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(jì)研究主要針對(duì)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(duì)植物進(jìn)行水及營(yíng)養(yǎng)液的定時(shí)定量供給，并同時(shí)結(jié)合土壤濕度監(jiān)測(cè)模塊，對(duì)土壤進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。另外，系統(tǒng)還加入了水及營(yíng)養(yǎng)液的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在原料缺乏時(shí)可自動(dòng)報(bào)警，為植物養(yǎng)殖者提供了諸多便利。該研究設(shè)計(jì)的智能化植物澆灌器可實(shí)現(xiàn)植物的定時(shí)預(yù)約澆灌及自動(dòng)補(bǔ)充澆灌的功能，為后續(xù)的產(chǎn)品研發(fā)升級(jí)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(shí)定量? 澆水裝置? 顯示屏

中圖分類(lèi)號(hào)：TP242.6 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2019）07（b）-0069-02

如今國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上大多的澆灌系統(tǒng)以簡(jiǎn)單的定時(shí)定量澆灌方式對(duì)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(chǎng)應(yīng)用?，F(xiàn)有的澆灌系統(tǒng)，在檢測(cè)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(zhǎng)所需要的濕度、水分、溫度來(lái)充分、實(shí)時(shí)地調(diào)節(jié)植物生長(zhǎng)環(huán)境的參數(shù)，存在不能及時(shí)定量給予植物生長(zhǎng)所需合適的水分與養(yǎng)分，不利于植物的成長(zhǎng)，甚至導(dǎo)致植物因?yàn)樗嗷蛘咚坎蛔愣赖葐?wèn)題，而且現(xiàn)在的名貴花如果因?yàn)橐陨显蚨劳觯貌粌斒А?/p>

針對(duì)以上問(wèn)題，通過(guò)研究設(shè)計(jì)出一種小型智能化澆灌系統(tǒng)，采用定時(shí)及實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)相結(jié)合的方式對(duì)植物水分及養(yǎng)分進(jìn)行智能化補(bǔ)充，避免浪費(fèi)水資源，科學(xué)嚴(yán)格地保證了植物所生長(zhǎng)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(fèi)水資源、傷害植物等諸多缺點(diǎn)，同時(shí)還具備所需原料不足報(bào)警系統(tǒng)。

不僅可以為植物提供良好的生長(zhǎng)環(huán)境，而且對(duì)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(shí)現(xiàn)了科技服務(wù)生活的重要意義。

1? 原理

在整個(gè)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(cè)器可抽取土壤濕度信息，在澆灌的同時(shí)進(jìn)行信息處理，使得整個(gè)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(duì)植物土壤濕度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，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(shí)可對(duì)植物進(jìn)行補(bǔ)充性的養(yǎng)分供給。澆灌系統(tǒng)內(nèi)部裝有計(jì)時(shí)裝置，準(zhǔn)確地顯示時(shí)間，根據(jù)時(shí)間記錄花期。系統(tǒng)不斷地檢測(cè)、控制，使之達(dá)到適合植物生長(zhǎng)的最佳環(huán)境。

該設(shè)計(jì)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(bǔ)充系統(tǒng)，使植物在不同的外界條件下仍可以良好生長(zhǎng);原料檢測(cè)系統(tǒng)為養(yǎng)殖者提供了簡(jiǎn)單便利的原料配置方式;時(shí)間顯示功能為養(yǎng)殖者對(duì)植物生長(zhǎng)周期的觀察提供了參考作用，實(shí)現(xiàn)了多功能的植物養(yǎng)殖方式，對(duì)農(nóng)業(yè)、林業(yè)的發(fā)展具有一定的參考作用。

該設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)：科學(xué)選定供給時(shí)間節(jié)點(diǎn)，實(shí)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(shí)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(duì)植物土壤濕度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)土壤濕度低于閾值時(shí)可對(duì)植物進(jìn)行補(bǔ)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(zhǎng)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(zhǎng)環(huán)境的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，定時(shí)定量地對(duì)植物進(jìn)行合理的澆灌，在避免水資源浪費(fèi)的同時(shí)，能使植物茁壯成長(zhǎng)。

2? 實(shí)驗(yàn)

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(shí)來(lái)控制澆水。裝置的主頁(yè)面如圖1所示，其中19：06：14是顯示的時(shí)間。Speed water水泵速度，顯示屏上顯示縮寫(xiě)Sw∶4，表示水泵速度為4，可調(diào)換，一共25個(gè)檔位，數(shù)值越大，速度越快。No Setting是指沒(méi)有設(shè)定工作模式。

按鍵時(shí)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(yè)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(kāi)關(guān)，按2鍵關(guān)閉，按3鍵打開(kāi)，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(lái)設(shè)定，按1鍵保存，設(shè)定好后，按4鍵退出。

（2）時(shí)間顯示模塊。

定時(shí)澆水的時(shí)間。進(jìn)入后首先設(shè)定此工作模式的開(kāi)關(guān)，按2鍵關(guān)閉，按3鍵打開(kāi)，設(shè)定好后按1鍵保存;隨后是設(shè)定澆花的時(shí)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(shí)驗(yàn)效果

經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)行檢測(cè)，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(shí)，傳感器將信息反饋給智能模塊進(jìn)行識(shí)別并啟動(dòng)抽水裝置進(jìn)行灌溉，當(dāng)濕度達(dá)到閾值時(shí)，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(cè)閾值降至2時(shí)便啟動(dòng)反饋，使智能模塊進(jìn)行后續(xù)處理（水分及營(yíng)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(shí)，剛好為植物生長(zhǎng)有利環(huán)境的下限）。

3? 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間地設(shè)計(jì)研究、調(diào)試與觀察，所設(shè)計(jì)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(shí)，加入了土壤水分的補(bǔ)充系統(tǒng)以及報(bào)警系統(tǒng)，使植物在不同的外界條件下仍可以良好生長(zhǎng)，節(jié)約水資源;原料檢測(cè)系統(tǒng)為養(yǎng)殖者提供了簡(jiǎn)單便利的原料配置方式;時(shí)間顯示功能為養(yǎng)殖者對(duì)植物生長(zhǎng)周期的觀察提供了參考作用。

參考文獻(xiàn)

[1] 宣長(zhǎng)劍，盧亞平.自適應(yīng)智能澆水裝置探究[J].硅谷，2013（11）：47.

[2] 周玉階.花草智能澆水控制器[J].電子制作，2009（10）：8.

[3] 王凌.淺談盆花澆水[J].陜西農(nóng)業(yè)科學(xué)，2006（9）：65-68.

[4] 李秉玉.單片機(jī)控制的土壤濕度電路[J].武漢工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2003（3）：54-55.

[5] 王峰.家用智能型澆灌系統(tǒng)[J].家庭電子，2005（7）：27.

[6] 程捷，何辰.基于單片機(jī)的溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電子測(cè)試，2011（6）：56-58.