具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

为了决上述现有技术的食物成熟度检测装置存在食物成熟度的检测不够精准的技术问题，参阅图1-图2，本申请提供了一种食物成熟度检测装置以及方法。相比于传统技术采用图像对比的方式来检测食物成熟度，本发明利用食物内部的水分含量进行成熟度的判定，准确度更高。而且利用光线检测装置的透光度来检测待检测食物的水分含量，水分变化直接影响透光度的变化，精准度高。

第一方面，本申请提供了一种食物成熟度检测装置，包括光线发射器、光线接收器以及控制器。光线发射器设置在待检测区域一侧，用于从待检测区域的一侧对待检测区域内的食物进行光线照射；光线接收器设置在待检测区域另一侧，用于接收透过所述待检测区域内食物的光线信号；所述控制器的光线信号输入端与所述光线接收器的输出端连接，用于确定所述光线信号的当前光照度值；利用所述当前光照度值计算所述待检测区域内的食物的目标成熟度。

光线发射器、光线接收器为光电式传感器，控制器可根据光电容积法计算食物的成熟度。要通过该光电式传感器检测出食物的成熟度，必须是通过采集食物内部变化引起的一些生物信号，然后把生物信号转化为物理信号，使得这些变化的物理信号能够表达食物生化参数的变化，最后要得出该生化参数的变化率，就需要通过相应的硬件电路及芯片来处理物理变化并存储脉相关数据。不同的食物，内部水分的波动是有所差异的，在蒸或者烤模式下同种食物的水分变化也是不同的，但不管在哪种模式下进行烹饪，食物从全生到全熟其内部生化参数肯定会有所变化，对应其内部水分会呈现一个上升或下降的趋势。

光电方法实现各种物理量的测量，微光、弱光测量，红外测量，光扫描、光跟踪测量，激光测量等。食物内部纤维的变化引起的水分波动即为生物信号，而光线发射器发出的光透过食物由光线接收器接收，得到的光照度值即为生物信号转化来的物理信号，利用光照度值来表达食物的成熟度。光线发射器可采用光线发射器，由发光二极管组成发光体，光线接收器可采用光线接收管。光线发射器向待检测区域的食物进行光线照射，光线透过食物，光线接收器将透过食物的光线信号接收，并传输给控制器，控制器根据光线信号得到光照度值，再计算得到食物的成熟度值作为目标成熟度。

具体地，所述光线为红外光，光线发射器为红外发射管，所述食物成熟度检测装置为烤箱或微波炉。食物成熟度检测装置不限于烤箱护微波炉，也可以适用于其它的厨具，如蒸锅、空气炸锅、电饼铛等。

本发明的技术方案，考虑到待检测食物在加工过程中内部的水分会产生波动，随着食物的逐渐成熟总体上水分含量总体逐渐降低或升高，本申请的光线检测装置的光线穿过待检测食物，受到水分的影响光线会发生波动，因此根据待检测食物的水分波动，即可得到待检测食物的成熟度。待检测食物通过加热成熟后，内部的水分含量会发生变化，呈逐渐降低或升高的趋势，光线经过后的变化更能从本质上体现待检测食物的成熟度。相比于传统的图像检测，只能从待检测食物的外表进行比对，但是食物的外表和内芯有可能成熟度并不一致，因此本申请的光线穿过待检测食物，可解决利用图片检测食物成熟度的误差，可大幅提高检测精准度。

本发明，应用一款无创非接触式的光线检测装置，不需要侵入机体，所以不造成机体创伤，能够自动消除仪表自身系统的误差，测量精度高，在食物表面间接测量食物内部的生化参数。检测出食物内部纤维变化导致的透光度的变化，通过相关算法对食物生化参数变化波动量进行分析，进而检测出食物的成熟度，具有结构简单、无破坏、精度高、可重复使用等优点。

在一个优选的实施例中，食物成熟度检测装置还包括食物检测器和启动器，食物检测器的输出端与控制器的检测信号的输入端相连接，控制器的输出端与启动器相连接，用于检测待检测区域内是否有食物；启动器与光线发射器以及光线接收器相连接。

其中，食物检测器具有多种实施方式：食物检测器可采用激光检测器，利用光线的变化来检测是否放置食物；食物检测器可以采用重力传感器，检测待检测区域的重力变化来检测是否放置食物。食物检测器还可以通过拍照对比等方式来进行检测。由于检测食物是否存在，判断逻辑较为简单，无需过多考虑检测精度，因此检测方式多样化，不限于上述检测方式。启动器则与控制器采用信号连接，直接控制光线发射器和光线接收器的运作。具体地，启动器可采用启动电路，通过电路的通断来控制光线发射器和光线接收器的通断，也可以采用元器件，如采用继电器或断路器等。

进一步地，在上述实施例中，食物成熟度检测装置还包括拍摄装置，待检测区域位于拍摄装置的成像范围内，拍摄装置用于对待检测区域内的食物拍照得到食物照片，控制器的图像输入端与拍摄装置的输出端相连接。拍摄装置用于对待检测区域及其食物进行拍照得到食物照片，并将食物照片传输到控制器的图像输入端，便于控制器根据食物照片进行相关判断。食物成熟度检测装置对单一类型的食物进行检测，也可以对多种类型的食物检测。此时，拍摄装置的食物照片可作为食物类型的判断手段，而且，考虑到食物在成熟前后的外观差异如颜色、体积等差异较大，因此食物类型也可以作为成熟度判断的辅助判断手段。具体地，拍摄装置可采用摄像头或微型相机，基于待检测区域的范围可能变化的考虑，可将摄像头设置为可转动或可移动，以拍摄各角度的待检测区域和各类型的食物。在其它优选的实施例中，拍摄装置可进行录像并获得食物视频，控制器可根据拍摄的食物视频进行相关判断。

在一个优选的实施例中，食物成熟度检测装置还包括输入装置，输入装置的输出端与控制器相连接，用于用户输入操作。用户在输入装置输入相关操作指令，指令通过输入装置的输出端传输到控制器，控制器即可接收到用户指令，并进行下一步的操作。具体地，输入装置可设置为键盘、按键、触摸屏等形式，在于为用户提供可选择的项目，如选择食物类型、预设食物成熟度等。

在一个优选的实施例中，食物成熟度检测装置还包括显示装置，显示装置的输入端与控制器相连接。显示装置用于输出关于食物的数据，如食物类型和食物的目标成熟度。显示装置可采用显示面板、显示灯等显示，显示面板可采用液晶屏或CRT液晶显示器，显示面板后连接有显示电路，采用LED数码管动态扫描来显示，一个三位的共阳极LED数码管组成显示测量的数据。

参阅图2，在一个优选的实施例中，所述控制器的光线信号输入端与所述光线接收器的输出端之间设有一阶有源滤波电路。本系统采用透射式红外线发射管和红外线接收管，来实现对食物生化参数变化信号的采集，直接输出数字量，可以直接和单片机进行通讯，大大简化了电路的复杂度。当有输入信号时，U2A输出高电平，并由红色发光二极管LED的闪亮指示出来。即发光二极管作参数测量状态显示，食物生化参数每波动一次发光二极管就亮一次。同时，该脉冲电平通过R24送到单片机/INTO脚，进行对食物成熟度的计算和显示。

不同的食物，内部水分的波动是有所差异的，在蒸或者烤模式下同种食物的水分变化也是不同的，但不管在哪种模式下进行烹饪，食物从全生到全熟其内部生化参数肯定会有所变化，对应其内部水分会呈现一个上升或下降的趋势。食物在烹饪过程中置放在待检测区域如托盘中央，并处于红外线发射二极管和接收三极管中间，随着对食物的烹饪，食物内部的水分流量将发生变换。由于食物放在光的传递路径中，食物内部水分饱和程度的变化将引起光的强度发生变化，红外接收三极管的电流也随之改变，进而使红外接收三极管输出信号。该信号经滤波、放大、整形后输出，通过检测该信号变化率的主控芯片电路结合相关算法对输入的信号进行计算处理后得出一个数值用于表示食物的成熟度并把结果显示，具体地，结果数据通过显示电路的数码管进行显示。

当食物处于测量位置时，会出现二种情况：一是无波动期。虽然食物遮挡了红外发射二极管发射的红外光，但是由于红外接收三极管中存在暗电流，会造成输出电压略低。二是有波动期。烹饪成熟过程中内部水分饱和度总是会呈现一个上升/下降的趋势，之所以会产生波动是因为在加热环境下食物内部水分产生无规则运动，可能会造成某处突然水分聚集导致透光性变强。当食物内部纤维受高温加热变化而导致内部水分波动时，食物的透光性会有所波动，红外接收三极管中的暗电流随之产生波动变化，输出电压呈现波动式上升。因此在优选的实施例中，可将光线发射管和光线接收管设置为多组，并布置于不同的位置，以检测食物不同角度的成熟度，减少波动引起的检测误差。

低通滤波器的基本电路特点是,只允许低于截止频率的信号通过。根据一阶有源滤波电路的传递函数，可得：

此公式为一阶有源滤波电路的传递函数。截止频率为滤波电路的基本参数，合适的截止频率能过滤掉不需要的杂波干扰，留下需要的波形。原理图中的各个元器件参数是按一般情况下水分波动频率所设计的，也可根据实际情况而修订。

放大倍数为：

R14、C4组成低通滤波器以进一步滤除残留的干扰，截止频率由R14、C4决定，运放U2B将信号放大，放大倍数由R14和R16的比值决定。

截止频率为：

U3是红外发射管和红外接收管的电路，由于红外发射二极管中的电流越大，发射角度越小，产生的发射强度就越大，所以对R20阻值的选取要求较高。R20选择300Ω同时也是基于红外接收三极管感应红外光灵敏度考虑的。R20过大，通过红外发射二极管的电流偏小，红外接收三极管无法区别食物内部水分波动时的信号。反之，R20过小，通过的电流偏大，红外接收三极管也不能准确地辨别波动时时的信号。

R14、C4组成低通滤波器以进一步滤除残留的干扰，截止频率由R14、C4决定，运放U2B将信号放大，放大倍数由R14和R16的比值决定。

参阅图1，第二方面，本申请提供了一种食物成熟度的检测方法，应用于上述结构的食物成熟度检测装置，包括以下步骤：

S10、在光线发射器从待检测区域的一侧对待检测区域内的食物进行光线照射时，利用设置在待检测区域的另一侧的光线接收器接收检测光线信号；

S20、确定所述光线信号的当前光照度值；

S30、利用所述当前光照度值计算所述待检测区域内的食物的目标成熟度。

在一个优选的实施例中，在步骤S10开始之前，所述方法还包括：

步骤1，检测待检测区域内是否有食物；

步骤2，若检测到所述待检测区域内有食物，控制所述光线发射器启动进行光线照射，并控制光线接收器启动工作。

在步骤S10开始之前，对待检测区域进行检测，只有在检测到食物存在时，才会开启后续光电检测步骤。如前述实施例所述，具体可通过食物检测器来实现，通过激光检测、重力检测或图像检测对比等多种手段。在开始成熟度检测之前先检测食物是否存在，可避免光线发射器和光线接收器做无用功，减少能耗。

进一步地，在上述实施例中，步骤S30，所述利用所述当前光照度值计算所述待检测区域内的食物的目标成熟度，包括：

S31、获取预设光照度值和成熟度值的第一对应关系；

S32、在所述预设光照度值和成熟度值的第一对应关系中，查找与所述当前光照度值对应的成熟度值作为所述目标成熟度。

本实施例中，光照度值和成熟度值的第一对应关系通过预设得到，第一对应关系可设置为函数关系等数学计算公式，也可不经过对应的计算公式，将光照度值分为若干档，预设档数和成熟度的表格，按照档数确定对应的成熟度。

更进一步地，在上述实施例中，步骤S31，所述获取预设光照度值和成熟度值的第一对应关系，包括：

S311、利用拍摄装置对待检测区域内食物拍照得到食物照片；

S312、在预设数据库中的多个预设食物类型查找与所述食物照片中的食物对应的目标食物类型；

S313、若查找到与所述食物照片中的食物对应的目标食物类型；

S314、获取与所述目标食物类型对应的预设光照度值和成熟度值的第一对应关系。

考虑到食物类型较为多样，而且不同的食物在成熟后的水分含量各不相同，因此各类食物的成熟度检测的第一对应关系并不相同，因此为了检测多种食物的成熟度，对食物类型进行识别。控制器中的预设数据库中存在多种预设食物类型，并存储了具有该食物典型特征的图片。因此当拍摄装置拍摄到的食物照片传输到控制器，与数据库中预存的多个食物类型照片进行查找，直至查找到对应的食物类型，然后再获取此食物类型的第一对应关系，才能通过第一对应关系根据当前光照度值得到目标成熟度值。

更进一步地，在上述实施例中，步骤S31,所述获取预设光照度值和成熟度值的第一对应关系，还包括：

S315、若未查找到与所述食物照片中的食物对应的目标食物类型，生成食物类型选择提示；

S316、检测是否接收到根据所述食物类型选择提示输入的类型选择操作；

S317、若接收到类型选择操作，将与所述类型选择操作对应的类型确定为目标食物类型。

考虑到食物类型较多，若食物照片的参考度较低，可能出现查找不到匹配的食物类型的情形，或者食物确实不在预设的数据库内，此时为了解决食物类型的选择问题，增设了食物类型选择提示，用户可人手选择食物类型，选择正确的食物类型或者类似的食物类型。

在一个优选的实施例中，步骤S31，所述利用所述当前光照度值计算所述待检测区域内的食物的目标成熟度，还包括以下步骤：

步骤1，获取全生的光照度值a₁和全熟的光照度值a_0，，预设全熟的成熟度为m＝100；

步骤2，待检测食物的当前光照度值为a，则成熟度为

本实施例中，获取食物在全生状态下的光照度值a₁，在成熟状态下的光照度值a₀，且预设全熟的成熟为m＝100。根据上述公式计算成熟度，无论是食物在成熟后水分含量是升高还是降低，采用绝对值的计算方式都能得到对应的目标成熟度值。

本发明的技术方案，本发明，应用一款无创非接触式的光线检测装置，不需要侵入机体，所以不造成机体创伤，能够自动消除仪表自身系统的误差，测量精度高，在食物表面间接测量食物内部的生化参数。检测出食物内部纤维变化导致的透光度的变化，通过相关算法对食物生化参数变化波动量进行分析，进而检测出食物的成熟度，具有结构简单、无破坏、精度高、可重复使用等优点。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。