劉遠(yuǎn)玲，程瑋儀，李子夢(mèng)，溫建平

嘉應(yīng)學(xué)院物理與電子工程學(xué)院，廣東梅州，514015

0 引言

如今智能產(chǎn)品的浪潮不斷推進(jìn)，方便人們生產(chǎn)生活的同時(shí)也在實(shí)現(xiàn)科技進(jìn)步。依據(jù)國(guó)家節(jié)能減排政策，人們力求發(fā)展高效節(jié)能減排廚具，最大化利用能量，降低能量損耗，減少排放量。鍋具的智能化也越來(lái)越普及，但常見(jiàn)的智能鍋具無(wú)論在功能還是創(chuàng)新方面都較為單一。市面上常見(jiàn)的智能鍋具有電飯煲、電煮鍋、多功能炒菜鍋等，這類鍋具的智能部分大多是通過(guò)延長(zhǎng)時(shí)間、緩慢加熱達(dá)到烹飪溫度，將食材燜熟。同對(duì)需要煎炒的食品便需要使用者自己調(diào)節(jié)火候進(jìn)行烹飪，但現(xiàn)今越來(lái)越多的年輕人是做飯“小白”，很明顯市面上的智能鍋具已經(jīng)不能滿足大多數(shù)人的日常需求。盡管市面上已經(jīng)出現(xiàn)了自動(dòng)烹飪的機(jī)器，但是其價(jià)格過(guò)于昂貴，并不適合大眾的日常負(fù)擔(dān)和需求[1]。

根據(jù)以上問(wèn)題，我們研究的分體式控溫煎鍋根據(jù)食材的不同設(shè)計(jì)了不同的檔位，煎鍋的制作采用球墨鑄鐵，能起到良好的導(dǎo)熱及不粘效果，以無(wú)涂層的設(shè)計(jì)保證了人們的飲食安全。分體式控溫煎鍋能夠根據(jù)檔位不同語(yǔ)音播報(bào)食材溫度、食材狀態(tài)等，提醒烹飪者及時(shí)對(duì)食材進(jìn)行翻炒，防止干燒等。

1 市場(chǎng)調(diào)研

1.1 市面上的智能鍋

如今市面上的鍋具類型層出不窮，所具備的功能也在不斷更新。調(diào)查顯示，在智能鍋具中，電飯煲與電煮鍋的占比相對(duì)較大。電飯煲的功能大多為時(shí)間顯示、烹飪類型選擇、智能預(yù)約等，利用長(zhǎng)時(shí)間的預(yù)熱、加熱來(lái)達(dá)到煮熟食物的目的。而電煮鍋的功能相對(duì)較少，大多只有溫度調(diào)節(jié)鈕，少數(shù)有烹飪類型選擇?？墒窃S多食材的烹飪需要在短時(shí)間內(nèi)大幅度升高溫度和進(jìn)行控溫[2]。在溫度升降快等方面目前只有康寧全自動(dòng)炒菜機(jī)的功能相對(duì)成熟。

1.2 品牌代表中鍋具的智能程度

市面上知名品牌主要有兩種智能模式：第一，電飯煲上按鍵預(yù)約、選擇烹煮食材等。電飯煲自動(dòng)加熱時(shí)采用的自動(dòng)斷電裝置是一個(gè)感溫磁鋼開(kāi)關(guān)，飯熟時(shí)溫度超過(guò)100℃時(shí)，感溫磁鋼失磁而斷電；當(dāng)煲內(nèi)米未煮熟成飯時(shí)有水繼續(xù)沸騰，溫度不會(huì)超過(guò)100℃，感溫磁鋼不會(huì)失磁，具有顯示屏顯示溫度及烹飪時(shí)間。第二，通過(guò)Wifi連接電器，利用APP遠(yuǎn)程預(yù)約/開(kāi)啟，還可以實(shí)時(shí)查看進(jìn)度、查看菜譜。其他功能與傳統(tǒng)電飯煲無(wú)異，有顯示屏顯示溫度及烹飪時(shí)間。

在所調(diào)查的銷量最大的品牌中，其智能鍋具占比達(dá)到70%，以電飯煲及小型電鍋為主。鍋具主要為涂層不粘鍋，或者是由陶瓷等材料制成，以達(dá)到不粘的效果，目前沒(méi)有鍋具具有語(yǔ)音播報(bào)功能[3]。

2 分體式控溫煎鍋設(shè)計(jì)制作

分體式控溫煎鍋采用鍋具與加熱模塊分離的結(jié)構(gòu)，主體為加熱底部，具有矩形加熱絲及四點(diǎn)測(cè)溫，及時(shí)對(duì)鍋體的溫度進(jìn)行測(cè)量及反饋；內(nèi)部安裝有語(yǔ)音播報(bào)系統(tǒng)模塊，及時(shí)對(duì)鍋體和食材溫度及烹飪時(shí)長(zhǎng)進(jìn)行播報(bào)，讓使用者更好地把握食材的狀態(tài)；鍋具采用無(wú)涂層不粘球墨鑄鐵鍋。采用分體式結(jié)構(gòu)，可更換不同的鍋型，滿足大眾的烹飪需求。

2.1 鍋體材料選擇

選擇一種利用球墨鑄鐵制作的不粘鍋，其材料具有優(yōu)異的物理性能，球墨鑄鐵的摩擦系數(shù)相對(duì)其他金屬而言較小，其作為與食材接觸的表面，能夠達(dá)到鍋具與食物不粘的效果，且其導(dǎo)熱性較為優(yōu)越，更適合食材的煎炒。

球墨鑄鐵通過(guò)球化處理得到球狀石墨，有效地提高了鑄鐵的力學(xué)性能，特別是提高了塑性和韌性，從而得到比碳鋼還高的強(qiáng)度。球墨鑄鐵與灰口鑄鐵相比，C、Si含量較高，而Mn較低，對(duì)S、P的限制較嚴(yán)，其化學(xué)成分C為3.5%～3.8%，Si為2.0%～3.0%，Mn為0.5%～0.7%，P＜0.08%，S＜0.02%，Mg為0.03%～0.07%（此為無(wú)稀土元素時(shí)），當(dāng)有稀土元素存在時(shí)，則Mg可低些。珠光體型球墨鑄鐵具有中高等強(qiáng)度、中等韌性和塑性、綜合性能較高、耐磨性和減振性良好、鑄造工藝性能良好等特點(diǎn)[4]。

團(tuán)隊(duì)已根據(jù)球墨鑄鐵的特性研究并制作出球墨鑄鐵鍋，該鍋體能夠達(dá)到快速升溫、耐磨不粘的效果。不粘與耐磨也大大地增加了煎鍋的使用壽命。實(shí)驗(yàn)證明球墨鑄鐵加熱時(shí)產(chǎn)生的油煙相對(duì)較少，對(duì)人體的傷害較少，符合國(guó)家綠色、節(jié)能、減排的政策要求。球墨鑄鐵圓形鍋實(shí)物如圖1所示，球墨鑄鐵方形鍋實(shí)物如圖2所示。

2.2 分體式結(jié)構(gòu)圖

分體式控溫煎鍋內(nèi)部設(shè)有方形加熱絲，采用四點(diǎn)定位法精準(zhǔn)測(cè)量鍋體溫度并傳感至顯示屏顯示對(duì)應(yīng)溫度；語(yǔ)音播報(bào)系統(tǒng)模塊與控溫系統(tǒng)相結(jié)合，除顯示屏顯示溫度外，語(yǔ)音系統(tǒng)同時(shí)接收傳感器信號(hào)并播報(bào)實(shí)時(shí)溫度；鍋體邊緣設(shè)計(jì)有鍋炳凹槽，即使是帶有鍋炳的鍋具也可適用，體現(xiàn)出其適用鍋具類型的多樣化；其內(nèi)布置有散熱風(fēng)扇，及時(shí)對(duì)鍋體進(jìn)行散熱，防止加熱絲溫度過(guò)高產(chǎn)生安全隱患[5]。

分體式控溫煎鍋鍋體內(nèi)部結(jié)構(gòu)俯視圖如圖3所示；鍋體剖面圖如圖4所示。

分體式控溫煎鍋鍋體凹槽可適應(yīng)多種形式的鍋膽，且鍋體材料均選擇球墨鑄鐵不粘鍋。團(tuán)隊(duì)已成功研制出球墨鑄鐵不粘鍋，并設(shè)計(jì)出方形球墨鑄鐵鍋膽，可適用于不同需求[6]。方形鍋膽如圖5所示；鍋體實(shí)物如圖6所示。

3 分體式控溫煎鍋功能設(shè)計(jì)

市場(chǎng)上其他各類智能鍋面對(duì)溫度過(guò)高、焦糊等問(wèn)題時(shí)采用亮滅警示燈提醒使用者，分體式控溫煎鍋采用語(yǔ)音提示系統(tǒng)，當(dāng)出現(xiàn)無(wú)食材干燒、長(zhǎng)時(shí)間未操作等情況時(shí)會(huì)及時(shí)提醒使用者并自動(dòng)斷電降溫[7]，避免出現(xiàn)因使用者沒(méi)有注意警示燈的亮滅而導(dǎo)致食材燒毀或溫度過(guò)高產(chǎn)生安全隱患等問(wèn)題。語(yǔ)音系統(tǒng)還有指導(dǎo)使用者如何烹飪食材的功能，對(duì)沒(méi)有烹飪經(jīng)驗(yàn)的廚房“小白”可進(jìn)行一步步引導(dǎo)，讓他們即使沒(méi)有烹飪經(jīng)驗(yàn)也可以做出美味的飯菜。

3.1 三檔烹飪模式

區(qū)別于當(dāng)前市場(chǎng)上現(xiàn)有智能鍋的功能，分體式控溫煎鍋采用三檔式智能烹飪模式，設(shè)置三個(gè)烹飪檔位，每個(gè)檔位對(duì)應(yīng)不同溫度范圍，也可在使用者烹飪時(shí)進(jìn)行語(yǔ)音提示。

控溫系統(tǒng)可識(shí)別鍋體溫度，當(dāng)鍋體溫度達(dá)到某檔模式的限定溫度時(shí)，語(yǔ)音系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)語(yǔ)音播報(bào)溫度同時(shí)提醒使用者進(jìn)行下一步操作，并且在顯示屏顯示對(duì)應(yīng)溫度。

3.1.1 一檔為低溫烹飪

低溫烹飪模式會(huì)將鍋體溫度控制在80～100℃，主要用于烹飪雞蛋等蛋白質(zhì)類食材。雞蛋液在80℃時(shí)便會(huì)發(fā)生蛋白質(zhì)變性，但在這個(gè)溫度下雞蛋不容易在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生燒焦碳化現(xiàn)象，能較大程度保留蛋白質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)。

3.1.2 二檔為高溫烹飪

高溫烹飪模式會(huì)將鍋體溫度控制在100～150℃，主要用于烹飪雞排等肉類食材。雞排在此溫度范圍內(nèi)能夠?qū)⒈砥ぜ褰沟３謨?nèi)里鮮嫩，保證良好的口感。

3.1.3 三檔為猛火烹飪

猛火烹飪模式會(huì)將鍋體溫度控制在150～180℃，主要用于烹飪牛排這類需要較高溫度快速烹煎的食材。牛排烹飪的時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)，時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致肉質(zhì)發(fā)柴，所以需要猛火模式進(jìn)行快速烹煎。

3.2 分體式控溫煎鍋烹飪條件

①食用油控制：烹飪時(shí)選擇豬油、牛油、黃油或植物油，以上食用油穩(wěn)定性較好，高溫下產(chǎn)生的有害物質(zhì)少，不易變黑。

②食材種類：分體式控溫煎鍋主要針對(duì)肉類和動(dòng)物蛋白進(jìn)行烹煎，尋找肉類及動(dòng)物蛋白的最佳烹煎模式。

③食材質(zhì)量控制：分體式控溫煎鍋對(duì)食材的質(zhì)量有一定的控制，每次烹煎的食材盡量保持在200g左右，保證食材能達(dá)到最佳烹煎的效果。

④與控溫器相連接：語(yǔ)音播報(bào)系統(tǒng)與智能控溫系統(tǒng)相互連接，溫度傳感器感應(yīng)到溫度時(shí)，可通過(guò)語(yǔ)音播報(bào)提醒使用者當(dāng)下溫度，并且于顯示屏顯示實(shí)時(shí)溫度值，使用者可以更好地把控食材的溫度及狀態(tài)。

3.3 語(yǔ)音報(bào)警

當(dāng)鍋體處于加熱狀態(tài)卻長(zhǎng)時(shí)間未操作導(dǎo)致鍋體溫度過(guò)高時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)識(shí)別過(guò)高溫度并發(fā)出報(bào)警語(yǔ)音，提醒使用者及時(shí)對(duì)鍋具進(jìn)行斷電，防止發(fā)生安全事故。當(dāng)食材重量超過(guò)250g時(shí)，系統(tǒng)中的重量傳感器識(shí)別超重食材，發(fā)出語(yǔ)音報(bào)警，提醒使用者對(duì)食材進(jìn)行處理，以達(dá)到最佳烹飪效果。

4 結(jié)語(yǔ)

分體式控溫煎鍋由球墨鑄鐵作為煎鍋材料并采用分體式可控溫煎鍋鍋體結(jié)構(gòu)，是實(shí)現(xiàn)了煎炒一體的具有語(yǔ)音播報(bào)和控溫功能的新型智能鍋，彌補(bǔ)了市場(chǎng)上對(duì)鍋具功能創(chuàng)新的需求，滿足了更多群體的烹飪需求。該煎鍋烹飪時(shí)可調(diào)控溫度進(jìn)行煎炒，語(yǔ)音播報(bào)可步步引導(dǎo)使用者在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)間和溫度對(duì)食材進(jìn)行翻面、煎炒等操作，很大程度上可以減緩現(xiàn)在“做飯盲”的問(wèn)題。