防霉盲区动态监测霉变预警平台

◆湖南省宁乡市第十三高级中学 欧子嘉 左可欣

一次，我们在公交车上听到两位老人在讨论粮食的收成与储存问题。其中一位老人说，这两年虽然谷子丰收了，但家里的粮仓年代已久，有点渗水，导致储粮因霉变板结变质白白浪费了。在为他们感到惋惜的同时，我们不约而同地想要发明一个能自动监测粮食储存状况的装置。

在学校科技辅导老师的鼓励和帮助下，我们开展了研究。

一、前期准备

（一）搜索、查找资料

了解粮食储存的相关知识，以及粮食因储存不当造成的浪费情况。

（二）作品查新

通过上网搜索，查到与本课题相关的专利8项。经过比对发现，“防霉盲区”从未被提及，具有原创性，传感器综合技术也是新概念，因此，本项目的研究具有新颖性。

（三）成立研究小组

我们成立了粮仓防霉变研究小组，欧子嘉负责调查问卷的设计、研究报告的撰写，左可欣负责资料（包括拍照、上网查新等）的收集整理，联系作品的制作、调试与实验等事宜。

（四）实地调查与访谈

通过实地考察、访谈、上网查找资料，我们对粮食储存情况有了比较全面的了解。

大型的粮食储存仓库（如中央储备粮宁乡直属库）的设备、设施很先进，配备了复杂而又全面的粮情监测和管理、处理系统，智能化程度较高。储存在这里的粮食损耗率只有1%～2%。

小型粮库（如双江口金霞粮库）现代化水平低，主要靠工人眼观、鼻闻、手摸等方式了解粮情，因此储存在这里的粮食经常存在表面良好而内部已变质的现象，粮食损耗率达4%左右。

农户储存粮食时，主要将粮食堆放在粮仓、墙角，或将粮食装袋后堆在一起等。当粮食出现受潮、渗水、发热等现象时，人们不能及时发现，所以农户家中储存的粮食发霉变质的情况时有发生，损耗率达8%～10%。

我们决定针对储存粮食时不易被发现而又极易出现霉变的区域（我们称之为防霉盲区）进行研究，设计制作基于无线传感技术的防霉盲区动态监测霉变预警平台。

二、设计原理

在防霉盲区安放温湿度传感器，即时捕捉温湿度信息，并设置温湿度超标报警程序。相对湿度超过75%或温度超过30 ℃，传感器发出报警信号，巡查机器人实时监测、接收信号，数字显示屏显示出现异状的具体区域，同时语音报警器发出警报声，提醒管理人员及时采取降湿、降温措施。

三、技术方案

利用无线传感技术采集温湿度信息，设定温湿度异常的报警区间。将敏感元件放在防霉盲区，当温湿度都处于正常区间时，传感器进入休眠状态。当温湿度处于非正常区间时，传感器启动报警程序，发出报警信号。动态监测平台收到报警信号后发出语音警报，并显示异常位置。

四、装置设计

本平台由信息采集端（温湿度传感器、传感器信息采集处理器）、无线信息发送端、信息接收端（无线信息处理器）、监测控制器（温湿度信息显示端、温湿度超标语音报警）、电源及开关等构成。

信息采集端由DHT11数字温湿度传感器和检测、多路开关组成。信号分析模块由NRF24L01无线收发模块、STM32F4单片机控制模块组成。信号处理模块由STM32F4单片机、TTS文字合成语音模块、TFTLCD触控屏、FSMC接口等组成。

图1 信息采集端执行流程

图2 信息监测端执行流程

五、模拟实验

基于无线传感技术的防霉盲区动态监测霉变预警平台做成后，我们进行了模拟实验。

用嘴巴呼气，增加2号防霉盲区的湿度，利用湿度传感器测量湿度。当湿度达到75%时，动态监测预警平台发出报警信号，显示湿度异常的区域。

用电吹风热风加热1号防霉盲区，用温度计测量温度，当温度达到30 ℃时，发出报警信号，显示温度异常的区域。

测试达到了预期的效果，该平台能在防霉盲区实时自动显示温度和湿度，一旦监测数值超标则马上显示红色预警字幕，并发出语音报警。

图3 防霉盲区动态监测霉变预警平台测试

六、创新点

（一）提出粮食储存中“防霉盲区”的新概念，并通过人工智能技术发现霉变盲区，为农户储存粮食提供新方法，帮助其升级改造家用粮仓。

（二）利用传感器技术，动态监测温度、湿度的变化，提高信息的可靠性与准确性，为及时处理粮食霉变问题提供了技术保障。