一种一体式烤箱的电加热系统及控制方法与流程

1.本发明涉及加热器具技术领域，更具体地说，本发明涉及一种一体式烤箱的电加热系统及控制方法。


背景技术：

2.烤箱是一种密封的用来烤食物或烘干产品的电器，而电烤箱是利用电热元件所发出的辐射热来烘烤食品的电热器具，利用它可以制作烤鸡、烤鸭、糕点等，根据烘烤食品的不同需要，电烤箱的温度一般可在50-250℃范围内调节。
3.烤箱主要由箱体、电热元件、调温器、定时器和功率调节开关构成，其箱体保证烤箱加热时的密封箱，电热元件内部为电阻丝，通过电阻丝在电流作用下发热，经过热传导的原理来加热食物，调温器保证电烤箱加热时的温度稳定，定时器可以控制加热时间，功率调节对烤箱加热时的热量进行调节。
4.现有的烤箱一般是通过调节双向晶闸管（scr）的导通角的大小来控制输出功率的大小，但是此种调节方式所调节的电压是非正弦波，因此会造成电网污染，并且会产生高频辐射，易对周围的用电设备造成干扰。
5.传统的烤箱内进行温度检测后，其信号传递给控制系统内并进行处理后，具有一定的滞后性，由于滞后性的存在，对检测到的温度进行调整温度无法与实时温度进行匹配，因此烤箱内的温度无法达到长时间的稳定，影响食物的加热效果。


技术实现要素：

6.为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的技术方案提供一种一体式烤箱的电加热系统，交互模块、烤箱设备主体、测温模块、电加热模块，自动对烤箱的温度进行调节，以解决上述背景技术中提出的问题。
7.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种一体式烤箱的电加热系统，包括交互模块、烤箱设备主体、测温模块、电加热模块，所述交互模块用于输入加热的温度，并将数据传输给烤箱设备主体，所述烤箱设备主体根据交互模块的数据控制电加热模块进行加热工作，所述电加热模块接收到烤箱设备主体的数据后进行加热，使得设备主体内的温度升高，所述测温模块对设备主体内的温度进行检测，并将检测数据传送给交互模块，所述交互模块接受测温模块的数据进行显示。
8.在一个优选的实施方式中，所述交互模块内包括警报装置、输入装置、显示装置，所述输入装置可进行烤箱设备主体内温度的控制，并可对烤箱设备主体内的温度进行实时调节，所述显示装置可显示烤箱设备主体内的温度、加热时间以及剩余时间，所述烤箱设备主体内温度过高或产生烟雾时，所述警报装置发出警报。
9.在一个优选的实施方式中，所述电加热模块包括光隔、继电器、加热电阻，所述继电器为固态继电器，所述电加热模块的优先级处于最低级。
10.在一个优选的实施方式中，所述测温模块包括测温热电偶、温度变送器、a/d转换
器以及光隔，所述测温热电偶检测到的温度信息转换为毫伏级电压信息，所述温度变送器内包括运算放大器，运算放大器将温度检测信息放大为0v-5v，所述a/d转换器将放大后的温度信息转换成数字量，经过光隔电线传递后传送给交互模块。
11.在一个优选的实施方式中，交互模块内数字量处理系统为pi控制系统，数字量经数字滤波与标度变换后进行pi控制系统。
12.在一个优选的实施方式中，所述数字滤波方式为单片机搭载的算术平均滤波系统，所述单片机位于烤箱设备主体的外侧，所述单片机处理的温度为50℃-250℃，单片机接收到的温度数据超过输入温度20℃时，控制警报装置响起并使得电加热模块停止。
13.在一个优选的实施方式中，检测温度的数字量传递函数为，传递函数采用预测器进行补偿，无纯滞后的传递函数公式为：，纯滞后补偿函数公式为：，温度调节时的计算函数为；式中k为静态放大系数，k0为初始状态的静态放大系数；t为反映热量参数变化的时间常数；τ为滞后时间；s为检测到的温度数值。
14.一种一体式烤箱的电加热系统的控制方法：具体包括下列步骤：s1、将待加热物体放置在烤箱设备主体内，在输入装置内输入加热温度，输入装置将输入的信息传递给光隔，经过继电器进行传递后控制加热电阻进行加热；s2、测温热电偶对烤箱设备主体内的温度进行检测，将检测到的信息经过温度变送器进行放大后，由a/d转换器变为数字量，经过光隔传递给交互模块；s3、交互模块内的pi控制系统对数字量进行处理，将其处理后进行温度控制，保持烤箱设备主体内的温度保持在稳定状态；s4、当交互模块内的交互模块内的pi控制系统检测到数字量大于输入温度20℃，此时交互模块内的警报装置发出警报，并关闭电加热模块，停止加热。
15.在一个优选的实施方式中，加热电阻进行加热时的温度调节方式为改变单位时间内的周波次数，加热方式为电流经过电阻产生热量的电加热方式。
16.与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明具体采用交互模块、烤箱设备主体、测温模块、电加热模块，所述交互模块用于输入加热的温度，并将数据传输给烤箱设备主体，所述烤箱设备主体根据交互模块的数据控制电加热模块进行加热工作，所述电加热模块接收到烤箱设备主体的数据后进行加热，使得设备主体内的温度升高，所述测温模块对设备主体内的温度进行检测，并将检测数据传送给交互模块，所述交互模块接受测温模块的数据进行显示，采用测温热电偶进行温度检测，检测到的温度信息转化为毫伏级，a/d转换器将电信号转化为数字信号，此时的数字量采用纯滞后补偿函数进行计算，从而计算结果更加准确，保证烤箱设备主体内温度的
稳定性，当烤箱内的加热温度较为稳定时，此时食品加热更加均匀，因此加热后的食品口感更佳。且本发明所述的烤箱，其内部零件较为简单，且不具有精密部件，稳定性强，在进行运输时不易损坏，方便其进行长途运输。
附图说明
17.图1为本发明的系统结构框图。
具体实施方式
18.下面将结合本发明以及本发明中的附图，对本发明申请的技术方案进行清楚、完整地描述，基于本发明中的技术护方案，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他技术方案，都属于本发明保护的范围。
19.本发明提供了如图1所示的一种一体式烤箱的电加热系统，包括交互模块、烤箱设备主体、测温模块、电加热模块，所述交互模块用于输入加热的温度，并将数据传输给烤箱设备主体，所述烤箱设备主体根据交互模块的数据控制电加热模块进行加热工作，所述电加热模块接收到烤箱设备主体的数据后进行加热，使得设备主体内的温度升高，所述测温模块对设备主体内的温度进行检测，并将检测数据传送给交互模块，所述交互模块接受测温模块的数据进行显示。
20.本实施与现有技术的区别在于交互模块、测温模块、烤箱设备主体、电加热模块，具体为电加热模块的热量调节方式为调节单位时间内的周波次数，从而对加热时的电流进行调整，因此电阻接收到电流后能够进行稳定加热，烤箱设备主体内搭载有单片机，测温模块采用热电偶的方式进行温度检测，交互模块可发出警报，整体对烤箱设备主体内的温度进行控制时，通过调节单位时间内的周波次数，从而控制温度的升降，调节单位时间内的周波次数时，其波形为一个完整的正弦波，不会对电设备造成干扰，且不会产生高频辐射。
21.进一步的，所述交互模块内包括警报装置、输入装置、显示装置，所述输入装置可进行烤箱设备主体内温度的控制，并可对烤箱设备主体内的温度进行实时调节，所述显示装置可显示烤箱设备主体内的温度、加热时间以及剩余时间，所述烤箱设备主体内温度过高或产生烟雾时，所述警报装置发出警报。
22.本技术的技术方案中，将交互模块分为三部分，输入装置可以对烤箱内的温度进行调节，且输入装置可以设置为键盘与触摸屏双输入方式，显示装置显示将烤箱设备主体的信息进行展示，方便使用者对烤箱的信息进行了解，而警报装置可以防止烤箱在使用时由于温度较高而因此火灾，且警报装置还可进行烟雾检测，当进行加热的食物出现烧煳的情况时可以进行及时检测，防止食物整体毁掉，保证了食物的口感。
23.进一步的，电加热模块包括光隔、继电器、加热电阻，所述继电器为固态继电器，所述电加热模块的优先级处于最低级。
24.本技术的技术方案中，光隔的电流通过继电器再与加热电阻进行连接，继电器为固态继电器，固态继电器由无触点开关的固态元件组成，因此使用寿命长，使用时不会出现火花，可用在低电流的情况下触发，而且其自身为阻燃型环氧树脂材料，因此使用在加热的环境下进行使用，当烤箱设备主体出现故障时，固态继电器也不会受到电流冲击而发生自燃，更具有安全性，电加热模块的优先级最低，从而可以快速控制电加热模块进行停止工
作，防止发生事故，有效保证了用户的家居安全。
25.进一步的，所述测温模块包括测温热电偶、温度变送器、a/d转换器以及光隔，所述测温热电偶检测到的温度信息转换为毫伏级电压信息，所述温度变送器内包括运算放大器，运算放大器将温度检测信息放大为0v-5v，所述a/d转换器将放大后的温度信息转换成数字量，经过光隔电线传递后传送给交互模块。
26.本技术的技术方案中，采用测温热电偶进行温度检测，检测到的温度信息转化为毫伏级，因此传输时的电流较小，不会对烤箱设备主体内的其余零件造成影响，将毫伏级的电压信息进行传递后，采用运算放大器进行放大，使其进行放大后的数据更加准确，运算放大器将温度检测信息放大为0v-5v，防止转化成较大的电压时，会对烤箱设备主体内的电路造成影响，且最终由a/d转换器将电信号转化为数字信号，因此进行传递时不会出现波动，传递出的信号与交互模块最终所接收到的信号保持一致，避免电信号传输时的浪费，增加温度测量时的准确性。
27.进一步的，传递函数采用预测器进行补偿，无纯滞后的传递函数公式为：，检测温度的数字量传递函数为，纯滞后补偿函数公式为：，温度调节时的计算函数为；式中k为静态放大系数，k0为初始状态的静态放大系数；t为反映热量参数变化的时间常数；τ为滞后时间；s为检测到的温度数值。
28.本技术的技术方案中，温度检测模块将检测到的温度进行转换，交互模块将转换后的数字量进行处理与计算后，再进行温度调节数据输出，数据咋进行处理的工作成会发生变化，因此变化会出现滞后性，而本技术首先采用数字量传递函数为计算出无滞后性的信号传递过程数据，再通过函数公式计算出具有无滞后性的信号传递数据，将其整体补入到数字量传递函数为中，最终温度调节时的计算函数为，此过程已经将滞后性进行补偿，因此进行烤箱设备主体的温度调节时，可以对烤箱设备主体内的温度进行实时且快速的调节，可以避免由于调节不及时而出现的食物受到过高温度而损坏或者未烤熟的情况。
29.进一步的，所述数字滤波方式为单片机搭载的算术平均滤波系统，所述单片机位于烤箱设备主体的外侧，所述单片机处理的温度为50℃-250℃，单片机接收到的温度数据
超过输入温度20℃时，控制警报装置响起并使得电加热模块停止。
30.算术平均滤波系统的数学表达式为：，其中n为进行滤波的次数，所取次数为8、10、12；算术平均滤波系统的算法程序为：#define n；char filter _3；{int sum=0；for count=0；count《n；count++；{sum+=get_adc；delay（）；}return（char）（sum/n）；}采用算术平均滤波系统进行数字滤波后，具有一个平均值，数字量在平均值上进行波动，滤波后的标准为平均值，因此可以避免剧烈波动信号对滤波效果的影响，此外，信号的平滑程度与n即选取次数呈正相关，n较大时较为平滑，精度高但是灵敏度低，n较小时平滑度低，灵敏度高，而且n取偶数可以采用以为代替除法，方便进行计算。
31.数字滤波方式还可为中位值平均滤波方法，中位值平均滤波将不同滤波功能的数字滤波器进行组合，组成复合数字滤波器，可以用中值滤波算法滤掉采样中的脉冲干扰，把剩余的采样值进行地推平均，中位值平均滤波方法的算法为：y1y2yn，其中3≤n≤4；y=（y2+y3+
……
+y
n=1
）/（n-2）；中位值平均滤波方法的程序为：char filter_7（）；{char count ，i，j，temp；char value_but[n]；int sum=0；for（count=0；count《n；count++）；{value_but[count]=get_data（）；delay（）；}for（j=0；j《n；j++）；for（i=0；i《n；i++）；if（value_but[i]》value_but[i+1]）；
{temp=value_but[i]；value_but[i]=value_but[i+1]；value_but[i+1]=temp；}for（count=1；count《n；count++）；sum+=value_but[count]；return （char）（sum（n-2））；}。
[0032]
中位值平均滤波方法既有递推平均滤波法又有中值滤波算法的优点，且可对快慢信号均可进行良好的滤波效果，但是此种算法的价格较高，因此适用于成本较高或较为高端的烤箱内。
[0033]
所述单片机处理的温度为50℃-250℃，烤箱设备主体的加热温度低于250℃，因此单片机的处理温度能够涵盖烤箱设备主体的加热温度，烤箱的各种工作温度均可进行处理，单片机接收到的温度数据超过输入温度20℃时，控制警报装置响起并使得电加热模块停止，单片机先接收到温度检测信号，因此当单片机可以第一时间检测到烤箱设备主体内的问题出现异常，且交互模式内也可进行电加热模块高温时的停止工作，因此具有双重保险，保证烤箱设备主体内温度较高时能够停止加热。
[0034]
一种一体式烤箱的电加热系统的控制方法，具体包括下列步骤：s1、将待加热物体放置在烤箱设备主体内，在输入装置内输入加热温度，输入装置将输入的信息传递给光隔，经过继电器进行传递后控制加热电阻进行加热；s2、测温热电偶对烤箱设备主体内的温度进行检测，将检测到的信息经过温度变送器进行放大后，由a/d转换器变为数字量，经过光隔传递给交互模块；s3、交互模块内的pi控制系统对数字量进行处理，将其处理后进行温度控制，保持烤箱设备主体内的温度保持在稳定状态；s4、当交互模块内的pi控制系统检测到数字量大于输入温度20℃，此时交互模块内的警报装置发出警报，并关闭电加热模块，停止加热。
[0035]
进一步的，加热电阻进行加热时的温度调节方式为改变单位时间内的周波次数，加热方式为电流经过电阻产生热量的电加热方式。
[0036]
周波次数的调节更加环保，且本技术采用电阻流过电流的电加热方式进行加热，加热速度更快，且需要进行加热温度的调节时，电加热的方式可在第一时间进行动作，从而实现快速的温度调节，且加热过程无需氧气，加热主要跟自身的电阻值有关，因此本技术在进行使用时受到环境的影响效果较小，因此在不同的地区进行使用时，均能保证加热的效果，提升食物加热后的口感。
[0037]
最后：以上所述仅为本发明的优选技术方案而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。