“熱食助手”

葛子進 張璽童 伍識誠

本期點評專家

譚迪熬 中國發明協會院士專家咨詢工作委員會首任專家，中國發明協會中小學創造教育分會會長，科技創新教育特級教師，教育部國培計劃專家庫專家。

我們的思考：通過對日常食物的食用溫度進行監控，并提供食用、飲用建議，促使人們養成健康的飲食習慣，降低罹患食道癌的風險。

我們的目的：利用人臉識別、語音識別、語音合成、溫度數據變化模型等，構建一套方便拆卸、適用范圍廣的“熱食助手”，幫助用戶將入口食物或藥物的溫度控制在合適的范圍內，保護口腔和食道，為用戶的身體健康保駕護航。

心急吃不了熱豆腐。美食當前，很多人都會迫不及待地想要一飽口福，可是，溫度過高的食物會對身體造成傷害。比如：長期食用過燙食物是誘發食道癌的因素之一；經常食用過熱食物會導致炎性反應，進一步誘發癌變。

一、方案設計

模型由兩個模塊組成。第一個模塊是測溫模塊，包含兩個紅外溫度傳感器，用于對食物進行無接觸測量和對室內溫度的測量。第二個模塊是人機交互和提醒模塊。

預設程序準備了三種模式，在得到溫度數據后計算出冷卻時間，合成語音輸出，并詢問是否設置提醒。裝置可直接放入容器，使用者只需選定模式后依次測量，就能計算出時間且達到提醒的目的。

設備中部為一個非接觸式溫度傳感器和一個紅外傳感器，可測量當前室溫、食物溫度，一分鐘后記錄數據并進行計算。設備右邊為交互模塊，此模塊配有語音識別、語音合成以及掌控板自帶的顯示屏，用于顯示系統方案中的表格內容，對用戶進行提醒。

二、理論論證

應用牛頓冷卻定律：當物體表面與周圍環境存在溫度差時，單位時間從單位面積散失的熱量與溫度差成正比。

為確保理論的可行性和誤差可控，我們用熱水做了實驗，實驗數據使用origin軟件中的指數衰減方程進行數據擬合。如圖1所示。

經對比得誤差范圍在±（6 min）內，符合模型的要求，可以使用。根據計算得出時間誤差在54 ℃時為6 min，考慮測量溫度時溫度計的誤差，大致滿足生活需求。

三、結構設計

（一）模型結構

1.制作外殼

先在紙上畫出外殼的草圖，左側為人臉識別入口，右側為語音識別入口。再將在LaserMaker軟件中建好的平面圖導入激光切割機中，實現外殼的快速切割成型。最后用熱熔膠對外殼進行膠接。

2.外殼封裝

用熱熔膠槍進行外殼封裝。

（二）模型交互設計

該模型正面顯示器為交互系統，接通電源后，顯示器會顯示模型的功能和用法，并通過內置語音模塊輸出。按白色按鍵可進行選擇，按紅色按鍵可進行確認。

1.左側測量溫度部分

利用稱重傳感器判斷待測食物是否被放入。指示燈燈光顏色的變化可提醒使用者模型當下的工作狀態：紅燈為提醒放入，藍燈為測量中，綠燈為測量結束。未使用時，燈光保持白色常亮。

2.右側交互部分

通過按鈕選擇模式，完成測量后可以得知被測食物的冷卻時間并選擇定時。再次確認程序運行無誤后，用椴木板將所有元器件包裝起來。

四、使用方法

本作品主要有單種食物計算時間、多種食物計算時間平均值、臺燈等模式。

（一）單種食物計算時間模式

當選擇屏幕上的對應功能后，語音會提醒使用者按照正確的步驟放入食物，在測量完當前溫度和一分鐘后的溫度，顯示器顯示并用語音輸出需等待的時間。若想要定時則切換到定時器模式。

（二）多種食物計算時間平均值模式

當選擇屏幕上的對應功能后，語音會提醒使用者按照正確的步驟放入食物，在測量完當前和一分鐘后的溫度，會詢問“是否還需測量更多食物”。若需測量更多食物則重復上述操作直至測量結束，然后輸出需等待時間的平均值。

（三） 臺燈模式

當選擇屏幕上對應的功能后，語音會提醒臺燈模式已開啟。

五、創新點

（一）該作品是牛頓冷卻定律在生活中的具體應用。作品通過物理模型，將人們通常只能主觀判斷的食物冷卻時間較準確地計算出來，利用掌控板的計算優勢實現實時結果輸出。

（二）用戶通過顯示器和語音接收反饋信息，準確快捷。該模型體積較小，還可當臺燈使用。

六、不足與展望

（一）具有一定的時間誤差，對環境因素的考慮不夠周全，測量結果存在誤差。用戶黏性不高，模型不夠智能，操作流程還可以簡化。

（二）該作品功能存在局限性，如提醒功能未與手機互聯，可能無法及時提醒使用者。未來還可以進一步完善，比如通過App進行互聯。（指導老師：馮孟坭? 鄭霜? 任聯瑋 ）

專家點評

葛子進、張璽童、伍識誠同學完成的“熱食助手”，是一件充分體現“創意、物化、分享”特點的創客作品。通過這個作品的設計與制作，幾位同學的探索與實踐能力等定會有所提高。特別是他們能將所學的知識、原理、技術運用到實際生活中，走向“學中思、思中用、用中創”，以解決實際問題的思路與行為，值得稱道！

常言道：“簡單是發明的真諦、進步是創新的唯一。”要與同學、老師們商榷的是，我們無論是做創新作品還是做創客作品，一定要把握這一發展方向。

有這么個故事，說的是一家企業設計研制了一套飲料灌裝生產線。投產后發現，總會有漏灌的空飲料盒出現。怎樣解決這個問題呢？幾位博士從人工智能、互聯網技術等方面考慮，設計了至少要花幾千萬元人民幣的裝置。而當時正在企業實習的幾位職專生在生產線旁用一臺電風扇一吹便解決了這個問題。方法之簡單、效果之好，令人眼前一亮！