盆栽作物精准浇水装置的制作方法

本发明为一种精准浇水轮式小车，可以自动为盆栽作物精准补充其所需水分，使盆栽作物能够在最适宜的水环境下生长。该装置由轮式小车底盘、钢叉及其升降系统、控制系统、水泵及自动供水系统、小车引导系统、太阳能供电系统等6个功能模块组成，利用磁引导传感技术引导小车沿农作物行自动行走，利用称重装置确定盆栽作物的重量，利用控制系统计算出盆栽作物需要的准确水分，利用供水系统给盆栽作物补充盆栽作物所需水分，并将浇水前后盆栽的重量、土壤含水量和盆栽编号保存到计算机的数据库中，从而做到精准浇水的目的。

背景技术：

作物的生长过程中离不了浇水，但浇水不当不但达不到预期效果，反而会适得其反给作物带来伤害。作物浇水过少或过量都会萎蔫，所以给作物精确补充其需要的水分是一个关键性的问题。一些高校和研究所在一些实验中会种植大批量作物，但是由于给作物浇水都是人工来做，不但耗时费力，而且给作物浇水的量也不精确，很难保证作物所成长的土壤的含水量是一致的，所以有时候得出来的实验结果和预期有很大差距，为了解决上述问题，本发明设计了一种专门应用于盆栽作物的精准浇水装置，盆栽作物精准浇水装置通过称重获取盆栽重量，通过盆栽重量、现有的土壤含水量和所需的含水量计算出所要加的水量，再通过供水系统给作物精准补充所要加的水量，并且自动保存盆栽称重前后重量、土壤含水量和盆栽编号到计算机的数据库中，让盆栽作物生长的土壤保持相同的含水量，给作物的研究提供更加有利的条件。

技术实现要素：

本发明提供一种可用于盆栽作物精准浇水的装置。该装置一共由轮式小车底盘、钢叉及其升降系统、控制系统、水泵及自动供水系统、小车引导系统、太阳能供电系统等6个功能模块组成。

1)轮式小车底盘：由于盆栽作物是放置在地面上，地形比较整洁，无坑坑洼洼的现象，所以采用设计更加简单的轮式底盘，轮式小车行动更加便捷，轮子耐磨性也比履带好。在四个轮子上面分别安装直流电机，每个电机功率为100w，总的负载能力在150kg左右。

2)钢叉及其升降系统：当小车走到一个盆栽作物前面，传感器会自动识别盆子上面的条码，当传感器收到信号后会给控制系统一个信号，电机控制钢叉先向前移动15cm，再向上移动5cm即可将盆栽作物抬离地面。

3)控制系统：利用计算机可以编程、下载控制程序到下位机plc。当钢叉将盆栽作物抬离地面后，钢叉上面的重量传感器会测得盆栽作物的重量，然后传给控制器plc，通过计算得到盆栽中土壤的含水量和需要补充水分的量。

4)水泵及自动供水系统：在小车底盘上面安装一个80l容量的水箱，管道一端插入水箱，另一端和水泵相连。当计算机计算出盆栽作物所需水分，然后给水泵一个开始工作的信号，水泵开始抽水，当水泵所抽水达到预定值时流量计会给控制器plc一个让水泵停止工作的信号，水泵立即停止工作，已经泵出的水通过水管被输送到盆栽作物生长的盆子里，浇水工作完成后钢叉自动将盆栽作物放下，开始对下一个盆栽作物进行精准浇水工作。其中土壤含水量(重量％)＝(湿土质量-干土质量)/(盆栽总重-干土重-盆重)×100％，公式如下：

则盆栽作物所需水分质量为w，公式如下：

w＝(θm2-θm1)*w干土

式中w湿土-湿土质量，w干土-干土质量，w盆栽-盆栽总质量，w盆-盆子质量，θm1-浇水前盆栽中土壤含水量，θm2-浇水后盆栽中土壤含水量。

5)小车引导系统：小车引导系统包括自动引导和条码识别两部分。其中自动引导部分是小车在磁引导传感器的引导下完成其沿预定铺设磁条的运动，条码识别部分是通过小车携带的条码识别器感应盆子上面的条码，给小车特定的信号。小车引导系统主要由plc、磁引导传感器、条码识别器、直流电机调速器等电器元件。

6)太阳能供电系统：小车整个系统正常运行需要12～24v的直流电供应，一般的32ma蓄电池只能正常供电3h，就需要充电。因此，在小车上安装功率为200w的太阳能电池板，在阳光充足情况下，一天可以发电1.2度，可以供应小车正常应用6h。使用太阳能电池板，即可以节约电能又可以节约充电时间，环保无污染。

综上所述，本发明所述的盆栽作物精准浇水小车装置的技术点包括：

1)全自动

在小车行走轨迹上面铺设好磁条，然后在计算机的称重浇水程序窗口点击开始按钮，小车就可以自动走到盆栽作物面前，完成对盆栽作物的称重和浇水两个任务，并自动将盆栽作物浇水前后的重量和含水量与盆栽作物的编号对应起来保存到一个数据库里面，方便日后查看和使用。

2)太阳能发电

太阳能电池板是利用光电转换原理将太阳辐射光转变为电能的一种元器件，具有很高的光电转换效率、弱光型较强，只需要室外有阳光直接照射到的地方即可使用。通过在小车上安装200w的太阳能电池板，可供小车正常工作6小时，解决了小车的日常供电问题，还可以将剩余电量储存在蓄电瓶中，以便于再次利用。

3)效率高、花费低

本发明实际花费在10000左右，其中笔记本电脑还可以重复使用，实际成本还可以更低。正常情况下，4个人8小时可以完成1000盆盆栽作物完成精准浇水的工作，但是小车10s可以完成一盆盆栽作物的精准浇水工作，完成1000盆只需要不到3小时，大大提升了工作效率。

4)适应性好、可广泛应用

该盆栽作物精准浇水装置通过磁引导方式来实现小车运动。磁引导小车定位精度高、轮式小车设计简单并且行动灵活、磁条价格低廉且铺设简单因而容易对小车的行驶路径进行修改，可以广泛应用于各高校和研究机构，协助其开展对作物的更加深入研究。

附图说明

图1是盆栽作物精准浇水装置的前视图

图2是盆栽作物精准浇水装置的后视图

图3是盆栽作物精准浇水装置装置的侧视图

图4是盆栽作物精准浇水装置的组装图

图5是盆栽作物精准浇水装置的工作状态图

图中，1-车轮、2-底盘、3-钢叉、4-水箱、5-水泵、6-控制箱、7-载物台、8-计算机、9-磁引导传感器、10-条码识别器、11-水管、12-太阳能电池板、13、盆栽作物

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。

图5是盆栽作物精准浇水装置的工作状态示意图，具体操作步骤可分为以下几步：

(1)铺设磁条：将磁条铺设到小车的预设轨迹上面，其中，磁条有直线型和弧形，直线型是引导小车做直线运动的，弧形是引导小车拐弯的。

(2)确定起始位置：将磁条铺设完毕后，小车行驶之前需要回到起始位置，使用遥控器控制小车行驶到磁条正上方。

(3)启动计算机系统：将plc串口线接入计算机，启动盆栽作物精准浇水程序，小车开始运动。

(4)循迹运动：磁引导传感器通过感应磁条的磁场信号来引导小车前进，并运动时间或距离来控制小车的停止。

(5)精准浇水：盆栽作物按照固定的位置放好，小车走到某一盆栽作物旁边，控制系统会给钢叉一个动作信号，钢叉将盆栽抬起，通过控制系统算出作物需要多少水分，水泵开始抽取所需水分，水分经由水管流入盆中，从而完成对盆栽作物的精准浇水。

(7)数据保存：钢叉抬起盆栽时，钢叉上面有一个条码识别器会自动读取盆栽的编号并保存到数据库，计算机系统算出盆栽作物浇水前后的质量并对应盆栽作物的编号保存到数据库。

(8)停止运行：按下停止按钮，小车停止运行。