基于煙灶鍋聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)的控溫菜譜及其自學(xué)習(xí)方法

黃鴻益 張小蘭

（廣東萬和熱能科技有限公司 佛山 528305）

前言

隨著人們物質(zhì)生活水平提高，現(xiàn)在懂得烹飪的人越來越少?，F(xiàn)有的菜譜烹飪教學(xué)視頻大部分只是告訴學(xué)習(xí)者做一道菜所需的食材、烹飪步驟，而且這個(gè)流程只是粗略的告訴學(xué)習(xí)者，什么時(shí)候該放什么食材。學(xué)習(xí)者難以掌握烹飪步驟的準(zhǔn)確時(shí)機(jī)，往往容易錯(cuò)過最佳的烹飪溫度，導(dǎo)致學(xué)習(xí)者難以再現(xiàn)烹飪教學(xué)中的菜色口感。此外，目前市場上一些廚房電器產(chǎn)品內(nèi)置有不同的菜譜功能（如火鍋、爆炒、煲湯、熬粥等），甚至一些廚房電器的概念機(jī)還能通過互聯(lián)網(wǎng)從云端下載不同的菜譜儲存在廚房電器內(nèi)[1-4]。然而對于學(xué)習(xí)者而言，這些由廠家預(yù)設(shè)的菜譜，不僅菜譜的種類、菜色的口味均無法滿足不同人士的個(gè)性化需求，而且學(xué)習(xí)者無法獲悉這些菜譜在烹飪過程的具體烹飪步驟，不利于學(xué)習(xí)者提高烹飪技巧。

為此，提供了基于油煙機(jī)、灶具、鍋具的聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的控溫菜譜，便于學(xué)習(xí)者掌握烹飪步驟的準(zhǔn)確時(shí)機(jī)，降低學(xué)習(xí)者再現(xiàn)菜色口感的難度；菜譜自學(xué)習(xí)可以使學(xué)習(xí)者有針對性地學(xué)習(xí)某特定對象（如某一家庭成員或廚師）的烹飪手法，滿足學(xué)習(xí)者的個(gè)性化需求。

1 煙、灶、鍋聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)

整套聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)由油煙機(jī)、灶具、鍋具組成，分別通過藍(lán)牙模塊進(jìn)行無線通信，其中油煙機(jī)作為主機(jī)，灶具和鍋具作為從機(jī)。系統(tǒng)工作時(shí)，作為食物載皿的鍋具內(nèi)設(shè)有熱電偶溫度傳感器，實(shí)時(shí)檢測鍋內(nèi)的溫度（溫度測量精度±0.5 ℃），通過藍(lán)牙模塊上報(bào)給油煙機(jī)；作為加熱源灶具接收煙機(jī)的指令，調(diào)節(jié)灶具的檔位（13檔可選，加熱功率200 W～4.5 kW）控制燃?xì)獗壤y的開度，控制加熱的功率，實(shí)現(xiàn)鍋內(nèi)的溫度控制；而油煙機(jī)則是作為整個(gè)系統(tǒng)的主機(jī)，處理灶具、鍋具上報(bào)的數(shù)據(jù)，進(jìn)行PID運(yùn)算[5]，TTS語音合成等，實(shí)現(xiàn)菜譜調(diào)用、菜譜錄入的功能。系統(tǒng)的整體框架如圖1所示。

2 智能控溫菜譜

基于這套聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)，才能實(shí)現(xiàn)智能控溫菜譜的功能。由于添加食材時(shí)，鍋具溫度會(huì)隨之出現(xiàn)下降，這個(gè)溫度跳躍點(diǎn)就對應(yīng)著添加食材的溫度，菜譜就是將烹飪時(shí)的溫度-時(shí)間曲線記錄下來，使每個(gè)溫度跳躍點(diǎn)與對應(yīng)的烹飪步驟匹配，學(xué)習(xí)者只需按照烹飪步驟執(zhí)行即可。煙機(jī)在記錄的學(xué)習(xí)者在烹飪過程的中烹飪參數(shù)包括鍋內(nèi)溫度參數(shù)、食物重量參數(shù)、時(shí)間參數(shù)、灶具加熱檔位參數(shù)等，但烹飪參數(shù)至少為鍋內(nèi)溫度參數(shù)和時(shí)間參數(shù)。

2.1 菜譜生成

本套系統(tǒng)已經(jīng)內(nèi)置了一部分智能菜譜，但是并不能滿足全部人的口味，因此，本文設(shè)計(jì)了一種學(xué)習(xí)者可以自行錄入并學(xué)習(xí)的菜譜。具體是在油煙機(jī)的控制面板設(shè)置進(jìn)入菜譜錄入模式。挑選合適的廚師在油煙機(jī)錄入所烹飪菜肴所需要的食材、食材重量（以克為單位，精確到1 g）和烹飪過程中的大致烹飪步驟（若在烹飪過程中有關(guān)火步驟，需要在錄入步驟時(shí)寫明關(guān)火，當(dāng)系統(tǒng)執(zhí)行到此步驟時(shí)，灶具隨之關(guān)閉）。錄入流程如圖2所示。

例如，烹飪糖醋排骨錄入的所需食材、食材重量和大致烹飪步驟表1。

烹飪步驟錄入完成之后，廚師就可以在灶具上點(diǎn)火，按正常流程烹飪該糖醋排骨，此時(shí)鍋具通過藍(lán)牙將鍋具的實(shí)時(shí)溫度數(shù)據(jù)發(fā)送到油煙機(jī)，油煙機(jī)將鍋具溫度數(shù)據(jù)和烹飪過程的時(shí)間數(shù)據(jù)存儲起來形成溫度-時(shí)間曲線（如圖3所示），糖醋排骨烹飪完成后關(guān)火（此時(shí)，廚師可以再重新對糖醋排骨的烹飪步驟進(jìn)行微調(diào)），完成錄入。

圖1 系統(tǒng)的整體框架

圖2 菜譜錄入流程

錄入完成之后，油煙機(jī)會(huì)將溫度-時(shí)間曲線上的鍋具溫度跳躍點(diǎn)a、b、c、d、e、f、h與烹飪步驟a、b、c、d、e、f、h一一對應(yīng)起來（如圖3所示），并判斷錄入的烹飪步驟a、b、c、d、e、f、h是否與記錄的溫度-時(shí)間曲線的溫度跳躍點(diǎn)a、b、c、d、e、f、h匹配。若不匹配，則油煙機(jī)提示對應(yīng)的烹飪步驟出現(xiàn)問題，廚師可以查看錯(cuò)誤信息后修改烹飪步驟；若匹配正常，則油煙機(jī)提示生成菜譜。每個(gè)菜譜都有自己的唯一ID，用戶可以將菜譜保存于本地或上傳云端，分享給其他用戶。

2.2 菜譜使用

菜譜的使用流程如圖3所示，學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)烹飪糖醋排骨，先在油煙機(jī)的顯示模塊上選擇想要執(zhí)行的糖醋排骨菜譜（該菜譜可以是系統(tǒng)自帶菜譜，也可以由學(xué)習(xí)者選定的廚師人工烹飪后生成的菜譜），進(jìn)入菜譜模式后，操作灶具點(diǎn)火，點(diǎn)火后灶具先通過鍋具識別模塊識別爐架上所放置的鍋具是否為配套的智能鍋具，若檢鍋失敗，則退出菜譜模式。若檢鍋成功完成后，油煙機(jī)的TTS語音合成模塊會(huì)將待執(zhí)行的烹飪步驟以語音的形式播放出來。

如圖4所示，在開始烹飪時(shí)，即節(jié)點(diǎn)a，語音提示學(xué)習(xí)者“將排骨洗凈切小段，冷水下鍋煮開，焯掉血水”。

當(dāng)加熱至節(jié)點(diǎn)b時(shí)，語音提示學(xué)習(xí)者“關(guān)火，盛出排骨，用冷水洗干凈”、“重新放水煮排骨，同時(shí)放入蔥姜、辣椒、花椒、桂皮和八角，蓋上鍋蓋開始煮”。

當(dāng)加熱至節(jié)點(diǎn)c時(shí)，語音提示學(xué)習(xí)者“煮熟后，盛出排骨和高湯，高湯留著備用”、“將鍋洗干凈后，重新熱鍋”。

當(dāng)加熱至節(jié)點(diǎn)d時(shí)，語音提示學(xué)習(xí)者“放入已配置的糖醋汁”。

當(dāng)加熱至節(jié)點(diǎn)e時(shí)，語音提示學(xué)習(xí)者“將排骨倒入，翻炒均勻”。

當(dāng)加熱至節(jié)點(diǎn)f時(shí)，語音提示學(xué)習(xí)者“放入高湯，沒過排骨即可，蓋上鍋蓋燉煮”。

當(dāng)加熱至節(jié)點(diǎn)g時(shí)，語音提示學(xué)習(xí)者“加入淀粉水，用鍋鏟快速翻炒收汁”。

當(dāng)加熱至節(jié)點(diǎn)h時(shí)，語音提示學(xué)習(xí)者“烹飪完成，關(guān)火，盛出盤中”。

表1 烹飪糖醋排骨食材及步驟

圖3 錄制的溫度-時(shí)間曲線

在上述烹飪過程中，油煙機(jī)根據(jù)菜譜中保存的溫度-時(shí)間曲線，通過溫度參數(shù)優(yōu)先，結(jié)合時(shí)間參數(shù)，控制灶具的火力。油煙機(jī)根據(jù)鍋具溫度是否下降來判斷學(xué)習(xí)者是否放入相應(yīng)的食材，若學(xué)習(xí)者按照提示放入食材，則自動(dòng)進(jìn)入下一步，一步一步提示，直至烹飪完成，關(guān)火，退出菜譜模式。當(dāng)菜譜模式執(zhí)行完成時(shí)，學(xué)習(xí)者即可烹飪出跟菜譜相符的糖醋排骨。

學(xué)習(xí)者在采用菜譜模式烹飪菜肴時(shí)，無需手動(dòng)調(diào)節(jié)灶具的火力大小，火力檔位由油煙機(jī)對鍋具上報(bào)的數(shù)據(jù)進(jìn)行PID運(yùn)算，計(jì)算出檔位后再發(fā)送給灶具。學(xué)習(xí)者只需要按照油煙機(jī)的語音提示，將食材依次放進(jìn)鍋具中翻炒，即可烹飪出與菜譜一樣的美食。

在菜譜模式執(zhí)行過程中，油煙機(jī)記錄學(xué)習(xí)者在烹飪過程的烹飪參數(shù)（如溫度-時(shí)間曲線），并在烹飪結(jié)束時(shí)，將學(xué)習(xí)者的烹飪參數(shù)（如溫度-時(shí)間曲線）與菜譜中保存的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)（如溫度-時(shí)間曲線）做對比，判斷關(guān)鍵溫度點(diǎn)的誤差，找出用戶的錯(cuò)誤操作并提示，從而對學(xué)習(xí)者的烹飪過程進(jìn)行評分，使學(xué)習(xí)者在執(zhí)行菜譜時(shí)，能對自己的操作是否正確有直觀的了解。

在菜譜模式執(zhí)行過程中，若某一烹飪步驟放入的食材重量較?。ㄐ∮?0 g），此時(shí)鍋具溫度下降不明顯，鍋內(nèi)溫度變化信號超出油煙機(jī)的檢測精度時(shí)，則在油煙機(jī)的顯示面板上提示學(xué)習(xí)者是否已經(jīng)放入食材，學(xué)習(xí)者手動(dòng)確認(rèn)后繼續(xù)執(zhí)行下一步，或等待一定時(shí)間（如5 s）后若學(xué)習(xí)者還沒點(diǎn)擊確認(rèn)則會(huì)自動(dòng)進(jìn)入下一步，從而，確保菜譜的順利執(zhí)行。

在菜譜模式執(zhí)行過程中，若油煙機(jī)未檢測到鍋具溫度下降，則發(fā)送指令給灶具以控制比例閥調(diào)節(jié)模塊調(diào)節(jié)灶具火力，將溫度恒定在某一溫度，防止火力過大導(dǎo)致學(xué)習(xí)者錯(cuò)過最佳溫度時(shí)機(jī)或出現(xiàn)糊鍋的情況，若恒溫超過一定時(shí)間（如1 min），學(xué)習(xí)者還未放入食材，則默認(rèn)學(xué)習(xí)者離開，菜譜執(zhí)行錯(cuò)誤，退出菜譜模式。從而，有效避免意外發(fā)生。

在菜譜模式執(zhí)行過程中，若菜譜存在停止加熱步驟（如關(guān)閉灶具），則學(xué)習(xí)者相應(yīng)地停止加熱（如關(guān)閉灶具）。在停止加熱步驟（如關(guān)閉灶具）期間，鍋具的實(shí)時(shí)溫度數(shù)據(jù)會(huì)停止發(fā)送給油煙機(jī)，油煙機(jī)不記錄學(xué)習(xí)者在烹飪過程的烹飪參數(shù)，但菜譜模式還未停止，待重新加熱后（如灶具重新點(diǎn)火），繼續(xù)執(zhí)行菜譜模式。

3 應(yīng)用實(shí)例

本文使用的煙灶鍋聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)利用鍋具測溫，灶具調(diào)火，煙機(jī)計(jì)算實(shí)現(xiàn)智能控溫菜譜的功能，通過不同的學(xué)習(xí)者進(jìn)行測試智能控溫菜譜的穩(wěn)定性：同一個(gè)菜譜，不同的學(xué)習(xí)者均可做出口味相識的一道菜。如圖5為菜譜的準(zhǔn)備界面，圖6為菜譜的步驟和曲線，圖7為菜譜的執(zhí)行過程。

圖4 菜譜執(zhí)行流程

圖5 菜譜界面

圖6 菜譜步驟和曲線

圖7 菜譜執(zhí)行過程

4 結(jié)語

通過一種基于煙灶鍋聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)的控溫菜譜及其自學(xué)習(xí)方法，解決了用戶不會(huì)烹飪時(shí)，能使用本系統(tǒng)，烹飪出與廚師相當(dāng)手藝的菜肴，并且自學(xué)習(xí)菜譜，可以錄入任意一人的做菜方法，是用戶可以根據(jù)自己的喜好、口味來選擇菜譜，避免了固化菜譜無法同時(shí)滿足所有人口味的問題。該系統(tǒng)集成煙、灶、鍋功能與一身，可以稱之為小型家庭廚房中控單元，也是未來發(fā)展的方向[6]。