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一种实时监测多种花卉土壤自动保湿装置的制作方法

来源：花匠小妙招时间：2024-11-29 01:12

本发明涉及一种花卉浇水装置，具体为一种实时监测多种花卉土壤自动保湿装置。

背景技术：

随着生活水平的不断提高，越来越多的人们对良好居家环境的要求也越来越高，并通过养殖花草来改善自己居住环境。花草放在室内，可以为房间增添生机，也可以改善室内的空气，形成良好的室内环境，有利于人们的身心健康。然而现在的生活节奏快，生活繁忙，常常对养殖的花草疏于管理或无人照看，导致花草因缺水而枯萎，给爱花养花的人带来很多困扰。此外，爱花的人往往养很多种类不同的花，不同的花卉特性不同，有喜水的，有不喜水的，定时定量浇水，不能让不同特性的花卉同时满足需要，根据每种花草的湿度自动浇水，不同特性的花卉，人们设计了各种自动浇花装置，要么根据需要定时定量浇水，要么根据湿度手动浇水，无法实现湿度变化下的自动浇水保湿。而现在市场上缺乏针对室内花草的自动浇水保湿系统，只有根据物理原理自动渗水装置，还有就是经济的缺水报警器，以提醒人们及时浇水，但仅限报警不能浇水。而对于目前最先进的定时定量自动浇水系统，只能保持植物不缺水，或不至于被干旱致死，无法实现对植物最佳生长土壤湿度的控制。

目前自动浇水系统大部分都是基于定时定量和湿度值的变化进行半自动浇水，没有基于不同匝数的电磁线圈、电磁开关、测量电极和绿色能源的全自动浇水系统。

技术实现要素：

针对现有技术中花卉浇水装置无法实现湿度变化下的自动浇水保湿功能等不足，本发明要解决的问题是提供一种可根据土壤的电阻大小控制浇水的时间以及浇水量的实时监测多种花卉土壤自动保湿装置。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

本发明一种实时监测多种花卉土壤自动保湿装置，包括土壤湿度测量单元、浇水控制单元、浇水执行单元以及电源单元，其中土壤湿度测量单元将测得的土壤湿度信号送至浇水控制单元，浇水控制单元的输出端与浇水执行单元的执行部件连接，土壤湿度测量单元、浇水控制单元中用电器件的工作电源与电源单元连接。

采用土壤水分测量仪，其土壤湿度传感器部分埋在作物根部监测根部土壤的水分，水分测量仪利用报警电路中湿度高报警信号的常开电接点作为输出端，该接点连接在电磁线圈的供电回路上。

所述浇水控制单元包括电磁线圈及压块，其中电磁线圈一端接至电源单元的输出端，另一端与土壤湿度测量单元中的土壤水分测量仪的输出端相连；压块设于电磁线圈的磁力作用范围内；压块底部对应浇水控制单元的溢水筒上端。

所述压块采用铁块，或上部固定安装有铁片的塑料块；压块中部为通孔，压块通过通孔滑动安装于一导柱上，该导柱竖直安装于电磁线圈底端。

所述浇水执行单元包括水箱、滴灌仪、溢水筒以及水位控制筒，其中水箱设于浇水控制单元的压块下方，浇水控制单元中的导柱延伸至水箱底部，溢水筒设于水箱中、导柱外、压块下；溢水筒外固定安装有浮子；溢水筒筒壁上部设有进水孔，下部设有出水孔，出水孔与一软管连接，软管引出至水箱外；水位控制筒通过连通管与水箱连通；滴灌仪进水端与软管连接。

滴灌仪主体为一水平设置的喷头状结构，喷头状结构设有多个出水孔。

软管出水口处通过一个或多个支管分别连接滴灌仪，各滴灌仪分别对应花卉土壤的不同位置。

本发明还具有水位控制器，水位控制器4的水位检测部分设于水位控制筒中，水位检测部分的信号线与水位控制器的水位检测信号输入端相连，水位控制器的输出端接有电磁阀，该电磁阀安装于自来水进水管路中。

电源单元为电池，或通过稳压器直接与市电连接。

电源单元包括太阳能板、逆变器、蓄电池、控制器以及稳压器，其中太阳能板将太阳能转化为电能输送至逆变器，逆变器的输出端与控制器相连，控制器的输出端接有蓄电池，蓄电池的输出端经稳压器接至土壤湿度测量单元的土壤水分测量仪、浇水控制单元中电磁线圈以及浇水执行单元的水位控制器的工作电源端。

本发明具有以下有益效果及优点：

1.本发明可对无人看管的花草进行自动浇水，减少了人力和传统能源供给的输出，实现新能源、电法测量电极传感器和电磁控制开关的完美结合，达到了通过根据不同花卉土壤中的电阻率值变化(即因湿度变化而变化)来控制电流的大小，进而使电磁开关开闭，达到对浇水量和浇水时间的控制。

2.本发明专利有其独特控制系统，对土壤的干湿度进行实时自动检测，可根据土壤的电阻率大小控制浇水的时间以及浇水量，占用空间小，可以灵活监测和控制，同时利用绿色能源供给电能，符合绿色能源理念，具有耗电少，灵敏度高等特点。

附图说明

图1为本发明装置结构框图；

图2为使用土壤水分测量仪的本发明装置结构示意图。

其中，1为测量电极，2为滴灌仪，3为水箱，4为水位控制器，5为电磁线圈，7为稳压器，8为太阳能电池板，9为逆变器，10为太阳能板控制器，11为蓄电池，12为软管，13为浮子，14为压块，15为导磁不锈钢片，16为溢水筒，17为溢水孔，18为出水孔，19水位控制筒，20为导柱，21为连通管，22为电磁阀，23为自来水进水管路，24为土壤水分测量仪。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明作进一步阐述。

如图1所示，本发明一种实时监测多种花卉土壤自动保湿装置，包括土壤湿度测量单元、浇水控制单元、浇水执行单元以及电源单元，其中土壤湿度测量单元将测得的土壤湿度信号送至浇水控制单元，浇水控制单元的输出端与浇水执行单元的执行部件连接，土壤湿度测量单元、浇水控制单元中用电器件的工作电源与电源单元连接。

如图2所示，土壤湿度测量单元采用市购fdr型土壤水分测量仪，其自带湿度检测电路和报警电路，湿度检测电路的土壤湿度传感器即探头部分埋在作物根部的土壤水分传感器监测根部土壤的水分，该土壤湿度传感器经检测电路将湿度过高和湿度过低信号传至湿度检测电路的主控制器，由主控制器决定控制状态，将报警电路中湿度高报警信号的常开电接点连接在电磁线圈的供电回路上。当土壤湿度过高(通过土壤水分测量仪的主控制器针对不同花卉设定湿度阈)，则湿度高报警信号的常开电接点闭合，浇水控制单元的电磁线圈得电，吸引压块14上移，停止浇水；反之湿度过低时，湿度高报警信号的常电接点断开，浇水控制单元的电磁线圈失电，压块14在自身重力作用下压下溢水筒开始浇水。

浇水控制单元包括电磁线圈5及压块14，其中电磁线圈5一端接至电源单元的输出端，另一端与土壤湿度测量单元中的土壤水分测量仪24的输出端即报警电路中湿度高报警信号的常开电接点相连，本实施例中14设于电磁线圈5的磁力作用范围内；压块14底部与浇水控制单元的溢水筒16上端抵接。

电磁线圈5具有多个抽头，本实施例中，采用1mm的铜线制作成400、500、750匝三个抽头，线圈外径100mm，线圈内径40mm，额定电压12v，电流0.1a，功率2.5w，经过计算可知，三个抽头对应的吸力分别为0.8、1、1.5kg。电磁线圈5也可以利用12v直流接触器或中间继电器中的线圈改制，去掉衔铁，在电磁线圈5的铁芯柱一端中心部位固定安装一非导磁材料(如硬质塑料)的导柱20，在导柱20外套有压块14。针对不同容积和底面积的水箱，经过简单的实验可以选用不同重量和体积的压块14。

本实施例中，压块14可用导磁不锈钢材料制作成为球状、半球状或方形；也可采用上部固定安装有导磁不锈钢的塑料块、瓷质块等(要求材质密度大于水的密度)；压块14中部设有用于穿置导柱20的通孔，压块14通过通孔滑动安装于一导柱20上，该导柱20竖直安装于电磁线圈5底端。

电磁线圈5下部竖直固定安装一导柱20，导柱20外套有压块14，导柱20直径2mm，长度30cm，导柱20底端安装于浇水执行单元的水箱3底面上。

浇水执行单元包括水箱3、滴灌仪2、溢水筒16以及水位控制筒19，其中水箱3设于浇水控制单元的压块14下方，浇水控制单元中的导柱20延伸至水箱3底部，溢水筒16设于水箱3中、导柱20、压块14下溢水筒16筒壁上部设有溢水孔17，下部设有出水孔18，出水孔18与一软管12密封连接，溢水筒16中的水经软管12由水箱3下部引出至水箱3外；水位控制筒19通过连通管21与水箱3连通；滴灌仪2进水端与软管12连接。水箱3底部穿置软管12处设有孔，软管12通过该孔与水箱3的箱壁密封不漏水。

浇水执行单元中还具有水位控制筒19，水位控制器4的水位检测部分设于水位控制筒19中，水位检测部分的信号线与水位控制器4的水位检测信号输入端相连，水位控制器4的输出端接有电磁阀22，该电磁阀22安装于自来水进水管路23中，通过水位控制筒19将水箱3中的水位控制在规定高度。

本实施例中，溢水筒16上部筒壁两侧各有一个直径为1.5cm溢水口，距溢水筒16底部1cm处设有一个直径1.5cm出水口，出水口与12软管相连。溢水筒16外部中间固定安装有一圆柱形浮子13，浮力为0.2kg；压块重0.4kg，溢水桶重0.1kg，浮子13压块14的作用下一直浸在水中。不需要浇水时，溢水筒16在其移动行程的最顶端，水位在溢水口以下0.5～1.0cm处；需要浇水时，溢水筒16下移，其最大行程需保证压块14仍在水位以上。

滴灌仪主体为一水平设置的喷头状结构，喷头状结构设有多个出水孔。本实施例中，喷头状结构直径10cm、高度1cm，筒底分布50个孔径为1mm的滴孔。

电源单元为电池，或通过稳压器直接与市电连接，为12v电源，还可利用太阳能实现供电。本实施例采用太阳能供电，包括太阳能板8、逆变器9、蓄电池11、太阳能板控制器10以及稳压器7，其中太阳能板8将太阳能转化为电能输送至逆变器9，逆变器9的输出端与控制器10相连，控制器4的输出端接有蓄电池11，蓄电池11的输出端经稳压器7接至土壤湿度测量单元的测量电极1、浇水控制单元中磁力开关的电磁线圈5以及浇水执行单元的水位控制器4的工作电源端。

本实施例中，蓄电池(12v100ah胶体蓄电池)、太阳能板控制器(12v30a，hp2430)、逆变器(12v3000w逆变器，稳定纯正弦波输出)、稳压保护器(采用tm-2000va型号、2000w)、太阳能电池板(12v100w多晶硅)。

植物的生长需要最佳的湿度范围，该最佳湿度范围可以通过一定物理参数表现出来，这个物理参数就是电阻率。对于一定的花土，其成分固定，电阻率固定，其电阻率的变化仅由土壤含水量的变化决定。以此为出发点，找出对应植物的最佳生长湿度范围，大于这个湿度范围属于低阻，小于这个湿度属于高阻。而对于一定的供电电压来说，低阻实现的是大电流，高阻实现的小电流，实际对于植物保湿来说，只要保证湿度靠近最佳湿度即可，即大于这个湿度就停止浇水，小于这个湿度就继续浇水，以实现植物生长的最佳湿度保持。对于这个最佳湿度，可有对应的电阻率为r，这个电阻率可以通过两个有一定距离的测量电极测得。在实际应用中，电阻率小于r停止浇水，电阻率大于r开始浇水。因此，需要设置一个开关装置，在土壤电阻率大于r时，开始浇水，小于r时，停止浇水。

本发明在设计时考虑以下几方面：

稳定性：设计简洁，维护方便，持久耐用，可方便安装和设置。

方便性：设备齐全，可同时控制多个花草的湿度电阻控制。

安全性：具有电压和电流充放电防护功能，可以安全的自动上水和浇水，在同等自动浇水系统中属于较为安全的一种结合方式。

电极要求：测量电极必须具备一定的空间，防止爆晒，测量电极具抗腐蚀，必须与土壤接触良好，必须可循环多次使用。

本发明在使用前，尤其要保证测量电极和土壤接触良好，以免影响数据监测。水箱3和水位控制器4与稳压器7连接，使水箱3中始终保持足够量的水，防止停水，即便在水管损坏或者停水的情况下，也不至于对花草有太大的影响。

当花盆内土壤较干时，土壤导电性差，通过测量电极检测到的电流较小，电磁铁磁性较小，因而吸力较弱，压块14压在溢水筒16上端，在压块14的重力作用下，将溢水筒16向下压入(而压块14不浸入水中)，当溢水筒16的溢水孔到达水箱3液面时，水箱3中的水经溢水孔17溢入溢水筒16中，通过软管进入滴灌仪2中，开始滴水；当花盆内含水量达到一定值，电阻减小，电路内电流变大电磁铁吸力变大，压块14克服自身重力，被吸离水面，溢水筒16在通过浮子得到的浮力作用向上移动，溢水孔17高于水面，溢水筒16不再继续溢入水，溢水筒16中不再向滴灌仪供水使滴灌仪停止工作。而当花盆内土壤再次变干时电磁线圈磁力弱，压块14掉下，进入下一次滴灌过程，从而一直使土壤保持最佳湿度状态。

本发明中，溢水筒16上端在浮力作用下一直与压块14底端抵接，通过压块14被电磁线圈吸引或释放来调溢水筒16上溢水孔17的高度来实现是否进水。

三个可变线圈抽头针对不同湿度喜好的植物，根据不同植物的情况可对线圈匝数做出改变，以下为参考，分别针对喜湿，一般和耐旱植物，使用时根据不同植物选择不同的线圈匝数进行接线。

400匝：叶兰，虎皮兰，绿萝，常春藤

500匝：橡皮树，金钱树，鸭脚木，豆瓣绿

750匝：绯花玉，天竺葵，沙漠玫瑰

本发明利用电磁开关的特性，当电流大时，电磁线圈5产生的磁场强度大，将吸附压块14到电磁线圈5底端，滴灌仪2停止浇水，

本发明的电源单元应用绿色太阳能，集绿色能源、电磁开关、自动浇水保湿为一体的植物生长维持系统。

电源单元中的太阳能板置于阳光充足之处，浇水执行单元的浇水管延伸至花草摆放处，可以仅浇灌一株，也可以同时浇灌多株，水箱容量按需要水量设计。如应用于花卉栽培大棚中，需要1000l以上的大容量水箱，同时浇水管需从总管并接出多根，每根设有多个出水孔，对应在各株花草土壤上方，同时注意调节滴灌仪的出水量满足浇水需用水量。而用于家庭中，则用2l左右的小水箱即可。注意水箱的高度要高于浇水高度。

本发明可对无人看管的花草进行自动浇水，减少了人力和传统能源供给的输出，实现新能源、电法测量电极传感器和电磁控制开关的完美结合，达到了通过根据不同花卉土壤中的电阻值来控制电流的大小，进而使电磁开关开闭，达到对浇水量和浇水时间的控制。