一种小型智能化植物浇灌系统技术研究

巩世琦　李策　韩东洋　梁歆雅　孙琰玥

摘  要：该设计研究主要针对传统浇灌模式，达到养殖者“解放双手”的新型植物养殖。系统加入智能模块对植物进行水及营养液的定时定量供给，并同时结合土壤湿度监测模块，对土壤进行实时监测。另外，系统还加入了水及营养液的监测系统，在原料缺乏时可自动报警，为植物养殖者提供了诸多便利。该研究设计的智能化植物浇灌器可实现植物的定时预约浇灌及自动补充浇灌的功能，为后续的产品研发升级提供了一定的技术基础和数据支持。

关键词：智能  土壤湿度  定时定量  浇水装置  显示屏

中图分类号：TP242.6    文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2019）07（b）-0069-02

如今国内外市场上大多的浇灌系统以简单的定时定量浇灌方式对植物进行培育，高端的植物培育系统成本较高且并未取得广泛的市场应用。现有的浇灌系统，在检测植物土壤湿度等方面并不完善，不能够具体分析土壤信息，而且也不能根据植物正常生長所需要的湿度、水分、温度来充分、实时地调节植物生长环境的参数，存在不能及时定量给予植物生长所需合适的水分与养分，不利于植物的成长，甚至导致植物因为水多或者水量不足而死等问题，而且现在的名贵花如果因为以上原因而死亡，得不偿失。

针对以上问题，通过研究设计出一种小型智能化浇灌系统，采用定时及实时监测相结合的方式对植物水分及养分进行智能化补充，避免浪费水资源，科学严格地保证了植物所生长所要求的土壤环境。此浇灌系统不仅解决了在人工养殖中存在水分及养分供给不合理、浪费水资源、伤害植物等诸多缺点，同时还具备所需原料不足报警系统。

不仅可以为植物提供良好的生长环境，而且对植物的养殖、浇灌，以及后续可发展出的蔬菜、园林、草地培育养殖方面都具有良好的服务作用，很好地实现了科技服务生活的重要意义。

1  原理

在整个智能化工作系统中，由电源适配器给系统充电;土壤检测器可抽取土壤湿度信息，在浇灌的同时进行信息处理，使得整个浇灌系统能根据不同的季节气候调整浇灌水量;还可对植物土壤湿度进行监测，以预先设定的阈值为基准，当土壤湿度低于阈值时可对植物进行补充性的养分供给。浇灌系统内部装有计时装置，准确地显示时间，根据时间记录花期。系统不断地检测、控制，使之达到适合植物生长的最佳环境。

该设计在保证了合理的植物浇灌周期的基础上加入了土壤水分及养分的补充系统，使植物在不同的外界条件下仍可以良好生长;原料检测系统为养殖者提供了简单便利的原料配置方式;时间显示功能为养殖者对植物生长周期的观察提供了参考作用，实现了多功能的植物养殖方式，对农业、林业的发展具有一定的参考作用。

该设计可实现：科学选定供给时间节点，实现良好的水分及养分供给周期;水量调整，系统全天性地抽取土壤湿度信息，在浇灌的同时进行信息处理，使得系统能根据不同的季节气候调整浇灌水量;选择性浇水，系统将对植物土壤湿度进行监测，当土壤湿度低于阈值时可对植物进行补充性的养分供给。整体浇灌系统不仅能够采集植物的生长环境因素的数据，而且还能与设定好的相应的生长环境的数据进行对比，定时定量地对植物进行合理的浇灌，在避免水资源浪费的同时，能使植物茁壮成长。

2  实验

2.1 系统模块构成

该系统工作模式是根据设定的土壤湿度，定时来控制浇水。装置的主页面如图1所示，其中19：06：14是显示的时间。Speed water水泵速度，显示屏上显示缩写Sw∶4，表示水泵速度为4，可调换，一共25个档位，数值越大，速度越快。No Setting是指没有设定工作模式。

按键时一定要将引脚设定为上拉模式。按键的功能：1键是确认键，2和3是翻页或者设定参数数值，4是返回键。

（1）土壤湿度模块。

Soil Humidity是土壤湿度值的设定。进入后首先设定此工作模式的开关，按2键关闭，按3键打开，设定好后按1键保存，然后是设定土壤湿度值，这里一共有5档，根据植物的耐旱程度来设定，按1键保存，设定好后，按4键退出。

（2）时间显示模块。

定时浇水的时间。进入后首先设定此工作模式的开关，按2键关闭，按3键打开，设定好后按1键保存;随后是设定浇花的时间，2键数值加，3键数值减，按1键保存，设定好后，按4键退出。

2.2 实验效果

经过一段时间的运行检测，系统能正常工作，稳定性良好;系统可显示出相应数值的湿度阈值，当湿度低于阈值时，传感器将信息反馈给智能模块进行识别并启动抽水装置进行灌溉，当湿度达到阈值时，传感器再次反馈，停止浇水;该系统总体湿度阈值范围为1～5档，当传感器检测阈值降至2时便启动反馈，使智能模块进行后续处理（水分及营养液的供给），始终将土壤湿度控制在2以上（土壤湿度为1时，刚好为植物生长有利环境的下限）。

3  结语

经过长时间地设计研究、调试与观察，所设计的一种小型智能化浇灌系统在保证了合理的植物浇灌周期的同时，加入了土壤水分的补充系统以及报警系统，使植物在不同的外界条件下仍可以良好生长，节约水资源;原料检测系统为养殖者提供了简单便利的原料配置方式;时间显示功能为养殖者对植物生长周期的观察提供了参考作用。

参考文献

[1] 宣长剑，卢亚平.自适应智能浇水装置探究[J].硅谷，2013（11）：47.

[2] 周玉阶.花草智能浇水控制器[J].电子制作，2009（10）：8.

[3] 王凌.浅谈盆花浇水[J].陕西农业科学，2006（9）：65-68.

[4] 李秉玉.单片机控制的土壤湿度电路[J].武汉工业学院学报，2003（3）：54-55.

[5] 王峰.家用智能型浇灌系统[J].家庭电子，2005（7）：27.

[6] 程捷，何辰.基于单片机的温湿度检测系统设计与实现[J].电子测试，2011（6）：56-58.