基于烟灶锅联动控制系统的控温菜谱及其自学习方法

黄鸿益 张小兰

（广东万和热能科技有限公司 佛山 528305）

前言

随着人们物质生活水平提高，现在懂得烹饪的人越来越少。现有的菜谱烹饪教学视频大部分只是告诉学习者做一道菜所需的食材、烹饪步骤，而且这个流程只是粗略的告诉学习者，什么时候该放什么食材。学习者难以掌握烹饪步骤的准确时机，往往容易错过最佳的烹饪温度，导致学习者难以再现烹饪教学中的菜色口感。此外，目前市场上一些厨房电器产品内置有不同的菜谱功能（如火锅、爆炒、煲汤、熬粥等），甚至一些厨房电器的概念机还能通过互联网从云端下载不同的菜谱储存在厨房电器内[1-4]。然而对于学习者而言，这些由厂家预设的菜谱，不仅菜谱的种类、菜色的口味均无法满足不同人士的个性化需求，而且学习者无法获悉这些菜谱在烹饪过程的具体烹饪步骤，不利于学习者提高烹饪技巧。

为此，提供了基于油烟机、灶具、锅具的联动控制系统实现的控温菜谱，便于学习者掌握烹饪步骤的准确时机，降低学习者再现菜色口感的难度；菜谱自学习可以使学习者有针对性地学习某特定对象（如某一家庭成员或厨师）的烹饪手法，满足学习者的个性化需求。

1 烟、灶、锅联动控制系统

整套联动控制系统由油烟机、灶具、锅具组成，分别通过蓝牙模块进行无线通信，其中油烟机作为主机，灶具和锅具作为从机。系统工作时，作为食物载皿的锅具内设有热电偶温度传感器，实时检测锅内的温度（温度测量精度±0.5 ℃），通过蓝牙模块上报给油烟机；作为加热源灶具接收烟机的指令，调节灶具的档位（13档可选，加热功率200 W～4.5 kW）控制燃气比例阀的开度，控制加热的功率，实现锅内的温度控制；而油烟机则是作为整个系统的主机，处理灶具、锅具上报的数据，进行PID运算[5]，TTS语音合成等，实现菜谱调用、菜谱录入的功能。系统的整体框架如图1所示。

2 智能控温菜谱

基于这套联动系统，才能实现智能控温菜谱的功能。由于添加食材时，锅具温度会随之出现下降，这个温度跳跃点就对应着添加食材的温度，菜谱就是将烹饪时的温度-时间曲线记录下来，使每个温度跳跃点与对应的烹饪步骤匹配，学习者只需按照烹饪步骤执行即可。烟机在记录的学习者在烹饪过程的中烹饪参数包括锅内温度参数、食物重量参数、时间参数、灶具加热档位参数等，但烹饪参数至少为锅内温度参数和时间参数。

2.1 菜谱生成

本套系统已经内置了一部分智能菜谱，但是并不能满足全部人的口味，因此，本文设计了一种学习者可以自行录入并学习的菜谱。具体是在油烟机的控制面板设置进入菜谱录入模式。挑选合适的厨师在油烟机录入所烹饪菜肴所需要的食材、食材重量（以克为单位，精确到1 g）和烹饪过程中的大致烹饪步骤（若在烹饪过程中有关火步骤，需要在录入步骤时写明关火，当系统执行到此步骤时，灶具随之关闭）。录入流程如图2所示。

例如，烹饪糖醋排骨录入的所需食材、食材重量和大致烹饪步骤表1。

烹饪步骤录入完成之后，厨师就可以在灶具上点火，按正常流程烹饪该糖醋排骨，此时锅具通过蓝牙将锅具的实时温度数据发送到油烟机，油烟机将锅具温度数据和烹饪过程的时间数据存储起来形成温度-时间曲线（如图3所示），糖醋排骨烹饪完成后关火（此时，厨师可以再重新对糖醋排骨的烹饪步骤进行微调），完成录入。

图1 系统的整体框架

图2 菜谱录入流程

录入完成之后，油烟机会将温度-时间曲线上的锅具温度跳跃点a、b、c、d、e、f、h与烹饪步骤a、b、c、d、e、f、h一一对应起来（如图3所示），并判断录入的烹饪步骤a、b、c、d、e、f、h是否与记录的温度-时间曲线的温度跳跃点a、b、c、d、e、f、h匹配。若不匹配，则油烟机提示对应的烹饪步骤出现问题，厨师可以查看错误信息后修改烹饪步骤；若匹配正常，则油烟机提示生成菜谱。每个菜谱都有自己的唯一ID，用户可以将菜谱保存于本地或上传云端，分享给其他用户。

2.2 菜谱使用

菜谱的使用流程如图3所示，学习者学习烹饪糖醋排骨，先在油烟机的显示模块上选择想要执行的糖醋排骨菜谱（该菜谱可以是系统自带菜谱，也可以由学习者选定的厨师人工烹饪后生成的菜谱），进入菜谱模式后，操作灶具点火，点火后灶具先通过锅具识别模块识别炉架上所放置的锅具是否为配套的智能锅具，若检锅失败，则退出菜谱模式。若检锅成功完成后，油烟机的TTS语音合成模块会将待执行的烹饪步骤以语音的形式播放出来。

如图4所示，在开始烹饪时，即节点a，语音提示学习者“将排骨洗净切小段，冷水下锅煮开，焯掉血水”。

当加热至节点b时，语音提示学习者“关火，盛出排骨，用冷水洗干净”、“重新放水煮排骨，同时放入葱姜、辣椒、花椒、桂皮和八角，盖上锅盖开始煮”。

当加热至节点c时，语音提示学习者“煮熟后，盛出排骨和高汤，高汤留着备用”、“将锅洗干净后，重新热锅”。

当加热至节点d时，语音提示学习者“放入已配置的糖醋汁”。

当加热至节点e时，语音提示学习者“将排骨倒入，翻炒均匀”。

当加热至节点f时，语音提示学习者“放入高汤，没过排骨即可，盖上锅盖炖煮”。

当加热至节点g时，语音提示学习者“加入淀粉水，用锅铲快速翻炒收汁”。

当加热至节点h时，语音提示学习者“烹饪完成，关火，盛出盘中”。

表1 烹饪糖醋排骨食材及步骤

图3 录制的温度-时间曲线

在上述烹饪过程中，油烟机根据菜谱中保存的温度-时间曲线，通过温度参数优先，结合时间参数，控制灶具的火力。油烟机根据锅具温度是否下降来判断学习者是否放入相应的食材，若学习者按照提示放入食材，则自动进入下一步，一步一步提示，直至烹饪完成，关火，退出菜谱模式。当菜谱模式执行完成时，学习者即可烹饪出跟菜谱相符的糖醋排骨。

学习者在采用菜谱模式烹饪菜肴时，无需手动调节灶具的火力大小，火力档位由油烟机对锅具上报的数据进行PID运算，计算出档位后再发送给灶具。学习者只需要按照油烟机的语音提示，将食材依次放进锅具中翻炒，即可烹饪出与菜谱一样的美食。

在菜谱模式执行过程中，油烟机记录学习者在烹饪过程的烹饪参数（如温度-时间曲线），并在烹饪结束时，将学习者的烹饪参数（如温度-时间曲线）与菜谱中保存的标准参数（如温度-时间曲线）做对比，判断关键温度点的误差，找出用户的错误操作并提示，从而对学习者的烹饪过程进行评分，使学习者在执行菜谱时，能对自己的操作是否正确有直观的了解。

在菜谱模式执行过程中，若某一烹饪步骤放入的食材重量较小（小于10 g），此时锅具温度下降不明显，锅内温度变化信号超出油烟机的检测精度时，则在油烟机的显示面板上提示学习者是否已经放入食材，学习者手动确认后继续执行下一步，或等待一定时间（如5 s）后若学习者还没点击确认则会自动进入下一步，从而，确保菜谱的顺利执行。

在菜谱模式执行过程中，若油烟机未检测到锅具温度下降，则发送指令给灶具以控制比例阀调节模块调节灶具火力，将温度恒定在某一温度，防止火力过大导致学习者错过最佳温度时机或出现糊锅的情况，若恒温超过一定时间（如1 min），学习者还未放入食材，则默认学习者离开，菜谱执行错误，退出菜谱模式。从而，有效避免意外发生。

在菜谱模式执行过程中，若菜谱存在停止加热步骤（如关闭灶具），则学习者相应地停止加热（如关闭灶具）。在停止加热步骤（如关闭灶具）期间，锅具的实时温度数据会停止发送给油烟机，油烟机不记录学习者在烹饪过程的烹饪参数，但菜谱模式还未停止，待重新加热后（如灶具重新点火），继续执行菜谱模式。

3 应用实例

本文使用的烟灶锅联动控制系统利用锅具测温，灶具调火，烟机计算实现智能控温菜谱的功能，通过不同的学习者进行测试智能控温菜谱的稳定性：同一个菜谱，不同的学习者均可做出口味相识的一道菜。如图5为菜谱的准备界面，图6为菜谱的步骤和曲线，图7为菜谱的执行过程。

图4 菜谱执行流程

图5 菜谱界面

图6 菜谱步骤和曲线

图7 菜谱执行过程

4 结语

通过一种基于烟灶锅联动控制系统的控温菜谱及其自学习方法，解决了用户不会烹饪时，能使用本系统，烹饪出与厨师相当手艺的菜肴，并且自学习菜谱，可以录入任意一人的做菜方法，是用户可以根据自己的喜好、口味来选择菜谱，避免了固化菜谱无法同时满足所有人口味的问题。该系统集成烟、灶、锅功能与一身，可以称之为小型家庭厨房中控单元，也是未来发展的方向[6]。