文 湖南省寧鄉(xiāng)市第一高級(jí)中學(xué) 朱嘉懿 湖南省寧鄉(xiāng)市第十三高級(jí)中學(xué) 周婧丫

我的爺爺一個(gè)人在老家，是一個(gè)“留守老人”。爺爺吃飯很慢，經(jīng)常飯菜冷了還沒(méi)吃完。由于年紀(jì)大了，爺爺?shù)挠浶栽絹?lái)越差，常常忘記按時(shí)吃飯。

要是有一個(gè)碗既能保溫又能提醒爺爺按時(shí)吃飯，還能將爺爺?shù)某燥垥r(shí)間記錄下來(lái)并告訴家人就好了。

我想到了制作一個(gè)全局恒溫碗。

一、設(shè)計(jì)思路

借鑒無(wú)線能量傳輸原理，探討瓷碗無(wú)線恒溫、全局恒溫的可行性，制作一種用于老人飲食習(xí)慣監(jiān)控的器具。它主要由恒溫碗和無(wú)線能量傳輸?shù)鬃ò惭b在桌面下）組成，基于無(wú)線能量傳輸技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)飲食監(jiān)控、全局恒溫、遠(yuǎn)程提醒用餐等功能。設(shè)計(jì)方案如圖1所示。

二、設(shè)計(jì)制作

1.無(wú)線恒溫碗

將電熱絲均勻埋入碗體，在碗底部放置線圈用于接收能量，安裝溫控開(kāi)關(guān)用于控制溫度。我們暫時(shí)用3D打印的模型代替。

圖1

2.無(wú)線能量發(fā)射裝置

利用芯片將低頻交流整流再逆變成1MHz的高頻交流，加在發(fā)射線圈兩端，發(fā)射線圈中的高頻電流產(chǎn)生高頻交變磁場(chǎng)，將能量以磁場(chǎng)能的形式發(fā)射出去。芯片電路如圖2所示。

圖2 電路圖

3.加熱方式

熱水壺、電飯煲、電磁爐等電器的加熱方式都是局部加熱，確切地說(shuō)是底部加熱，這種加熱方式產(chǎn)生的熱量過(guò)于集中。我們提出了全局恒溫、均勻加熱的加熱方式，將熱源分散到碗的各個(gè)部位，避免熱量集中，用來(lái)給飯菜保溫，還可以使碗的外表不燙手。

綜合銅絲長(zhǎng)度、均勻發(fā)熱效果和發(fā)熱功率的考慮，最終我們采取用兩根35m的銅絲并聯(lián)的方案。

4.無(wú)線遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)

本項(xiàng)目對(duì)開(kāi)始吃飯 1和吃完飯 2這兩個(gè)重要時(shí)刻進(jìn)行測(cè)定，這兩個(gè)時(shí)間的間隔即老人用餐的總時(shí)間，即 =2-1。本項(xiàng)目能將1、2以短信形式發(fā)送至指定的手機(jī)上。

項(xiàng)目采用GSM模塊和單片機(jī)結(jié)合的方式收發(fā)短信，采用干簧管作為無(wú)線傳感器，在碗底裝一個(gè)微型磁鐵用作觸發(fā)裝置，用熱釋電人體紅外傳感器作為人體感應(yīng)開(kāi)關(guān)。

當(dāng)人坐在桌子旁并將碗放在桌面指定范圍時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)做出用餐開(kāi)始的判定，對(duì)指定的一個(gè)或多個(gè)手機(jī)發(fā)送用餐開(kāi)始短信提醒。當(dāng)碗離開(kāi)桌面指定范圍時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)對(duì)指定的一個(gè)或多個(gè)手機(jī)發(fā)送用餐完畢的短信提醒。

為防止碗頻繁移動(dòng)引起誤判，我們?cè)O(shè)置了延時(shí)斷開(kāi)功能，即碗離開(kāi)桌面或人離開(kāi)桌子不超過(guò)5min，系統(tǒng)就不會(huì)給指定手機(jī)發(fā)信息，保證短信計(jì)時(shí)的可靠性。

經(jīng)過(guò)測(cè)試，該恒溫碗能在有人就餐時(shí)自動(dòng)給飯菜保溫，并發(fā)送用餐信息到指定手機(jī)，在用餐結(jié)束時(shí)自動(dòng)進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了目標(biāo)功能。

此外，還可將裝置接入智能家居，把老人用餐時(shí)間的相關(guān)數(shù)據(jù)上傳到數(shù)據(jù)庫(kù)，為醫(yī)學(xué)研究提供數(shù)據(jù)支持。（指導(dǎo)老師：歐镕瑋康志良）