以下示意圖項目提出了一種使用傳感器系統和電機控制自動化烹飪過程的方法，以產生完美的arrosticini。

Arrosticini——羊肉或羊肉串——是意大利阿布魯佐地區美食的主食。一種典型的田園傳統菜肴，據說是在上個世紀初由饑餓的牧羊人在他們的羊群季節性遷移到新鮮牧場期間被困在田野中發明的。牧羊人會宰殺一只老羊，把肉切成小塊，把小塊滑到棍子上，然后在火焰上烤肉串。

將arrosticino烹飪至完美需要仔細控制烹飪溫度和烹飪時間以及均勻的熱量分布。傳統的方法是在 fornacella 炭烤架上烤串。根據純粹主義者的說法，電炊具損害了arrosticino的傳統風味（以及廚師的自尊心）。然而，以傳統方式烤制arrosticini 是一個勞動密集型、嚴格的過程。是否可以使用電動裝置實現完美燒烤？

下面的示意圖項目提出了一種通過傳感器系統和電機控制實現過程自動化的方法，以產生完美的arrosticini。反饋系統的簡單性允許實施任何解決方案。使用的組件包括溫度傳感器、用于查看溫度的顯示器和電機控制解決方案。

簡介
烤肉時首先要考慮的是使內部溫度達到所需溫度，同時保持恒定的烹飪過程。假設你有一個盤子，上面堆滿了初始溫度為T o的肉。在烹飪開始時，肉的表面與溫度為T g的烤架表面接觸。對于這個簡單的條件，肉在任何時間t和任何深度z的溫度都可以通過以下公式建模：

其中D是肉的熱擴散率（或熱擴散系數），erfc是互補誤差函數（其近似值可在特殊表格中找到）。

在數學中，誤差函數（也稱為高斯誤差函數）是概率、統計和偏導微分方程中遇到的特定函數。它被定義為：

并且對每個實數x有效。erfc表中的值可以通過開發泰勒級數誤差函數并對整個實軸進行積分來獲得。

圖 1：不同傳感器的溫度隨時間變化。溫度從初始值開始，然后達到最大值并保持在一定的公差范圍內。1

目的是通過控制溫度來制備煤，使其在時間上保持恒定。我們應該得到的分布是圖 1所示的類型。

熱擴散率（測量單位：mm 2 /s）是表征非平穩熱傳導的材料的特定屬性。這個量描述了材料對溫度變化的反應速度。熱擴散率是求解非平穩傳熱傅里葉方程的先決條件。

可以求解模型方程以確定肉達到所需溫度T(z,t)所需的時間：

這個等式唯一棘手的部分是找到erfc的值。當然，我們將處理 <1 的值。表 1顯示了溫差的一些可能值。

表 1：erfc 的值

典型的 Arrosticino 由切成約 1 厘米厚（取決于類型）的肉組成，并插入長約 25 厘米的串肉串上。肉沿著烤肉串長度的大約一半向下延伸，烤肉串放在爐子上，裸木伸出邊緣，讓廚師轉動它們，使肉在四個側面均勻烹飪（圖 2）。

圖 2：每個 Arrosticino 都放置在距煤 7 到 15 厘米（可調節）的地方。基本設置將根據要烹制的arrosticini 的數量而有所不同。

解凍后烤肉前，廚師會用吸水紙將其擦干，等待其溫度達到約室溫。每面的平均燒烤時間約為 1 到 2 分鐘（與煤的溫度和與 Arrosticini 的相對距離有關）。

設計
該項目必須包括溫度傳感器來控制arrosticini 和煤的溫度。肉的最佳溫度將決定烹飪程度，因此有必要在設計階段評估溫差。硬件結構包括：

一個 Arduino 板2

溫度傳感器

顯示煤和arrosticini溫度的顯示器。兩個溫度必須不同；操作者必須控制煤，使溫度與起始溫度相同。

一個風扇，以確保均勻加熱，因此，均勻烹飪。在這種情況下，上述模型將呈現一個考慮到通風的相乘系數。根據編程，風扇可以在必要時打開，即當煤和肉之間的溫差開始偏離時。

一個 I 2 C 顯示屏，用于指示肉類烹飪的溫度和控制文本

兩臺步進電機或直流電機——一臺用來轉動意大利面，另一臺用來把它們從烤架上滑下來。這兩個電機的速度必須同步。此外，有缺陷的溫度變化應該會降低電機的速度，以使烹飪保持最佳狀態。

使用的溫度傳感器是 PT100 傳感器，通常在工業環境中找到應用，例如在工作期間測量溫度的實驗室。這些傳感器的標稱電阻由 IEC 751 標準確定，在等于 0°C 的溫度條件下為 100 Ω。在 PT100 中使用熱電阻使其能夠在更寬的溫度范圍內工作，介于 –200°C 和 850°C 之間，具有出色的精度和互換性，穩定耐用（圖 3）。

圖 3：帶有調節電路的 Arduino 和 PT100 傳感器

調節通過 MAX31865 完成，這是一款易于使用的電阻數字轉換器，針對 PT100 等鉑電阻溫度檢測器 (RTD) 進行了優化。外部電阻器設置所用 RTD 的靈敏度，精密 Δ-Σ ADC 將 RTD 電阻與參考電阻的比率轉換為數字形式。Arduino 通過可在集成開發環境 (IDE) 中實現的庫使這一點易于管理。無刷直流 (BLDC) 電機提供高效率，但最重要的是，具有出色的扭矩和速度值，適合廣泛的應用。無刷直流電機的設計旨在優化與磁鐵和線圈繞組相關的扭矩或旋轉力的大小。磁體中的極對數越多，電機轉矩就越大。3

Portescap 的 Ultra EC 平臺提供一系列無刷電機系列，以滿足不同的扭矩和速度要求。母公司的專利線圈最大限度地減少鐵損以最大限度地提高效率。

Maxon 的 EC-i 無刷電機具有適合機器人應用的小直徑。電機直徑為 30 mm，具有高動態和高扭矩的特點。它有兩種長度可供選擇，每種都有標準版本和高扭矩版本，在 75 W 時最大額定扭矩高達 110 mNm。在所有版本中，新的 EC-i 30 電機都可以通過編碼器、齒輪箱進行擴展、伺服控制器或定位控制器。

英飛凌科技的直流電機控制擴展板是首批與 Arduino 以及英飛凌基于 BTN8982TA IC 的 XMC1100 引導套件兼容的大電流電機控制板之一。DC Motor Control Shield 可以驅動兩個單向直流電機（半橋配置）或一個雙向直流電機（H 橋配置）。PWM 可以通過 IN 引腳控制 BTN8982TA NovalithIC 半橋（圖 4）。

圖 4：英飛凌 XMC1100 啟動套件

我們項目中的 Arrosticini 可以連接到電動系統，每 1 到 2 分鐘旋轉 90°。完成 360° 旋轉后，必須從煤中取出 Arrosticino。肉的味道取決于煤的溫度，煤的溫度變化很大（煤內部可以達到 900°C，距離為 10 到 20 厘米，而在 fornacella 中，溫度可以達到 150°C 到300°C); 將肉加熱到大約 150°C 會引發所謂的美拉德反應——這種化學反應使棕色肉具有獨特的風味和香氣。

需要進行校準，以使每個 Arrosticino 的運動與烤架和 Arrosticino 本身的溫度相協調，以及將煮熟的肉轉移到盤子上的滑動機構的運動。載玻片可以取下，操作員必須在烹飪時間過后小心取下它們。

因此，軟件必須提供溫度讀取/設置和顯示功能；電網溫度控制算法評估偏差在原始溫度的 5% 以內；和控制警報，例如 LED 和/或蜂鳴器模塊。

在烤架上烹飪仍然存在保持溫度盡可能恒定的實際問題。但這就是樂趣（和味道）所在！在開始烹飪之前，新手燒烤師需要研究烹飪時間如何影響味道。廚師在正確的時間定位和取出arrosticini的技巧也很重要。

電動控制系統需要使用前艙格柵，如圖 5所示。我們將在烤架的一端連接我們的電機以執行旋轉。

圖 5：電動烤架

系統的“校準”將決定烹飪時間，通常每面大約 1 到 2 分鐘，具體取決于個人口味以及火的溫度。重要的是加煤時保持溫度恒定。圖 6展示了一個總體布局。

圖 6：一般系統布局?？梢酝ㄟ^ I 2 C將顯示器連接到 Arduino 來添加顯示器。

結論
這里介紹的硬件項目是實現其他解決方案的樂趣的基礎。我們還沒有描述在 Arduino 上實現的固件。但是硬件解決方案已經擁有允許您管理操作的庫，可以輕松地將數學模型考慮在內。