家庭智能種植裝置的設計及實現(xiàn)

姜珍，姚陽，張博，滕婧，程佳

（北京工商大學，北京100048）

家庭智能種植裝置的設計及實現(xiàn)

姜珍，姚陽，張博，滕婧，程佳

（北京工商大學，北京100048）

隨著家庭種植數(shù)量的增加，其裝置的選擇性也在逐漸增加。主要從家庭種植裝置的現(xiàn)狀及使用情況來分析智能種植裝置的設計及實現(xiàn)。

家庭種植；智能裝置；設計；實現(xiàn)

1 家庭種植裝置的現(xiàn)狀及使用情況分析

1.1 當前家庭種植裝置的種類分析

當前，家庭可選擇的栽種裝置有許多種，如栽種槽、盆式裝置、墻體式種植裝置、立體裝置、梯架裝置等，尤其盆式種植裝置的使用率最大。家庭種植多在容器內(nèi)進行栽培，而較為常見的容器裝置主要包含陶瓷容器、瓦式容器、塑料容器等，此外還有些家庭采用自制的種植容器，比如家里面一些廢舊物的再改裝、器物的改裝等。不管使用哪種類型的盆式容器，都需要具備不易損、透氣性，可以容納足夠的種植基質供應植物生長，此外其外觀還要具備可觀賞性。梯架裝置栽種使用立體式的階梯型或多層花架擺放植物，陳列盆景或花草。立體裝置栽種的外觀一般呈現(xiàn)出柱狀，能夠起到節(jié)約空間的作用。種植槽有固定式和活動式兩種，而活動式種植槽的放置形式可分為懸掛式與落地式兩種。家庭栽種可以靈活采取多個栽種方式相結合的方式，尤其是垂直墻面綠化的應用，既可以添加墻面的綠化量，又可以呈現(xiàn)出多方位、多角度的自然景觀[1]。

1.2 當前家庭種植裝置的技術分析

使用土壤來種植花草大多存在于家庭式，水培和無土栽培的方式也存在于一部分城市家庭中，而目前市場上面向家庭出售的栽種裝置一般只具備簡單容器的功能，也會有些具備簡單智能控制作用的栽種箱和具備自動澆灌能力的花盆。而城市居民家中的栽種裝置還是以自制容器、花盆、花架和吊盆為主，很少會使用到帶有專業(yè)功能的種植裝置。

1.3 當前家庭種植裝置的缺點分析

據(jù)有關數(shù)據(jù)表明，大多數(shù)家庭栽種選擇的是盆式種植方式，但是市場上的盆式裝置的重量很大、規(guī)格不統(tǒng)一，且占地面積也很大，通常會讓家里顯得雜亂無章，從而影響到居民的居住環(huán)境和生活質量[2]。

總的來說，居民通過栽種活動來獲取健康綠色的食材、良好的居家環(huán)境與心理成就感和滿足感，但是在栽種裝置的選擇上，居民往往依據(jù)現(xiàn)有產(chǎn)品來挑選美觀且易用性較強的產(chǎn)品，其功能較為單一，并未被充分挖掘和利用，可以說，栽種對于居民而言，是一種有益且長期的活動，然而種植的專項服務及產(chǎn)品體系并未和家庭的實際需要相吻合，因此就需要智能化的種植裝置來充分滿足家庭種植的需求。

2 家庭智能種植裝置的設計分析

2.1 家庭智能種植裝置的設計思路分析

一般情況下，家庭智能種植裝置需要具備以下特點。

2.1.1 模塊化特點

商品模塊化在商業(yè)及生產(chǎn)方面都具備非常重要的意義，其不但可以加大商品的開發(fā)速率，減少開發(fā)成本，而且可以大大提升商品的可靠性，增添商品的多樣化并能夠簡化商品的功能及內(nèi)部結構的復雜度。而模塊化的類型主要有單元系列、成套系列以及品牌系列等，家庭智能種植裝置的設計可以選擇使用單元模塊化的形式，以此來提升空間的使用率，減少生產(chǎn)成本，還能夠為居民管理、使用裝置提供便利。目前家庭種植裝置存在放置不便、規(guī)格不一、簡單粗放等問題，而模塊化的栽種裝置設計就能夠有效解決以上問題[3]。

2.1.2 生態(tài)化特點

商品的生態(tài)化把商品和人以及自然生態(tài)環(huán)境看作一個統(tǒng)一的整體，著重的是在商品的生命周期過程中，考慮如何有效節(jié)省材料、資源；如何有效降低污染物的排放和殘留；如何提升商品的回收及再使用率；如何將使用環(huán)境和大自然達到和諧統(tǒng)一。

智能裝置的設計可以使用滴灌技術，提升水資源的使用率，節(jié)省資源。同時在裝置的造型和結構方面，可以選擇耐用性強、成本低廉的再生材料當作商品模塊的主體結構，不銹鋼材質作為商品的骨架結構，符合生態(tài)化的理念。

2.1.3 智能化特點

在裝置設計過程中能夠結合智能化的措施與技術，把光效、溫度、灌溉用水量、滴灌間隔的時間等重要信息數(shù)據(jù)通過液晶顯示屏讀取出來，并設計成交互的界面，如此一來，家庭居民不僅可以進行簡單便捷的操作，而且可以根據(jù)不一樣的狀況來栽種不同的植物，并采用差異化的方式來對裝置進行日常維護。同時，栽種裝置的智能化、信息化以及自動化的程度也有了更大的提升。家庭種植裝置還能夠使用智能化的終端掌控裝置，同時在裝置上布置多個傳感設施，起到濕度、營養(yǎng)濃度、水量、溫度等多種感應作用，并可以及時察覺到外界環(huán)境的變化，并自行進行調節(jié)控制。

2.2 家庭智能種植裝置的構成分析

2.2.1 灌溉系統(tǒng)

結合滴灌技術的使用原理，利用管道、水流壓力、出水滴頭等幾個大的構件，共同構成灌溉系統(tǒng)，對家庭栽種的植物進行定量定時的灌溉，能夠有效解決居民由于時間緊張而忘記澆水或不清楚如何照看植物的問題。

2.2.2 循環(huán)系統(tǒng)

智能裝置的循環(huán)系統(tǒng)通常是由回流管道、水泵、滴灌管道、電磁閥、流量表、水箱、單片機、魚缸組成的，應與灌溉系統(tǒng)進行有效結合，共同實現(xiàn)水循環(huán)。

2.2.3 智能控制系統(tǒng)

該系統(tǒng)作為家庭智能種植裝置的調節(jié)和感應器，能夠及時感應到家庭周邊濕度、溫度以及土壤的干濕度等情況，有助于植物在最佳的生長環(huán)境中生長。

3 家庭智能種植裝置的實現(xiàn)分析

3.1 家庭智能種植裝置構成系統(tǒng)的實現(xiàn)分析

3.1.1 種植載體的硬件分析

種植載體的硬件部分主要有后置的花架、組合式花盆、魚缸、水缸、滴灌軟管、水滴頭等。

3.1.2 灌溉系統(tǒng)與循環(huán)系統(tǒng)

水從上方水箱流出，進入到滴灌軟管中，再分別流入到花盆，花盆的底部有小孔，多余的水會由小孔流出并進入到下方的魚缸中；而當上方水箱中的水量減少時，可以通過下方魚缸中的水泵將魚缸中的水抽到水箱中，繼續(xù)完成水補給的循環(huán)系統(tǒng)。如此一來，用來澆灌植物的水會帶有魚池中的肥料成分和養(yǎng)料，對植物有一定的益處。見圖1。

3.2 家庭智能種植裝置的空間布局及造型結構分析

該裝置的造型是一種簡單的方形結構，尺寸大小是95 cm×40 cm×150 cm，便于放置在陽臺或者有限的家庭空間中。種植的空間呈現(xiàn)出垂直的分布，有5個橫梁可以放種植的花盆，至少每層可以放2～3個花盆，突破了以往花盆散放的狀況。在垂直方向采用多元化組合向立體性發(fā)展，同時布局結構的優(yōu)化也提升了空間的使用率，可以一次種植10盆以上的植物，具備一定的種植規(guī)模，如果只選擇種植蔬菜就可以滿足一個三口之家的日常需求。同時，操作方式也更加人性化。智能栽種裝置的外觀更符合我國人體的尺寸，增加了家庭用戶在應用上的舒適度。種植裝置的光效、溫度、澆灌間隔期以及用水量等都可以顯示在配套的電子屏上，有利于家庭用戶根據(jù)相關數(shù)據(jù)來采取對應的操作，從而實現(xiàn)精準控制。

圖1 灌溉系統(tǒng)與循環(huán)系統(tǒng)

4 結束語

本文主要針對家庭用戶向往美好的居住生活與向往綠色健康生活的需求和趨勢，提出將智能化和種植裝置相結合的方式，并利用家庭住宅空間，進行家庭智能種植裝置的設計及實現(xiàn)分析。

[1] 王敏，陳娟.城市陽臺綠化調查與設計[J].北方園藝，2011（10）：123-124.

[2] 楊洲，高銳濤，李嘉勇.陽臺種植裝置的優(yōu)化設計[J].機械設計，2013（05）：55-57.

[3] 李奕頤.家庭種植裝置系統(tǒng)研究與設計[D].上海：東華大學，2013.

1005-2690（2017）11-0097-02

S126；TP391.44；TN929.5

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2017-10-25）