智能空气炸锅控制器设计与实现开题报告

1. 研究目的与意义

国内居民饮食消费逐步向健康饮食发展，空气炸锅相对于传统油炸，减少了油脂的摄入，满足了消费者在油炸食品的饮食需求，空气炸锅凭借其健康、便捷的特征，受到了很多消费者的喜爱，促使国内空气炸锅需求量迅速上升。叠加疫情对居家类家用电器需求的促进，国内市场开启了快速增长，空气炸锅成为当前厨房小家电市场中增长较快的新品类。空气炸锅是一种可以用空气来进行“油炸”的机器，主要是利用空气替代原本煎锅里的热油，让食物变熟，用近似太阳热风的对流加热，以热风在密闭的锅内形成急速循环的热流，让食物变熟；同时热空气还吹走了食物表层的水分，令食材无需滚油也能达到近似油炸的效果。目前市面上的空气炸锅采用单加热器对空气进行加热，导致加热速率有限，并且空气炸锅通过一定的功率对食物进行处理，在时间紧急的情况下，空气炸锅无法有效缩短加热食物的时长，并且由于温度器的温度控制不准确，从而导致空气炸锅无法做到合理的控温。目前来看，空气炸锅还有较大的优化空间并需要加强功能区分度，才能最大程度减少电烤箱、蒸烤箱等替代品的影响。

基于此，本课题要求设计一款智能空气炸锅控制器，优化传统空气炸锅可能出现的短时间加热不完全，加热速率慢，温度挡位控制不精准等问题，使得空气炸锅的实用性大幅提升，从而提高人们在使用空气炸锅时的综合体验感和满意度。

2. 课题关键问题和重难点

本文将设计一款以单片机为核心的智能空气炸锅，通过按键实现控制空气炸锅，温度采集电路采集温度并转化为电压值以供单片机主控电路测量；加热管控制电路在单片机主控电路的控制下进行加热，以烤熟食物，有效解决食品加热过程中的温度问题，提升加热速率。同时，空气炸锅炸桶表面应当设计为隔热结构，有效降低空气炸锅加热时的表面温度，有效防止使用时操作不慎导致烫伤。

课题难点：

3. 国内外研究现状（文献综述）

空气煎炸是一种新型“无烟无油”的煎炸方式。与传统煎炸相比较，空气煎炸更加健康、美观、安全且更易清洁，人们对空气炸锅的接受程度与满意度相对较高，有望替代传统油炸。空气煎炸技术以高速循环的高温热空气为传热介质，既能在食物表面形成酥跪金黄的外壳，又能锁住食物内部水分。通过空气煎炸所制成的食品，不仅可以达到低脂低热量的目的，而且其风味和口感也能与传统油炸食品相媲美，同时具有耗油少、恒温和可定时等特点。有相关研究表明，空气煎炸操作不当时仍会存在一定的健康风险，同时空气煎炸的温度过高也可能产生丙烯酰胺等有害物质。因此，空气煎炸技术作为一种新兴的烹调手段，虽然具有良好的发展潜力和较快的发展速度，但其在食品加工和应用中的研究进展缺乏全面和系统的认识[1]。

随着居民对健康保健的关注度持续提升，健康意识逐渐增强。国内居民饮食消费逐步向健康饮食发展，空气炸锅相对于传统油炸，减少了油脂的摄入，满足了消费者在油炸食品的饮食需求，促使国内空气炸锅需求量迅速上升，预计未来一段时间内，国人将逐步接受无油、少油的健康烹饪方式，空气炸锅的工作原理更符合现代消费者对于饮食的消费需求。空气炸锅近年来因其操作简单、安全经济及卫生健康的优点而广受喜爱，其原理是利用热气流在密闭的炸锅内高速回旋对食物进行加热，使用少量食用油或者不用油即可烹饪美食。其中，高速空气循环系统通过风扇产生高速气流，气流流经热管被加热后在炸锅内形成循环。通常，热气流进入锅壁面与炸锅外壁面间的流道内进而到达炸锅底部后进入炸筐，以尽量保持炸筐内不同高度的位置温度均匀，进入炸筐内的高速热流对炸筐内的食物表面加热完成食物加工[3]。通过大功率的风扇在食物篮内部产生急速循环热流，最后在食物篮内部侧面形成热流游涡，快速带走加热产生的水汽，同时在食物表层形成酥脆的外壳，达到与油食品相同的外观和口感[7]。空气炸锅设计的关键在于高速空气循环系统与加热系统[3]。此外，空气炸锅制作美食时不需要长时间在旁边守候，只要选定制作食物所需时间和温度，到时自动断电提醒，一键式操作省时省心。空气炸锅有最高达200℃的恒温装置，只要设置好时间就不会产生传统油炸锅因为油温大、高而产生食物焦糊甚至着火的情况。

2007年法国tefal公司推出的actifry低脂炸锅是全球第一台家用空气炸锅，随后在2010年飞利浦公司正式提出空气炸锅（airfryer）概念并逐步推向全球。早期浆式空气炸锅的优点是制作的时候中间有一个浆搅拌食材，食材可以充分接触空气，加热更均匀。缺点是注意隔热问题，还有零部件过多，对售后维护也是一个问题。近年来，随着市场需求的不断增加，科技技术的不断发展，飞利浦等国外品牌空气炸锅已配备智能传感器，能自动识别食材，然后自动调节时间和温度，使用更为便捷，其出名的海星盘底，保温技术，新增的减脂器、7倍速空气循环等功能使得其加热性能、烹饪效果等在空气炸锅市场上处于领先地位。相比之下国产空气炸锅起步较晚，2015年九阳、美的等公司开始布局该业务领域使得空气炸锅在中国市场受到关注，并吸引了小一众国牌小家电企业入局。随着近年来的发展，国产空气炸锅也取得很大进展，操作难易度、产品质量和安全性能进一步提升，与国外品牌相比，性价比更高。

4. 研究方案

1.设计方案

本设计空气炸锅的主控芯片为51单片机，功能模块包括温度控制模块、加热模块、安全报警模块、定时模块和显示模块。由使用者需求，后期可自由选取模块，进行个性化组装。

5. 工作计划

第 1 周：接受任务书，领会课题含义，按要求查找相关资料；翻译相关英文资料；

第 2 周：阅读相关资料，理解有关内容；写出开题报告一份；

第 3 周：确定传感器、显示电路等，参阅有关资料，分析信号调理电路工作原理；