一种用于大棚内作物种植的智能辅助装置的制作方法

本发明涉及大棚内作物种植领域，具体涉及一种用于大棚内作物种植的智能辅助装置。

背景技术

喷灌，是借助水泵和管道系统或利用自然水源的落差，把具有一定压力的水喷到空中，散成小水滴或形成弥雾降落到植物上和地面上的灌溉方式，其具有省水、省工、增产、适应性强以及提高土地利用率等特点；夏季的田野或者冬季的大棚内，温度较高，蚊虫较多，不仅不利于农作物的生长，也对耕作的农民的身心健康有很大的影响，因此，蚊虫的防治极为重要，但目前市面上还没有一款适用于农田或大棚的消灭蚊虫装置；大棚作物对生长环境中的空气湿度、温度、光照强度、土壤湿度、土壤ph值等都有很高的要求，并且大棚是一个密闭空间，空气流动性差，其内部氧气含量的多少对于将要进去的耕作者的身心健康影响较大，如果能够实时监测大棚的环境参数，不仅可以有效准确调节环境参数以促进农作物的生长，而且可以为耕作者提供一个舒适的耕作环境，但目前市面上还没有一款能够实现以上功能的装置。

技术实现要素：

为了克服现有技术存在的不足，本发明提供一种用于大棚内作物种植的智能辅助装置。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种用于大棚内作物种植的智能辅助装置，包括：运动机构、灌溉单元、激光灭蚊单元、参数监测单元、小电机以及单片机；单片机选用avr单片机，其中：

运动机构包括两个直线型的导轨、两个滑块、两个伸缩杆、滑轨以及滑板；两个导轨平行设置在大棚内顶部且沿大棚长度方向水平设置，每个导轨对应配合一个滑块，每个滑块对应连接一个竖直设置的伸缩杆，两个伸缩杆的底端分别连接滑轨，滑轨呈水平设置，滑板与滑轨相配合；

灌溉单元包括水管、药水管、以及喷洒装置；水管和药水管平行设置在大棚内顶部且沿大棚长度方向水平设置；滑板上固定设置有垂直水管；垂直水管底端与喷洒装置连通，垂直水管的顶端分别与水管和药水管连通；

激光灭蚊单元内部包括中心处理器、蓝紫光发射器、声波发射器、蚊虫识别单元、激光发射器；其中，声波发射器包括发声原件和波形产生电路，波形产生电路产生的波形频率在300～400hz；蚊虫识别单元为声波探测器，通过探测到的声波确定蚊虫的位置；激光灭蚊单元设置在滑轨的下方；参数监测单元包括湿度传感器、氧气含量监测仪、温度传感器，湿度传感器、氧气含量监测仪、温度传感器分别设置在滑轨的下方；中心处理器选用ky02s型控制器，湿度传感器选用hs12p型湿度传感器，氧气含量检测仪选用bh-90单一气体检测仪，温度传感器选用tr/02015型温度传感器；

小电机与单片机通过内置的程序算法通信连接，滑块、滑板以及伸缩杆的运动均受小电机控制驱动；单片机通过发送指令控制小电机的运转，从而控制滑块、滑板进行水平方向的移动和定位以及控制伸缩杆进行垂直方向的移动和定位；

整个激光灭蚊单元由其内部的中心处理器控制；中心处理器、喷洒装置、湿度传感器、氧气含量监测仪、温度传感器分别与单片机通信连接并由单片机控制；单片机通过控制激光灭蚊单元内部的中心处理器，进而控制激光灭蚊单元内部的蓝紫光发射器、声波发射器、蚊虫识别单元、激光发射器。

作为优化方案，大棚内顶部设有相互平行且均沿大棚框架宽度方向延伸的若干个第一支撑杆和两个第二支撑杆；若干个第一支撑杆位于同一水平面，大棚框架由若干个大棚的组织框架均匀排列组成，每个大棚的组织框架宽度方向上均设有一个第一支撑杆；两个第二支撑杆位于同一水平面，其中一个第二支撑杆位于大棚框架长度方向的一端，另一个第二支撑杆位于大棚框架长度方向的另一端。

作为优化方案，导轨与第一支撑杆的连接处设有连接管，两个导轨的一端通过一对连接管与大棚框架长度方向一端的第一支撑杆焊接固定，两个导轨的另一端通过另一对连接管与大棚框架长度方向另一端的第一支撑杆焊接固定；两个滑块分别套设安装在两个导轨上且可以在导轨上移动。

作为优化方案，水管的两端、药水管的两端分别与大棚框架长度方向两端的第二支撑杆焊接固定；水管的下方均匀间隔设置若干个第一管道口，药水管的下方均匀间隔设置若干个第二管道口，若干个第一管道口与若干个第二管道口对称设置；若干个第一管道口、若干个第二管道口的下端均设有一个用于控制管道口开闭的可移动的铁片。

作为优化方案，伸缩杆的顶端与滑块焊接连接；伸缩杆的底端的两侧设有第一肋板，伸缩杆的底端通过第一肋板与横板焊接连接；横板与滑轨通过螺栓连接。

作为优化方案，滑轨靠近一端横板处设有单片机,滑轨靠近另一端横板处设有小电机，单片机和小电机均通过螺栓安装在滑轨上；滑轨上靠近单片机对应位置的下方依次安装有湿度传感器、氧气含量监测仪、温度传感器；滑轨上靠近小电机对应位置的下方设有激光灭蚊单元。

作为优化方案，垂直水管上在与滑板连接处的两侧设有第二肋板，垂直水管通过第二肋板焊接固定在滑板上；喷洒装置包括第一花洒、第二花洒、转换器和花洒套；垂直水管与转换器的上方相连，第一花洒与第二花洒均安装在转换器的下方；转换器为可旋转的圆盘状装置，且转换器内设有两个通孔，分别用于连通垂直水管与第一花洒、垂直水管与第二花洒；第一花洒为锥状体结构，第一花洒的底面均匀设有若干的小孔；第二花洒为圆筒状，第二花洒的筒壁上均匀设有若干个小孔，底部无小孔；花洒套是由一个内部中空的锥状体和圆筒组成的筒套，花洒套为橡胶材质,花洒套与第一花洒配套使用。

作为优化方案，湿度传感器实时监测空气湿度数据，并将湿度数据传递给单片机；

氧气含量检测仪实时监测空气中氧气含量数据，并将氧气含量数据传递给单片机；

温度传感器实时监测环境温度数据，并将温度数据传递给单片机；

单片机内设有通信模块，通信模块用于与外部移动设备通信连接；单片机将接收到的湿度数据、氧气含量数据、温度数据通过通信模块传送到移动设备上；

单片机根据湿度数据、氧气含量数据、温度数据进行运算处理，并根据运算处理的结果向小电机发送电机控制指令，小电机根据电机控制指令运转提供动力驱动滑块、滑板以及伸缩杆做相应的位置运动；

单片机通过内置的程序算法向激光灭蚊单元内部的中心处理器发送执行指令；中心处理器通过内置的程序算法根据执行指令向蓝紫光发射器、声波发射器发送发射指令，蓝紫光发射器、声波发射器根据发射指令发射蓝紫光、声波实现对蚊虫的强烈吸引；中心处理器通过内置的程序算法根据执行指令向蚊虫识别单元发送指令，蚊虫识别单元根据指令对在识别范围内的蚊虫进行识别、定位；中心处理器通过内置的程序算法根据执行指令向激光发射器发送激光发射指令，激光发射器根据激光发射指令发射激光实现对蚊虫的消灭。

本发明的有益技术效果是：

1.本发明带有环境参数监测单元，湿度传感器实时监测空气湿度数据，并将所述湿度数据传递给单片机；氧气含量检测仪实时监测空气中氧气含量数据，并将所述氧气含量数据传递给单片机；温度传感器实时监测温度数据，并将所述温度数据传递给单片机；单片机内设有通信模块，通信模块用于与外部移动设备通信连接；单片机将接收到的所述湿度数据、氧气含量数据、温度数据通过通信模块传送到移动设备上；使用者可以通过移动设备清楚地了解到大棚内的湿度、氧气含量及温度，以便做出最佳决策，不仅可以有效准确调节环境参数以促进农作物的生长，而且可以为耕作者提供一个舒适的耕作环境。

2.本发明实现了在灌溉的同时对蚊虫进行智能化打击，利用灌溉激起蚊虫，再通过单片机向激光灭蚊单元内部的中心处理器发送执行指令；中心处理器通过内置的程序算法根据所述执行指令向蓝紫光发射器、声波发射器发送发射指令，蓝紫光发射器、声波发射器根据所述发射指令发射蓝紫光、声波实现对蚊虫的强烈吸引；中心处理器再通过内置的程序算法根据所述执行指令向蚊虫识别单元发送指令，蚊虫识别单元根据所述指令对在识别范围内的蚊虫进行识别、定位；中心处理器再通过内置的程序算法根据所述执行指令向所述激光发射器发送激光发射指令，激光发射器根据所述激光发射指令发射激光实现对蚊虫的消灭；通过激光灭蚊单元将蚊虫吸引到特定区域，对蚊虫进行集中消灭，提高了灭蚊的准确率以及效率；并且采用激光灭蚊，不会对环境造成污染，同时也不会对大棚内耕作者的身体健康造成危害。

3.本发明的喷洒装置包括第一花洒、第二花洒、转换器和花洒套，可以通过旋转转换器调换使用第一花洒或第二花洒进行灌溉，操作方便快捷，且灌溉面积更广更全面；另外设计有花洒套与第一花洒配套使用，在使用完第一花洒喷完药后套上花洒套清洗，清洗水会沿着花洒套垂直流入水箱中，避免了对土壤的污染。

附图说明

图1是整个装置的结构示意图。

图2是整个装置的主视图。

图3是图2的局部放大图。

图4是图3中花洒的局部放大图。

图5是激光灭蚊器的原理框图。

图6是花洒套结构示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，包括：

1-水管、2-药水管、3-导轨、4-滑块、5-伸缩杆、6-连接管、7-第一支撑杆、8-第一管道口、9-第二管道口、10-第二支撑杆、11-横板、12-滑轨、13-第一肋板、14-垂直水管、15-第二肋板、16-滑板、17-湿度传感器、18-氧气含量监测仪、19-湿度传感器、20-激光灭蚊单元、21-单片机、22-第一花洒、23-第二花洒、24-转换器、25-小电机、26-花洒套。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1：

如图1、图2所示，一种用于大棚内作物种植的智能辅助装置，包括：运动机构、灌溉单元、激光灭蚊单元20、参数监测单元、小电机25以及单片机21；所述单片机21选用avr单片机。

运动机构包括两个直线型的导轨3、两个滑块4、两个伸缩杆5、滑轨12以及滑板16；两个导轨3平行设置在大棚内顶部且沿大棚长度方向水平设置，每个导轨3对应配合一个滑块4，每个滑块4对应连接一个竖直设置的伸缩杆5，两个伸缩杆5的底端分别连接滑轨12，滑轨12呈水平设置，滑板16与滑轨12相配合；

如图2所示，灌溉单元包括水管1、药水管2、以及喷洒装置；水管1是灌溉用水的通道，药水管2是喷洒药水的通道，水管1和药水管2平行设置在大棚内顶部且沿大棚长度方向水平设置；滑板16上固定设置有垂直水管14；垂直水管14底端与喷洒装置连通，垂直水管14的顶端分别与水管1和药水管2连通；

如图5结合图2所示，激光灭蚊单元20内部包括中心处理器、蓝紫光发射器、声波发射器、蚊虫识别单元、激光发射器；声波发射器包括发声原件和波形产生电路，波形产生电路产生的波形频率在350hz，蚊虫识别单元为声波探测器；激光灭蚊单元20设置在滑轨12的下方；参数监测单元包括湿度传感器17、氧气含量监测仪18、温度传感器19，三者分别设置在滑轨12的下方；中心处理器选用ky02s型控制器，湿度传感器17选用hs12p型湿度传感器，氧气含量检测仪18选用bh-90单一气体检测仪，温度传感器19选用tr/02015型温度传感器；

小电机25与单片机21通过内置的程序算法通信连接，滑块4、滑板16以及伸缩杆5的运动均受小电机25控制驱动；单片机21通过发送指令控制所述小电机25的运转，从而控制所述滑块4、滑板16进行水平方向的移动和定位以及控制所述伸缩杆5进行垂直方向的移动和定位；

整个激光灭蚊单元20由其内部的中心处理器控制；中心处理器、喷洒装置、湿度传感器17、氧气含量监测仪18、温度传感器19分别与单片机21通信连接并由单片机21控制；单片机21通过控制激光灭蚊单元20内部的中心处理器，进而控制激光灭蚊单元20内部的蓝紫光发射器、声波发射器、蚊虫识别单元、激光发射器。

作为最佳实施方式，大棚内顶部设有相互平行且均沿大棚框架宽度方向延伸的若干个第一支撑杆7和两个第二支撑杆10；若干个第一支撑杆7位于同一水平面，大棚框架由若干个大棚的组织框架均匀排列组成，每个大棚的组织框架宽度方向上均设有一个第一支撑杆7；两个第二支撑杆10位于同一水平面，其中一个第二支撑杆10位于所述大棚框架长度方向的一端，另一个第二支撑杆10位于所述大棚框架长度方向的另一端；在实际安装中，为了保证大棚框架与水管1、药水管2焊接的稳定性，在大棚框架中部的组织框架的宽度方向上增设一个第二支撑杆10用于和水管1、药水管2焊接连接。

作为最佳实施方式,导轨3与第一支撑杆7连接处设有连接管6，两个导轨3的一端通过一对连接管6与大棚框架长度方向一端的第一支撑杆7焊接固定，两个导轨3的另一端通过另一对连接管6与大棚框架长度方向另一端的第一支撑杆7焊接固定；两个滑块4分别套设安装在两个导轨3上且可以在导轨3上移动；实际中，为了加强结构的稳定性，会在大棚框架中部的一个第一支撑杆7上焊接一对连接管6，两个导轨3通过所述一对连接管6与大棚框架中部的第一支撑杆7连接。

作为最佳实施方式,水管1的两端、药水管2的两端分别与大棚框架长度方向两端的第二支撑杆10焊接固定；水管1的下方均匀间隔设置若干个第一管道口8，药水管2的下方均匀间隔设置若干个第二管道口9，第一管道口8和第二管道口9的数量及相邻管道口之间的距离根据实际情况确定，若干个第一管道口8与若干个第二管道口9对称设置；若干个第一管道口8、若干个第二管道口9的下端均设有一个用于控制管道口开闭的可移动的铁片。

作为最佳实施方式，伸缩杆5的顶端与滑块4焊接连接；伸缩杆5的底端的两侧设有第一肋板13，伸缩杆5的底端通过第一肋板13与横板11焊接连接；横板11与滑轨12通过螺栓连接；垂直水管14上在与滑板16连接处的两侧设有第二肋板15，垂直水管14通过第二肋板15焊接固定在滑板16上；增加肋板的设计和采用焊接连接的方式，有利于增强结构的稳定性。

作为最佳实施方式，如图2、图3所示，滑轨12靠近一端横板11处设有单片机21,滑轨12靠近所述另一端横板11处设有小电机25，单片机21和小电机25均通过螺栓安装在滑轨12上；滑轨12上靠近单片机21对应位置的下方依次安装有湿度传感器17、氧气含量监测仪18、温度传感器19；滑轨12上靠近小电机25对应位置的下方设有激光灭蚊单元20。

作为最佳实施方式，如图4、图6所示，喷洒装置包括第一花洒22、第二花洒23、转换器24和花洒套26；垂直水管14与转换器24的上方相连，第一花洒22与第二花洒23均安装在转换器24的下方；转换器24为可旋转的圆盘状装置，且转换器24内设有两个通孔，分别用于连通所述垂直水管14与第一花洒22、垂直水管14与第二花洒23；该设计可以通过旋转转换器24调换使用第一花洒22或第二花洒23进行灌溉，操作方便快捷，且灌溉面积更广更全面；第一花洒22为锥状体结构，第一花洒22的底面均匀设有若干的小孔；第二花洒23为圆筒状，第二花洒23的筒壁上均匀设有若干个小孔，底部无小孔；在实际使用过程中，当需要喷水灌溉时会旋转转换器24轮流使用第一花洒22和第二花洒23；当需要喷洒农药时一般只需要使用第一花洒22，因此设有花洒套26与第一花洒22配套使用，花洒套26是由一个内部中空的锥状体和圆筒组成的筒套，花洒套26为橡胶材质，直接在第一花洒22上套用，由于橡胶本身具有伸缩性，因此，方便拆卸和安装，如若使用过程中觉得松懈，可用细铁丝捆绑一下,在使用完第一花洒22喷完药后套上花洒套26，然后单片机21通过内置的程序算法向小电机25发送指令，小电机25驱动将喷洒装置通过滑板16横向移动到水管1的下方,使得伸缩杆5收缩时,垂直水管14的管口对准第一管道口8,灌溉用水从第一管道口8流出,通过灌溉用水清洗垂直水管14及第一花洒22，由于花洒套26的存在，清洗水流会沿着花洒套26垂直流入水箱,避免污染土壤。

在本实施例中，大棚框架长度方向中部增设的第二支撑杆10将大棚框架隔成了两个部分，为了使灌溉、喷药范围更加全面，在大棚框架长度方向的前半部分和后半部分别设置一个智能辅助装置，即设置两个运动机构、两个灌溉单元、两个激光灭蚊单元20、两个参数监测单元、两个小电机25以及两个单片机21。

本实施例提供的一种用于大棚内作物种植的智能辅助装置的工作原理如下：

使用者首先使用移动设备(如智能手机、平板电脑)通过单片机21中的通信模块(蓝牙或wifi)与单片机21相连，通过单片机21控制整个装置；单片机21将从温度传感器19、氧气含量监测仪18中接收的信息传递给移动设备，使用者通过移动设备能够清楚地了解当前大棚内的温度以及氧气含量，并做出相应决策：当氧气含量较低时，应先进行一段时间的通风，使用者再进入大棚内工作；当温度较低时，使用者应及时采取保暖措施以防止作物被冻伤等。

当湿度传感器17传来的数值低于一个定值时，单片机21开始执行灌溉指令，通过内置的程序算法向小电机25发送电机控制指令，小电机25根据所述电机控制指令运转提供动力驱动滑板16实现垂直水管14的水平移动及定位、控制伸缩杆5实现垂直水管14的垂直移动及定位，使得垂直水管14的管口对准水管1的下方的第一管道口8，此时第一管道口8下方的铁片打开，水流从第一管道口8流出，经垂直水管14、花洒到达作物表面，然后根据湿度传感器17传递的数值进行定量、定时的灌溉；同时小电机25驱动滑块4在导轨3上实现整个滑轨12的水平移动和定位，使得垂直水管14的管口对准水管1的下方的第一管道口8然后进行灌溉，这样可以扩大灌溉面积，方便快捷；在灌溉中，首先使用第一花洒22进行无差别灌溉，然后通过旋转转换器24使用第二花洒23对周边作物进行补充灌溉。

灌溉完毕后，大量蚊虫被灌溉水激起，单片机21通过内置的程序算法向中心处理器发送执行指令，中心处理器通过内置的程序算法根据所述执行指令向蓝紫光发射器、声波发射器发送发射指令，蓝紫光发射器、声波发射器根据所述发射指令发射出蓝紫光、声波对蚊虫进行引诱，将蚊虫吸引到特定区域，接着中心处理器通过内置的程序算法根据所述执行指令向蚊虫识别单元发送指令，蚊虫识别单元根据指令对在识别范围内的蚊虫进行识别、定位，并将信息反馈给中心处理器，同时中心处理器向激光发射器发送激光发射指令，激光发射器根据所述激光发射指令发射激光实现对蚊虫的消灭；实现灌溉的同时对蚊虫进行智能化消灭，不仅实现了快速、准确地灭蚊，提高了蚊虫消灭效率，也不会对环境造成污染，提高了耕作者的舒适感。

在灌溉部分，本装置还可以实现智能化喷药：当进行喷药时，单片机21通过内置的程序算法向小电机25发送电机控制指令，小电机25根据所述电机控制指令运转提供动力驱动喷洒装置通过滑板16移动到药水管2下方，使得伸缩杆5收缩时，垂直水管14的管口对准第二管道口9，药水从第二管道口9流出，经垂直水管14、花洒到达作物表面,同时小电机25驱动滑块4在导轨3上实现整个滑轨12的水平移动和定位，使得垂直水管14的管口对准药水管2的下方的第二管道口9然后进行喷药，这样可以扩大喷洒的面积，使药水喷的更全面；在实际操作中,一般只使用第一花洒22进行喷药。当喷药结束后，单片机21通过内置的程序算法控制滑块16将喷洒装置移到大棚两端的水箱上方，利用人工加上花洒套26，然后单片机21通过内置的程序算法向小电机25发送指令，小电机25驱动将喷洒装置通过滑板16横向移动到水管1的下方,使得伸缩杆5收缩时,垂直水管14的管口对准第一管道口8,灌溉用水从第一管道口8流出,通过灌溉用水清洗垂直水管14及第一花洒22，由于花洒套26的存在，清洗水流会沿着花洒套26垂直流入水箱。

以上结合附图和具体实施例对本发明进行了详细的说明，但是，在本发明的原则和精神范围内，本领域的技术人员还可以对本发明进行多种变型和改型，应当理解，这样的一些变型和改型都在本发明的保护范围内。