旋轉式自動澆花松土裝置設計

袁杰 馮江偉 鄭興偉

摘 要

本裝置主要是為了幫助人們在繁忙的學習工作且無法抽出時間來照料家中的植物與花卉時，能夠全自動不定時地進行澆花以及松土操作，在一定程度上防止它們枯萎而死。該裝置分為澆花和松土兩個模式，且相互之間可以自動的轉換，同時可以進行多盆花卉的自動澆花及松土過程，方便且節約人們的時間。

關鍵詞

全自動;不定時;澆花;松土

中圖分類號： A01G27/00 ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457 . 2020 . 17 . 26

Abstract

This device is mainly to help people in the busy study and work and can not take the time to take care of plants and flowers in their homes. They can perform automatic watering and loosening operations from time to time to prevent them from dying to a certain extent. The device is divided into two modes of watering flowers and loosening soil， and can automatically switch between each other. At the same time， it can perform automatic watering and loosening of multiple pots of flowers， which is convenient and saves people's time.

Key words

Fully automatic; Irregular; Watering flowers; Loose soil

0 引言

隨著時代的進步，人們對生活品質的追求不斷提高，不少人選擇在閑暇時間種植盆栽來提升生活質量。養花需要定期地澆水松土滿足植物的生長需要，但考慮許多上班族需要經常出差，或者旅游外出的情況下，種植的花草容易因無人照顧而凋謝枯萎。同時，人們在手動給花草澆水和松土時，通常根據花草的表面狀況來判定是否需要澆水和松土，對每次澆水量也難以掌控，難免會造成判斷不準， 或者澆水量過多，或者松土不及時，影響植物的正常生長，因此需要一種智能化裝置來自動對養殖的花草實施澆花和松土，大量學者對此進行了研究[1-3]，馬靖凱[4]提出了一種虹吸式自動澆花裝置，該裝置通過調節閥上的調節旋鈕自動地控制水流的大小和澆灌的時間，但該裝置并不能根據土壤中的濕度來判斷何時需要進行澆花，孟凡姿等[5]提出了通過單片機檢測土壤中濕度的自動澆花裝置，但該裝置不能對土壤進行松土，因此本文在前人的基礎上設計出了一種旋轉式自動澆花松土裝置，該裝置不僅能夠根據土壤中的濕度進行自動的澆花，而且還可以根據土壤中含氧量的多少進行自動的松土操作，極大地滿足了長期出差的人們對養花的需求。

1 自動澆花松土裝置的總體設計方案

本文設計的自動澆花松土裝置，包括平臺機構、換擋機構、控制機構、水箱、水泵和伺服電機等，詳細如圖1圖2所示。

平臺機構包括由上至下相互平行的頂部平臺，中間平臺和底部平臺，伺服電機位于底部平臺的中間正下方，頂部平臺通過花鏟連桿連接花鏟，花鏟桿上設有垂直伸縮機構，中部平臺中間設有行星齒輪機構，行星輪上放有花盤，行星輪轉動帶動花盤旋轉。

換擋機構包括貫穿設置于中間平臺和底部平臺中心的可旋轉的光軸，光軸下端與伺服電機軸相連，光軸外表面從上到下依次設有中部彈簧、滑鍵和底部彈簧，滑鍵的上下端分別抵住中部彈簧和底部彈簧，并可壓縮中部彈簧或底部彈簧在光軸外表面上下滑動，滑鍵外表面設有凸出的花鍵，太陽輪和底部平臺中心內表面設有與花鍵相扣的花鍵槽，頂部平臺中心設有向下延伸的轉動軸，轉動軸的外表面設有頂部彈簧，轉動軸底端外表面設有凸出的花鍵，光軸的頂端內表面設有與花鍵相扣的花鍵槽，光軸內部設有頂部電磁鐵、中間電磁鐵和底部電磁鐵，頂部電磁鐵位于光軸頂端花鍵槽的下方，中間電磁鐵位于滑鍵的上方和中間平臺內部，底部電磁鐵位于滑鍵的下方和底部平臺內部，頂部平臺內部設有金屬塊。

控制機構包括控制箱、設置于花盆內的濕度傳感器和溶氧傳感器，濕度傳感器和溶氧傳感器分別連接到控制箱，控制箱連接到水泵、伺服電機、垂直伸縮機構、頂部電磁鐵、中間電磁鐵和底部電磁鐵，通過濕度傳感器檢測到的濕度信息，控制伺服電機軸轉動、水泵抽水和底部電磁鐵得電，使得底部平臺隨伺服電機軸轉動，同時水被抽至噴頭為花盆輪流澆水;控制箱還通過溶氧傳感器檢測到的氧氣信息，控制伺服電機軸轉動、中間電磁鐵或頂部電磁鐵得電，使得中間平臺的行星齒輪機構或頂部平臺隨伺服電機軸轉動，垂直伸縮機構產生伸縮，行星輪帶動花盆轉動，花鏟為花盆松土。

2 自動澆花松土裝置的工作原理

以下介紹了自動澆花松土裝置工作過程中各個部件轉動與靜止的關系，且詳細闡述了澆花和松土的工作原理。

2.1 自動澆花系統的工作原理

預設的最低土壤濕度值為X自動澆花系統通過裝置中的濕度傳感器檢測到花盤中的濕度低于設定的閾值X時，將檢測結果傳給控制箱，控制箱控制底部電磁鐵得電，滑鍵向下運動，與底部平臺相嚙合，控制箱控制伺服電機軸轉動，通過滑鍵帶動底部平臺轉動，底部平臺帶動水管和噴頭轉動，控制箱控制水泵抽水，水被上抽至從噴頭噴出，為花盤輪流澆水，直至土壤濕度值達到預設的最高值時停止澆花。

2.2 自動松土系統的工作原理

預設的最低土壤溶氧值為Y自動松土系統通過溶氧傳感器檢測到某花盤中的含氧量低于設定的閾值Y時，將檢測結果傳給控制箱，控制箱控制頂部電磁鐵得電，頂部平臺內部的金屬塊在頂部電磁鐵的吸力作用下，帶動頂部平臺向下運動，頂部平臺的轉動軸與光軸相嚙合，控制箱控制伺服電機軸轉動，伺服電機軸通過光軸帶動頂部平臺轉動一定角度，頂部平臺帶動花鏟轉動，花鏟停留在檢測到的含氧量較低的花盤上方，控制箱控制垂直伸縮機構升降，花鏟下降到花盤中泥土一定深度，控制箱控制伺服電機軸停止轉動，控制箱控制中間電磁鐵得電，滑鍵向上運動與行星齒輪機構相嚙合，控制箱控制伺服電機軸轉動，帶動行星齒輪機構轉動，行星輪帶動花盤轉動，花鏟為花盤松土，直至土壤溶氧值達到預設的最高值時停止松土。

3 自動澆花松土系統的功能與創新

本裝置設計可以實現全自動為花盤進行澆花和松土，該裝置中運用了濕度傳感器，含氧傳感器和壓力傳感器對花盤土壤中的濕度、氧氣量和水量進行檢測，同時該裝置設計成三層平臺模式，第一層平臺為旋轉花鏟，第二層平臺放不同花盤，第三層平臺為旋轉噴頭，可以全方位不定時的進行澆花和松土，并可以運用裝置中的換擋機構進行澆花和松土的自動切換，能夠更好地為花卉的生長提供充足的水分和氧氣量。

4 實驗結果分析

將本裝置放置在采光良好的室內環境中，按照養花經驗3天澆一次水的時間間隔測定澆花前后的土壤濕度值，按照6天松一次土的時間間隔測定土壤的溶氧值，并以測定值作為裝置的預設值進行試驗，澆花實驗周期為15天，松土實驗周期為30天，具體的實驗結果如表2、表3所示。

分析以上數據可知，本裝置在進行自動澆花和自動松土的過程中，每完成兩次所需要的實際時間與理論時間之間的誤差范圍均在5%以內，基本能夠滿足人們日常的澆花與松土需求。

5 結束語

本設計旋轉式自動澆花松土裝置在使用過程中方便可靠，經過一個月時間的調試和逐步改進，使本裝置的澆花和松土性能更加完善。且一臺裝置可同時完成8盆花卉的自動澆水與松土，經濟實惠，切實幫助人們解決了因長期出差或者定期旅游而無法澆花與松土的難題。

參考文獻

[1]王艷秋，楊秀清，張華帥，趙建剛.簡易自動澆花系統設計[J].中國科技信息，2016（22）：39-40.

[2]毛敏.自動澆花系統[J].內燃機與配件，2018（12）：212-213.

[3]畢維峰.自動澆花控制系統設計應用[J].農業與技術，2018，38（01）：42-44.

[4]馬靖凱.簡易虹吸式自動澆花裝置[J].山西科技，2015，30（06）：104-105.

[5] 孟凡姿，謝凱，楊宇超，邢仁杰.基于單片機的智能濕度澆花系統的設計[J].通訊世界，2018（04）：294-295.