CN104920173B - 一种自动浇灌设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种自动浇灌设备，包括：浇灌装置，其包括用于在植物根部的周围插入土壤中的喷嘴组和用于控制喷嘴组的控制阀；湿度检测装置，其在使用时至少一部分插入土壤中并与喷嘴组间隔预定距离，用于检测土壤的湿度；控制装置，其能够在湿度低于预定湿度阈值时启动控制阀以执行浇灌；以及定时开关装置，其配置为每隔预定间隔时间使湿度检测装置和控制装置接通预定开启时间。本发明构建了可以自维护的自动浇灌设备，减少了人为干预；由于可以自主运行，因此对摆放空间要求较少，不占用室内的活动空间，并且根据需要可以形成立体的室内花园；在水源需要维护的情况下，可以将水源放置在容易维护的位置，以方便日常维护；可以在大多数家庭中使用。

Description

一种自动浇灌设备

技术领域

本发明涉及自动控制设备，具体地，涉及一种用于植物的自动浇灌设备。

背景技术

中国重度雾霾地区面积广大，冬季情况尤为严重。雾霾时期居民减少开窗通风，不少家庭在室内采用空气净化装置改善空气质量。但是无论有无空气净化装置，长时间不与室外大气流通，必然会造成室内空气污浊、干燥、不适宜人居。雾霾日由于不具备开窗通风条件，上述问题不容易得到解决。

绿色植物(包括开花植物和蕨类等)对空气质量的改善作用、以及对人类情绪的舒缓作用已经广为人知。但在绿色植物需要定期浇水维护，而现代快节奏、高效率生活方式下，定期浇水维护对于大多数人来说是难以实现的。

为此可以采用家用定时自动浇水系统。家用定时自动浇水系统的原理是，利用定时器，在一周之内任意固定时间启动执行机构(例如水泵、或者连接有电磁阀的自来水管)，保持电源接通X分钟，完成浇水过程。该浇水装置由于无法排除季节、空气温湿度、植物种类的干扰，因此不能真正支持自动运行的微型生态花园。

另外，居室中还可以使用植物培养箱。该植物培养箱是在封闭环境内为植物提供合适的光照、土壤(或水培)、恒定湿度。但由于是封闭环境，因此不能与家居环境进行有效的交流，不能对室内空气环境起到调节作用。并且由于系统对所有植物生长参数均采用人工调控，空间、能源占用较多，不符合家用的需求。

因此，需要提供一种用于植物的自动浇灌设备，以解决现有技术中存在的问题。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供一种自动浇灌设备，包括：浇灌装置，其包括用于在植物根部的周围插入土壤中的喷嘴组和用于控制所述喷嘴组的控制阀；湿度检测装置，其在使用时至少一部分插入所述土壤中并与所述喷嘴组间隔预定距离，所述湿度检测装置用于检测所述土壤的湿度；控制装置，其能够在所述湿度低于预定湿度阈值时启动所述控制阀以执行浇灌；以及定时开关装置，其配置为每隔预定间隔时间使所述湿度检测装置和所述控制装置接通预定开启时间。

优选地，所述湿度检测装置为开关量湿度检测装置，其在所述湿度低于所述预定湿度阈值时输出低电平或高电平，在所述湿度等于或高于所述预定湿度阈值时输出高电平或低电平。

优选地，所述自动浇灌设备包括相对应的多个所述喷嘴组、多个所述控制阀、多个所述湿度检测装置和至少一个所述定时开关装置，所述控制装置根据所述多个湿度检测装置检测到的湿度分别控制相对应的所述控制阀，以使相对应的所述喷嘴组执行浇灌，所述至少一个定时开关装置配置为每隔预定间隔时间使相对应的所述湿度检测装置和所述控制装置接通预定开启时间。

优选地，所述多个湿度检测装置所对应的多个所述预定湿度阈值相同或者不同，所述多个预定间隔时间相同或者不同，所述多个预定开启时间相同或者不同。

优选地，所述浇灌装置包括总泵，每个所述喷嘴组通过相对应的所述控制阀流体连接至所述总泵，且所述多个控制装置根据所述多个湿度检测装置检测到的湿度分别控制相对应的所述控制阀和所述总泵。

优选地，所述预定湿度阈值、所述预定间隔时间和所述预定开启时间能够由用户设置。

优选地，所述预定湿度阈值设置为从配置表中根据植物种类和/或土壤种类进行选择。

优选地，所述预定距离为4-7cm。

优选地，所述喷嘴组包括滴箭。

优选地，每只所述滴箭在使用时配置1.5-2.5升土壤。

本发明构建了可以自维护的自动浇灌设备，减少了人为干预；由于可以自主运行，因此对摆放空间要求较少，不占用室内的活动空间，并且根据需要可以形成立体的室内花园；在水源需要维护的情况下，可以将水源放置在容易维护的位置，以方便日常维护；可以在大多数家庭中使用。

在发明内容中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

以下结合附图，详细说明本发明的优点和特征。

附图说明

本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施方式及其描述，用来解释本发明的原理。在附图中，

图1为根据本发明一个实施例的自动浇灌设备的示意图；

图2为根据本发明一个实施例的控制装置的电路图；以及

图3为根据本发明一个实施例的用于两盆植物的自动浇灌设备的示意图。

具体实施方式

在下文的描述中，提供了大量的细节以便能够彻底地理解本发明。然而，本领域技术人员可以了解，如下描述仅涉及本发明的较佳实施例，本发明可以无需一个或多个这样的细节而得以实施。此外，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

本发明旨在基于植物的空气净化能力，采用本文提供的自动浇灌设备对植物的生长进行自动维护，避免过多的人为干预，达到自动调节空气湿度和改善室内空气质量的目的。

本发明提供的自动浇灌设备包括浇灌装置、湿度检测装置、控制装置和定时开关装置。图1示出了根据本发明一个实施例的自动浇灌设备，其中虚线表示通过输水管的流体连接，实线表示电连接(包括有线和无线电连接)。

如图1所示，浇灌装置包括喷嘴组111和控制阀112。喷嘴组111用于在植物根部的周围插入土壤中。作为示例，喷嘴组111包括多个喷嘴，多个喷嘴优选地在植物根部的周围均匀地分布。当然，对于植株较小的植物，喷嘴组111也可以仅包括一个喷嘴。作为示例，喷嘴可以是滴箭。喷嘴组111流体连接到水源160。该水源160可以是自来水路，也可以是例如水箱的蓄水池。控制阀112用于控制喷嘴组111的开启和关闭。控制阀112开启时，喷嘴组111对植物执行浇灌。控制阀112关闭时，喷嘴组111停止对植物执行浇灌。控制阀112可以包括水泵、电磁阀或它们的组合等。作为示例，在水源是蓄水池的实施例中，控制阀112可以是水泵或者水泵与电磁阀的组合。在水源是自来水路的实施例中，控制阀112可以是电磁阀。

在喷嘴为滴箭的实施例中，可以按照每1.5-2.5升土壤配置一只滴箭的比例设置花盆中滴箭的数量。滴箭可以通过3/5毛管(即内径为3mm且外径为5mm的毛管)连接到4/7毛管(即内径为4mm且外径为7mm的毛管)上，再连接至水泵或水箱的水管上。当水压一致时，滴箭的出水量基本保持不变，因此滴箭数量和土壤体积的比例应得到保证。

湿度检测装置120在使用时，其至少一部分插入土壤中，用于检测土壤的湿度。湿度检测装置120可以是适用于检测土壤的相对湿度的任何传感器，例如氯化锂湿度检测装置、碳湿敏湿度检测装置、氧化铝湿度检测装置和陶瓷湿度检测装置等。湿度检测装置120的插入土壤的部分与喷嘴组111间隔预定距离。作为示例，该预定距离可以为4-7cm，例如可以为4cm、5cm、6cm、7cm、或者它们之间的任意值。土壤干燥时的持水能力较差，浇灌时会发生水分直接下沉至花盆外部或积存在花盆底部不透水处。该预定距离主要用于检测水分的横向扩散，以使花盆内的土壤均被水分润湿。通过该预定距离能够控制浇灌总量，一方面保证不会浇水过多而影响植物根部的透气性，另一方面能够保证土壤尽量被均匀润湿。

控制装置130能够在湿度检测装置120检测到的湿度低于预定湿度阈值时启动控制阀112以执行浇灌，且在该湿度达到预定湿度阈值时关闭控制阀112以停止浇灌。后文将介绍根据本发明一个优选实施例的控制装置。

定时开关装置140电连接至控制装置130。定时开关装置140配置为每隔预定间隔时间使湿度检测装置120和控制装置130接通预定开启时间。该预定间隔时间例如可以为12小时、24小时、36小时、48小时或72小时等。通过定期地使湿度检测装置120和控制装置130通电，来监测土壤湿度。一旦在湿度检测装置120和控制装置130通电的预定开启时间内，土壤的湿度低于预定湿度阈值，则控制装置130启动控制阀112，使喷嘴组111执行浇灌。该预定开启时间例如可以为10分钟、12分钟、14分钟、16分钟或18分钟等。一旦湿度检测装置120和控制装置130的通电时间达到预定开启时间，定时开关装置140将使湿度检测装置120和控制装置130断电，湿度检测装置120在断电期间不执行湿度检测操作。这种方法大大降低了长期在线检测土壤湿度造成的电化学腐蚀，同时还能避免因湿度检测装置或控制装置失灵导致浇水过多的情况。

图2示出了根据本发明一个实施例的控制装置130的电路图。如图2所示，控制装置包括电源210、继电器220和三极管230。定时开关装置140串联至电源210。作为示例，定时开关装置140可以包括计时器和开关。计时器每隔预定间隔时间(例如12小时、24小时、36小时、48小时或72小时等)通过开关使图2中的电源接通一段时间，使湿度检测装置120和控制装置接通预定开启时间(例如10分钟、12分钟、14分钟、16分钟或18分钟等)。在该优选实施例中，湿度检测装置可以为开关量湿度检测装置。湿度检测装置可以包括湿度传感器240和湿度输出模块250。湿度传感器240在该自动浇灌设备使用时，插入土壤中，用于检测土壤的湿度。湿度输出模块250可以与湿度传感器240集成，也可以与控制装置集成。湿度输出模块250用于将土壤湿度的信号转换为高电平或低电平。

在图2所述的优选实施例中，电源接通后湿度传感器240和湿度输出模块250开始工作，湿度检测原理为：当土壤含水量变化时，在特定范围内的土壤的电阻发生改变。当湿度传感器240检测到的土壤湿度等于或高于预定湿度阈值时，则土壤电阻低于给定电阻值，湿度输出模块250输出低电平。湿度输出模块250输出低电平则触发继电器220，停止对湿度传感器240和湿度输出模块250供电，以减少对湿度检测装置的电化学腐蚀。同时关闭控制阀112，喷嘴组不执行或停止执行浇灌。当湿度传感器240检测到的土壤湿度低于预定湿度阈值时，则土壤电阻高于给定电阻值，湿度输出模块250输出高电平。湿度输出模块250输出高电平，则保持对湿度传感器240和湿度输出模块250供电，并开启控制阀112，使喷嘴组执行浇灌。在未示出的其他实施例中，当湿度传感器240检测到的土壤湿度等于或高于预定湿度阈值时，也可以使湿度输出模块250输出高电平；而在湿度传感器240检测到的土壤湿度低于预定湿度阈值时，使湿度输出模块250输出低电平。在此情况下，需要对控制装置进行合理配置，以执行上述功能。

该实施例利用浇灌过程中土壤最直接、快速变化的参数(即电阻)来配置控制装置，能够提高湿度控制的精度，并且使得该控制装置具有简单的配置，减低了成本。需要说明的是，图2所示的电路仅示出了利用土壤电阻变化来控制浇灌的一个实施例，但本发明并不排除采用该原理控制浇灌的其他电路。

由于喷嘴的出水量相对保持一致，因此花盆的浇水量由定时开关装置的预定开启时间和湿度检测装置的预定湿度阈值来共同控制。一方面，定时开关装置接通电源的预定开启时间(例如Y分钟)内，实施的浇水量1≈喷嘴单位出水量×喷嘴个数×Y分钟。另一方面，湿度检测装置与喷嘴组的预定间距可以取某一固定值(例如6cm)。当水分从喷嘴组扩散到湿度检测装置时，湿度检测装置即输出低电平(或高电平)，切断对控制阀和湿度检测装置供电。这种方法得到浇水量2。其中浇水量1为总浇水量的阈值，可以按照土壤的体积并且根据园艺师的经验来设置。浇水量2则受到湿度检测装置的设定限制，湿度检测装置的预定湿度阈值可以根据植物的类别和土壤类别(喜湿植物、见干见湿植物、喜干植物及其土壤)来设定。

家养植物根据其特点分为三大类：热带耐湿植物、见干见湿温带植物、喜干植物。上述预定间隔时间和预定开启时间例如可以根据家养植物的类型、土壤的情况(例如腐殖质土壤、砂质偏碱性土壤等)、季节或环境变化、喷嘴组与湿度检测装置之间的预定距离、喷嘴组的配置情况等因素由用户来设置。其中土壤针对上述三类植物可以分别配置，以保证精确检测湿度。以耐干旱植物(例如多肉植物)为例，每升土壤配置6个喷嘴(例如滴箭)，定时开关装置的预定间隔时间可以为72小时，且定时开关装置的预定开启时间为3分钟，预定湿度阈值可以为20％，喷嘴组与湿度检测装置之间的距离可以为5cm。经试验，采用如此设置的自动浇灌设备对耐干旱植物进行维护已经持续半年，该植物生长情况良好。优选地，预定湿度阈值也可以由用户设定，例如基于园艺师的经验以及植物的类型和生长习性等。优选地，可以在出厂时或者由用户预设配置表，使用时，从配置表中根据植物种类和/或土壤种类进行选择。

进一步，本文提供的自动浇灌设备还包括一种更适用于这种自动浇灌设计的花盆。如图1所示，花盆150的底部的中心区域151高于边缘区域152，且中心区域151和边缘区域152均设置有贯穿花盆的底部的通孔153和154。这样花盆底部与盆托或放置花盆的平面仅在边缘区域152直接接触，而中心区域151不直接接触。中心区域151上的通孔153和边缘区域152上的通孔154保证多余的水分能够由花盆漏出，并且中心区域151上的通孔153在浇灌的情况下还能用作透气孔。在采用盆托盛放该花盆的情况下，边缘区域152上的通孔154还可用作回渗孔，使盆托中的水能够回吸收入花盆。

本发明提供的自动浇灌设备除了适用于单盆植物的日常维护之外，还适用于多盆植物的日常维护。在用于多盆植物的自动浇灌设备中，包括多个喷嘴组和与多个喷嘴组相对应的多个湿度检测装置，对应的喷嘴组和湿度检测装置用于同一花盆。控制装置根据多个湿度检测装置检测到的湿度使相对应的喷嘴组执行浇灌。图3给出了根据本发明一个实施例的用于两盆植物的自动浇灌设备。如图3所示，该自动浇灌设备包括喷嘴组111a和111b、控制阀112a和112b、湿度检测装置120a和120b。这里在附图标记中为a和b来对应不同盆的植物。此外，该自动浇灌设备还包括控制装置130a和130b。虽然在本实施例中两个花盆分别配置单独的控制装置，但是在未示出的其他实施例中，控制装置130a和130b也可以集成在一起。喷嘴组111a和111b可以通过控制阀112a直接连接至水源160。当湿度检测装置120a和120b中的一个或两个检测到的湿度低于预定湿度阈值时，控制装置可以使相对应的控制阀开启，以使相对应的喷嘴组执行浇灌。反之，亦然。如图3所示，该优选实施例还可以结合定时开关装置140a和140b，用于每隔预定间隔时间使相对应的湿度检测装置和控制装置接通预定开启时间。在图3的实施例中，为每个花盆分别配置单独的定时开关装置，以便独立地控制各盆植物的浇灌。但是，在未示出的另一实施例中，也可以仅设置一个定时开关装置。通过该定时开关装置控制所有盆植物或部分盆植物的浇灌，以模仿每天有人照料植物的方式，每天在某个或某些固定时间连通电路进行检测和浇水。在未示出的又一实施例中，还可以使部分生长习性相似的多盆植物共用一个定时开关装置，而使其他盆植物根据生长习性配置其他的定时开关装置。需要说明的是，所述多个湿度检测装置所对应的多个预定湿度阈值可以设置为相同的或者不同的，同理，所述多个预定间隔时间以及多个预定开启时间也可以分别设置为相同的或者不同的，以适应不同生长习性的植物的需要。由此，即使仅采用一个定时开关装置，也有可能通过合适地设置各组参数(例如喷嘴组与湿度检测装置的距离、预定湿度阈值等)使得根据本发明的同一自动浇灌设备同时应用于生长习性不同的多盆植物。

进一步优选地，浇灌装置还包括总泵320，每个喷嘴组111a和111b通过相对应的控制阀112a和112b流体连接至总泵320，且控制装置130a和130b根据湿度检测装置120a和120b检测到的湿度控制相对应的控制阀112a和112b以及总泵320。当湿度检测装置120a和120b中的任一个或两个检测到湿度低于预定湿度阈值时，则使总泵320开启。这样，水源160中的水可以通过总泵320和开启的控制阀提供给相对应的喷嘴组，以对土壤湿度低于预定湿度阈值的植物进行浇灌。作为示例，总泵320可以通过或门电路310连接到控制装置130a和130b。

本发明基于物联网、模糊控制、生态学等概念构建了一个可以自维护的自动浇灌设备，可以在无人照料的情况下自主运行半年以上，减少了人为干预；由于可以自主运行，因此对摆放空间要求较少，可以置于搁架顶部、书柜和衣柜顶部、悬挂于天花板上等位置，不占用室内的活动空间，并且根据需要可以形成立体的室内花园；在水源需要维护的情况下，可以将水源放置在容易维护的位置，以方便日常维护；可以在大多数家庭中使用。

本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims (10)

1.一种自动浇灌设备，其特征在于，包括：

浇灌装置，其包括用于在植物根部的周围插入土壤中的喷嘴组和用于控制所述喷嘴组的控制阀；

湿度检测装置，其在使用时至少一部分插入所述土壤中并与所述喷嘴组间隔预定距离，所述湿度检测装置用于检测所述土壤的湿度；

控制装置，其能够在所述湿度低于预定湿度阈值时启动所述控制阀以执行浇灌；以及

定时开关装置，包括计时器和开关，所述定时开关装置配置为每隔预定间隔时间使所述湿度检测装置和所述控制装置接通预定开启时间，

其中，所述植物的浇水量由所述定时开关装置的所述预定开启时间和所述湿度检测装置的所述预定湿度阈值来共同控制。

2.根据权利要求1所述的自动浇灌设备，其特征在于，所述湿度检测装置为开关量湿度检测装置，其在所述湿度低于所述预定湿度阈值时输出低电平或高电平，在所述湿度等于或高于所述预定湿度阈值时输出高电平或低电平。

3.根据权利要求2所述的自动浇灌设备，其特征在于，所述自动浇灌设备包括相对应的多个所述喷嘴组、多个所述控制阀、多个所述湿度检测装置和至少一个所述定时开关装置，所述控制装置根据所述多个湿度检测装置检测到的湿度分别控制相对应的所述控制阀，以使相对应的所述喷嘴组执行浇灌，所述至少一个定时开关装置配置为每隔预定间隔时间使相对应的所述湿度检测装置和所述控制装置接通预定开启时间。

4.根据权利要求3所述的自动浇灌设备，其特征在于，所述多个湿度检测装置所对应的多个所述预定湿度阈值相同或者不同，所述多个预定间隔时间相同或者不同，所述多个预定开启时间相同或者不同。

5.根据权利要求3所述的自动浇灌设备，其特征在于，所述浇灌装置包括总泵，每个所述喷嘴组通过相对应的所述控制阀流体连接至所述总泵，且所述控制装置根据所述多个湿度检测装置检测到的湿度分别控制相对应的所述控制阀和所述总泵。

6.根据权利要求2所述的自动浇灌设备，其特征在于，所述预定湿度阈值、所述预定间隔时间和所述预定开启时间能够由用户设置。

7.根据权利要求6所述的自动浇灌设备，其特征在于，所述预定湿度阈值设置为从配置表中根据植物种类和/或土壤种类进行选择。

8.根据权利要求1所述的自动浇灌设备，其特征在于，所述预定距离为4-7cm。

9.根据权利要求1所述的自动浇灌设备，其特征在于，所述喷嘴组包括滴箭。

10.根据权利要求9所述的自动浇灌设备，其特征在于，每只所述滴箭在使用时配置1.5-2.5升土壤。