可檢測(cè)油溫的鍋鏟

◎重慶師范大學(xué)附屬科學(xué)城中學(xué)2025級(jí)（8）班 顏浩名 秦渝嵐

一、選題背景

烹飪尤其是煎炒炸離不開食用油。在煎炒的過(guò)程中，人們先往鍋中倒入食用油，當(dāng)食用油上升到一定的溫度后，再放入食材，因此對(duì)食用油溫度的把控非常重要。如何獲取食用油的實(shí)時(shí)溫度值，保證飲食健康和食物的口感呢？我們想到了設(shè)計(jì)可檢測(cè)油溫的鍋鏟。

二、整體方案

圖1 系統(tǒng)框圖

可檢測(cè)油溫的鍋鏟采用嵌入式設(shè)計(jì)，以主控模塊為核心，通過(guò)溫度傳感器檢測(cè)油溫，并將測(cè)得的溫度值與溫度閾值進(jìn)行對(duì)比。溫度閾值可以通過(guò)兩個(gè)按鍵進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)增大或者減小。鍋鏟手柄上的OLED顯示屏，顯示實(shí)時(shí)油溫和使用者設(shè)定的溫度閾值。如果檢測(cè)到的實(shí)時(shí)油溫大于溫度閾值，蜂鳴器報(bào)警。

三、設(shè)計(jì)過(guò)程

（一）準(zhǔn)備材料

我們準(zhǔn)備制作可檢測(cè)油溫的鍋鏟所需的材料——普通鍋鏟、Arduino Nano控制板、溫度傳感器DS18B20、12864OLED顯示屏、按鍵、導(dǎo)熱硅膠、蜂鳴器、DS18B20+轉(zhuǎn)換電路、鋰電池、3D打印鍋鏟手柄外殼和自鎖開關(guān)等。我們充分考慮普通鍋鏟手柄的尺寸和手柄內(nèi)部空間，使3D打印鍋鏟手柄殼體內(nèi)能夠放得下蜂鳴器、鋰電池等器件，在手柄外殼上開設(shè)充電口、顯示屏開口和按鍵的開口。

（二）制作步驟

1.將普通鍋鏟的手柄去除，留下金屬鏟頭。

2.將溫度傳感器安裝在鏟頭內(nèi)。這種溫度傳感器是現(xiàn)階段常用的數(shù)字溫度傳感器，輸出信號(hào)為數(shù)字信號(hào)，具有成本低、功耗小、精度高等優(yōu)點(diǎn)。

3.在3D打印鍋鏟手柄殼體內(nèi)安裝蜂鳴器、鋰電池、充電板、電源開關(guān)和DC充電頭。

圖2 在3D打印鍋鏟手柄殼體內(nèi)安裝蜂鳴器等器件

4.在3D打印鍋鏟手柄面板上安裝OLED顯示屏和按鍵。

5.將Arduino Nano控制板作為主控板，用數(shù)據(jù)線將溫度傳感器、OLED顯示屏等模塊與Arduino Nano控制板的引腳相連，具體的接線方式見表1。

表1 接線表

圖3 安裝OLED顯示屏和按鍵后的效果

圖4 接線圖

6.采用圖形化編程軟件Mixly編程。在程序開始時(shí)，對(duì)相關(guān)器件和主控模塊的相關(guān)資源進(jìn)行初始化，完成初始化后，系統(tǒng)循環(huán)采集溫度傳感器數(shù)據(jù)，OLED顯示屏顯示內(nèi)容更新。如果檢測(cè)到的溫度高于設(shè)定的溫度閾值，則蜂鳴器開啟，啟動(dòng)報(bào)警功能。

兩個(gè)按鍵控制溫度閾值增大或減小的功能通過(guò)單片機(jī)的外部中斷來(lái)實(shí)現(xiàn)。

7.下載程序、調(diào)試程序并封裝3D打印鍋鏟手柄。

8.將3D打印鍋鏟手柄與金屬鏟頭接合，完成制作。

圖5 程序框圖

圖6 裝置實(shí)物圖

四、測(cè)試效果

圖7 功能和效果測(cè)試

我們對(duì)裝置進(jìn)行通電檢查，在通電之后觀察裝置有沒(méi)有出現(xiàn)發(fā)熱、冒煙等不正常的現(xiàn)象。在確保沒(méi)有問(wèn)題后，對(duì)溫度傳感器進(jìn)行測(cè)試：將主控模塊連接電腦，通過(guò)串口調(diào)試助手讀取溫度傳感器測(cè)得的溫度值，判斷溫度值是否準(zhǔn)確，同時(shí)觀察OLED顯示屏是否正常工作、顯示的內(nèi)容是否正確。這些都沒(méi)有問(wèn)題后，我們對(duì)裝置的功能進(jìn)行測(cè)試。

考慮到安全，我們用溫水替代食用油進(jìn)行測(cè)試，并將報(bào)警溫度設(shè)定為40 ℃。

我們開啟裝置并觀察裝置，沒(méi)有出現(xiàn)異常現(xiàn)象。OLED顯示屏顯示實(shí)時(shí)溫度為26 ℃。

我們將裝置放在溫水中進(jìn)行測(cè)試，OLED顯示屏顯示溫度為42 ℃，超過(guò)了設(shè)定的溫度值，蜂鳴器發(fā)出警報(bào)聲。可見，裝置設(shè)計(jì)達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。

五、創(chuàng)新點(diǎn)

裝置集成度高、使用便捷。人們通過(guò)裝置可以直接獲取食用油的實(shí)時(shí)溫度，以便控制火候，烹飪出美味佳肴。

溫度閾值可以調(diào)節(jié)。一旦油溫超過(guò)設(shè)定溫度，裝置就會(huì)報(bào)警，安全性高。

裝置成本低、維護(hù)方便，還可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行二次開發(fā)以增加新的功能。

（指導(dǎo)老師：黃睿）

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專家點(diǎn)評(píng)

顏浩名、秦渝嵐同學(xué)的可檢測(cè)油溫的鍋鏟是一件改進(jìn)型發(fā)明作品。這是因?yàn)樵缭?012年4月18日，重慶市王聃丹的“可測(cè)油溫的鍋鏟”就申報(bào)了國(guó)家發(fā)明專利，公開日期為2013年10月30日。但其測(cè)溫采用的是傳統(tǒng)溫度計(jì)測(cè)量的方式，不便于推廣應(yīng)用。兩位初中生從所學(xué)知識(shí)與新技術(shù)入手，采用溫度傳感器測(cè)溫的方式，僅這小小的改進(jìn)，就能使這個(gè)領(lǐng)域的相關(guān)產(chǎn)品獲得質(zhì)的飛躍，令人欽佩。

這件作品屬于青少年科技創(chuàng)新大賽所指的較典型的B類作品，即“選題源于日常生活，能夠?yàn)樯鐣?huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展或社會(huì)生活帶來(lái)便利的小發(fā)明”。這件作品的產(chǎn)生，突出體現(xiàn)了兩位同學(xué)：其一，具有良好的創(chuàng)新意識(shí)，能從生活中找到自己感興趣，且具有一定市場(chǎng)前景的改進(jìn)性發(fā)明課題；其二，具有一定的技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐能力，能將編程與3D打印技術(shù)綜合運(yùn)用，以實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)要求。建議文中體現(xiàn)兩位同學(xué)各自完成的工作，以示對(duì)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的尊重。