“热食助手”

葛子进 张玺童 伍识诚

本期点评专家

谭迪熬 中国发明协会院士专家咨询工作委员会首任专家，中国发明协会中小学创造教育分会会长，科技创新教育特级教师，教育部国培计划专家库专家。

我们的思考：通过对日常食物的食用温度进行监控，并提供食用、饮用建议，促使人们养成健康的饮食习惯，降低罹患食道癌的风险。

我们的目的：利用人脸识别、语音识别、语音合成、温度数据变化模型等，构建一套方便拆卸、适用范围广的“热食助手”，帮助用户将入口食物或药物的温度控制在合适的范围内，保护口腔和食道，为用户的身体健康保驾护航。

心急吃不了热豆腐。美食当前，很多人都会迫不及待地想要一饱口福，可是，温度过高的食物会对身体造成伤害。比如：长期食用过烫食物是诱发食道癌的因素之一；经常食用过热食物会导致炎性反应，进一步诱发癌变。

一、方案设计

模型由两个模块组成。第一个模块是测温模块，包含两个红外温度传感器，用于对食物进行无接触测量和对室内温度的测量。第二个模块是人机交互和提醒模块。

预设程序准备了三种模式，在得到温度数据后计算出冷却时间，合成语音输出，并询问是否设置提醒。装置可直接放入容器，使用者只需选定模式后依次测量，就能计算出时间且达到提醒的目的。

设备中部为一个非接触式温度传感器和一个红外传感器，可测量当前室温、食物温度，一分钟后记录数据并进行计算。设备右边为交互模块，此模块配有语音识别、语音合成以及掌控板自带的显示屏，用于显示系统方案中的表格内容，对用户进行提醒。

二、理论论证

应用牛顿冷却定律：当物体表面与周围环境存在温度差时，单位时间从单位面积散失的热量与温度差成正比。

为确保理论的可行性和误差可控，我们用热水做了实验，实验数据使用origin软件中的指数衰减方程进行数据拟合。如图1所示。

经对比得误差范围在±（6 min）内，符合模型的要求，可以使用。根据计算得出时间误差在54 ℃时为6 min，考虑测量温度时温度计的误差，大致满足生活需求。

三、结构设计

（一）模型结构

1.制作外壳

先在纸上画出外壳的草图，左侧为人脸识别入口，右侧为语音识别入口。再将在LaserMaker软件中建好的平面图导入激光切割机中，实现外壳的快速切割成型。最后用热熔胶对外壳进行胶接。

2.外壳封装

用热熔胶枪进行外壳封装。

（二）模型交互设计

该模型正面显示器为交互系统，接通电源后，显示器会显示模型的功能和用法，并通过内置语音模块输出。按白色按键可进行选择，按红色按键可进行确认。

1.左侧测量温度部分

利用称重传感器判断待测食物是否被放入。指示灯灯光颜色的变化可提醒使用者模型当下的工作状态：红灯为提醒放入，蓝灯为测量中，绿灯为测量结束。未使用时，灯光保持白色常亮。

2.右侧交互部分

通过按钮选择模式，完成测量后可以得知被测食物的冷却时间并选择定时。再次确认程序运行无误后，用椴木板将所有元器件包装起来。

四、使用方法

本作品主要有单种食物计算时间、多种食物计算时间平均值、台灯等模式。

（一）单种食物计算时间模式

当选择屏幕上的对应功能后，语音会提醒使用者按照正确的步骤放入食物，在测量完当前温度和一分钟后的温度，显示器显示并用语音输出需等待的时间。若想要定时则切换到定时器模式。

（二）多种食物计算时间平均值模式

当选择屏幕上的对应功能后，语音会提醒使用者按照正确的步骤放入食物，在测量完当前和一分钟后的温度，会询问“是否还需测量更多食物”。若需测量更多食物则重复上述操作直至测量结束，然后输出需等待时间的平均值。

（三） 台灯模式

当选择屏幕上对应的功能后，语音会提醒台灯模式已开启。

五、创新点

（一）该作品是牛顿冷却定律在生活中的具体应用。作品通过物理模型，将人们通常只能主观判断的食物冷却时间较准确地计算出来，利用掌控板的计算优势实现实时结果输出。

（二）用户通过显示器和语音接收反馈信息，准确快捷。该模型体积较小，还可当台灯使用。

六、不足与展望

（一）具有一定的时间误差，对環境因素的考虑不够周全，测量结果存在误差。用户黏性不高，模型不够智能，操作流程还可以简化。

（二）该作品功能存在局限性，如提醒功能未与手机互联，可能无法及时提醒使用者。未来还可以进一步完善，比如通过App进行互联。（指导老师：冯孟坭  郑霜  任联玮 ）

专家点评

葛子进、张玺童、伍识诚同学完成的“热食助手”，是一件充分体现“创意、物化、分享”特点的创客作品。通过这个作品的设计与制作，几位同学的探索与实践能力等定会有所提高。特别是他们能将所学的知识、原理、技术运用到实际生活中，走向“学中思、思中用、用中创”，以解决实际问题的思路与行为，值得称道！

常言道：“简单是发明的真谛、进步是创新的唯一。”要与同学、老师们商榷的是，我们无论是做创新作品还是做创客作品，一定要把握这一发展方向。

有这么个故事，说的是一家企业设计研制了一套饮料灌装生产线。投产后发现，总会有漏灌的空饮料盒出现。怎样解决这个问题呢？几位博士从人工智能、互联网技术等方面考虑，设计了至少要花几千万元人民币的装置。而当时正在企业实习的几位职专生在生产线旁用一台电风扇一吹便解决了这个问题。方法之简单、效果之好，令人眼前一亮！