基于互联网的多功能中草药种植架设计

2023-07-10张玉琴

农业开发与装备 2023年5期

张玉琴，胡静

（威海市农业科学院，山东威海 264200）

0 引言

我国是中草药的种植大国，2020年，我国中草药种植总面积约555.946万hm2[1]。2019年10月，习近平总书记强调“要遵循中医药发展规律，传承精华，守正创新，加快推进中医药现代化、产业化”[2]。由此可见，利用先进的种植模式来提高中草药的种植效率与品质势在必行。

中草药种植可以分为大田种植和大棚种植两种种植模式。大棚种植较大田种植具有生长环境可以调控、降低自然灾害带来的种植风险、节约土地资源等优势，近年来这种种植模式得到了大力的推广应用［3］。根据大棚种植模式的需要设计了一种基于互联网的多功能中草药种植架，能够对土壤中的水分含量、中草药种植环境温度情况、光照强度的变化实施监测，并且可以通过无线传输模块将监测所得的数据传输至终端，有利于技术人员对中草药的日常养护。

1 设计背景

目前，生产过程中使用的中草药种植架结构过于简单，无法对土壤湿度，环境温度以及光照强度进行监测，且仍需要人工进行浇灌，无法确切地控制浇水量，因此设计了一种基于互联网的多功能中草药种植架，能有效解决生产过程中的一些技术问题。

2 总体结构

基于互联网的多功能中草药种植架（图1），包括架体组件（1）和终端（4），架体组件（1）的侧面对称固定连接有监测单元（2）和喷淋组件（3）。

图1 一种基于互联网的多功能中草药种植架的结构示意图

2.1 架体组件设计

架体组件（1）包括框架（11）以及框架（11）内设置的若干组种植框（12）。框架（11）的两组内侧面均等距离设有若干组的限位槽（13），种植框的两组外侧面均对称连接有两组限位块（14）；种植框（12）的内部均固定安装有湿度传感器（211）；限位槽（13）均呈“F”型结构，限位块（14）分别位于每组所述限位槽（13）的底部（图2）。

图2 基于互联网的多功能中草药种植架的架体组件结构示意图

2.2 监测单元设计

监测单元包括（图3、图4）：传感器模组（21）、单片机（22）、数据存储模块（23）、无线传输模块（24）。其中传感器模组（21）主要包括：湿度传感器（211）、温度传感器（212）、光强传感器（213），主要用于实时监测土壤中水分、环境温度以及光照强度的变化状态。单片机（22）与传感器模组（21）进行电性连接，用于对传感器模组（21）监测的数据进行整理分析，并对电子设备进行操控；数据存储模块（23）与单片机（22）进行连接，用于对传感器模组（21）监测的数据进行对比；无线传输模块（24）与单片机（22）进行连接，将单片机（22）整理后的数据传输至终端（4）。

图3 一种基于互联网的多功能中草药种植架的监测单元原理框架图

2.3 喷淋组件设计

喷淋组件（3）主要包括储水箱（31）、注水管（32）、水泵（33）、抽水管（34）、出水管（35）、连接管（36）、电子水阀（37）、储水管（38）、喷头（39）。储水箱（31）的侧壁贯穿固定连接注水管（32），顶端固定安装水泵（33）。水泵（33）的进水端与储水箱（31）的底部侧壁共同固定连接抽水管（34）；水泵（33）的出水端固定连接出水管（35）。出水管（35）的表面等距离贯穿固定连接有若干组的连接管（36）。每组连接管（36）的外部均套接有电子水阀（37）；其自由端均固定连接储水管（38），每组储水管（38）的一组侧面均等距离固定安装有若干组的喷头（39）。每组储水管（38）分别位于每组种植框（12）的上方，且分别与框架（11）的后侧面固定连接，单片机（22）与水泵（33）及若干组电子水阀（37）分别进行连接。

喷淋组件（3）在实际使用中，通过将注水管（32）与外部设备相连接，将水导入储水箱（31）的内部，根据电子水阀（37）的开关情况，通过水泵（33）将储水箱（31）内部的水送至若干组储水管（38）的内部，由若干组喷头（39）将水喷出（图5）。

图5 一种基于互联网的多功能中草药种植架的喷淋组件结构示意图

3 工作原理

在实际使用时，首先通过湿度传感器（211）、温度传感器（212）以及光强传感器（213），可实时对土壤中的水分的含量、中草药种植环境的温度情况以及光照强度的变化进行监测，并将其检测的数据传输给单片机（22），单片机（22）对收集的数据进行整理后通过无线传输模块（24）输送至终端（4），将监测所得的数据信息与数据存储模块（23）内部的数据进行对比，从而判断每组种植框（12）内部土壤的缺水情况。根据对比的数据，由单片机（22）根据每组种植框（12）内部土壤的缺水情况对相对应的电子水阀（37）进行操控，并控制水泵（33）进行工作，然后再根据电子水阀（37）的开关情况，通过水泵（33）将储水箱（31）内部的水送至若干组储水管（38）的内部，最后再由若干组喷头（39）将水喷出。

此外，通过限位槽（13）和限位块（14）的配合应用，可以对每组种植框（12）进行拆装，更有利于对中草药以及土壤的养护，并且多组可拆装的种植框（12）的应用，不仅可以分类进行中草药种植，而且使得种植管理井然有序。

在本设计中，单片机的型号为AT89S51、电子水阀的型号为DN08-50、湿度传感器型号为JK22342、温度传感器的型号为TS105、光强传感器的型号为BH1750FVI。在上述构件中，其结构特征、工作原理以及与外部连接的具体电路结构均采用现在已有的技术，此处不再详述。

4 设想

基于互联网的多功能中草药种植架的设计还存在一些不完善的地方，科技含量存在很多不足，由于专业知识方面的局限性，很多地方设计不是很精细。希望能得到更多相关行业专家的指导，如果在此设计中加入电脑芯片能与手机进行匹配，通过手机软件可以智能控制温度、湿度、光照时间，并能对其进行实时监控，使之能够更加方便人们的使用，这是我们下一步的努力方向。