可檢測油溫的鍋鏟

◎重慶師范大學(xué)附屬科學(xué)城中學(xué)2025級（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。在煎炒的過程中，人們先往鍋中倒入食用油，當食用油上升到一定的溫度后，再放入食材，因此對食用油溫度的把控非常重要。如何獲取食用油的實時溫度值，保證飲食健康和食物的口感呢？我們想到了設(shè)計可檢測油溫的鍋鏟。

二、整體方案

圖1 系統(tǒng)框圖

可檢測油溫的鍋鏟采用嵌入式設(shè)計，以主控模塊為核心，通過溫度傳感器檢測油溫，并將測得的溫度值與溫度閾值進行對比。溫度閾值可以通過兩個按鍵進行控制，實現(xiàn)增大或者減小。鍋鏟手柄上的OLED顯示屏，顯示實時油溫和使用者設(shè)定的溫度閾值。如果檢測到的實時油溫大于溫度閾值，蜂鳴器報警。

三、設(shè)計過程

（一）準備材料

我們準備制作可檢測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，輸出信號為數(shù)字信號，具有成本低、功耗小、精度高等優(yōu)點。

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，對相關(guān)器件和主控模塊的相關(guān)資源進行初始化，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。如果檢測到的溫度高于設(shè)定的溫度閾值，則蜂鳴器開啟，啟動報警功能。

兩個按鍵控制溫度閾值增大或減小的功能通過單片機的外部中斷來實現(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 裝置實物圖

四、測試效果

圖7 功能和效果測試

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

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

我們開啟裝置并觀察裝置，沒有出現(xiàn)異?，F(xiàn)象。OLED顯示屏顯示實時溫度為26 ℃。

我們將裝置放在溫水中進行測試，OLED顯示屏顯示溫度為42 ℃，超過了設(shè)定的溫度值，蜂鳴器發(fā)出警報聲?？梢姡b置設(shè)計達到了預(yù)期目標。

五、創(chuàng)新點

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

溫度閾值可以調(diào)節(jié)。一旦油溫超過設(shè)定溫度，裝置就會報警，安全性高。

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

（指導(dǎo)老師：黃睿）

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專家點評

顏浩名、秦渝嵐同學(xué)的可檢測油溫的鍋鏟是一件改進型發(fā)明作品。這是因為早在2012年4月18日，重慶市王聃丹的“可測油溫的鍋鏟”就申報了國家發(fā)明專利，公開日期為2013年10月30日。但其測溫采用的是傳統(tǒng)溫度計測量的方式，不便于推廣應(yīng)用。兩位初中生從所學(xué)知識與新技術(shù)入手，采用溫度傳感器測溫的方式，僅這小小的改進，就能使這個領(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，能夠為社會經(jīng)濟發(fā)展或社會生活帶來便利的小發(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，能從生活中找到自己感興趣，且具有一定市場前景的改進性發(fā)明課題；其二，具有一定的技術(shù)應(yīng)用實踐能力，能將編程與3D打印技術(shù)綜合運用，以實現(xiàn)項目的設(shè)計要求。建議文中體現(xiàn)兩位同學(xué)各自完成的工作，以示對知識產(chǎn)權(quán)的尊重。