可预编程的人机交互食品加工控制装置

摘要

本发明公开了一种可预编程的人机交互食品加工控制装置，由上位机、USB连接线和下位机组成，可由用户在上位机上预先设定期望的加工过程，由上位机通过USB接口，遵循USB通讯协议向下位机发送加工过程控制指令，下位机根据所预设期望值完成加工温度跟踪控制、食品粉碎或搅拌控制以及在食品加热过程实时采集食品温度参数发送给上位机，上位机人机交互终端程序显示并绘制实时采集的食品加工温度参数，并存储加工过程参数，使得用户可观测加工过程，并对加工过程中的情况进行处理。

权利要求

1.一种可预编程的人机交互食品加工控制装置，包括上位机、USB连接线，上位机为带有USB通讯接口的PC机，其特征在于，还包括下位机，上位机与下位机通过USB连接线连接；

上位机提供给用户控制指令，控制指令包括原料粉碎控制、原料搅拌控制、食品加热过程控制、电机转速控制、食品加工控制装置的特性参数设置和加工过程中的过程指令控制；

用户在上位机上选择控制指令，该控制指令经USB连接线输出到下位机，下位机接收上位机发送的控制指令，控制相应硬件完成预期的功能，并实时采集食品加工过程的温度数据发送给上位机，上位机接收并以图形方式显示温度数据，存储加热过程参数；

所述下位机包括USB接口模块、电源管理模块、参数采集模块、加热执行模块、电机执行模块、单片机模块以及基板；

基板为双面印刷电路板，连接了USB接口模块、电源管理模块、参数采集模块、加热执行模块、电机执行模块及单片机模块；

USB接口模块包括B型USB接头及外围匹配电路，通过USB连接线连接上位机USB通讯接口和下位机单片机模块中的USB通讯接口，接收上位机传送的控制指令；

电源管理模块由稳压芯片、整流桥、变压器及外围匹配电路组成，将外接的220V交流电供给下位机中电机执行模块和加热执行模块，并将外接220V交流电处理为5V直流电供给下位机中电机执行模块、参数采集模块和单片机模块；

参数采集模块包括K型热电偶和温度电压转换芯片，将测量的温度数据转换为相应数字信号，并将转换结果输出给单片机模块；

加热执行模块包括固态继电器、外接加热管，接收单片机给出的PWM波形信号，以一定频率关断/接通外接加热管上的220V电压；

电机执行模块由包含继电器、晶体管、三端双向可控硅以及外围辅助元件的电机调速电路组成，实现电机速度调节；

单片机模块包括单片机、独立的复位电路、时钟电路、编程电路、指示电路、电源处理电路，并内嵌USB管理单元，带有USB通讯接口，根据上位机发送的控制指令向加热执行模块和电机执行模块分别发送食品加热过程的期望温度对应的PWM波形信号和原料粉碎控制指令、原料搅拌控制指令，控制加热执行模块和电机执行模块完成期望硬件动作，将参数采集模块传送来的数据传送给上位机；其中，PWM表示脉冲宽度调制；

所述的食品加热过程的期望温度对应的PWM波形信号是指，根据期望温度对应的PWM占空比控制指令产生的PWM波形；期望温度对应的PWM占空比控制指令，由当前的温度误差和100％PWM占空比控制指令对应的温度误差相除所得；期望温度采用PID控制率跟踪控制，把采样间隔时间作为单位时间，将PID控制率离散化，在每一个采样间隔时间中计算温度误差的微分、积分值，根据PID控制率获得当前的温度误差；100％PWM占空比控制指令对应的温度误差Temp_parameter根据PID控制率的PWM归一化参数、用户设定的当前加热功率和食品体积，以及当前采样间隔时间计算所得，如下：Temp_parameter＝C×P×T/L

其中，C代表PID控制率的PWM归一化参数，P代表用户设定的当前加热功率，L代表用户设定的当前食品体积，T代表当前采样间隔时间；所述PID控制率的PWM归一化参数C，根据单位采样间隔时间、单位加热功率和单位食品体积的质量计算所得，如下：P′×t＝Q×C×m

其中，P′代表单位加热管功率，t代表单位采样间隔时间，Q代表水的比热容，m代表单位食品体积的质量。

2.根据权利要求1所述的一种可预编程的人机交互食品加工控制装置，其特征在于，所述单片机采用AT90USB1287型号单片机。

3.根据权利要求1所述的一种可预编程的人机交互食品加工控制装置，其特征在于，所述电机转速控制有低速、中速、高速三种速度，在原料粉碎、原料搅拌过程中能任意设置。

4.根据权利要求1所述的一种可预编程的人机交互食品加工控制装置，其特征在于，所述原料搅拌控制具有手动搅拌和自动搅拌两种工作模式，用户通过设置原料搅拌时间间隔和间隔持续时间的两个搅拌参数选择期望的搅拌工作模式。

5.根据权利要求1所述的一种可预编程的人机交互食品加工控制装置，其特征在于，所述的期望温度，由用户设定，并选择曲线拟合形式，拟合出食品加热控制的期望温度曲线，若本食品加工控制装置的PID控制率无法实现所设食品加热控制的期望温度曲线，则上位机终端程序提示用户重设期望温度，其中，PID表示比例积分微分。

说明书

可预编程的人机交互食品加工控制装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种可用于食品加工过程的人机交互控制装置，尤其涉及一种基于USB通讯和跟踪控制技术的可预编程人机交互控制装置。

背景技术

[0002] 具有粉碎、搅拌和加热功能的食品加工装置在日常生活和农业研究领域有很多应用。目前市场上这样的加工装置，主要采用的控制方法是“因材施教”，即针对不同的加工食品，以人工或固定顺序控制加工过程，用户不能或仅能根据自己的需求在加工过程开始前做简单的参数选择，如加工时间，加热结束温度等，无法满足任意设定加工过程的需求。这使得在某些特定的场合，如豆浆的缓慢加温过程、精确的食品培养过程等，目前的加工系统无法满足其要求，不能达到所需的精确过程控制。

[0003] 由于目前市场上的加工系统均无人机交互部分，用户无法获得加工过程中食品的加工信息，也无法跟踪了解加工过程，更无法自动保存过程中的加工参数等，使得很多食品实验难以获得具体精确的数据信息。

发明内容

[0004] 本发明提供一种基于USB通讯和跟踪控制技术的可预编程食品加工控制装置，根据需求预编程食品加工过程并存储过程参数，使用户可以通过人机交互终端程序实时观测并记录加工过程。

[0005] 为实现上述目的，本发明采用技术方案主要如下：

[0006] 本发明采用模块化设计方法。整个系统分为上位机和下位机两大模块，两者间采用USB连接线连接。本发明利用规范的USB通讯协议，实现加工过程的有效控制与管理。

[0007] 上位机采用普通PC机作为控制核心，开发有人机交互终端程序，提供给用户以下控制指令：原料粉碎控制、原料搅拌控制、食品加热过程控制、电机转速控制、食品加工控制装置的特性参数设置和加工过程中的过程指令控制。

[0008] 用户在上位机上选择控制指令，该控制指令经USB连接线输出到下位机，下位机接收上位机发送的控制指令，控制相应硬件完成预期的功能，并实时采集食品加工过程的温度数据发送给上位机，上位机接收并以图形方式显示温度数据，存储加热过程参数。

[0009] 所述下位机包括USB接口模块、电源管理模块、参数采集模块、加热执行模块、电机执行模块、单片机模块以及基板；基板为双面印刷电路板，连接了USB接口模块、电源管理模块、参数采集模块、加热执行模块、电机执行模块及单片机模块；USB接口模块包括B型USB接头及外围匹配电路，通过USB连接线连接上位机USB通讯接口和下位机单片机模块中的USB通讯接口，接收上位机传送的控制指令；电源管理模块由稳压芯片、整流桥、变压器及外围匹配电路组成，将外接的220V交流电供给下位机中电机执行模块和加热执行模块，并将外接220V交流电处理为5V直流电供给下位机中电机执行模块、参数采集模块和单片机模块；参数采集模块包括K型热电偶和温度电压转换芯片，将测量的温度数据转换为相应数字信号，并将转换结果输出给单片机模块；加热执行模块包括固态继电器、外接加热管，接收单片机给出的PWM波形信号，以一定频率关断/接通外接加热管上的220V电压；电机执行模块由包含继电器、晶体管、三端双向可控硅以及外围辅助元件的电机调速电路组成，实现电机速度调节；单片机模块包括单片机、独立的复位电路、时钟电路、编程电路、指示电路、电源处理电路，并内嵌USB管理单元，带有USB通讯接口，根据上位机发送的控制指令向加热执行模块和电机执行模块分别发送食品加热过程的期望温度对应的PWM波形信号和原料粉碎控制指令、原料搅拌控制指令，控制加热执行模块和电机执行模块完成期望硬件动作，将参数采集模块传送来的数据传送给上位机；其中，PWM表示脉冲宽度调制。

[0010] 与现有食品加工装置相比，本发明具有如下优点：

[0011] 上位机使用通用PC机进行程序开发。具有资源丰富，程序开发相对独立的优点，避免了程序设计中过多考虑系统硬件配置等问题，可与下位机并行开发，提高了开发效率。

[0012] 上位机可远离工业现场，使用方便。

[0013] 下位机重点考虑硬件实现问题，不必考虑显示界面和信息处理等问题，软硬件开发效率大大提高。

[0014] 软件缺陷和硬件错误界限清晰，为系统调试和维护提供方便。

[0015] 具有人机交互界面，使得用户可观测并记录加工过程，对加工过程中的情况进行处理，发送控制命令。

[0016] 具有加热过程预编程功能，可根据实际使用的需要，由用户预先设定加工过程的控制指令。

[0017] 具有跟踪控制的功能，可实现加工过程的精确控制。

[0018] 通过USB通讯，下位机可与任意具有USB通讯接口的PC机相连，组成本控制装置，使用方便。

附图说明

[0019] 图1是本发明的食品加工控制装置的结构图；

[0020] 图2是本发明的食品加工控制装置的上位机人机交互终端程序流程图；

[0021] 图3是本发明的食品加工控制装置的下位机的程序流程图；

[0022] 图4是本发明的食品加工控制装置的下位机的硬件设计电路图；

[0023] 图4a是下位机中USB接口模块的硬件设计电路图；

[0024] 图4b是下位机中电源管理模块的硬件设计电路图；

[0025] 图4c是下位机中参数采集模块的硬件设计电路图；

[0026] 图4d是下位机中加热执行模块的硬件设计电路图；

[0027] 图4e是下位机中电机执行模块的硬件设计电路图；

[0028] 图4f是下位机中单片机模块的硬件设计电路图。

具体实施方式

[0029] 以下结合附图和具体实施方式进一步说明本发明的特点。

[0030] 如图1所示，本发明是一种可预编程的人机交互食品加工控制装置，包括上位机M1、USB连接线M2和下位机。上位机M1为带有USB通讯接口的普通PC机；下位机包括下位机基板M9及下位机基板M9上嵌入的USB接口模块M3、电源管理模块M4、参数采集模块M5、加热执行模块M6、电机执行模块M7和单片机模块M8。电源管理模块M4将装置外接的220V交流电供给下位机中的电机执行模块M7和加热执行模块M6；同时将外接220V交流电处理为5V直流电，供给下位机中的参数采集模块M5、电机执行模块M7和单片机模块M8使用。单片机模块M8是下位机的控制核心，其根据上位机M1的控制指令向加热执行模块M6和电机执行模块M7分别发送食品加热过程的期望温度对应的PWM波形信号和原料粉碎控制指令、原料搅拌控制指令，控制加热执行模块M6和电机执行模块M7完成期望硬件动作。
参数采集模块M5实时采集食品加工温度数据，传送给单片机模块M8，并由单片机模块M8传送给上位机M1，以图形方式显示于上位机M1的人机交互终端程序界面中。USB接口模块M3通过USB连接线M2连接上位机M1的USB通讯接口和下位机单片机模块M8中的USB通讯接口，完成通讯。

[0031] 上位机M 1为普通PC机，用于开发人机交互终端程序并运行之，该程序根据用户指令，按照预定通讯协议，向下位机发送符合USB2.0协议标准的控制指令。

[0032] USB连接线M2一端为A型USB接口，另一端为B型USB接口，分别连接上位机M 1与下位机，传递遵循USB2.0通讯协议的通讯信号。

[0033] 图4是本发明的下位机整体的硬件设计电路图，如图4所示，下位机基板M9上嵌入USB接口模块M3、电源管理模块M4、参数采集模块M5、加热执行模块M6、电机执行模块7和单片机模块M8。

[0034] 图4a中，USB接口模块M3包括B型USB接头301和匹配电路。接收上位机M1所给的控制信号。根据USB通讯协议的标准以及本发明所采用单片机AT90USB1287的工作要求，在B型USB接头301的数据线D+和D-上串联匹配电阻R9和R8，并分别和AT90USB1287的管脚5和管脚4相连。为防止数据线D+和D-上的信号电压过高，烧毁器件，在数据线和系统地之间均连接了稳压二级管D1和D2。

[0035] 图4b中，电源管理模块M4包括稳压芯片401、整流桥402、变压器403及外围辅助电路。变压器403将系统输入220V交流电压降为约30V交流电压，通过整流桥402整流后经由稳压芯片401，将电压稳定在直流5V，供本发明提供的食品加工装置使用。为提高电源的纹波性质，在稳压芯片401前后，电压分别经过电容C16、C17和电容C14、C15完成滤波处理。同时，电源管理模块M4还向本发明的食品加工装置提供220V交流电压。

[0036] 图4c中，参数采集模块M5包括K型热电偶和温度电压转换芯片501。K型热电偶将测量的实际温度转换为相应电压，温度转换芯片501则将该电压转换为相应数字信号。本发明中采用MAX6675温度转换芯片。单片机AT90USB1287的管脚49和MAX6675的管脚7相连，获取MAX6675的转换结果；单片机AT90USB1287的管脚50和MAX6675的管脚5相连，提供MAX6675工作所需的时钟；单片机AT90USB1287的管脚51和MAX6675的管脚6相连，提供MAX6675的片选信号。系统运行时，单片机AT90USB1287提供片选信号，使MAX6675锁存目前的温度转换结果，并根据单片机AT90USB1287产生的时钟信号，将转换结果以“高位在前、低位在后”的顺序输出在管脚7上。

[0037] 图4d中，加热执行模块M6包括固态继电器601、外接加热管602。固态继电器601选择光隔离式固态继电器KODAK-D2440，以减小加热现场电磁干扰的影响，其接收单片机AT90USB 1287管脚15给出的脉冲宽度调制(PWM)控制信号，以一定频率关断/接通外接加热管602上的220V电压，从而实现加热功率可控。

[0038] 由于220V交流电为50Hz，且固态继电器601有所需关断时间。为使PWM波形能有效地控制开关，其工作频率应大于50Hz。本下位机控制程序中选择PWM波形周期为65.536毫秒，系统时钟1024分频，PWM周期为512个指令周期，PWM工作模型选择为相位修正PWM(Phase Correct PWM)，计数方向为双向，顶端参数为256个指令周期，PWM占空比控制指令通过比例微分积分(PID)控制率计算。

[0039] 在本发明中，为提供一定冗余裕度，单片机AT90USB1287的管脚16、管脚17为PWM输出波形的备份管脚，当管脚15出现错误时，可启用管脚16或管脚17。

[0040] 图4e中，电机执行模块M7中采用220V交流电机，具有3档速度：低速、中速、高速。通过由晶体管、继电器、三相双端可控硅以及外围器件组成的电机调速电路实现食品粉碎和食品搅拌的电机速度调节。

[0041] 单片机AT90USB1287管脚39和管脚40根据上位机1选定的转速指令输出高电平或低电平，控制晶体管Q1和Q2的导通、关断，从而控制继电器K1和K2的吸合或者关断。继电器不同的吸合状态使得接入电路的电阻值(R6/R7)不同，从而电容C7经交流电充电获得不同电压，使得三端双向可控硅BTA08管脚3上的电流不同，获得不同的导通角。反应到实际效果中，即加在电机两端的电压不同，使得电机转速变化。在本电路中，低速时AT90USB1287管脚39为高电平，管脚40为低电平；中速时AT90USB1287管脚39为低电平，管脚40为高电平；高速时AT90USB1287管脚39为高电平，管脚40为高电平。

[0042] 图4f中，单片机模块M8是整个下位机的控制部分，采用单片机AT90USB1287作为下位机的控制核心，此外还包括独立的复位电路801、时钟电路802、编程电路803、指示电路804、电源处理电路805，并自带USB管理单元，包含USB通讯接口。单片机AT90USB1287管脚20连接复位电路801，断电后管脚值为低电平，实现系统复位。单片机AT90USB1287的管脚23和管脚24连接时钟电路802。本发明采用8M直插式无源时钟，电容C9和C10为18皮法，保证时钟有效振动。单片机AT90USB1287管脚4连接USB接口模块M3的管脚2；
管脚5连接USB接口模块M3的管脚3；管脚6连接USB接口模块M3的管脚4；管脚8连接USB接口模块M3的管脚1，为USB通讯提供有效的硬件保障。单片机AT90USB1287管脚11、
12、13、20分别连接编程电路803的管脚3、4、1、5，完成对AT90USB1287的编程工作。单片机AT90USB1287管脚29、30、31、32分别连接指示电路804中的指示灯D6、D7、D8、D9，指示系统工作状态。单片机AT90USB1287管脚3、21、52、64连接电源管理电路805，为单片机模块8提供工作电源。单片机AT90USB1287通过USB接口及内部USB管理单元接收上位机所发送的控制信号，经由单片机内部处理后得到底层控制指令，控制参数采集模块M5、加热执行模块M6和电机执行模块M7动作。

[0043] 基板M9为双面印刷电路板(PCB)，为下位机的载体。利用板上所布导线，基板M9连接了USB接口模块M3、电源管理模块M4、参数采集模块M5、加热执行模块M6、电机执行模块M7及单片机模块M8，使下位机紧凑并有效工作。

[0044] 本发明的食品加工控制装置在上位机上基于标准C开发环境LabWindows/CVI开发上位机人机交互终端程序，加电后，上位机人机交互终端程序开始运行，如图2所示，首先上位机M1通过USB连接线M2连接下位机，上位机终端程序检测设备连接是否成功，若连接失败，则退出上位机终端程序，结束控制；若连接成功，则出现交互终端界面，等待用户输入控制指令。本发明的食品加工控制装置主要向用户提供了三类食品加工过程的控制指令：原料粉碎控制、原料搅拌控制、食品加热过程控制，此外，还提供电机转速控制、食品加工控制装置的特性参数设置和加工过程中的过程指令控制。用户输入控制指令后，本发明的食品加工控制装置根据输入的指令执行相应的操作，等待下一次控制指令的到来。

[0045] 电机转速控制：有低速、中速、高速三种速度可以选择，控制在原料粉碎控制和原料搅拌控制操作中的电机转速。

[0046] 原料粉碎控制：主要包括开始粉碎与停止粉碎两个操作，首先本发明的食品加工控制装置按照设定的食品粉碎电机转速执行开始粉碎操作，原料粉碎过程中，食品粉碎电机转速可重新设定。当用户停止粉碎时，本装置执行停止粉碎操作，停止粉碎过程，继续等待其他控制指令。

[0047] 原料搅拌控制：根据搅拌参数的设置，具有手动搅拌和自动搅拌两种工作模式，主要包括开始搅拌与停止搅拌两种操作。默认手动搅拌模式，此时搅拌参数全为0。手动搅拌模式下，装置按照预设定的食品搅拌电机转速执行开始搅拌操作。原料搅拌过程中，食品搅拌电机转速可重新设定。当用户停止搅拌时，本发明的食品加工控制装置执行停止搅拌操作，停止搅拌过程，并继续等待其他控制指令。当设置了原料搅拌时间间隔和间隔持续时间两个搅拌参数时，系统进入自动搅拌模式，自动搅拌只针对食品温度加热过程。自动搅拌模式下，装置按照预设定的食品搅拌电机转速，在原料搅拌时间间隔自动执行开始搅拌操作，当满足搅拌间隔持续时间后自动执行停止搅拌操作。如设定原料搅拌时间间隔为3分钟，间隔持续时间为10秒钟，表示系统选择自动搅拌模式，装置加热过程开始后，电机将以预设转速每隔3分钟开始搅拌原料，持续10秒钟后停止搅拌。自动搅拌过程中，电机转速可重新设定。加热过程结束后，自动搅拌过程结束，本发明的食品加工控制装置继续等待其他控制指令。

[0048] 食品加热过程控制：加热控制开始前，本发明的食品加工控制装置接收用户设定的加热过程的期望温度。该温度为期望时间点的期望温度值，相邻期望温度点间隔时间单位为1分钟。为使加热控制过程精确平稳，需选定曲线拟合方式，将设定的少量期望温度点拟合为含有100个控制温度值的加热过程的期望温度曲线。加热控制过程开始前，本过程可不断重复，直至所拟合的加热过程期望温度曲线满足要求。当本食品加工控制装置的PID控制率无法实现所设加热过程的期望温度曲线时，上位机终端程序提示重设期望温度并给出温度设置标准。上位机M 1将期望温度发送给下位机，由下位机计算相对应的PWM占空比控制指令，向加热执行模块6发送相应PWM波形信号。期望温度对应的PWM占空比由当前的温度误差和100％PWM占空比控制指令对应的温度误差相除所得。加热过程开始后，上位机终端程序根据下位机传送的实时温度数据绘制对应曲线，并显示给用户。加热过程结束后，上位机终端程序提示加热过程结束，存储本次加热过程参数，这些参数包括执行持续时间、温度采样时间点(如第10秒，第20秒)、实际食品温度、及当前日期等。食品加工控制装置继续等待其他控制命令的输入。上述食品加热过程控制填补了目前市场上食品加工装置无法对加工过程预编程的空缺，尤其是精确地食品加热过程。同时，上位机的实时温度信息显示功能和过程参数存储功能让加工过程更便于监测和记录，方便实验人员使用本装置获得食品加工过程中的具体性能参数，尤其是温度参数：期望温度、实际食品温度。

[0049] 特性参数设置：为使本发明针对不同加热功率的加热器件以及不同数量的加热对象均有较好的控制特性，本发明可设定装置控制参数：当前加热功率和食品体积，并传送给下位机。下位机根据当前加热功率和食品体积以及预先计算的PID控制率的PWM归一化参数、当前采样间隔时间，计算本次加工控制的100％PWM占空比控制指令对应的温度误差。

[0050] 过程指令控制：包括急停和退出系统两个指令操作，加工过程中，若发生紧急事件，则执行急停操作，本装置将停止所有加工过程并存储此次加工数据，然后结束控制。当获得退出系统指令时，本装置将断开USB连接，退出系统，结束控制。

[0051] 图3所示为下位机运行流程图。下位机接收上位机M1发送的控制指令，控制相应硬件完成预期的功能，下位机上设有共用寄存器，用于存储上位机M1与下位机之间的交互数据。如图3中所示，本发明的下位机运行流程包含下面六个步骤。

[0052] 步骤一：系统初始化。本步骤初始化单片机AT90USB1287管脚方向、管脚初始值、指示灯初始状态及第一定时器和第二定时器。第一定时器、第二定时器是由下位机程序设定，第一定时器用于定时数据采集，第二定时器控制PWM波形。

[0053] 步骤二：USB器件枚举。本步骤中，下位机将不断向上位机发送USB器件枚举信息，直至USB器件枚举成功或装置断电。

[0054] 步骤三：接收上位机数据。下位机循环运行，及时将下位机缓存中接收的上位机M1数据读出，根据读取的通讯字头，下位机将数据存入共用寄存器的相应变量中。

[0055] 步骤四：发送下位机数据。下位机将存于下位机缓存中的温度数据定时发送给上位机M1，该数据发送仅在加热过程中数据刷新后执行。

[0056] 步骤五：相应硬件动作。在本步骤中，下位机判定粉碎、搅拌和加热的工作状态，相应硬件根据工作状态，并置相应位，执行相应动作。根据当前加热功率、食品体积、采样间隔时间和PID控制率的PWM归一化参数，计算本次加工过程的100％PWM占空比控制指令对应的温度误差；按照原料粉碎控制指令或原料搅拌控制指令控制电机动作；按照加热控制指令控制加热管工作。

[0057] 步骤六：数据采集。加热过程开始后，定时采集食品温度数据并存储于下位机共用寄存器中。

[0058] 该下位机程序采用循环顺序结构，当加电初始化成功时，即下位机和上位机M1成功连接后，下位机进入循环结构，不断顺序执行上述步骤三、步骤四、步骤五和步骤六这四个步骤，直到该食品加工设备断电。各执行步骤所用参数将实时调用共用寄存器中的数值；运行后，将执行结果存放在共用寄存器相应变量中，实时反映系统的执行状况，供后续步骤使用。

[0059] 本发明中，该下位机程序采用PID控制率跟踪控制用户所设的期望温度。把采样间隔时间作为单位时间，将PID控制率离散化。在每一个采样间隔时间中计算温度误差的微分、积分值，根据PID控制率获得温度误差，将该温度误差对应为PWM占空比控制指令。由于数据采样间隔时间的不同，则不同采样间隔时间中100％PWM占空比控制指令对应的温度误差数值不同。同时，不同的加热功率和食品体积对应的温度上升效率也不同，反应在单位采样间隔时间内，100％PWM波形占空比对应的温度误差也不同。为了使控制更有效，本发明中下位机程序根据单位采样间隔时间、单位加热功率和单位食品体积的质量计算了PID控制率中PWM的归一化参数。其意义为，单位体积的水(1ML)在单位时间内(1S)完全吸收单位功率(1W)时上升的温度值(℃)。其计算原理为加热管释放的功等于水温度上升时所吸收的能量(比热容)，如下：

[0060] P×t＝Q×C×m

[0061] 其中，P为单位加热管功率(W)，t为单位采样时间间隔(s)，Q为水的比热容(J/(g＊℃))，C为上升的温度(℃)，m为单位食品体积的质量(g)。算得的C即为本装置PID控制率中PWM的归一化参数。

[0062] 在本装置中，根据当前采样间隔时间、加热功率和食品体积和归一化参数C即能算出此次加工控制100％PWM占空比控制指令对应的温度误差，如下：

[0063] Temp parameter＝C×P×T/L

[0064] 其中，C代表PID控制率的PWM归一化参数，P代表用户设定的当前加热功率，L代表用户设定的当前食品体积，T代表当前采样间隔时间，计算所得的Temp_parameter就是当前100％PWM占空比控制指令对应的温度误差。

[0065] 期望温度对应的PWM占空比控制指令，由当前的温度误差和100％PWM占空比控制指令对应的温度误差相除所得，由上述就可计算出当前温度误差下的PWM占空比控制指令，实现加热温度的精确控制。