CN103782879B - 一种盆栽植物土壤湿度自动检控仪 - Google Patents

Abstract

一种盆栽植物土壤湿度自动检控仪，属于湿度自动检控装置技术领域。是一种利用51单片机基础开发板自行扩展湿度传感器模块、电磁阀控制浇水模块和贮水容器并通过自主编写的相关控制程序将整体系统联系起来，实现所设计的根据土壤实测湿度和所栽培植物类型（所需土壤湿度）自动调控栽培植物土壤湿度的设备。本发明所提供的盆栽植物土壤湿度自动检控设备，包括主控系统、数据采集监控系统、供水管道系统和水源供给系统。装置操作简单，价格低廉，实用性强，能够实现根据设定土壤湿度自动定时检测并确定是否浇水并在需要时自动浇水的功能。

Description

一种盆栽植物土壤湿度自动检控仪

技术领域

本发明属于湿度自动检控装置技术领域，涉及一种盆栽植物土壤湿度自动检控仪。

背景技术

栽培植物的土壤湿度自动检测调控仪，可智能化自动调节盆栽植物的土壤湿度，其置为每隔半小时由CPU发出采集栽培植物的土壤湿度指令，并将通过湿度传感器采集到的湿度传送回CPU；单片机利用已经预设的相关计算公式判断：如果实际湿度低于植物所需湿度，则电磁阀自动开启，对盆栽植物进行浇水；如果实际湿度不低于植物所需湿度，电磁阀不动作。可以实现既保证植物生长所需的必要湿度，又可以充分节水，避免过度浇水。

随着生活条件的改善，越来越多的人们在家中种植各种各样的植物花卉用以美化环境。植物生长需要适宜的温度和湿度，通常家庭种植植物的浇水次数与水量主要凭借主人的主观判断（经验）来决定，经常出现浇得过量或者过少。如果家中较长时间无人，植物可能会因缺水而影响生长甚至枯萎。目前已有的简易自动浇水的装置，多利用虹吸或者微渗原理，保持花盆的湿润。但是这样的装置不能根据不同植物和同一植物在不同季节的需水量来进行精确调节浇水量，以达到最适宜的土壤湿度。而能够精确调节浇灌量的浇水系统，通常系统庞大复杂、装配费用高昂、维修困难，使用技术要求高，多应用于苗圃、农场等大规模种植，不适于家庭使用。

本作品系统操作简单，价格低廉，实用性强，能够实现根据土壤湿度和植物类型自动确定浇水时间和水量并实现自动浇水的功能。

发明内容

本发明的目的是提供一套可以自动进行浇水的装置，可以使盆栽植物的土壤保持适宜的湿度同时避免不必要的过高湿度浪费水且导致植物成长不良。

一种盆栽植物土壤湿度自动检控仪，其特征在于，包括主控系统、温湿度传感器、继电器、电磁阀、安全开关、供水管道、水源供给系统，其中主控系统为一块集成有主控芯片、AD转换器、数码显示管、I/O延伸接口的PCB电路板，其中主控芯片负责计算和处理所有数据及发出相关指令，AD转换器对采集到的数据进行数模转换，I/0延伸接口进行主控芯片外部连接，如主控芯片通过I/O接口与数据采集系统和供水管道系统相连，起到采集和控制功能。水源供给系统与供水管道连通，供水管道可直接给盆栽供给水，供水管道上设有电磁阀，温湿度传感器置于待测土壤中，温湿度传感器通过电路与主控系统的一个I/O延伸接口连接，主控系统的另一个I/O延伸接口通过电路与继电器连接，继电器经由安全开关通过电路与供水管道的电磁阀连接，用于主控系统控制电磁阀的开关。

本发明的上述装置可以根据需要通过在主控芯片中设置参数或不同的公式进行不同模式的浇水程序。可根据不同的需求在主控芯片中设置定时定量的浇水程序模式，用户只要输进时间和浇水量即可进行定时定量的浇水模式。

植物能够良好的生长与土壤湿度(Moisture/RH%)有着密切的关系。盆栽中的土壤湿度控制与两方面因素有关：土壤本身的体积(v_soil/cm³)；给予土壤中的水量(v_water/ml)（土壤中浇水量）。通过试验研究得到以下体积土壤达到需要湿度时需要加入的水量v_water/ml计算公式：

$v_{\mathrm{water}}=\frac{\ln \mathrm{Moisture}+0.00736v_{\mathrm{soil}}-4.099}{0.0212}$

即本发明还特别提出一种自动检控的模式，其特征在于，将公式 $v_{\mathrm{water}}=\frac{\ln \mathrm{Moisture}+0.00736v_{\mathrm{soil}}-4.099}{0.0212}$ 置于主控芯片，设定植物生长所需的土壤湿度(Moisture/RH%)，通过上述公式计算得到所需的水总量，然后与通过温湿度传感器测得的土壤湿度按照上述公式测得的实际水总量进行比较，若测得的实际水总量大于等于所需的水总量，则主控系统控制电磁阀打开不进行浇水，若测得的实际水总量小于所需的水总量，则主控系统控制电磁阀关闭进行浇水。上述自动检测植物土壤内水分并通过芯片内置计算公式计算判断是否需要浇水并在需要时进行浇水。

本发明所提供的植物土壤湿度自动检测调控设备，包括主控系统、数据采集检测系统、供水系统（管道和水源），等。其中的主控系统由主控芯片、AD转换器、数码管显示管、I/O延伸接口等的PCB电路板组成；数据采集检测系统由温湿度传感器、支座及与连接电路组成；供水管道系统由电磁阀门和PVC软管（供水管道）组成；水源供给系统可由贮水容器（盆、桶、箱）或者外部供水管道构成。其中，数据采集系统中的温湿度传感器通过连接电路与主控系统相连接；主控系统通过连接继电器与电磁阀相接通；供水管路系统中的PVC软管与电磁阀连接；水源提供系统可连接家庭贮水容器（盆、桶、箱）或者直接连接外部供水管道，连接家庭贮水容器（盆、桶、箱）时，优选要高于电磁阀的高度。

盆栽植物土壤湿度自动检控仪属于生活用水节水器材技术领域。本装置涉及一种利用51单片机基础开发板自行扩展湿度传感器模块、电磁阀控制浇水模块和贮水容器并通过编写相关控制程序将整体系统联系起来，实现所设计的根据土壤实测湿度和所栽培植物类型（所需土壤湿度）自动调控栽培植物土壤湿度的设备。

可以设定定时（如每半小时）采集并检测一次植物土壤湿度值，通过温湿度传感器、支座及与连接电路组成的数据采集／检测系统，利用输入到主控系统中的公式，经计算做出调控判断，可使土壤保持适宜该植物生长的最佳湿度状态。所述的主控系统和数据采集／检测系统可以进行智能的数据检测和自主计算判断并通过控制供水管道系统和水源系统，实现自动浇水达到控制土壤湿度的目的。

装置当中的水源系统部分，根据用户需求可以接入储水池（箱）或是供水管道中。使用时，将水箱充满水，水箱所连接的供水管道系统会将水箱里的水加入到供水系统当中；或者直接通过控制家中自来水管道供水。如果采用水箱，其中还可根据加入植物所需要的相应的营养成分，以保证营养素能够均匀的植入土壤当中，从而提供更好的植物生长环境。

本装置是一种利用51单片机基础开发板自行扩展湿度传感器模块、电磁阀控制浇水模块和贮水容器并通过编写相关控制程序将整体系统联系起来，实现所设计的根据土壤实测湿度和所栽培植物类型（所需土壤湿度）自动调控栽培植物土壤湿度的设备。本发明所提供的盆栽植物土壤湿度自动检控设备，包括主控系统、数据采集监控系统、供水管道系统和水源供给系统。装置操作简单，价格低廉，实用性强，能够实现根据设定土壤湿度自动定时检测并确定是否浇水并在需要时自动浇水的功能。

本发明具有以下效果及优点：

1.本装置做到了可定时检控植物土壤里的水分。装置每半小时采集一次植物土壤中的湿度值，并根据情况作出调控（是否需要浇水的指令和动作），让土壤经常保持能提供植物生长的最佳湿度状态。

2.装置的水源供给系统可以有两种形式，第一种为贮水容器（盆、桶、箱）供给模式，并可根据需要在贮水容器中加入营养剂，为植物提供充足的营养成份；另一种模式是将水源供给系统直接和家庭中的供水管路相连接，从而直接从水源取水，方便快捷。

3.装置的主控系统部分可以精确计算在不同的湿度情况下不同体积土壤所需的水分，主控部分经过编入试验所得出的土壤湿度公式，根据定时采集的数据来计算是否需要浇水及所需水量。用户只需要设定土壤体积以及植物所需最佳湿度后，系统即可自动运行。

4.本装置能够实现为盆栽花卉提供一个适宜生长的湿度环境，优化花卉生长条件，用户不用担心植物因无人照管而枯萎致死，同时又可以达到节约水资源的目的。具有占地小，操作简单，经济实用，环保无污染，安全可靠，运行稳定，具有很强的应用价值，有利于推广使用，具有良好的市场前景。

附图说明

图1：土壤湿度调控仪整体结构图；

图中，1-主控系统，2-电路，3-供水管道，4-水源供给系统，5-温湿度传感器，6-电磁阀，7-继电器，8-数码显示管，9-安全开关。

具体实施方式

下面结合附图1对本发明的实施进行说明，但本发明并不限于以下实施例。

本实例分为四部分，一是主控系统，二是数据检测采集系统，三是供水管道系统，四是水源系统。本实施例整体结构框图见图1。本实施例整体结构框图见图1。

一、主控系统

主控系统为一块集成了主控芯片、AD转换器、数码显示管、I/O延伸接口等的PCB电路板。其中主控芯片负责计算和处理所有数据及发出相关指令。AD转换器可以对采集到的数据进行数模转换。I/0延伸接口可以方便的进行主控芯片外部连接。主控芯片通过I/O接口与数据采集系统和供水管道系统相连，起到采集和控制功能。在接电后，通过相关按键进行模式切换，分别有两种模式可以进行切换，第一种为用户设置定时定量浇水，既主控芯片根据用户所设定水量，经过计算，算出需要发出持续高电平信号的时间，每隔用户设定的时间发出高电平信号，继电器接通，电磁阀打开，经过一段时间后，发出低电平信号，继电器恢复常开状态，电磁阀关闭。另一种模式是自动监测调控土壤湿度，既用户向主控芯片中输入所需土壤湿度和土壤体积，主控芯片将数据监测采集系统反映上来的2进制代码作为初始数据，进行运算，计算出设定湿度下所需要的水量（即算出发出高电平信号时间）。发出高电平信号，同上一个模式一样接通电路并断开。每半小时采集一次数据进行运算并控制补水，从而保持用户设定的土壤湿度。

二、数据采集／监测系统

本系统由温湿度传感器、支座及与连接电路组成。温湿度传感器（型号）可以实时采集温湿度相关数据。并通过16位2进制代码将数据反馈到主控系统，由主控芯片进行相关运算等，根据运算结果控制供水管道的供水时间。

三、供水管道系统

本系统由水管及电磁阀组成。其中水管为PVC软管材质，内径为6mm，电磁阀型号为2w-025-8由220V电源供电。电磁阀通过零线与继电器相连，继电器为常开接法，当主控芯片发出高电平信号时，继电器接通，电磁阀两端形成完整回路，通道打开，进行浇水。通道打开的时间即为主控系统运算所得到的时间。当发出低电平信号时，继电器恢复到常开状态，电磁阀电路回路断开，给水管道封闭完成供水工作。

四、水源供给系统

本系统由储水箱（或直接连接家中自来水管道）组成。使用时，将水箱充满水，水箱所连接的供水管道系统会将水箱里的水加入到供水系统当中，或者直接通过控制家中自来水管道供水。如果采用水箱，其中还可根据加入植物所需要的相应的营养成分，以保证营养素能够均匀的引入土壤中，提供更好的植物生长环境。

本实施例设计的装置可以完成以下测试和试验功能：

1）提供准确的数据反映土壤湿度与供给水份的关系，进一步验证经验公式准确；

2）测试数据采集系统能及时反映检测数据；

3）进一步研究土壤湿度和土壤养分对植物生长的影响情况；

4）提供良好的植物生长环境，并具有操作方法方便快捷，可同时进行多项参数分析；结果精确；设备拆装方便，试验范围广等特点。

Claims (3)

1.一种盆栽植物土壤湿度自动检控仪，其特征在于，包括主控系统、温湿度传感器、继电器、电磁阀、安全开关、供水管道、水源供给系统，其中主控系统为一块集成有主控芯片、AD转换器、数码显示管、I/O延伸接口的PCB电路板，其中主控芯片负责计算和处理所有数据及发出相关指令，AD转换器对采集到的数据进行数模转换，I/0延伸接口进行主控芯片外部连接，主控芯片通过I/O接口与数据采集系统和供水管道系统相连，起到采集和控制功能；水源供给系统与供水管道连通，供水管道直接给盆栽供给水，供水管道上设有电磁阀，温湿度传感器置于待测土壤中，温湿度传感器通过电路与主控系统的一个I/O延伸接口连接，主控系统的另一个I/O延伸接口通过电路与继电器连接，继电器经由安全开关通过电路与供水管道的电磁阀连接，用于主控系统控制电磁阀的开关；

根据不同的需求在主控芯片中设置定时定量的浇水程序模式，用户只要输进时间和浇水量即可进行定时定量的浇水模式；将公式 $v_{\mathrm{water}}=\frac{\ln \mathrm{Moisture}+0.00736v_{\mathrm{soil}}-4.099}{0.0212}$ 置于主控芯片，设定植物生长所需的土壤湿度Moisture/RH％，通过上述公式计算得到所需的水总量，然后与通过温湿度传感器测得的土壤湿度按照上述公式测得的实际水总量进行比较，若测得的实际水总量大于等于所需的水总量，则主控系统控制电磁阀打开不进行浇水，若测得的实际水总量小于所需的水总量，则主控系统控制电磁阀关闭进行浇水，其中土壤湿度为Moisture/RH％，土壤本身的体积V_soil/cm³，土壤中的水量V_water/ml。

2.按照权利要求1的一种盆栽植物土壤湿度自动检控仪，其特征在于，上述装置根据需要通过在主控芯片中设置参数或不同的公式进行不同模式的浇水程序。

3.按照权利要求1的一种盆栽植物土壤湿度自动检控仪，其特征在于，包括两种不同的浇水程序模式，通过相关按键进行模式切换。