一種小型智能化植物澆灌系統(tǒng)技術(shù)研究

鞏世琦　李策　韓東洋　梁歆雅　孫琰玥

摘? 要：該設(shè)計研究主要針對傳統(tǒng)澆灌模式，達(dá)到養(yǎng)殖者“解放雙手”的新型植物養(yǎng)殖。系統(tǒng)加入智能模塊對植物進(jìn)行水及營養(yǎng)液的定時定量供給，并同時結(jié)合土壤濕度監(jiān)測模塊，對土壤進(jìn)行實時監(jiān)測。另外，系統(tǒng)還加入了水及營養(yǎng)液的監(jiān)測系統(tǒng)，在原料缺乏時可自動報警，為植物養(yǎng)殖者提供了諸多便利。該研究設(shè)計的智能化植物澆灌器可實現(xiàn)植物的定時預(yù)約澆灌及自動補充澆灌的功能，為后續(xù)的產(chǎn)品研發(fā)升級提供了一定的技術(shù)基礎(chǔ)和數(shù)據(jù)支持。

關(guān)鍵詞：智能? 土壤濕度? 定時定量? 澆水裝置? 顯示屏

中圖分類號：TP242.6 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）07（b）-0069-02

如今國內(nèi)外市場上大多的澆灌系統(tǒng)以簡單的定時定量澆灌方式對植物進(jìn)行培育，高端的植物培育系統(tǒng)成本較高且并未取得廣泛的市場應(yīng)用。現(xiàn)有的澆灌系統(tǒng)，在檢測植物土壤濕度等方面并不完善，不能夠具體分析土壤信息，而且也不能根據(jù)植物正常生長所需要的濕度、水分、溫度來充分、實時地調(diào)節(jié)植物生長環(huán)境的參數(shù)，存在不能及時定量給予植物生長所需合適的水分與養(yǎng)分，不利于植物的成長，甚至導(dǎo)致植物因為水多或者水量不足而死等問題，而且現(xiàn)在的名貴花如果因為以上原因而死亡，得不償失。

針對以上問題，通過研究設(shè)計出一種小型智能化澆灌系統(tǒng)，采用定時及實時監(jiān)測相結(jié)合的方式對植物水分及養(yǎng)分進(jìn)行智能化補充，避免浪費水資源，科學(xué)嚴(yán)格地保證了植物所生長所要求的土壤環(huán)境。此澆灌系統(tǒng)不僅解決了在人工養(yǎng)殖中存在水分及養(yǎng)分供給不合理、浪費水資源、傷害植物等諸多缺點，同時還具備所需原料不足報警系統(tǒng)。

不僅可以為植物提供良好的生長環(huán)境，而且對植物的養(yǎng)殖、澆灌，以及后續(xù)可發(fā)展出的蔬菜、園林、草地培育養(yǎng)殖方面都具有良好的服務(wù)作用，很好地實現(xiàn)了科技服務(wù)生活的重要意義。

1? 原理

在整個智能化工作系統(tǒng)中，由電源適配器給系統(tǒng)充電;土壤檢測器可抽取土壤濕度信息，在澆灌的同時進(jìn)行信息處理，使得整個澆灌系統(tǒng)能根據(jù)不同的季節(jié)氣候調(diào)整澆灌水量;還可對植物土壤濕度進(jìn)行監(jiān)測，以預(yù)先設(shè)定的閾值為基準(zhǔn)，當(dāng)土壤濕度低于閾值時可對植物進(jìn)行補充性的養(yǎng)分供給。澆灌系統(tǒng)內(nèi)部裝有計時裝置，準(zhǔn)確地顯示時間，根據(jù)時間記錄花期。系統(tǒng)不斷地檢測、控制，使之達(dá)到適合植物生長的最佳環(huán)境。

該設(shè)計在保證了合理的植物澆灌周期的基礎(chǔ)上加入了土壤水分及養(yǎng)分的補充系統(tǒng)，使植物在不同的外界條件下仍可以良好生長;原料檢測系統(tǒng)為養(yǎng)殖者提供了簡單便利的原料配置方式;時間顯示功能為養(yǎng)殖者對植物生長周期的觀察提供了參考作用，實現(xiàn)了多功能的植物養(yǎng)殖方式，對農(nóng)業(yè)、林業(yè)的發(fā)展具有一定的參考作用。

該設(shè)計可實現(xiàn)：科學(xué)選定供給時間節(jié)點，實現(xiàn)良好的水分及養(yǎng)分供給周期;水量調(diào)整，系統(tǒng)全天性地抽取土壤濕度信息，在澆灌的同時進(jìn)行信息處理，使得系統(tǒng)能根據(jù)不同的季節(jié)氣候調(diào)整澆灌水量;選擇性澆水，系統(tǒng)將對植物土壤濕度進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)土壤濕度低于閾值時可對植物進(jìn)行補充性的養(yǎng)分供給。整體澆灌系統(tǒng)不僅能夠采集植物的生長環(huán)境因素的數(shù)據(jù)，而且還能與設(shè)定好的相應(yīng)的生長環(huán)境的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，定時定量地對植物進(jìn)行合理的澆灌，在避免水資源浪費的同時，能使植物茁壯成長。

2? 實驗

2.1 系統(tǒng)模塊構(gòu)成

該系統(tǒng)工作模式是根據(jù)設(shè)定的土壤濕度，定時來控制澆水。裝置的主頁面如圖1所示，其中19：06：14是顯示的時間。Speed water水泵速度，顯示屏上顯示縮寫Sw∶4，表示水泵速度為4，可調(diào)換，一共25個檔位，數(shù)值越大，速度越快。No Setting是指沒有設(shè)定工作模式。

按鍵時一定要將引腳設(shè)定為上拉模式。按鍵的功能：1鍵是確認(rèn)鍵，2和3是翻頁或者設(shè)定參數(shù)數(shù)值，4是返回鍵。

（1）土壤濕度模塊。

Soil Humidity是土壤濕度值的設(shè)定。進(jìn)入后首先設(shè)定此工作模式的開關(guān)，按2鍵關(guān)閉，按3鍵打開，設(shè)定好后按1鍵保存，然后是設(shè)定土壤濕度值，這里一共有5檔，根據(jù)植物的耐旱程度來設(shè)定，按1鍵保存，設(shè)定好后，按4鍵退出。

（2）時間顯示模塊。

定時澆水的時間。進(jìn)入后首先設(shè)定此工作模式的開關(guān)，按2鍵關(guān)閉，按3鍵打開，設(shè)定好后按1鍵保存;隨后是設(shè)定澆花的時間，2鍵數(shù)值加，3鍵數(shù)值減，按1鍵保存，設(shè)定好后，按4鍵退出。

2.2 實驗效果

經(jīng)過一段時間的運行檢測，系統(tǒng)能正常工作，穩(wěn)定性良好;系統(tǒng)可顯示出相應(yīng)數(shù)值的濕度閾值，當(dāng)濕度低于閾值時，傳感器將信息反饋給智能模塊進(jìn)行識別并啟動抽水裝置進(jìn)行灌溉，當(dāng)濕度達(dá)到閾值時，傳感器再次反饋，停止?jié)菜?該系統(tǒng)總體濕度閾值范圍為1～5檔，當(dāng)傳感器檢測閾值降至2時便啟動反饋，使智能模塊進(jìn)行后續(xù)處理（水分及營養(yǎng)液的供給），始終將土壤濕度控制在2以上（土壤濕度為1時，剛好為植物生長有利環(huán)境的下限）。

3? 結(jié)語

經(jīng)過長時間地設(shè)計研究、調(diào)試與觀察，所設(shè)計的一種小型智能化澆灌系統(tǒng)在保證了合理的植物澆灌周期的同時，加入了土壤水分的補充系統(tǒng)以及報警系統(tǒng)，使植物在不同的外界條件下仍可以良好生長，節(jié)約水資源;原料檢測系統(tǒng)為養(yǎng)殖者提供了簡單便利的原料配置方式;時間顯示功能為養(yǎng)殖者對植物生長周期的觀察提供了參考作用。

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