TRIZ理論在智能澆花控制系統(tǒng)研究中的應(yīng)用

滕海坤，梁欣欣，蔣翊彬

（黑河學(xué)院 計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院，黑龍江 黑河 164300）

無(wú)論是城市還是農(nóng)村，人們都在家中種植一些自己喜愛(ài)的花草，擺放觀賞或凈化空氣的盆栽，但是由于長(zhǎng)時(shí)間出門在外，家中這些花草或盆栽無(wú)人照顧，如果長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有澆水就會(huì)面臨枯竭而亡。因此，為了解決這個(gè)問(wèn)題，文章利用TIRZ理論設(shè)計(jì)了一款以單片機(jī)為核心，土壤傳感器為檢測(cè)器件，繼電器控制水泵的智能澆花系統(tǒng)，做到無(wú)需人工干預(yù)自動(dòng)澆灌；同時(shí)，現(xiàn)在人們養(yǎng)植物都是比較隨性的，對(duì)花草或盆栽了解不夠，使植物的成活率不高，導(dǎo)致該問(wèn)題的原因是植物生長(zhǎng)需要適宜的土壤濕度，這會(huì)使植物不能正常健康生長(zhǎng)，本系統(tǒng)也能夠解決相應(yīng)問(wèn)題，讓花草或盆栽得到及時(shí)適量的澆灌，節(jié)約了人力資源，有利于植物的健康生長(zhǎng)。

1 工作原理

由于不同的花草或盆栽有不同的需水特性，澆水應(yīng)做到適時(shí)適量，按需求澆灌。本設(shè)計(jì)使用單片機(jī)和模數(shù)轉(zhuǎn)換器為系統(tǒng)核心，根據(jù)土壤檢測(cè)探頭檢測(cè)盆栽土壤當(dāng)前的濕度，與設(shè)定的適宜植物生長(zhǎng)溫度范圍進(jìn)行比較，如果檢測(cè)的土壤濕度值低于單片機(jī)設(shè)定范圍的下限值，單片機(jī)控制繼電器開(kāi)關(guān)閉合，水泵進(jìn)行工作；如果檢測(cè)土壤濕度的值高于單片機(jī)設(shè)定范圍的上限值，單片機(jī)控制繼電器開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，水泵停止工作。同時(shí)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了四組澆灌裝置，通過(guò)單片機(jī)采用查表的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)每組澆水量的模糊控制，也就是說(shuō)單片機(jī)根據(jù)需要控制每組澆灌裝置的水量，使系統(tǒng)可以達(dá)到澆灌多種花草或盆栽的目的。在軟件設(shè)計(jì)時(shí)，將其土壤濕度值允許區(qū)間存入表格中，即模糊控制響應(yīng)表，這些數(shù)據(jù)均是人們長(zhǎng)期積累的經(jīng)驗(yàn)值，并將表格事先置入ROM存儲(chǔ)區(qū)的某一位置中供查表使用。例如：對(duì)仙人掌進(jìn)行自動(dòng)澆灌，單片機(jī)將采集到的濕度信號(hào)與表格中的仙人掌最小濕度值進(jìn)行比較，當(dāng)采集到的濕度值小于表格中的最小濕度值時(shí)，開(kāi)始澆水；當(dāng)采集到的濕度值大于表格中仙人掌的最大濕度值時(shí)，停止?jié)菜?，從而有針?duì)性地控制澆灌的時(shí)機(jī)和水量。

2 應(yīng)用TRIZ的解決思路

（1）系統(tǒng)完備性法則。一個(gè)完整的智能控制系統(tǒng)應(yīng)具有執(zhí)行功能、傳動(dòng)功能、能源功能和控制功能等集中功能。文章利用TRIZ理論中的完備性法判斷整個(gè)系統(tǒng)都包含哪些執(zhí)行裝置、傳動(dòng)裝置、動(dòng)力裝置、能量源、控制裝置和產(chǎn)品組成。系統(tǒng)完備性法則如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)完備性法則

圖2 系統(tǒng)的九屏幕圖

（2）九屏幕圖。九屏幕圖法是TRIZ理論中提出的一種克服思維慣性的創(chuàng)新思維方法。同時(shí)也是技術(shù)創(chuàng)新過(guò)程中廣泛應(yīng)用于解決工程問(wèn)題的一種有效工具。文章利用九屏幕圖涉及到系統(tǒng)的現(xiàn)在、過(guò)去和未來(lái)等九個(gè)方面，使作者能夠從更廣的視角多方面、多層次和多維度系統(tǒng)地看待問(wèn)題，從而更好地解決創(chuàng)新問(wèn)題。我國(guó)現(xiàn)在身處大發(fā)展大變革時(shí)代，科技也在不斷地進(jìn)步，從文章來(lái)講，澆花系統(tǒng)并不是只有這一種，所描述的澆花系統(tǒng)不過(guò)是對(duì)之前進(jìn)行總結(jié)，并結(jié)合當(dāng)今時(shí)代“取長(zhǎng)補(bǔ)短”出來(lái)的結(jié)果。智能澆花系統(tǒng)的九屏幕圖如圖2所示。

（3）最終理想解。系統(tǒng)的最終理想解：①設(shè)計(jì)的最終目標(biāo)——系統(tǒng)能夠自己澆花；于理想化最終結(jié)果——系統(tǒng)自己能夠利用技術(shù)澆花；③達(dá)到理想解的障礙是——系統(tǒng)進(jìn)行澆花時(shí)需要外接水源；④出現(xiàn)這種障礙的結(jié)果是——無(wú)法提高水資源的利用率；⑤不出現(xiàn)這種障礙的條件是——實(shí)現(xiàn)蒸汽-＞水的充分轉(zhuǎn)化。

（4）方案生成。根據(jù)TRIZ理論中的系統(tǒng)完備性法則、組件分析、九屏幕圖和最終理想解，結(jié)合實(shí)際需求，最終確定本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，并得出試驗(yàn)品，經(jīng)操作人員實(shí)際使用，從組裝過(guò)程到使用各方面指標(biāo)都滿足當(dāng)前的用戶要求。

3 結(jié)語(yǔ)

智能澆灌是一項(xiàng)綠色環(huán)保、節(jié)約勞動(dòng)力的實(shí)踐工程，其意義較為深遠(yuǎn)，有廣闊的發(fā)展空間。文章所述的智能澆花系統(tǒng)，適用于家居、辦公室等場(chǎng)所，可以有效地解決現(xiàn)實(shí)生活中存在的問(wèn)題，減少人力資源，科學(xué)澆灌。而TRIZ創(chuàng)新理論作為創(chuàng)新方法的一種，在解決實(shí)際問(wèn)題、產(chǎn)品改進(jìn)、新產(chǎn)品研發(fā)等方面起到了積極作用。文章利用這一創(chuàng)造性的思維方法，結(jié)合現(xiàn)有的解決方案存在的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題進(jìn)行創(chuàng)新性的解決，并進(jìn)一步對(duì)整個(gè)裝置進(jìn)行創(chuàng)造研發(fā)，最終設(shè)計(jì)出一個(gè)具有創(chuàng)新性、實(shí)用性、智能化的設(shè)計(jì)方案。

參考文獻(xiàn)

［1］曹福全.創(chuàng)新思維與方法概論［M］.哈爾濱：黑龍江教育出版社，2009.