◆湖南省寧鄉(xiāng)市第十三高級中學(xué) 歐子嘉 左可欣

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(diǎn)滲水，導(dǎo)致儲糧因霉變板結(jié)變質(zhì)白白浪費(fèi)了。在為他們感到惋惜的同時(shí)，我們不約而同地想要發(fā)明一個(gè)能自動監(jiān)測糧食儲存狀況的裝置。

在學(xué)?？萍驾o導(dǎo)老師的鼓勵和幫助下，我們開展了研究。

一、前期準(zhǔn)備

（一）搜索、查找資料

了解糧食儲存的相關(guān)知識，以及糧食因儲存不當(dāng)造成的浪費(fèi)情況。

（二）作品查新

通過上網(wǎng)搜索，查到與本課題相關(guān)的專利8項(xiàng)。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(shù)也是新概念，因此，本項(xiàng)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(fù)責(zé)調(diào)查問卷的設(shè)計(jì)、研究報(bào)告的撰寫，左可欣負(fù)責(zé)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(shí)驗(yàn)等事宜。

（四）實(shí)地調(diào)查與訪談

通過實(shí)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(shè)備、設(shè)施很先進(jìn)，配備了復(fù)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(dá)4%左右。

農(nóng)戶儲存糧食時(shí)，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(dāng)糧食出現(xiàn)受潮、滲水、發(fā)熱等現(xiàn)象時(shí)，人們不能及時(shí)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(shí)有發(fā)生，損耗率達(dá)8%～10%。

我們決定針對儲存糧食時(shí)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(jìn)行研究，設(shè)計(jì)制作基于無線傳感技術(shù)的防霉盲區(qū)動態(tài)監(jiān)測霉變預(yù)警平臺。

二、設(shè)計(jì)原理

在防霉盲區(qū)安放溫濕度傳感器，即時(shí)捕捉溫濕度信息，并設(shè)置溫濕度超標(biāo)報(bào)警程序。相對濕度超過75%或溫度超過30 ℃，傳感器發(fā)出報(bào)警信號，巡查機(jī)器人實(shí)時(shí)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(shí)語音報(bào)警器發(fā)出警報(bào)聲，提醒管理人員及時(shí)采取降濕、降溫措施。

三、技術(shù)方案

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

四、裝置設(shè)計(jì)

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(biāo)語音報(bào)警）、電源及開關(guān)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(guān)組成。信號分析模塊由NRF24L01無線收發(fā)模塊、STM32F4單片機(jī)控制模塊組成。信號處理模塊由STM32F4單片機(jī)、TTS文字合成語音模塊、TFTLCD觸控屏、FSMC接口等組成。

圖1 信息采集端執(zhí)行流程

圖2 信息監(jiān)測端執(zhí)行流程

五、模擬實(shí)驗(yàn)

基于無線傳感技術(shù)的防霉盲區(qū)動態(tài)監(jiān)測霉變預(yù)警平臺做成后，我們進(jìn)行了模擬實(shí)驗(yàn)。

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(dāng)濕度達(dá)到75%時(shí)，動態(tài)監(jiān)測預(yù)警平臺發(fā)出報(bào)警信號，顯示濕度異常的區(qū)域。

用電吹風(fēng)熱風(fēng)加熱1號防霉盲區(qū)，用溫度計(jì)測量溫度，當(dāng)溫度達(dá)到30 ℃時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號，顯示溫度異常的區(qū)域。

測試達(dá)到了預(yù)期的效果，該平臺能在防霉盲區(qū)實(shí)時(shí)自動顯示溫度和濕度，一旦監(jiān)測數(shù)值超標(biāo)則馬上顯示紅色預(yù)警字幕，并發(fā)出語音報(bào)警。

圖3 防霉盲區(qū)動態(tài)監(jiān)測霉變預(yù)警平臺測試

六、創(chuàng)新點(diǎn)

（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(shù)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(shù)，動態(tài)監(jiān)測溫度、濕度的變化，提高信息的可靠性與準(zhǔn)確性，為及時(shí)處理糧食霉變問題提供了技術(shù)保障。