防霉盲區(qū)動態(tài)監(jiān)測霉變預警平臺

歐子嘉　左可欣

譚迪熬 中國發(fā)明協(xié)會院士專家咨詢工作委員會首任專家，中國發(fā)明協(xié)會中小學創(chuàng)造教育分會會長，科技創(chuàng)新教育特級教師，教育部國培計劃專家?guī)鞂＜摇?/p>

一次，我們在公交車上聽到兩位老人在討論糧食的收成與儲存問題。其中一位老人說，這兩年雖然谷子豐收了，但家里的糧倉年代已久，有點滲水，導致儲糧因霉變板結(jié)變質(zhì)白白浪費了。在為他們感到惋惜的同時，我們不約而同地想要發(fā)明一個能自動監(jiān)測糧食儲存狀況的裝置。

在學?？萍驾o導老師的鼓勵和幫助下，我們開展了研究。

一、前期準備

（一）搜索、查找資料

了解糧食儲存的相關知識，以及糧食因儲存不當造成的浪費情況。

（二）作品查新

通過上網(wǎng)搜索，查到與本課題相關的專利8項。經(jīng)過比對發(fā)現(xiàn)，“防霉盲區(qū)”從未被提及，具有原創(chuàng)性，傳感器綜合技術也是新概念，因此，本項目的研究具有新穎性。

（三）成立研究小組

我們成立了糧倉防霉變研究小組，歐子嘉負責調(diào)查問卷的設計、研究報告的撰寫，左可欣負責資料（包括拍照、上網(wǎng)查新等）的收集整理，聯(lián)系作品的制作、調(diào)試與實驗等事宜。

（四）實地調(diào)查與訪談

通過實地考察、訪談、上網(wǎng)查找資料，我們對糧食儲存情況有了比較全面的了解。

大型的糧食儲存?zhèn)}庫（如中央儲備糧寧鄉(xiāng)直屬庫）的設備、設施很先進，配備了復雜而又全面的糧情監(jiān)測和管理、處理系統(tǒng)，智能化程度較高。儲存在這里的糧食損耗率只有1%～2%。

小型糧庫（如雙江口金霞糧庫）現(xiàn)代化水平低，主要靠工人眼觀、鼻聞、手摸等方式了解糧情，因此儲存在這里的糧食經(jīng)常存在表面良好而內(nèi)部已變質(zhì)的現(xiàn)象，糧食損耗率達4%左右。

農(nóng)戶儲存糧食時，主要將糧食堆放在糧倉、墻角，或?qū)⒓Z食裝袋后堆在一起等。當糧食出現(xiàn)受潮、滲水、發(fā)熱等現(xiàn)象時，人們不能及時發(fā)現(xiàn)，所以農(nóng)戶家中儲存的糧食發(fā)霉變質(zhì)的情況時有發(fā)生，損耗率達8%～10%。

我們決定針對儲存糧食時不易被發(fā)現(xiàn)而又極易出現(xiàn)霉變的區(qū)域（我們稱之為防霉盲區(qū)）進行研究，設計制作基于無線傳感技術的防霉盲區(qū)動態(tài)監(jiān)測霉變預警平臺。

二、設計原理

在防霉盲區(qū)安放溫濕度傳感器，即時捕捉溫濕度信息，并設置溫濕度超標報警程序。相對濕度超過75%或溫度超過30 ℃，傳感器發(fā)出報警信號，巡查機器人實時監(jiān)測、接收信號，數(shù)字顯示屏顯示出現(xiàn)異狀的具體區(qū)域，同時語音報警器發(fā)出警報聲，提醒管理人員及時采取降濕、降溫措施。

三、技術方案

利用無線傳感技術采集溫濕度信息，設定溫濕度異常的報警區(qū)間。將敏感元件放在防霉盲區(qū)，當溫濕度都處于正常區(qū)間時，傳感器進入休眠狀態(tài)。當溫濕度處于非正常區(qū)間時，傳感器啟動報警程序，發(fā)出報警信號。動態(tài)監(jiān)測平臺收到報警信號后發(fā)出語音警報，并顯示異常位置。

四、裝置設計

本平臺由信息采集端（溫濕度傳感器、傳感器信息采集處理器）、無線信息發(fā)送端、信息接收端（無線信息處理器）、監(jiān)測控制器（溫濕度信息顯示端、溫濕度超標語音報警）、電源及開關等構(gòu)成。

信息采集端由DHT11數(shù)字溫濕度傳感器和檢測、多路開關組成。信號分析模塊由NRF24L01無線收發(fā)模塊、STM32F4單片機控制模塊組成。信號處理模塊由STM32F4單片機、TTS文字合成語音模塊、TFTLCD觸控屏、FSMC接口等組成。

五、模擬實驗

基于無線傳感技術的防霉盲區(qū)動態(tài)監(jiān)測霉變預警平臺做成后，我們進行了模擬實驗。

用嘴巴呼氣，增加2號防霉盲區(qū)的濕度，利用濕度傳感器測量濕度。當濕度達到75%時，動態(tài)監(jiān)測預警平臺發(fā)出報警信號，顯示濕度異常的區(qū)域。

用電吹風熱風加熱1號防霉盲區(qū)，用溫度計測量溫度，當溫度達到30 ℃時，發(fā)出報警信號，顯示溫度異常的區(qū)域。

測試達到了預期的效果，該平臺能在防霉盲區(qū)實時自動顯示溫度和濕度，一旦監(jiān)測數(shù)值超標則馬上顯示紅色預警字幕，并發(fā)出語音報警。

六、創(chuàng)新點

（一）提出糧食儲存中“防霉盲區(qū)”的新概念，并通過人工智能技術發(fā)現(xiàn)霉變盲區(qū)，為農(nóng)戶儲存糧食提供新方法，幫助其升級改造家用糧倉。

（二）利用傳感器技術，動態(tài)監(jiān)測溫度、濕度的變化，提高信息的可靠性與準確性，為及時處理糧食霉變問題提供了技術保障。（指導老師：康志良? ?嚴富軍）

作者心聲

盡管這項發(fā)明成果還存在諸多不足，但對此項目的探究仍提升了我們發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力，還讓我們初步掌握了科學研究的基本方法。在研究的過程中，我們遇到了很多的困難，比如，對制作裝置時需要用到的傳感器、編程等知識一竅不通，但在指導老師和專家的幫助下，我們也略知一二了。

感謝所有對這個項目的研究提供幫助的專家、家長、老師和同學、朋友，感謝指導老師康志良、嚴富軍的指導與陪伴。這個過程雖有過艱辛，但我們更多的是感受到了成功的快樂。

專家點評

歐子嘉、左可欣同學的防霉盲區(qū)動態(tài)監(jiān)測霉變預警平臺，是一個富有動態(tài)視野的創(chuàng)新項目。這個項目的完成體現(xiàn)了兩位發(fā)明人的愛心及其探索的熱情。正是有了愛心與熱情，才能成為創(chuàng)新發(fā)明的有心人，即具有創(chuàng)新意識的人。在公交車上聽到老人討論家中糧食的收成與儲存問題后，他們找到了這個課題。從發(fā)明創(chuàng)造的選題方法來說，這種獲得課題的方法叫作信息收集法。要通過這種方法獲得課題，一定要有創(chuàng)新意識。該項目的完成還體現(xiàn)了兩位同學較強的科研實踐能力。他們準備充分，搜索、查找資料，特別是實地考察了小型糧庫、農(nóng)戶的糧食儲存情況。

提點建議：這個項目既然成立研究小組，為什么成果的應有人只有兩位同學呢？從知識產(chǎn)權角度考慮，應對參與過的同學表示感謝。