防霉盲區動態監測霉變預警平臺

◆湖南省寧鄉市第十三高級中學 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，有點滲水，導致儲糧因霉變板結變質白白浪費了。在為他們感到惋惜的同時，我們不約而同地想要發明一個能自動監測糧食儲存狀況的裝置。

在學校科技輔導老師的鼓勵和幫助下，我們開展了研究。

一、前期準備

（一）搜索、查找資料

了解糧食儲存的相關知識，以及糧食因儲存不當造成的浪費情況。

（二）作品查新

通過上網搜索，查到與本課題相關的專利8項。經過比對發現，“防霉盲區”從未被提及，具有原創性，傳感器綜合技術也是新概念，因此，本項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，歐子嘉負責調查問卷的設計、研究報告的撰寫，左可欣負責資料（包括拍照、上網查新等）的收集整理，聯系作品的制作、調試與實驗等事宜。

（四）實地調查與訪談

通過實地考察、訪談、上網查找資料，我們對糧食儲存情況有了比較全面的了解。

大型的糧食儲存倉庫（如中央儲備糧寧鄉直屬庫）的設備、設施很先進，配備了復雜而又全面的糧情監測和管理、處理系統，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常存在表面良好而內部已變質的現象，糧食損耗率達4%左右。

農戶儲存糧食時，主要將糧食堆放在糧倉、墻角，或將糧食裝袋后堆在一起等。當糧食出現受潮、滲水、發熱等現象時，人們不能及時發現，所以農戶家中儲存的糧食發霉變質的情況時有發生，損耗率達8%～10%。

我們決定針對儲存糧食時不易被發現而又極易出現霉變的區域（我們稱之為防霉盲區）進行研究，設計制作基于無線傳感技術的防霉盲區動態監測霉變預警平臺。

二、設計原理

在防霉盲區安放溫濕度傳感器，即時捕捉溫濕度信息，并設置溫濕度超標報警程序。相對濕度超過75%或溫度超過30 ℃，傳感器發出報警信號，巡查機器人實時監測、接收信號，數字顯示屏顯示出現異狀的具體區域，同時語音報警器發出警報聲，提醒管理人員及時采取降濕、降溫措施。

三、技術方案

利用無線傳感技術采集溫濕度信息，設定溫濕度異常的報警區間。將敏感元件放在防霉盲區，當溫濕度都處于正常區間時，傳感器進入休眠狀態。當溫濕度處于非正常區間時，傳感器啟動報警程序，發出報警信號。動態監測平臺收到報警信號后發出語音警報，并顯示異常位置。

四、裝置設計

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）、無線信息發送端、信息接收端（無線信息處理器）、監測控制器（溫濕度信息顯示端、溫濕度超標語音報警）、電源及開關等構成。

信息采集端由DHT11數字溫濕度傳感器和檢測、多路開關組成。信號分析模塊由NRF24L01無線收發模塊、STM32F4單片機控制模塊組成。信號處理模塊由STM32F4單片機、TTS文字合成語音模塊、TFTLCD觸控屏、FSMC接口等組成。

圖1 信息采集端執行流程

圖2 信息監測端執行流程

五、模擬實驗

基于無線傳感技術的防霉盲區動態監測霉變預警平臺做成后，我們進行了模擬實驗。

用嘴巴呼氣，增加2號防霉盲區的濕度，利用濕度傳感器測量濕度。當濕度達到75%時，動態監測預警平臺發出報警信號，顯示濕度異常的區域。

用電吹風熱風加熱1號防霉盲區，用溫度計測量溫度，當溫度達到30 ℃時，發出報警信號，顯示溫度異常的區域。

測試達到了預期的效果，該平臺能在防霉盲區實時自動顯示溫度和濕度，一旦監測數值超標則馬上顯示紅色預警字幕，并發出語音報警。

圖3 防霉盲區動態監測霉變預警平臺測試

六、創新點

（一）提出糧食儲存中“防霉盲區”的新概念，并通過人工智能技術發現霉變盲區，為農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，動態監測溫度、濕度的變化，提高信息的可靠性與準確性，為及時處理糧食霉變問題提供了技術保障。