旋转式自动浇花松土装置设计
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摘 要
本装置主要是为了帮助人们在繁忙的学习工作且无法抽出时间来照料家中的植物与花卉时，能够全自动不定时地进行浇花以及松土操作，在一定程度上防止它们枯萎而死。该装置分为浇花和松土两个模式，且相互之间可以自动的转换，同时可以进行多盆花卉的自动浇花及松土过程，方便且节约人们的时间。
关键词
全自动;不定时;浇花;松土
中图分类号： A01G27/00 文献标识码： 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
随着时代的进步，人们对生活品质的追求不断提高，不少人选择在闲暇时间种植盆栽来提升生活质量。养花需要定期地浇水松土满足植物的生长需要，但考虑许多上班族需要经常出差，或者旅游外出的情况下，种植的花草容易因无人照顾而凋谢枯萎。同时，人们在手动给花草浇水和松土时，通常根据花草的表面状况来判定是否需要浇水和松土，对每次浇水量也难以掌控，难免会造成判断不准， 或者浇水量过多，或者松土不及时，影响植物的正常生长，因此需要一种智能化装置来自动对养殖的花草实施浇花和松土，大量学者对此进行了研究[1-3]，马靖凯[4]提出了一种虹吸式自动浇花装置，该装置通过调节阀上的调节旋钮自动地控制水流的大小和浇灌的时间，但该装置并不能根据土壤中的湿度来判断何时需要进行浇花，孟凡姿等[5]提出了通过单片机检测土壤中湿度的自动浇花装置，但该装置不能对土壤进行松土，因此本文在前人的基础上设计出了一种旋转式自动浇花松土装置，该装置不仅能够根据土壤中的湿度进行自动的浇花，而且还可以根据土壤中含氧量的多少进行自动的松土操作，极大地满足了长期出差的人们对养花的需求。
1 自动浇花松土装置的总体设计方案
本文设计的自动浇花松土装置，包括平台机构、换挡机构、控制机构、水箱、水泵和伺服电机等，详细如图1图2所示。
平台机构包括由上至下相互平行的顶部平台，中间平台和底部平台，伺服电机位于底部平台的中间正下方，顶部平台通过花铲连杆连接花铲，花铲杆上设有垂直伸缩机构，中部平台中间设有行星齿轮机构，行星轮上放有花盘，行星轮转动带动花盘旋转。
换挡机构包括贯穿设置于中间平台和底部平台中心的可旋转的光轴，光轴下端与伺服电机轴相连，光轴外表面从上到下依次设有中部弹簧、滑键和底部弹簧，滑键的上下端分别抵住中部弹簧和底部弹簧，并可压缩中部弹簧或底部弹簧在光轴外表面上下滑动，滑键外表面设有凸出的花键，太阳轮和底部平台中心内表面设有与花键相扣的花键槽，顶部平台中心设有向下延伸的转动轴，转动轴的外表面设有顶部弹簧，转动轴底端外表面设有凸出的花键，光轴的顶端内表面设有与花键相扣的花键槽，光轴内部设有顶部电磁铁、中间电磁铁和底部电磁铁，顶部电磁铁位于光轴顶端花键槽的下方，中间电磁铁位于滑键的上方和中间平台内部，底部电磁铁位于滑键的下方和底部平台内部，顶部平台内部设有金属块。
控制机构包括控制箱、设置于花盆内的湿度传感器和溶氧传感器，湿度传感器和溶氧传感器分别连接到控制箱，控制箱连接到水泵、伺服电机、垂直伸缩机构、顶部电磁铁、中间电磁铁和底部电磁铁，通过湿度传感器检测到的湿度信息，控制伺服电机轴转动、水泵抽水和底部电磁铁得电，使得底部平台随伺服电机轴转动，同时水被抽至喷头为花盆轮流浇水;控制箱还通过溶氧传感器檢测到的氧气信息，控制伺服电机轴转动、中间电磁铁或顶部电磁铁得电，使得中间平台的行星齿轮机构或顶部平台随伺服电机轴转动，垂直伸缩机构产生伸缩，行星轮带动花盆转动，花铲为花盆松土。
2 自动浇花松土装置的工作原理
以下介绍了自动浇花松土装置工作过程中各个部件转动与静止的关系，且详细阐述了浇花和松土的工作原理。
2.1 自动浇花系统的工作原理
预设的最低土壤湿度值为X自动浇花系统通过装置中的湿度传感器检测到花盘中的湿度低于设定的阈值X时，将检测结果传给控制箱，控制箱控制底部电磁铁得电，滑键向下运动，与底部平台相啮合，控制箱控制伺服电机轴转动，通过滑键带动底部平台转动，底部平台带动水管和喷头转动，控制箱控制水泵抽水，水被上抽至从喷头喷出，为花盘轮流浇水，直至土壤湿度值达到预设的最高值时停止浇花。 2.2 自动松土系统的工作原理
预设的最低土壤溶氧值为Y自动松土系统通过溶氧传感器检测到某花盘中的含氧量低于设定的阈值Y时，将检测结果传给控制箱，控制箱控制顶部电磁铁得电，顶部平台内部的金属块在顶部电磁铁的吸力作用下，带动顶部平台向下运动，顶部平台的转动轴与光轴相啮合，控制箱控制伺服电机轴转动，伺服电机轴通过光轴带动顶部平台转动一定角度，顶部平台带动花铲转动，花铲停留在检测到的含氧量较低的花盘上方，控制箱控制垂直伸缩机构升降，花铲下降到花盘中泥土一定深度，控制箱控制伺服电机轴停止转动，控制箱控制中间电磁铁得电，滑键向上运动与行星齿轮机构相啮合，控制箱控制伺服电机轴转动，带动行星齿轮机构转动，行星轮带动花盘转动，花铲为花盘松土，直至土壤溶氧值达到预设的最高值时停止松土。
3 自动浇花松土系统的功能与创新
本装置设计可以实现全自动为花盘进行浇花和松土，该装置中运用了湿度传感器，含氧传感器和压力传感器对花盘土壤中的湿度、氧气量和水量进行检测，同时该装置设计成三层平台模式，第一层平台为旋转花铲，第二层平台放不同花盘，第三层平台为旋转喷头，可以全方位不定时的进行浇花和松土，并可以运用装置中的换挡机构进行浇花和松土的自动切换，能够更好地为花卉的生长提供充足的水分和氧气量。
4 实验结果分析
将本装置放置在采光良好的室内环境中，按照养花经验3天浇一次水的时间间隔测定浇花前后的土壤湿度值，按照6天松一次土的时间间隔测定土壤的溶氧值，并以测定值作为装置的预设值进行试验，浇花实验周期为15天，松土实验周期为30天，具体的实验结果如表2、表3所示。
分析以上数据可知，本装置在进行自动浇花和自动松土的过程中，每完成两次所需要的实际时间与理论时间之间的误差范围均在5%以内，基本能够满足人们日常的浇花与松土需求。
5 结束语
本设计旋转式自动浇花松土装置在使用过程中方便可靠，经过一个月时间的调試和逐步改进，使本装置的浇花和松土性能更加完善。且一台装置可同时完成8盆花卉的自动浇水与松土，经济实惠，切实帮助人们解决了因长期出差或者定期旅游而无法浇花与松土的难题。
参考文献
[1]王艳秋，杨秀清，张华帅，赵建刚.简易自动浇花系统设计[J].中国科技信息，2016（22）：39-40.
[2]毛敏.自动浇花系统[J].内燃机与配件，2018（12）：212-213.
[3]毕维峰.自动浇花控制系统设计应用[J].农业与技术，2018，38（01）：42-44.
[4]马靖凯.简易虹吸式自动浇花装置[J].山西科技，2015，30（06）：104-105.
[5] 孟凡姿，谢凯，杨宇超，邢仁杰.基于单片机的智能湿度浇花系统的设计[J].通讯世界，2018（04）：294-295.
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