長沙市長郡芙蓉中學(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，這些米通常要儲存半年以上，由于沒有做過專門的防蟲處理，很容易長蟲。而這些剛剛長蟲的大米還是可以吃的?！?/p>

圖1 長蟲的大米

我想，如果能發(fā)明一種能大量儲存自碾米的裝置，智能地感應(yīng)大米長蟲的跡象并自動防蟲、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、成蟲四個時期（如圖2），是儲存谷物的主要害蟲。米象幾乎分布在全世界各個儲糧場所，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，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)測大米是否長蟲的裝置，可以通過監(jiān)測儲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，會不斷消耗裝置內(nèi)的氧氣，產(chǎn)生二氧化碳，使得儲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，米象的成蟲開始越冬，此時只需盡量保持儲米箱低溫、干燥，就能有效防止大米長蟲。

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：一個小時后，加洗衣粉的一組、加干花椒的一組和對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，米象會“躲”在大米后面，將米象吹走的同時，大米也被吹“飛”了。用吸氣機(jī)吸米象時，容易將大米一起吸入。當(dāng)篩板的傾斜角度大于25°時，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大米中的二氧化碳濃度，當(dāng)其達(dá)到400 ppm時啟動除蟲功能，觸發(fā)邏輯控制電路控制滾筒式開關(guān)打開，同時啟動臭氧發(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長的螺旋結(jié)構(gòu)及上部截面長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，裝置開啟“除蟲模式”。

需要取米時，可以短按取米開關(guān)，控制電路會控制滾筒式開關(guān)1和開關(guān)2同時打開，一次流出200～300 g的大米，長按開關(guān)就會流出更多的大米。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)測自碾米內(nèi)部二氧化碳和溫濕度的變化來感應(yīng)大米長蟲情況，自動啟動裝置，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

周倚樂同學(xué)的“農(nóng)家自碾米臭氧防蟲除蟲儲米裝置”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，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)明來解決這個問題。

其次，我們要掌握一定的發(fā)明創(chuàng)新的基本知識與方法。對項(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”，卻不知如何行動導(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。