旋轉(zhuǎn)式自動(dòng)澆花松土裝置設(shè)計(jì)

袁杰 馮江偉 鄭興偉

摘 要

本裝置主要是為了幫助人們?cè)诜泵Φ膶W(xué)習(xí)工作且無(wú)法抽出時(shí)間來(lái)照料家中的植物與花卉時(shí)，能夠全自動(dòng)不定時(shí)地進(jìn)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(gè)模式，且相互之間可以自動(dòng)的轉(zhuǎn)換，同時(shí)可以進(jìn)行多盆花卉的自動(dòng)澆花及松土過(guò)程，方便且節(jié)約人們的時(shí)間。

關(guān)鍵詞

全自動(dòng);不定時(shí);澆花;松土

中圖分類(lèi)號(hào)： A01G27/00 ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(shí)代的進(jìn)步，人們對(duì)生活品質(zhì)的追求不斷提高，不少人選擇在閑暇時(shí)間種植盆栽來(lái)提升生活質(zhì)量。養(yǎng)花需要定期地澆水松土滿(mǎn)足植物的生長(zhǎng)需要，但考慮許多上班族需要經(jīng)常出差，或者旅游外出的情況下，種植的花草容易因無(wú)人照顧而凋謝枯萎。同時(shí)，人們?cè)谑謩?dòng)給花草澆水和松土?xí)r，通常根據(jù)花草的表面狀況來(lái)判定是否需要澆水和松土，對(duì)每次澆水量也難以掌控，難免會(huì)造成判斷不準(zhǔn)， 或者澆水量過(guò)多，或者松土不及時(shí)，影響植物的正常生長(zhǎng)，因此需要一種智能化裝置來(lái)自動(dòng)對(duì)養(yǎng)殖的花草實(shí)施澆花和松土，大量學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了研究[1-3]，馬靖凱[4]提出了一種虹吸式自動(dòng)澆花裝置，該裝置通過(guò)調(diào)節(jié)閥上的調(diào)節(jié)旋鈕自動(dòng)地控制水流的大小和澆灌的時(shí)間，但該裝置并不能根據(jù)土壤中的濕度來(lái)判斷何時(shí)需要進(jìn)行澆花，孟凡姿等[5]提出了通過(guò)單片機(jī)檢測(cè)土壤中濕度的自動(dòng)澆花裝置，但該裝置不能對(duì)土壤進(jìn)行松土，因此本文在前人的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出了一種旋轉(zhuǎn)式自動(dòng)澆花松土裝置，該裝置不僅能夠根據(jù)土壤中的濕度進(jìn)行自動(dòng)的澆花，而且還可以根據(jù)土壤中含氧量的多少進(jìn)行自動(dòng)的松土操作，極大地滿(mǎn)足了長(zhǎng)期出差的人們對(duì)養(yǎng)花的需求。

1 自動(dòng)澆花松土裝置的總體設(shè)計(jì)方案

本文設(shè)計(jì)的自動(dòng)澆花松土裝置，包括平臺(tái)機(jī)構(gòu)、換擋機(jī)構(gòu)、控制機(jī)構(gòu)、水箱、水泵和伺服電機(jī)等，詳細(xì)如圖1圖2所示。

平臺(tái)機(jī)構(gòu)包括由上至下相互平行的頂部平臺(tái)，中間平臺(tái)和底部平臺(tái)，伺服電機(jī)位于底部平臺(tái)的中間正下方，頂部平臺(tái)通過(guò)花鏟連桿連接花鏟，花鏟桿上設(shè)有垂直伸縮機(jī)構(gòu)，中部平臺(tái)中間設(shè)有行星齒輪機(jī)構(gòu)，行星輪上放有花盤(pán)，行星輪轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)花盤(pán)旋轉(zhuǎn)。

換擋機(jī)構(gòu)包括貫穿設(shè)置于中間平臺(tái)和底部平臺(tái)中心的可旋轉(zhuǎn)的光軸，光軸下端與伺服電機(jī)軸相連，光軸外表面從上到下依次設(shè)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(dòng)，滑鍵外表面設(shè)有凸出的花鍵，太陽(yáng)輪和底部平臺(tái)中心內(nèi)表面設(shè)有與花鍵相扣的花鍵槽，頂部平臺(tái)中心設(shè)有向下延伸的轉(zhuǎn)動(dòng)軸，轉(zhuǎn)動(dòng)軸的外表面設(shè)有頂部彈簧，轉(zhuǎn)動(dòng)軸底端外表面設(shè)有凸出的花鍵，光軸的頂端內(nèi)表面設(shè)有與花鍵相扣的花鍵槽，光軸內(nèi)部設(shè)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(tái)內(nèi)部，底部電磁鐵位于滑鍵的下方和底部平臺(tái)內(nèi)部，頂部平臺(tái)內(nèi)部設(shè)有金屬塊。

控制機(jī)構(gòu)包括控制箱、設(shè)置于花盆內(nèi)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(jī)、垂直伸縮機(jī)構(gòu)、頂部電磁鐵、中間電磁鐵和底部電磁鐵，通過(guò)濕度傳感器檢測(cè)到的濕度信息，控制伺服電機(jī)軸轉(zhuǎn)動(dòng)、水泵抽水和底部電磁鐵得電，使得底部平臺(tái)隨伺服電機(jī)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)水被抽至噴頭為花盆輪流澆水;控制箱還通過(guò)溶氧傳感器檢測(cè)到的氧氣信息，控制伺服電機(jī)軸轉(zhuǎn)動(dòng)、中間電磁鐵或頂部電磁鐵得電，使得中間平臺(tái)的行星齒輪機(jī)構(gòu)或頂部平臺(tái)隨伺服電機(jī)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，垂直伸縮機(jī)構(gòu)產(chǎn)生伸縮，行星輪帶動(dòng)花盆轉(zhuǎn)動(dòng)，花鏟為花盆松土。

2 自動(dòng)澆花松土裝置的工作原理

以下介紹了自動(dòng)澆花松土裝置工作過(guò)程中各個(gè)部件轉(zhuǎn)動(dòng)與靜止的關(guān)系，且詳細(xì)闡述了澆花和松土的工作原理。

2.1 自動(dòng)澆花系統(tǒng)的工作原理

預(yù)設(shè)的最低土壤濕度值為X自動(dòng)澆花系統(tǒng)通過(guò)裝置中的濕度傳感器檢測(cè)到花盤(pán)中的濕度低于設(shè)定的閾值X時(shí)，將檢測(cè)結(jié)果傳給控制箱，控制箱控制底部電磁鐵得電，滑鍵向下運(yùn)動(dòng)，與底部平臺(tái)相嚙合，控制箱控制伺服電機(jī)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)滑鍵帶動(dòng)底部平臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)，底部平臺(tái)帶動(dòng)水管和噴頭轉(zhuǎn)動(dòng)，控制箱控制水泵抽水，水被上抽至從噴頭噴出，為花盤(pán)輪流澆水，直至土壤濕度值達(dá)到預(yù)設(shè)的最高值時(shí)停止?jié)不ā?/p>

2.2 自動(dòng)松土系統(tǒng)的工作原理

預(yù)設(shè)的最低土壤溶氧值為Y自動(dòng)松土系統(tǒng)通過(guò)溶氧傳感器檢測(cè)到某花盤(pán)中的含氧量低于設(shè)定的閾值Y時(shí)，將檢測(cè)結(jié)果傳給控制箱，控制箱控制頂部電磁鐵得電，頂部平臺(tái)內(nèi)部的金屬塊在頂部電磁鐵的吸力作用下，帶動(dòng)頂部平臺(tái)向下運(yùn)動(dòng)，頂部平臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸與光軸相嚙合，控制箱控制伺服電機(jī)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，伺服電機(jī)軸通過(guò)光軸帶動(dòng)頂部平臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度，頂部平臺(tái)帶動(dòng)花鏟轉(zhuǎn)動(dòng)，花鏟停留在檢測(cè)到的含氧量較低的花盤(pán)上方，控制箱控制垂直伸縮機(jī)構(gòu)升降，花鏟下降到花盤(pán)中泥土一定深度，控制箱控制伺服電機(jī)軸停止轉(zhuǎn)動(dòng)，控制箱控制中間電磁鐵得電，滑鍵向上運(yùn)動(dòng)與行星齒輪機(jī)構(gòu)相嚙合，控制箱控制伺服電機(jī)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)行星齒輪機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)，行星輪帶動(dòng)花盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，花鏟為花盤(pán)松土，直至土壤溶氧值達(dá)到預(yù)設(shè)的最高值時(shí)停止松土。

3 自動(dòng)澆花松土系統(tǒng)的功能與創(chuàng)新

本裝置設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)為花盤(pán)進(jìn)行澆花和松土，該裝置中運(yùn)用了濕度傳感器，含氧傳感器和壓力傳感器對(duì)花盤(pán)土壤中的濕度、氧氣量和水量進(jìn)行檢測(cè)，同時(shí)該裝置設(shè)計(jì)成三層平臺(tái)模式，第一層平臺(tái)為旋轉(zhuǎn)花鏟，第二層平臺(tái)放不同花盤(pán)，第三層平臺(tái)為旋轉(zhuǎn)噴頭，可以全方位不定時(shí)的進(jìn)行澆花和松土，并可以運(yùn)用裝置中的換擋機(jī)構(gòu)進(jìn)行澆花和松土的自動(dòng)切換，能夠更好地為花卉的生長(zhǎng)提供充足的水分和氧氣量。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

將本裝置放置在采光良好的室內(nèi)環(huán)境中，按照養(yǎng)花經(jīng)驗(yàn)3天澆一次水的時(shí)間間隔測(cè)定澆花前后的土壤濕度值，按照6天松一次土的時(shí)間間隔測(cè)定土壤的溶氧值，并以測(cè)定值作為裝置的預(yù)設(shè)值進(jìn)行試驗(yàn)，澆花實(shí)驗(yàn)周期為15天，松土實(shí)驗(yàn)周期為30天，具體的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2、表3所示。

分析以上數(shù)據(jù)可知，本裝置在進(jìn)行自動(dòng)澆花和自動(dòng)松土的過(guò)程中，每完成兩次所需要的實(shí)際時(shí)間與理論時(shí)間之間的誤差范圍均在5%以?xún)?nèi)，基本能夠滿(mǎn)足人們?nèi)粘５臐不ㄅc松土需求。

5 結(jié)束語(yǔ)

本設(shè)計(jì)旋轉(zhuǎn)式自動(dòng)澆花松土裝置在使用過(guò)程中方便可靠，經(jīng)過(guò)一個(gè)月時(shí)間的調(diào)試和逐步改進(jìn)，使本裝置的澆花和松土性能更加完善。且一臺(tái)裝置可同時(shí)完成8盆花卉的自動(dòng)澆水與松土，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，切實(shí)幫助人們解決了因長(zhǎng)期出差或者定期旅游而無(wú)法澆花與松土的難題。

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