農家自碾米臭氧防蟲除蟲儲米裝置

長沙市長郡芙蓉中學 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，發現米里長了一些細小的黑色蟲子（如圖1），于是連忙把米倒進垃圾桶，叫奶奶重開一袋米。奶奶既心疼又心急地說：“農家經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。”

圖1 長蟲的大米

我想，如果能發明一種能大量儲存自碾米的裝置，智能地感應大米長蟲的跡象并自動防蟲、除蟲，那該多好呀！

二、 研究目的

本項目通過資料查找與實驗探究，設計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

通過上網查找資料，我了解到米蟲（米象）俗稱蛘子，為鞘翅目象蟲科，發育過程要經過卵、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，適應性強。最適合米象發育的糙米水分是18%，若糙米水分低于10%，米象則不能發育。

圖2 米象的發育過程

通過對資料進行分析可知：因為米象的卵太小，而幼蟲又藏在大米中，若僅憑肉眼觀察，只有當米象發育到成蟲階段時，我們才能發現大米生蟲了。

如果想要設計一款能智能地監測大米是否長蟲的裝置，可以通過監測儲米空間中二氧化碳和氧氣的含量的變化來實現。因為米象孵化后，呼吸作用旺盛，會不斷消耗裝置內的氧氣，產生二氧化碳，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、實驗與分析

1.消滅米象實驗

實驗方法：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。

實驗結果：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。

實驗結果：洗衣粉和干花椒無法在短時間內殺死米象。生姜和大蒜具有一定的驅蟲效果，但無法在短時間內殺蟲。

2.臭氧防蟲、除蟲實驗

查閱文獻后，我發現臭氧在糧食防蟲、除蟲方面有一定作用，經臭氧處理后的糧食品質變化不顯著。

實驗方法：將臭氧發生器安裝在一個透明的箱內，箱內放入大小一致的米象10只，將裝置密封，啟動臭氧發生器，觀察米象的存活情況。

實驗結果：無論是低濃度的臭氧還是高濃度的臭氧，都能100%殺死實驗米象。

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驗

實驗方法：將混合著米象的大米放在一條直線上，讓吹風機或吸氣機不斷接近大米，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。

實驗結果：利用吹風機吹大米時，米象會“躲”在大米后面，將米象吹走的同時，大米也被吹“飛”了。用吸氣機吸米象時，容易將大米一起吸入。當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.將大米向上運輸實驗

實驗方法：利用吸氣裝置及螺旋推管將大米向上運輸。

實驗結果：利用吸氣裝置及螺旋推管都能將大米向上運輸，但是吸氣裝置的風扇容易將大米打碎。

因此，我確定了利用螺旋推管將大米向上運輸的方案。

五、方案設計與分析

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，當其達到400 ppm時啟動除蟲功能，觸發邏輯控制電路控制滾筒式開關打開，同時啟動臭氧發生器，大米經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構如圖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）、臭氧發生器、邏輯控制電路、滾筒式開關、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，在滾筒式開關及螺旋推管下都裝上電動機，通過邏輯控制電路控制臭氧發生器、滾筒式開關及螺旋推米管的啟動和關閉。裝置內還設有一塊篩板，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、衛生。裝置的結構如圖4。

圖4 裝置結構圖

利用電腦軟件畫圖，激光機切割厚度為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打印機打印制作螺旋推管400 mm長的螺旋結構及上部截面長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 裝置實物圖

2.裝置的使用

將農家自碾米倒入裝置，當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，控制電路會控制滾筒式開關1和開關2同時打開，一次流出200～300 g的大米，長按開關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、創新點

1.本項目通過分析、比較多種大米的除蟲方式，優選利用臭氧來對農家自碾米的米象進行預防和去除，提出了農村自碾米保鮮、保質新理念。

2.本項目通過監測自碾米內部二氧化碳和溫濕度的變化來感應大米長蟲情況，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磷農藥含量，更加符合健康、環保理念。

（指導老師：程友維 陳水章）

專家點評

周倚樂同學的“農家自碾米臭氧防蟲除蟲儲米裝置”是一項具有地域特色的原創性發明。這項發明給了我們這樣的啟示：

首先，我們要有創新意識，做發明創新的有心人。正是因為這樣，周倚樂同學回老家幫奶奶煮飯，看到農家自碾米容易起蟲的現象，就很自然地想到要用發明來解決這個問題。

其次，我們要掌握一定的發明創新的基本知識與方法。對項目的研究目標、資料查找與要點分析、問題解決等有科學的定位，把握各步驟的要領。人們常說發明創造并不難，那為什么很多有發明熱情的同學沒有實現自己的愿望呢？大多數是光有“心動”，卻不知如何行動導致的。

再次，我們應具備一定的創新能力，能把所學的物理、化學、生物等知識運用到解決實際問題的項目中來。

建議周倚樂同學在研究中還要進一步把握科學性。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。