長(zhǎng)沙市長(zhǎng)郡芙蓉中學(xué) 周倚樂

一、課題的確定

假期回老家，看到奶奶在廚房忙碌著，我提出幫忙煮飯。我打開米桶，發(fā)現(xiàn)米里長(zhǎng)了一些細(xì)小的黑色蟲子（如圖1），于是連忙把米倒進(jìn)垃圾桶，叫奶奶重開一袋米。奶奶既心疼又心急地說：“農(nóng)家經(jīng)常一次性碾較多的米，這些米通常要儲(chǔ)存半年以上，由于沒有做過專門的防蟲處理，很容易長(zhǎng)蟲。而這些剛剛長(zhǎng)蟲的大米還是可以吃的?！?/p>

圖1 長(zhǎng)蟲的大米

我想，如果能發(fā)明一種能大量?jī)?chǔ)存自碾米的裝置，智能地感應(yīng)大米長(zhǎng)蟲的跡象并自動(dòng)防蟲、除蟲，那該多好呀！

二、 研究目的

本項(xiàng)目通過資料查找與實(shí)驗(yàn)探究，設(shè)計(jì)制作一種除蟲儲(chǔ)米裝置，這種裝置不僅能防潮、除蟲，還非常智能，適用于每一個(gè)家庭。

三、資料查找與分析

通過上網(wǎng)查找資料，我了解到米蟲（米象）俗稱蛘子，為鞘翅目象蟲科，發(fā)育過程要經(jīng)過卵、幼蟲、蛹、成蟲四個(gè)時(shí)期（如圖2），是儲(chǔ)存谷物的主要害蟲。米象幾乎分布在全世界各個(gè)儲(chǔ)糧場(chǎng)所，破壞性大，適應(yīng)性強(qiáng)。最適合米象發(fā)育的糙米水分是18%，若糙米水分低于10%，米象則不能發(fā)育。

圖2 米象的發(fā)育過程

通過對(duì)資料進(jìn)行分析可知：因?yàn)槊紫蟮穆烟?，而幼蟲又藏在大米中，若僅憑肉眼觀察，只有當(dāng)米象發(fā)育到成蟲階段時(shí)，我們才能發(fā)現(xiàn)大米生蟲了。

如果想要設(shè)計(jì)一款能智能地監(jiān)測(cè)大米是否長(zhǎng)蟲的裝置，可以通過監(jiān)測(cè)儲(chǔ)米空間中二氧化碳和氧氣的含量的變化來實(shí)現(xiàn)。因?yàn)槊紫蠓趸?，呼吸作用旺盛，?huì)不斷消耗裝置內(nèi)的氧氣，產(chǎn)生二氧化碳，使得儲(chǔ)米空間中的氧氣減少，二氧化碳增加。此外，當(dāng)氣溫低于15 ℃時(shí)，米象的成蟲開始越冬，此時(shí)只需盡量保持儲(chǔ)米箱低溫、干燥，就能有效防止大米長(zhǎng)蟲。

四、實(shí)驗(yàn)與分析

1.消滅米象實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)方法：在玻璃瓶中放入米象，比較加入洗衣粉、生姜、大蒜、干花椒后（還有一組不加材料作對(duì)照）米象的存活情況。每組分別放入大小一致的米象10只。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：一個(gè)小時(shí)后，加洗衣粉的一組、加干花椒的一組和對(duì)照組中的米象全部存活；加生姜的一組存活9只，加大蒜的一組存活8只。加生姜和大蒜的一組，米象一開始就會(huì)沿著瓶壁往上爬，逃離的速度很快。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：洗衣粉和干花椒無法在短時(shí)間內(nèi)殺死米象。生姜和大蒜具有一定的驅(qū)蟲效果，但無法在短時(shí)間內(nèi)殺蟲。

2.臭氧防蟲、除蟲實(shí)驗(yàn)

查閱文獻(xiàn)后，我發(fā)現(xiàn)臭氧在糧食防蟲、除蟲方面有一定作用，經(jīng)臭氧處理后的糧食品質(zhì)變化不顯著。

實(shí)驗(yàn)方法：將臭氧發(fā)生器安裝在一個(gè)透明的箱內(nèi)，箱內(nèi)放入大小一致的米象10只，將裝置密封，啟動(dòng)臭氧發(fā)生器，觀察米象的存活情況。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：無論是低濃度的臭氧還是高濃度的臭氧，都能100%殺死實(shí)驗(yàn)米象。

因此，我確定了利用臭氧去除米象的方案。

3.將大米和米象分離的實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)方法：將混合著米象的大米放在一條直線上，讓吹風(fēng)機(jī)或吸氣機(jī)不斷接近大米，直到米象和大米分開為止；將篩板傾斜成不同角度篩大米，將米象與大米分開。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：利用吹風(fēng)機(jī)吹大米時(shí)，米象會(huì)“躲”在大米后面，將米象吹走的同時(shí)，大米也被吹“飛”了。用吸氣機(jī)吸米象時(shí)，容易將大米一起吸入。當(dāng)篩板的傾斜角度大于25°時(shí)，很容易將大米和米象分開。

因此，我選擇利用篩板分離大米和米象。

4.將大米向上運(yùn)輸實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)方法：利用吸氣裝置及螺旋推管將大米向上運(yùn)輸。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：利用吸氣裝置及螺旋推管都能將大米向上運(yùn)輸，但是吸氣裝置的風(fēng)扇容易將大米打碎。

因此，我確定了利用螺旋推管將大米向上運(yùn)輸?shù)姆桨浮?/p>

五、方案設(shè)計(jì)與分析

本裝置利用深埋在大米中的二氧化碳傳感器檢測(cè)大米中的二氧化碳濃度，當(dāng)其達(dá)到400 ppm時(shí)啟動(dòng)除蟲功能，觸發(fā)邏輯控制電路控制滾筒式開關(guān)打開，同時(shí)啟動(dòng)臭氧發(fā)生器，大米經(jīng)過篩板后與米象分離，隨后被螺旋推管送回儲(chǔ)米箱。裝置的邏輯控制電路結(jié)構(gòu)如圖3。

圖3 裝置的邏輯控制電路圖

六、裝置的制作與使用

1.裝置的制作

整個(gè)裝置由溫濕度傳感器（DHT11）、二氧化碳傳感器（0—500 ppm）、臭氧發(fā)生器、邏輯控制電路、滾筒式開關(guān)、篩板、接米漏斗、螺旋推管等組成。將二氧化碳傳感器及溫濕度傳感器深埋在大米中，在滾筒式開關(guān)及螺旋推管下都裝上電動(dòng)機(jī)，通過邏輯控制電路控制臭氧發(fā)生器、滾筒式開關(guān)及螺旋推米管的啟動(dòng)和關(guān)閉。裝置內(nèi)還設(shè)有一塊篩板，能將大米中的粉塵、蟲卵、成蟲與大米分離，讓取出的大米更加干凈、衛(wèi)生。裝置的結(jié)構(gòu)如圖4。

圖4 裝置結(jié)構(gòu)圖

利用電腦軟件畫圖，激光機(jī)切割厚度為3.6 mm的亞克力板，再用亞克力膠粘合，制作成高550 mm、長(zhǎng)400 mm、寬200 mm的箱體和大小合適的取米盒。利用3D One畫圖，3D打印機(jī)打印制作螺旋推管400 mm長(zhǎng)的螺旋結(jié)構(gòu)及上部截面長(zhǎng)110 mm、寬80 mm、高45 mm的接米漏斗。按照邏輯控制電路連接電路，完成裝置的組裝（如圖5）。

圖5 裝置實(shí)物圖

2.裝置的使用

將農(nóng)家自碾米倒入裝置，當(dāng)大米中的蟲卵孵化出幼蟲時(shí)，裝置開啟“除蟲模式”。

需要取米時(shí)，可以短按取米開關(guān)，控制電路會(huì)控制滾筒式開關(guān)1和開關(guān)2同時(shí)打開，一次流出200～300 g的大米，長(zhǎng)按開關(guān)就會(huì)流出更多的大米。這樣我們就可以取出米盒，放心地淘米和煮米飯了。

七、創(chuàng)新點(diǎn)

1.本項(xiàng)目通過分析、比較多種大米的除蟲方式，優(yōu)選利用臭氧來對(duì)農(nóng)家自碾米的米象進(jìn)行預(yù)防和去除，提出了農(nóng)村自碾米保鮮、保質(zhì)新理念。

2.本項(xiàng)目通過監(jiān)測(cè)自碾米內(nèi)部二氧化碳和溫濕度的變化來感應(yīng)大米長(zhǎng)蟲情況，自動(dòng)啟動(dòng)裝置，利用臭氧將大米中的米象殺死、分離，起到了很好的防蟲、除蟲效果。

3.利用臭氧還能去除自碾米中的黃曲霉毒素，降解自碾米上殘留的有機(jī)磷農(nóng)藥含量，更加符合健康、環(huán)保理念。

（指導(dǎo)老師：程友維 陳水章）

專家點(diǎn)評(píng)

周倚樂同學(xué)的“農(nóng)家自碾米臭氧防蟲除蟲儲(chǔ)米裝置”是一項(xiàng)具有地域特色的原創(chuàng)性發(fā)明。這項(xiàng)發(fā)明給了我們這樣的啟示：

首先，我們要有創(chuàng)新意識(shí)，做發(fā)明創(chuàng)新的有心人。正是因?yàn)檫@樣，周倚樂同學(xué)回老家?guī)湍棠讨箫?，看到農(nóng)家自碾米容易起蟲的現(xiàn)象，就很自然地想到要用發(fā)明來解決這個(gè)問題。

其次，我們要掌握一定的發(fā)明創(chuàng)新的基本知識(shí)與方法。對(duì)項(xiàng)目的研究目標(biāo)、資料查找與要點(diǎn)分析、問題解決等有科學(xué)的定位，把握各步驟的要領(lǐng)。人們常說發(fā)明創(chuàng)造并不難，那為什么很多有發(fā)明熱情的同學(xué)沒有實(shí)現(xiàn)自己的愿望呢？大多數(shù)是光有“心動(dòng)”，卻不知如何行動(dòng)導(dǎo)致的。

再次，我們應(yīng)具備一定的創(chuàng)新能力，能把所學(xué)的物理、化學(xué)、生物等知識(shí)運(yùn)用到解決實(shí)際問題的項(xiàng)目中來。

建議周倚樂同學(xué)在研究中還要進(jìn)一步把握科學(xué)性。例如，洗衣粉是不能用來給食品殺蟲、消毒的，用洗衣粉處理過的食品不能再食用。