一种调味品定量出料机.pdf

-63-CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Feb.2024中国科技信息 2024 年第 3 期两星推荐背景经过调查，发现目前国内市场上的调料盒大多仅具有盛放调料的功能，被当作一种容器，往往通过不同的外观颜色区分不同的调料。这些调料盒主要采用塑料材质，因为塑料轻便、成本低、通透性好、耐用性强，且容易大批生产。然而，一些用户并不满足于盛物的功能，对调料盒的外观和质感也有一定的要求。所以一些设计师会根据某些动物或植物的形态进行外观设计，采用陶瓷或玻璃的材料，让调料盒更加具有质感。尽管如此，这些调料盒并不能满足用户在烹饪过程中对调料具体食用量的真正需求。目前，大多数人在烹饪时往往只能凭借个人经验来控制调料的用量，无法做到精准的定量。这对于厨房新手和老年人来说是一个较大的问题。缺乏精确的调料定量方法可能导致食物口味的不一致性。此外，传统调料容器通常设计不够人性化，难以清洗，容易积累细菌和灰尘，给用户带来了卫生和健康隐患，也增加了使用和清洁的麻烦。因此，急需一种新型智能调料容器，能够实现精准的调料定量，方便清洗并具备卫生特性，从而为用户提供更便捷、健康的烹饪体验。针对上述问题，本项目旨在开展调味品智能定量出料系统设计研究。该系统将通过称量菜品或汤料的重量，根据重量进行比例决策，确定所需调料量。同时，通过分类设计颗粒料和液体料定量出料机构，实现对不同类型调味品的准确定量出料。本项目的研究将有助于提升厨房智能化水平，提高人们的健康饮食水平，改善菜品的口感和风味。随着人工智能技术的发展，厨房智能化已经成为一个不可逆转的趋势。智能调料机的发展有望为厨房智能化带来新的可能性，所以调料机的智能化升级也是一个非常有前景的方向。通过与人工智能技术结合，可以为用户提供更加智能、便捷的烹饪体验。此外，还可以与智能厨房设备进行联动，根据用户的菜谱选择自动释放相应的调料，从而简化烹饪流程，提高烹饪的一致性和品质。总的来说，智能调料品的发展将为厨房智能化提供新的可能性，提升人们的生活品质，使烹饪过程更加科学、便捷。随着科技的不断进步，相信智能调料品必将成为未来厨房智能化的重要组成部分。因此，该项目具有重要意义和实施必要性：调节人们的身体健康：通过调查和收集大量数据，可以根据每个用户的需求设定每天调料的摄入量，以实现调味料摄入的科学与合理性，从而保护用户的健康。用户的个性化处理：考虑到每个人都有自己的口味偏好，将允许用户根据个人口味对行业曲线开放度创新度生态度互交度持续度可替代度影响力可实现度行业关联度真实度一种调味品定量出料机吴学钏 崔昕辉 韩正阳 周宇波吴学钏 崔昕辉 韩正阳 周宇波绍兴文理学院机械与电气工程学院吴学钏（2001），浙江温州，在读生。基 金 项 目：2022 年 浙 江 省 大 学 生 科 技 创 新 活动 计 划“调 味 品 智 能 定 量 出 料 机”（序 号：2022R43A015）。中国科技信息 2024 年第 3 期CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Feb.2024-64-两星推荐推荐参数进行调整，以满足个性化需求。促进厨房自动化深入生活：本产品将开发相关的 App，允许家庭成员输入个人健康状况、忌口和口味偏好，以定制调味品的用量，从而实现烹饪过程的智能化，并促进厨房自动化融入日常生活。调味品定量出料机设计结构设计问题在参考智能药箱结构的基础上，最初计划设计成六棱柱形状，内部包含多个固体和液体出料机构。然而，在初步建模设计中，发现内部结构复杂且存在位置冲突。经过反复研究后，决定改变结构，将其改为长方体。随后，意识到可以采用模块化设计思想，打破原有的固定大小调料盒，使其更具选择性，更能满足不同厨房需求。这一创新设计理念将为用户带来更多选择和个性化定制的可能性。固体出料机构的设计问题起初的固体出料机构中，固体出料转轴上的凹槽为四格，储料仓没有设计斜面，经过多次实验，发现该机构会出现盐粒从缝隙内漏出，使得每格内的量有较大的波动，导致定量不均匀；储料仓中的盐不易落入下方的出料转轴上，会造成不必要的浪费；另外，盐粒夹在出料转轴和储料仓所包覆的缝隙内，使得电机卡死。经过小组讨论分析并多次改进，在储料仓增加了斜坡设计，在下方的出料转轴外侧增加了防止盐粒进入的挡板，但是经过测试发现盐粒还是会因为出料转轴上各个凹槽较为接近，盐粒还是会在转轴转动过程中从一个凹槽溜到另一个凹槽，导致每格盐粒的量还是存在波动。最终，将凹槽设置为两个，经过测试，盐粒的量明显精准了许多。液体出料机构的设计问题在最初的液体出料机构中，液体出料量及其不稳定，一直在寻找准确测量液体量的方法，通过大量的实验，最终还是决定相对便捷可靠的办法，采用开关直通阀的方式完成液体出料，考虑到阀门打开和关闭会有时间损耗，经过大量测试，统计相关的实验数据得出开关阀门时的损耗量，总结其损失规律，把相关损耗量的运算编辑于程序中，从而减小该机构的误差，最终得到液体出料机构。研究的装置操作便捷，简单易懂，既不会影响使用者做菜体验，又能很好地防止调料控制不佳影响菜肴的口感，给予使用者良好的做菜体验，并且装置成本不高，同时其操作性和适应性强大，实用价值较高，该装置可以使人们的生活质量得到提高。思路方法本项目主要分为三个模块分别为：控制显示模块，称重模块，出料模块。控制显示模块：使用 51 单片机，控板根据重量传感器反馈的数据与数图 1 将信息由单片机导入 App 流程据库中标准的出料量进行比对，得出此食材量所需的调料量，即标准调料量的相应倍率，主控板反馈新的数据，即相应的步进电机旋转的角度和舵机打开阀门后持续的时间。固体出料模块：固体调料存放于上方的长条体储料盒内，储料盒内部设计为斜率为 4 的斜坡，便于颗粒状调料通过下方缝隙落入固体出料转轴上的凹槽内，通过电机带动固体出料转轴旋转，使固体颗粒状调料能通过缝隙充满整个出料转轴的凹槽，从而达到标准一次出料量，电机根据主控板分析得出的数据旋转固定角度，得到相应食材所需要的固体调料，调料输出完毕后电机停止转动，主控板发出指令使前外壳上的显示灯亮起。液体出料模块：液体调料存放于上方的圆柱体储料盒内，储料盒下部设计成圆锥状连接上 4mm 直通阀，控制液体调料的流出，通过舵机带动阀门扶手连接件，使得阀门开启，液体调料流入下方出料盒中，待出料即将完毕时，舵机提前一点时间关闭，图 3 液体出料模块图 2 液体出料模块-65-CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Feb.2024中国科技信息 2024 年第 3 期两星推荐使得舵机在关阀门期间流下的量完成出料所需，阀门关闭后，主控板发出指令使前外壳上的显示灯亮起。称重模块：在称重部分选用了质量传感器，把需要测量的物品放在载荷平台上，然后利用载荷平台来传达压力到质量传感器，从而使得质量传感器的弹簧发生形变，并让连接其上的应变计桥路失衡，由此产生了和测量成正比的电子信号。接着经过线性放大器将其扩大，之后又经过ADC转化为数字信息，最后由仪表中的微型计算机（CPU）对这些信号进行分析，并将结果直观地展示出来。主要功能使用者可以在菜肴库中选择相应的菜品，如果是汤，则称量水的量，反之，则将主食材放上重力传感器，等待程序计算其与标准调料用量的倍率，然后根据倍率得出实际需要的调料用量，最后使得对应的出料机构输出相应量的调料。开启电源，通过显示屏旁的按钮选择菜品，确认后将主食材置于重量传感器上，主控板根据重量传感器反馈的数据与数据库中标准的出料量进行比对，得出此食材量所需的调料量，即标准调料量的相应倍率，主控板反馈新的数据，即相应的步进电机旋转的角度和舵机打开阀门后持续的时间。对于固体出料装置，电机带动固体出料转轴转动，使得固体调料从储料仓中进入固体出料转轴上的凹槽中，随着出料转轴的转动落入出料盒中，待电机旋转完毕，定量的调味料落入出料盒中，前外壳上的显示灯亮起，固体调料出料完毕；对于液体出料装置，舵机通过顺时针旋转 90 度带动阀门扶手连接件转动，从而带动阀门扶手转动使得阀门打开，液体调味料流入出料盒中，待阀门开启时间结束，舵机逆时针旋转 90 度带动阀门扶手连接件，以同样的方式带动阀门扶手转动使得阀门关闭，前外壳上的显示灯亮起，液体调料出料完毕。图 4 调味品定量出料机实物图性能指标高度：310mm固体出料机构宽度：130mm 液体出料机构宽度：80mm固体一次出料量：0.350.1g 液体流量：1.237 ml/s电压：12V实验数据采集固体出料量平均值计算通过取用不同重量的主食材，多次测试固体出料机构出料量，数据记录如表 1，得出固体出料机构一次出料的均值。表 1 固体调料出料量记录表次数 主食菜量标准量1.5 倍标准量2 倍标准量第一次0.32g0.54g0.66g第二次0.37g0.50g0.7g第三次0.33g0.52g0.74g第四次0.38g0.53g0.71g标 准 量 出 料 平 均 值：（0.32+0.37+0.33+0.38）/4=0.35g1.5 倍标准量出料平均值：（0.54+0.5+0.52+0.53）/4=0.523g2 倍 标 准 量 出 料 平 均 值：（0.66+0.7+0.74+0.71）/4=0.703g标 准 一 次 出 料 量：（0.32+0.37+0.33+0.38）/4+（0.5 4+0.5+0.5 2+0.5 3）/（4 x 1.5）+（0.66+0.7+0.74+0.71）/（4x2）0.35g液体出料量平均值计算通过多次测试液体出料机构不同持续时间出料量，数据记录如表 2，得出液体出料机构流量均值。表 2 液体调料出料量记录表体积/ml时间/s体积/ml时间/s体积/ml时间/s第一次5.8512.61025.020第二次5.7512.81025.120第三次5.6512.21023.820第四次5.7512.61024.420第 一 次 流 量 均 值：5.8/5+（12.6-5.8）/（10-5）+（25.0-12.6）/（20-10）/3=1.253 ml/s第 二 次 流 量 均 值：5.7/5+（12.8-5.7）/（10-5）+（25.1-12.8）/（20-10）/3=1.263 ml/s第 三 次 流 量 均 值：5.6/5+（12.2-5.6）/（10-5）+（23.8-12.2）/（20-10）/3=1.200 ml/s第 四 次 流 量 均 值：5.7/5+（12.6-5.7）/（10-5）+（24.4-12.6）/（20-10）/3=1.233 ml/s总流量均值：（1.253+1.263+1.200+1.233）/4=1.237 ml/s舵机开启转开阀门扭力计算经测量，转动阀门需要 20N 的力，已知阀门把手长10mm，舵机扭矩 10kg/cm，经计算：10kg/cm 1cm 9.8N/kg=98N 20N 调味品的定量方法：中国科技信息 2024 年第 3 期CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Feb.2024-66-两星推荐我们选择使用比例法，假设一个食物按照菜谱在 1kgZ（主要原材料）的情况下需要 A 调料品 10g，B 调料品10g，料品 10g，在实际操作的过程中若称重模块反馈的重量为 0.5kg 根据比例法：1/0.5=10/A1/0.5=10/B1/0.5=10/C其中 ABC 为这次烹饪过程中，实际要放入的调料品。菜谱的录入需借助 STC-ISP 软件，将需要的每一道菜的参数进行烧录。芯片上有四个 IO 口专门用来插四个按键，每个按键都有三根线，一根插在 IO 口，另外两根插在电源，接着将按键固定为了减少IO口的占用，所以按键排列采用了矩阵形式。通电后开始显示主页面，显示器旁有四个按钮，前三个为三道菜的菜谱显示，会显示出各自的所需要的佐料，最后一个按钮点击后会回到主页面。将主要原材料称重后会显示出本次烹饪需要佐料的数值，相应的电机和舵机也会开始转动。应用和创新应用：基于厨房调料主要分为固体和液体两大类，设计了一种一体式出料机，采用模块化的方式完成了两种对应的出料机构，适用于大多数调味料。通过数据库及数据分析，该出料机可以根据选择的菜肴及其食材的量计算相应的出料量，实现不同菜量下的同一风味。同时，用户也可以根据自身喜好进行口味调节，满足不同地区、不同喜好的人群的口感要求。此外，该产品还具备与 App 进行人机交互的功能，缓解了人们不能精准添加调味料导致菜肴味道不佳的问题。这一设计不仅促进了智能厨房一体化领域的发展，还为各类厨房智能产品的延伸提供了可能。此外，该产品也将成为科技健康化发展的重要助力，可以与康养中心、养老院等合作使用，并定期收集使用者的意见进行满意度调查。同时，还可以在社区进行定期的市场调研，以满足社会市场的需求。创新：本作品的主要创新点基于便捷准确的理念，可选择性和可操纵性较高，且为菜肴鲜美提供一定保障。设计的作品，形状规则，易于放置于灶台墙角，空间利用率高。基于厨房调料主要分为固体和液体两大类，此一体式出料机采用模块化的方式设计完成了两种对应的出料机构，适用于大多数调味料。并且采用模块化设计，可随家中调料数量选择对应数量出料机构，且出料机构规则工整、易于拼接、组装。采用数据库及数据分析，可根据选择的菜肴及其食材的量计算相应的出料量，达到不同菜量、同一风味；也可根据自身喜好进行口味调节，使其满足不同地区、不同喜好的人群的口感要求。相比于普通的调料盒，本装置通过结构设计和大量的数据试验，可以准确地满足日常生活中厨房配料问题，为做好美食提供一份保障。此装置作为一个辅助做菜的配料机构，操作便捷，简单易懂，既不会影响做菜体验，又能很好地防止调料控制不佳影响菜肴的口感，给予使用者良好的做菜体验。由此该装置具有成本不高但操作便捷、简单易懂且适应性强等特点。结束语该项目以方便和智能化为核心思想，专注于满足广大消费者的需求。随着当前社会日益重视环保与健康的生活方式，人们越来越倾向于亲手烹饪食物，然而，关于如何适量使用调料的问题往往取决于个人经验，这可能导致过度或不足的使用，从而影响到食品的健康性和口感等一系列问题。因此，这个智能调料计量设备的研究旨在解决问题的同时，也让厨房生活变得更加有趣。另外，本项目研究有助于提高厨房智能化水平，提高人们健康饮食水平和改善菜品风味。图 5 总流程图