关系判定灶具是否进入干烧保护模式。

2.根据权利要求1所述的一种基于方差的灶具自适应防干烧控制方法，其特征在于，所述S4中根据方差S与预设的方差阈值S_set之间的关系判定温度是否发生突变，具体为：

当S≥S_set时，判定灶具温度发生突变，进入S5；

反之返回S2继续采集温度值。

3.根据权利要求2所述的一种基于方差的灶具自适应防干烧控制方法，其特征在于，所述S5中根据当前时间周期匹配起判温度T_set，之后根据所述起判温度T_set与实时温度值T_now之间的关系判定灶具是否进入干烧保护模式，具体为：

S51，根据当前时间周期内温度发生突变的波形确定起判温度T_set；

S52，根据所述起判温度T_set与实时温度值T_now之间的关系判定灶具是否进入干烧保护模式，具体为：

当T_now≥T_set成立且维持固定时间，则判定灶具进入干烧保护模式；反之返回S2继续采集温度值。

4.根据权利要求3所述的一种基于方差的灶具自适应防干烧控制方法，其特征在于，在所述S2中，当实时采集的温度值T_now大于预设的温度极限值T_max时，判定灶具出现异常，则灶具报警并熄火。

5.根据权利要求4所述的一种基于方差的灶具自适应防干烧控制方法，其特征在于，所述S51还包括：根据当前时间周期内温度发生突变的波形判定对温度极限值T_max是否进行动态调整，具体为：

若当前时间周期内温度发生突变的波形出现峰值，则对温度极限值T_max进行动态调整；反之不进行调整；

若当前时间周期内温度发生突变的波形出现a个峰值，则温度极限值T_max调小；若当前时间周期内温度发生突变的波形出现b个峰值时，则温度极限值T_max调大；其中，a＜b。

6.根据权利要求5所述的一种基于方差的灶具自适应防干烧控制方法，其特征在于，所述S51中根据当前时间周期内温度发生突变的波形确定起判温度T_set，具体为：

若当前时间周期内温度发生突变的波形出现a个峰值，则起判温度T_set相较于初始起判温度值调小；

若当前时间周期内温度发生突变的波形出现b个峰值，起判温度T_set相较于初始起判温度值调大；其中，a＜b；

若当前时间周期内温度发生突变的波形未出现峰值时，则起判温度T_set不进行调整。

7.根据权利要求6所述的一种基于方差的灶具自适应防干烧控制方法，其特征在于，所述当前时间周期的确定方法具体为：

当温度发生突变的波形第一次出现峰值时，将该波形对应的时间设置为当前时间周期；

当温度发生突变的波形第二次出现峰值时，则当前时间周期为第一次出现峰值对应的当前时间周期的2-3倍；

当温度发生突变的波形第三次出现峰值时，则当前时间周期为第二次出现峰值对应的当前时间周期的3-6倍。

8.根据权利要求1-7任一项所述的一种基于方差的灶具自适应防干烧控制方法，其特征在于，所述S3中计算N组温度值的方差S，具体为：

S31，根据公式(1)计算N组温度值的算术平均值M；

M＝(T₁+T₂+……+T_N)/N (1)

S32，根据公式(2)计算N组温度值的方差S；

S＝[(T₁-M)²+(T₂-M)²+......(T_N-M)²]/N (2)。

9.根据权利要求1所述的一种基于方差的灶具自适应防干烧控制方法，其特征在于，所述S2中采集N组温度值，具体为：

依次间隔固定时间进行采集，所述固定时间T的取值范围为：0＜T≤10s。

10.根据权利要求1或9所述的一种基于方差的灶具自适应防干烧控制方法，其特征在于，所述S5中，当灶具进入防干烧保护模式之后，则灶具报警并熄火。

11.一种灶具自适应防干烧控制系统，其特征在于，其应用权利要求1-10任一项所述的基于方差的灶具自适应防干烧控制方法，其包括设置在灶具内的控制器(1)、温度采集模块(2)、计算模块(3)以及干烧保护模块(4)；

所述温度采集模块(2)，用于采集至少两组不同的温度值，并将采集的数据传递至计算模块(3)；

所述计算模块(3)，用于计算至少两组不同的温度值的方差，并将所述方差传递至控制器(1)；

所述控制器(1)，用于根据所述方差和方差阈值之间的关系控制干烧保护模块(4)的工作状态。

12.根据权利要求11所述的一种灶具自适应防干烧控制系统，其特征在于，该控制系统还包括用于提示报警并关闭电磁阀断气熄火的熄火模块(5)。

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