农家自碾米臭氧防虫除虫储米装置

长沙市长郡芙蓉中学 周倚乐

一、课题的确定

假期回老家，看到奶奶在厨房忙碌着，我提出帮忙煮饭。我打开米桶，发现米里长了一些细小的黑色虫子（如图1），于是连忙把米倒进垃圾桶，叫奶奶重开一袋米。奶奶既心疼又心急地说：“农家经常一次性碾较多的米，这些米通常要储存半年以上，由于没有做过专门的防虫处理，很容易长虫。而这些刚刚长虫的大米还是可以吃的。”

图1 长虫的大米

我想，如果能发明一种能大量储存自碾米的装置，智能地感应大米长虫的迹象并自动防虫、除虫，那该多好呀！

二、 研究目的

本项目通过资料查找与实验探究，设计制作一种除虫储米装置，这种装置不仅能防潮、除虫，还非常智能，适用于每一个家庭。

三、资料查找与分析

通过上网查找资料，我了解到米虫（米象）俗称蛘子，为鞘翅目象虫科，发育过程要经过卵、幼虫、蛹、成虫四个时期（如图2），是储存谷物的主要害虫。米象几乎分布在全世界各个储粮场所，破坏性大，适应性强。最适合米象发育的糙米水分是18%，若糙米水分低于10%，米象则不能发育。

图2 米象的发育过程

通过对资料进行分析可知：因为米象的卵太小，而幼虫又藏在大米中，若仅凭肉眼观察，只有当米象发育到成虫阶段时，我们才能发现大米生虫了。

如果想要设计一款能智能地监测大米是否长虫的装置，可以通过监测储米空间中二氧化碳和氧气的含量的变化来实现。因为米象孵化后，呼吸作用旺盛，会不断消耗装置内的氧气，产生二氧化碳，使得储米空间中的氧气减少，二氧化碳增加。此外，当气温低于15 ℃时，米象的成虫开始越冬，此时只需尽量保持储米箱低温、干燥，就能有效防止大米长虫。

四、实验与分析

1.消灭米象实验

实验方法：在玻璃瓶中放入米象，比较加入洗衣粉、生姜、大蒜、干花椒后（还有一组不加材料作对照）米象的存活情况。每组分别放入大小一致的米象10只。

实验结果：一个小时后，加洗衣粉的一组、加干花椒的一组和对照组中的米象全部存活；加生姜的一组存活9只，加大蒜的一组存活8只。加生姜和大蒜的一组，米象一开始就会沿着瓶壁往上爬，逃离的速度很快。

实验结果：洗衣粉和干花椒无法在短时间内杀死米象。生姜和大蒜具有一定的驱虫效果，但无法在短时间内杀虫。

2.臭氧防虫、除虫实验

查阅文献后，我发现臭氧在粮食防虫、除虫方面有一定作用，经臭氧处理后的粮食品质变化不显著。

实验方法：将臭氧发生器安装在一个透明的箱内，箱内放入大小一致的米象10只，将装置密封，启动臭氧发生器，观察米象的存活情况。

实验结果：无论是低浓度的臭氧还是高浓度的臭氧，都能100%杀死实验米象。

因此，我确定了利用臭氧去除米象的方案。

3.将大米和米象分离的实验

实验方法：将混合着米象的大米放在一条直线上，让吹风机或吸气机不断接近大米，直到米象和大米分开为止；将筛板倾斜成不同角度筛大米，将米象与大米分开。

实验结果：利用吹风机吹大米时，米象会“躲”在大米后面，将米象吹走的同时，大米也被吹“飞”了。用吸气机吸米象时，容易将大米一起吸入。当筛板的倾斜角度大于25°时，很容易将大米和米象分开。

因此，我选择利用筛板分离大米和米象。

4.将大米向上运输实验

实验方法：利用吸气装置及螺旋推管将大米向上运输。

实验结果：利用吸气装置及螺旋推管都能将大米向上运输，但是吸气装置的风扇容易将大米打碎。

因此，我确定了利用螺旋推管将大米向上运输的方案。

五、方案设计与分析

本装置利用深埋在大米中的二氧化碳传感器检测大米中的二氧化碳浓度，当其达到400 ppm时启动除虫功能，触发逻辑控制电路控制滚筒式开关打开，同时启动臭氧发生器，大米经过筛板后与米象分离，随后被螺旋推管送回储米箱。装置的逻辑控制电路结构如图3。

图3 装置的逻辑控制电路图

六、装置的制作与使用

1.装置的制作

整个装置由温湿度传感器（DHT11）、二氧化碳传感器（0—500 ppm）、臭氧发生器、逻辑控制电路、滚筒式开关、筛板、接米漏斗、螺旋推管等组成。将二氧化碳传感器及温湿度传感器深埋在大米中，在滚筒式开关及螺旋推管下都装上电动机，通过逻辑控制电路控制臭氧发生器、滚筒式开关及螺旋推米管的启动和关闭。装置内还设有一块筛板，能将大米中的粉尘、虫卵、成虫与大米分离，让取出的大米更加干净、卫生。装置的结构如图4。

图4 装置结构图

利用电脑软件画图，激光机切割厚度为3.6 mm的亚克力板，再用亚克力胶粘合，制作成高550 mm、长400 mm、宽200 mm的箱体和大小合适的取米盒。利用3D One画图，3D打印机打印制作螺旋推管400 mm长的螺旋结构及上部截面长110 mm、宽80 mm、高45 mm的接米漏斗。按照逻辑控制电路连接电路，完成装置的组装（如图5）。

图5 装置实物图

2.装置的使用

将农家自碾米倒入装置，当大米中的虫卵孵化出幼虫时，装置开启“除虫模式”。

需要取米时，可以短按取米开关，控制电路会控制滚筒式开关1和开关2同时打开，一次流出200～300 g的大米，长按开关就会流出更多的大米。这样我们就可以取出米盒，放心地淘米和煮米饭了。

七、创新点

1.本项目通过分析、比较多种大米的除虫方式，优选利用臭氧来对农家自碾米的米象进行预防和去除，提出了农村自碾米保鲜、保质新理念。

2.本项目通过监测自碾米内部二氧化碳和温湿度的变化来感应大米长虫情况，自动启动装置，利用臭氧将大米中的米象杀死、分离，起到了很好的防虫、除虫效果。

3.利用臭氧还能去除自碾米中的黄曲霉毒素，降解自碾米上残留的有机磷农药含量，更加符合健康、环保理念。

（指导老师：程友维 陈水章）

专家点评

周倚乐同学的“农家自碾米臭氧防虫除虫储米装置”是一项具有地域特色的原创性发明。这项发明给了我们这样的启示：

首先，我们要有创新意识，做发明创新的有心人。正是因为这样，周倚乐同学回老家帮奶奶煮饭，看到农家自碾米容易起虫的现象，就很自然地想到要用发明来解决这个问题。

其次，我们要掌握一定的发明创新的基本知识与方法。对项目的研究目标、资料查找与要点分析、问题解决等有科学的定位，把握各步骤的要领。人们常说发明创造并不难，那为什么很多有发明热情的同学没有实现自己的愿望呢？大多数是光有“心动”，却不知如何行动导致的。

再次，我们应具备一定的创新能力，能把所学的物理、化学、生物等知识运用到解决实际问题的项目中来。

建议周倚乐同学在研究中还要进一步把握科学性。例如，洗衣粉是不能用来给食品杀虫、消毒的，用洗衣粉处理过的食品不能再食用。