基于互聯(lián)網(wǎng)的多功能中草藥種植架設(shè)計(jì)

張玉琴，胡 靜

（威海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，山東威海 264200）

0 引言

我國是中草藥的種植大國，2020年，我國中草藥種植總面積約555.946萬hm2[1]。2019年10月，習(xí)近平總書記強(qiáng)調(diào)“要遵循中醫(yī)藥發(fā)展規(guī)律，傳承精華，守正創(chuàng)新，加快推進(jìn)中醫(yī)藥現(xiàn)代化、產(chǎn)業(yè)化”[2]。由此可見，利用先進(jìn)的種植模式來提高中草藥的種植效率與品質(zhì)勢(shì)在必行。

中草藥種植可以分為大田種植和大棚種植兩種種植模式。大棚種植較大田種植具有生長環(huán)境可以調(diào)控、降低自然災(zāi)害帶來的種植風(fēng)險(xiǎn)、節(jié)約土地資源等優(yōu)勢(shì)，近年來這種種植模式得到了大力的推廣應(yīng)用［3］。根據(jù)大棚種植模式的需要設(shè)計(jì)了一種基于互聯(lián)網(wǎng)的多功能中草藥種植架，能夠?qū)ν寥乐械乃趾?、中草藥種植環(huán)境溫度情況、光照強(qiáng)度的變化實(shí)施監(jiān)測(cè)，并且可以通過無線傳輸模塊將監(jiān)測(cè)所得的數(shù)據(jù)傳輸至終端，有利于技術(shù)人員對(duì)中草藥的日常養(yǎng)護(hù)。

1 設(shè)計(jì)背景

目前，生產(chǎn)過程中使用的中草藥種植架結(jié)構(gòu)過于簡單，無法對(duì)土壤濕度，環(huán)境溫度以及光照強(qiáng)度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，且仍需要人工進(jìn)行澆灌，無法確切地控制澆水量，因此設(shè)計(jì)了一種基于互聯(lián)網(wǎng)的多功能中草藥種植架，能有效解決生產(chǎn)過程中的一些技術(shù)問題。

2 總體結(jié)構(gòu)

基于互聯(lián)網(wǎng)的多功能中草藥種植架（圖1），包括架體組件（1）和終端（4），架體組件（1）的側(cè)面對(duì)稱固定連接有監(jiān)測(cè)單元（2）和噴淋組件（3）。

圖1 一種基于互聯(lián)網(wǎng)的多功能中草藥種植架的結(jié)構(gòu)示意圖

2.1 架體組件設(shè)計(jì)

架體組件（1）包括框架（11）以及框架（11）內(nèi)設(shè)置的若干組種植框（12）?？蚣埽?1）的兩組內(nèi)側(cè)面均等距離設(shè)有若干組的限位槽（13），種植框的兩組外側(cè)面均對(duì)稱連接有兩組限位塊（14）；種植框（12）的內(nèi)部均固定安裝有濕度傳感器（211）；限位槽（13）均呈“F”型結(jié)構(gòu)，限位塊（14）分別位于每組所述限位槽（13）的底部（圖2）。

圖2 基于互聯(lián)網(wǎng)的多功能中草藥種植架的架體組件結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 監(jiān)測(cè)單元設(shè)計(jì)

監(jiān)測(cè)單元包括（圖3、圖4）：傳感器模組（21）、單片機(jī)（22）、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊（23）、無線傳輸模塊（24）。其中傳感器模組（21）主要包括：濕度傳感器（211）、溫度傳感器（212）、光強(qiáng)傳感器（213），主要用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)土壤中水分、環(huán)境溫度以及光照強(qiáng)度的變化狀態(tài)。單片機(jī)（22）與傳感器模組（21）進(jìn)行電性連接，用于對(duì)傳感器模組（21）監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析，并對(duì)電子設(shè)備進(jìn)行操控；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊（23）與單片機(jī)（22）進(jìn)行連接，用于對(duì)傳感器模組（21）監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比；無線傳輸模塊（24）與單片機(jī)（22）進(jìn)行連接，將單片機(jī)（22）整理后的數(shù)據(jù)傳輸至終端（4）。

圖3 一種基于互聯(lián)網(wǎng)的多功能中草藥種植架的監(jiān)測(cè)單元原理框架圖

2.3 噴淋組件設(shè)計(jì)

噴淋組件（3）主要包括儲(chǔ)水箱（31）、注水管（32）、水泵（33）、抽水管（34）、出水管（35）、連接管（36）、電子水閥（37）、儲(chǔ)水管（38）、噴頭（39）。儲(chǔ)水箱（31）的側(cè)壁貫穿固定連接注水管（32），頂端固定安裝水泵（33）。水泵（33）的進(jìn)水端與儲(chǔ)水箱（31）的底部側(cè)壁共同固定連接抽水管（34）；水泵（33）的出水端固定連接出水管（35）。出水管（35）的表面等距離貫穿固定連接有若干組的連接管（36）。每組連接管（36）的外部均套接有電子水閥（37）；其自由端均固定連接儲(chǔ)水管（38），每組儲(chǔ)水管（38）的一組側(cè)面均等距離固定安裝有若干組的噴頭（39）。每組儲(chǔ)水管（38）分別位于每組種植框（12）的上方，且分別與框架（11）的后側(cè)面固定連接，單片機(jī)（22）與水泵（33）及若干組電子水閥（37）分別進(jìn)行連接。

噴淋組件（3）在實(shí)際使用中，通過將注水管（32）與外部設(shè)備相連接，將水導(dǎo)入儲(chǔ)水箱（31）的內(nèi)部，根據(jù)電子水閥（37）的開關(guān)情況，通過水泵（33）將儲(chǔ)水箱（31）內(nèi)部的水送至若干組儲(chǔ)水管（38）的內(nèi)部，由若干組噴頭（39）將水噴出（圖5）。

圖5 一種基于互聯(lián)網(wǎng)的多功能中草藥種植架的噴淋組件結(jié)構(gòu)示意圖

3 工作原理

在實(shí)際使用時(shí)，首先通過濕度傳感器（211）、溫度傳感器（212）以及光強(qiáng)傳感器（213），可實(shí)時(shí)對(duì)土壤中的水分的含量、中草藥種植環(huán)境的溫度情況以及光照強(qiáng)度的變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并將其檢測(cè)的數(shù)據(jù)傳輸給單片機(jī)（22），單片機(jī)（22）對(duì)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理后通過無線傳輸模塊（24）輸送至終端（4），將監(jiān)測(cè)所得的數(shù)據(jù)信息與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊（23）內(nèi)部的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，從而判斷每組種植框（12）內(nèi)部土壤的缺水情況。根據(jù)對(duì)比的數(shù)據(jù)，由單片機(jī)（22）根據(jù)每組種植框（12）內(nèi)部土壤的缺水情況對(duì)相對(duì)應(yīng)的電子水閥（37）進(jìn)行操控，并控制水泵（33）進(jìn)行工作，然后再根據(jù)電子水閥（37）的開關(guān)情況，通過水泵（33）將儲(chǔ)水箱（31）內(nèi)部的水送至若干組儲(chǔ)水管（38）的內(nèi)部，最后再由若干組噴頭（39）將水噴出。

此外，通過限位槽（13）和限位塊（14）的配合應(yīng)用，可以對(duì)每組種植框（12）進(jìn)行拆裝，更有利于對(duì)中草藥以及土壤的養(yǎng)護(hù)，并且多組可拆裝的種植框（12）的應(yīng)用，不僅可以分類進(jìn)行中草藥種植，而且使得種植管理井然有序。

在本設(shè)計(jì)中，單片機(jī)的型號(hào)為AT89S51、電子水閥的型號(hào)為DN08-50、濕度傳感器型號(hào)為JK22342、溫度傳感器的型號(hào)為TS105、光強(qiáng)傳感器的型號(hào)為BH1750FVI。在上述構(gòu)件中，其結(jié)構(gòu)特征、工作原理以及與外部連接的具體電路結(jié)構(gòu)均采用現(xiàn)在已有的技術(shù)，此處不再詳述。

4 設(shè)想

基于互聯(lián)網(wǎng)的多功能中草藥種植架的設(shè)計(jì)還存在一些不完善的地方，科技含量存在很多不足，由于專業(yè)知識(shí)方面的局限性，很多地方設(shè)計(jì)不是很精細(xì)。希望能得到更多相關(guān)行業(yè)專家的指導(dǎo)，如果在此設(shè)計(jì)中加入電腦芯片能與手機(jī)進(jìn)行匹配，通過手機(jī)軟件可以智能控制溫度、濕度、光照時(shí)間，并能對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，使之能夠更加方便人們的使用，這是我們下一步的努力方向。

5 結(jié)語

在現(xiàn)有的中草藥種植架的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一種基于互聯(lián)網(wǎng)的多功能中草藥種植架，完成了以下工作[4]：

1）完成了基于互聯(lián)網(wǎng)的多功能中草藥種植架的具體設(shè)計(jì)。

2）監(jiān)測(cè)單元及整體設(shè)計(jì)的工作原理驗(yàn)證。3）對(duì)種植架的組件型號(hào)進(jìn)行了參數(shù)化設(shè)計(jì)。