CN114793858A - 一种防挥发的花盆自适应浇水装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种防挥发的花盆自适应浇水装置。本发明包括保水装置、外部导水管、土壤湿度传感器、控制器件盒。保水装置包含底层透水材料、表层防水分挥发膜、内部导水管；保水装置首尾两端带有连接绑带，可首尾相连形成环状。内部导水管带有分布均匀的滴灌孔，内部导水管安装在所述底层透水材料和表层防水分挥发膜的中间；所述土壤湿度传感器竖直方向上有多个均匀分布的干湿度采样节点；所述控制器件盒集成水泵和微型控制器等部件；所述控制器件盒通过增量自适应算法精确控制浇水量；所述防挥发的花盆自适应浇水装置能减少盆栽内土壤水分的挥发，同时根据检测到的盆栽土壤湿度，自动给盆栽浇水，避免了盆栽土壤过干或过湿造成植株死亡。
Description
技术领域
本发明涉及盆栽自动浇水领域，尤其是一种防挥发的花盆自适应浇水装置。
背景技术
随着生活水平的提高，人们追求绿色生活、健康生活，绿色花卉得到民众青睐。但是，不少人由于经验不足或者照料时间缺乏，导致所养盆栽缺水干枯死亡。
现有的自动浇水装置主要存在以下问题：盆栽土壤表面直接与空气接触，盆栽土壤中水分自然挥发过快，通常浇水装置储水箱容量较小，需要频繁给储水箱加水；另外，自动浇水装置通常采用滴灌或喷洒的方式浇水，容易造成土壤内部水分分布不均匀。本发明就是为了解决以上问题而进行的改进。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种防挥发的花盆自适应浇水装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：
一种防挥发的花盆自适应浇水装置，包括保水装置、土壤湿度传感器、控制器件盒以及外部导水管。
所述保水装置能有效减少盆栽内土壤水分的挥发，提高水的利用率，延长浇水周期；且能实现土壤水分的均匀分布，为植株提供合适的生长环境。
所述保水装置覆盖或置于盆栽裸露土壤上方或置于盆栽土壤内部，包含底层透水材料、表层防水分挥发膜和内部导水管。所述保水装置的首尾两端带有连接绑带，可首尾相连形成环状；所述内部导水管带有分布均匀的滴灌孔，通过滴灌孔浸湿底层透水材料，从而达到均匀浇水的目的。
所述控制器件盒集成有水泵和微型控制器部件。
优选的，为了减少本发明装置的占地空间，控制器件盒上安装倒弯钩型连接器，所述倒弯钩型连接器使控制器件盒悬挂在所述盆栽的盆壁口外侧。
优选的，为了延长本发明装置的浇水周期，所述表层防水分挥发膜采用密封性较强的塑料膜以减少土壤水分挥发。
优选的，为了实现对所述盆栽均匀浇水，所述底层透水材料采用渗透性较强的毛毡布。
优选的，为了准确获取所述盆栽的土壤湿度，所述土壤湿度传感器竖直方向上有多个均匀分布的干湿度采样节点，用于检测土壤不同深度的含水量变化情况。
优选的，为了精确控制花盆内的土壤湿度，所述控制器件盒将土壤湿度传感器上多个干湿度采样节点，检测到的土壤湿度数据通过自适应加权融合算法生成一个土壤湿度融合值作为增量自适应算法的输入量，并通过增量自适应算法确认每个时间间隔周期的浇水量以达到花盆目标土壤湿度。
进一步的，增量自适应算法和自适应加权融合算法具体实现如下：
Ⅰ、增量自适应算法：
设k为实际土壤湿度s'小于目标土壤湿度s时的浇水次数，当土壤湿度传感器检测到s'<s时为一个浇水流程的开始，系统根据土壤湿度，以一定的时间间隔(优选的，可为6小时)进行浇水；n(k)为当前时间的增量系数；m为设置的单位浇水量；则当前时间的浇水量u(k)满足：
式(1)中，设置的单位浇水量m，可由外部设定，其取值与花盆的体积有关。
优选的，单位浇水量m的取值可为花盆体积的百分之一；当前时间的增量系数n(k)满足：
式(2)中，d为正整数，为增量密度，代表实际土壤湿度小于目标土壤湿度d个时间间隔后进行增量浇水，其取值与花盆的深度有关，对于普通的家用花盆，优选的可取3；
为增量，是对实际土壤湿度小于目标土壤湿度的持续天数除以用户自定义的增量密度的向下取整。
Ⅱ、自适应加权融合算法：
设n个土壤湿度传感器(3)所测得的测量值分别为x1，x2，…，xn，
为第i个传感器的测量方差，Wi为各土壤湿度传感器的加权因子，最终融合值为
且加权因子满足:
总均方差σ2为:
其中σ2是各加权因子Wi的多元二次函数其表示为:
要使方差σ2最小，ff(W1,W2,…,Wi,…,Wn)需取极小值，因此根据多元函数的极值定理可得:
将式(7)代入式(5)可求解Wi的值，并定义为传感器的最优权值；再通过式(3)可得出土壤湿度传感器(3)测量的最终融合值。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明中，防挥发的花盆自适应浇水装置通过保水装置减少土壤水分的自然挥发，延长浇水周期，提高水的利用率。
2.本发明中，防挥发的花盆自适应浇水装置通过保水装置缓慢均匀浸湿盆栽内土壤，使土壤水平方向上湿度变化一致。
3.本发明中，防挥发的花盆自适应浇水装置通过增量自适应算法精确控制浇水量，使土壤垂直方向上湿度变化一致。
附图说明
图1是本发明的防挥发的自动渗水装置的结构示意图。
图2是本发明的保水装置的结构示意图。
图3是本发明的土壤湿度传感器的结构示意图。
图中：1、植株；2、保水装置；3、土壤湿度传感器；4、花盆；5、内部导水管；6、控制器件盒；7、倒弯钩型连接器；8、接头；9、水箱；10、滴灌孔；11、底层透水材料；12、渗水布绑带；13、缝合布；14、外部进水管；15、出水管；16、表层防水分挥发膜；17、干湿度采样节点。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，实施方式的示例在附图中示出，其中，相同或类似的标号自始至终表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。
下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
参照图1、图2、图3所示，本发明的防挥发的花盆自适应浇水装置用于给植株1浇水。所述防挥发的花盆自适应浇水装置，包括保水装置2、外部进水管14、土壤湿度传感器3、控制器件盒6，所述保水装置2由底层透水材料11、表层防水分挥发膜16以及嵌入在所述表层防水分挥发膜16和所述渗透材料16之间的内部导水管5组成；所述内部导水管5在底层透水材料11侧有若干个分布均匀的滴灌孔10，所述内部导水管5安装在所述底层透水材料11和表层防水分挥发膜16的中间；所述接头8的直径大于内部导水管5和外部进水管14的直径；所述控制器件盒6配置倒弯钩型连接器7，通过倒弯钩型连接器7固定在花盆4的盆壁口外侧；所述控制器件盒6集成了水泵和微型控制器部件；
所述保水装置2首尾两端带有连接绑带12，通过收缩绑带调整所述保水装置2的大小。
具体的，所述底层透水材料11与表层防水分挥发膜16形状大小相同，中间嵌入内部导水管5，将表层防水分挥发膜16和底层透水材料11重叠，将表层防水分挥发膜16和底层透水材料11的内外边缘塑性粘合，所述内部导水管5在底层透水材料11侧有若干个分布均匀的滴灌孔10，所述内部导水管5直径小于接头8，可插入所述接头8；
如此，所述内部导水管5通过若干个分布均匀的滴灌孔10将水渗透在底层透水材料11上，通过底层透水材料11将水均匀渗透到土壤中，表层防水分挥发膜16将挥发的水蒸气凝结成水珠，返回到底层透水材料11上，从而使保水装置具有均匀浇水、防水分挥发的功能；
所述接头8直径大于内部导水管5和外部进水管14的直径，外部进水管14和内部导水管5的首尾两端插入接头8；
所述花盆4配置有土壤湿度传感器3，所述土壤湿度传感器3竖直方向上有三个均匀分布的干湿度采样节点17，所述土壤湿度传感器3通过检测土壤竖直方向上的含水量就可获取花盆内全方位的土壤湿度。所述土壤湿度传感器3与控制器件盒6相连，该控制器件盒6与水箱9通过内部导水管5相连，与保水装置2通过外部进水管14相连；
所述控制器件盒6配置倒弯钩型连接器7，通过倒弯钩型连接器7固定在花盆4的盆壁口外侧。
具体的，所述控制器件盒6集成了水泵和微型控制器等部件，根据土壤湿度传感器3检测到的土壤湿度，控制内部水泵抽水。所述控制器件盒6驱动水泵通过外部进水管14从水箱9抽水，根据检测到的土壤湿度输送定量的水，通过外部进水管14和出水管15输送到保水装置2，实现自动渗水功能。
具体的，所述控制器件盒6将土壤湿度传感器3上的三个干湿度采样节点17检测到的土壤湿度数据通过自适应加权融合算法生成一个土壤湿度融合值作为增量自适应算法的输入量，并通过增量自适应算法控制每6小时为周期的浇水量以达到花盆目标土壤湿度。其中三个干湿度采样节点17的加权因子根据式(7)得出，分别为W1＝0.25，W2＝0.3，W3＝0.45；W1代表的是最靠近土壤表层的干湿度采样节点17的加权因子，由于该节点最靠近土壤表层，最先受到浇水量的影响，故结合实际调试取相对最低的加权因子；W1代表的是土壤中间层的干湿度采样节点17的加权因子，其受浇水量影响适中，故结合实际调试取相对较低的加权因子；W3代表的是土壤底层的干湿度采样节点17的加权因子，其受浇水量影响最缓慢，故结合实际调试取相对较高的加权因子；最后由根据式(3)得出最终融合值。在增量自适应算法式(1)中，m单位浇水量结合实际调试得出为5mL；式(2)中增量密度d取3，代表实际土壤湿度小于目标土壤湿度的持续天数达到3天则增量浇水。
如此，所述控制器件盒6能根据检测到的花盆内土壤湿度，自动给盆栽渗水，避免盆栽土壤过干或过湿造成植株死亡。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
Claims (9)
1.一种防挥发的花盆自适应浇水装置，其特征在在于用于盆栽的自动灌溉，包括保水装置(2)、控制器件盒(6)、土壤湿度传感器(3)、外部进水管(14)和出水管(15)；
所述保水装置(2)通过接头(8)与出水管(15)的一端相连，所述出水管(15)的另一端与控制器件盒(6)相连，所述控制器件盒(6)通过导线与土壤湿度传感器(3)相连，所述外部进水管(14)一端与控制器件盒(6)相连；所述的土壤湿度传感器(3)设置在花盆上。
2.根据权利要求1所述的一种防挥发的花盆自适应浇水装置，其特征在于：所述保水装置(2)覆盖或置于盆栽裸露土壤上方或置于盆栽土壤内部；所述保水装置(2)用于均匀浸湿盆栽土壤。
3.根据权利要求1所述的一种防挥发的花盆自适应浇水装置，其特征在于：所述保水装置(2)由底层透水材料(11)、表层防水分挥发膜(16)和内部导水管(5)组成；所述保水装置(2)一面为表层防水分挥发膜(16)，另一面为底层透水材料(11)，覆盖时底层透水材料面向土壤，所述内部导水管(5)位于表层防水分挥发膜(16)和底层透水材料(11)中间，所述内部导水管(5)在底层透水材料(11)侧有若干个分布均匀的滴灌孔(10)，将表层防水分挥发膜(16)和底层透水材料(11)重叠，将表层防水分挥发膜(16)和底层透水材料(11)的内外边缘塑性粘合；所述水泵进水口与外部进水管(14)相连，所述水泵出水口与出水管(15)相连。
4.根据权利要求1所述的一种防挥发的花盆自适应浇水装置，其特征在于：所述土壤湿度传感器3与控制器件盒6相连，该控制器件盒6与水箱9通过内部导水管5相连，与保水装置2通过外部进水管14相连；且土壤湿度传感器(3)竖直方向上有多个均匀分布的干湿度采样节点(17)，用于检测土壤不同深度的含水量变化情况。
5.根据权利要求1所述的一种防挥发的花盆自适应浇水装置，其特征在于：
所述控制器件盒(6)配置倒弯钩型连接器(7)，通过倒弯钩型连接器(7)固定在花盆(4)的盆壁口外侧。
6.根据权利要求5所述的一种防挥发的花盆自适应浇水装置，其特征在于所述控制器件盒(6)集成有水泵和微型控制器，根据土壤湿度传感器(3)检测到的土壤湿度，控制内部水泵抽水；所述控制器件盒(6)驱动水泵通过外部进水管(14)从水箱抽水，根据检测到的土壤湿度输送定量的水，通过外部进水管(14)和出水管(15)输送到保水装置，实现自动渗水功能。
7.根据权利要求6所述的一种防挥发的花盆自适应浇水装置，其特征在于：所述控制器件盒(6)将土壤湿度传感器(3)上多个干湿度采样节点(17)检测到的土壤湿度数据通过自适应加权融合算法生成一个土壤湿度融合值作为增量自适应算法的输入量，并通过增量自适应算法控制每一定时间间隔为周期的浇水量以达到花盆目标土壤湿度。
8.根据权利要求7所述的一种防挥发的花盆自适应浇水装置，其特征在于所述的增量自适应算法如下：
设k为实际土壤湿度s′小于目标土壤湿度s时的浇水次数，当土壤湿度传感器检测到s′＜s时为一个浇水流程的开始，系统根据土壤湿度，以一定的时间间隔进行浇水；n(k)为当前时间的增量系数；m为设置的单位浇水量；则当前时间的浇水量u(k)满足：
式(1)中，设置的单位浇水量m，当前时间的增量系数n(k)满足：
式(2)中，d为正整数，为增量密度，代表实际土壤湿度小于目标土壤湿度d个时间间隔后进行增量浇水；
为增量，是对实际土壤湿度小于目标土壤湿度的持续天数除以用户自定义的增量密度的向下取整。
9.根据权利要求7所述的一种防挥发的花盆自适应浇水装置，其特征在于所述自适应加权融合算法如下：
设n个土壤湿度传感器(3)所测得的测量值分别为x1，x2，…，xn，
为第i个传感器的测量方差，Wi为各土壤湿度传感器的加权因子，最终融合值为
且加权因子满足：
总均方差σ2为：
其中σ2是各加权因子Wi的多元二次函数其表示为：
要使方差σ2最小，ff(W1，W2，...，Wi，...，Wn)需取极小值，因此根据多元函数的极值定理可得：
将式(7)代入式(5)可求解Wi的值，并定义为传感器的最优权值；再通过式(3)可得出土壤湿度传感器(3)测量的最终融合值。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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