基于互聯網的多功能中草藥種植架設計

張玉琴，胡 靜

（威海市農業科學院，山東威海 264200）

0 引言

我國是中草藥的種植大國，2020年，我國中草藥種植總面積約555.946萬hm2[1]。2019年10月，習近平總書記強調“要遵循中醫藥發展規律，傳承精華，守正創新，加快推進中醫藥現代化、產業化”[2]。由此可見，利用先進的種植模式來提高中草藥的種植效率與品質勢在必行。

中草藥種植可以分為大田種植和大棚種植兩種種植模式。大棚種植較大田種植具有生長環境可以調控、降低自然災害帶來的種植風險、節約土地資源等優勢，近年來這種種植模式得到了大力的推廣應用［3］。根據大棚種植模式的需要設計了一種基于互聯網的多功能中草藥種植架，能夠對土壤中的水分含量、中草藥種植環境溫度情況、光照強度的變化實施監測，并且可以通過無線傳輸模塊將監測所得的數據傳輸至終端，有利于技術人員對中草藥的日常養護。

1 設計背景

目前，生產過程中使用的中草藥種植架結構過于簡單，無法對土壤濕度，環境溫度以及光照強度進行監測，且仍需要人工進行澆灌，無法確切地控制澆水量，因此設計了一種基于互聯網的多功能中草藥種植架，能有效解決生產過程中的一些技術問題。

2 總體結構

基于互聯網的多功能中草藥種植架（圖1），包括架體組件（1）和終端（4），架體組件（1）的側面對稱固定連接有監測單元（2）和噴淋組件（3）。

圖1 一種基于互聯網的多功能中草藥種植架的結構示意圖

2.1 架體組件設計

架體組件（1）包括框架（11）以及框架（11）內設置的若干組種植框（12）?？蚣埽?1）的兩組內側面均等距離設有若干組的限位槽（13），種植框的兩組外側面均對稱連接有兩組限位塊（14）；種植框（12）的內部均固定安裝有濕度傳感器（211）；限位槽（13）均呈“F”型結構，限位塊（14）分別位于每組所述限位槽（13）的底部（圖2）。

圖2 基于互聯網的多功能中草藥種植架的架體組件結構示意圖

2.2 監測單元設計

監測單元包括（圖3、圖4）：傳感器模組（21）、單片機（22）、數據存儲模塊（23）、無線傳輸模塊（24）。其中傳感器模組（21）主要包括：濕度傳感器（211）、溫度傳感器（212）、光強傳感器（213），主要用于實時監測土壤中水分、環境溫度以及光照強度的變化狀態。單片機（22）與傳感器模組（21）進行電性連接，用于對傳感器模組（21）監測的數據進行整理分析，并對電子設備進行操控；數據存儲模塊（23）與單片機（22）進行連接，用于對傳感器模組（21）監測的數據進行對比；無線傳輸模塊（24）與單片機（22）進行連接，將單片機（22）整理后的數據傳輸至終端（4）。

圖3 一種基于互聯網的多功能中草藥種植架的監測單元原理框架圖

2.3 噴淋組件設計

噴淋組件（3）主要包括儲水箱（31）、注水管（32）、水泵（33）、抽水管（34）、出水管（35）、連接管（36）、電子水閥（37）、儲水管（38）、噴頭（39）。儲水箱（31）的側壁貫穿固定連接注水管（32），頂端固定安裝水泵（33）。水泵（33）的進水端與儲水箱（31）的底部側壁共同固定連接抽水管（34）；水泵（33）的出水端固定連接出水管（35）。出水管（35）的表面等距離貫穿固定連接有若干組的連接管（36）。每組連接管（36）的外部均套接有電子水閥（37）；其自由端均固定連接儲水管（38），每組儲水管（38）的一組側面均等距離固定安裝有若干組的噴頭（39）。每組儲水管（38）分別位于每組種植框（12）的上方，且分別與框架（11）的后側面固定連接，單片機（22）與水泵（33）及若干組電子水閥（37）分別進行連接。

噴淋組件（3）在實際使用中，通過將注水管（32）與外部設備相連接，將水導入儲水箱（31）的內部，根據電子水閥（37）的開關情況，通過水泵（33）將儲水箱（31）內部的水送至若干組儲水管（38）的內部，由若干組噴頭（39）將水噴出（圖5）。

圖5 一種基于互聯網的多功能中草藥種植架的噴淋組件結構示意圖

3 工作原理

在實際使用時，首先通過濕度傳感器（211）、溫度傳感器（212）以及光強傳感器（213），可實時對土壤中的水分的含量、中草藥種植環境的溫度情況以及光照強度的變化進行監測，并將其檢測的數據傳輸給單片機（22），單片機（22）對收集的數據進行整理后通過無線傳輸模塊（24）輸送至終端（4），將監測所得的數據信息與數據存儲模塊（23）內部的數據進行對比，從而判斷每組種植框（12）內部土壤的缺水情況。根據對比的數據，由單片機（22）根據每組種植框（12）內部土壤的缺水情況對相對應的電子水閥（37）進行操控，并控制水泵（33）進行工作，然后再根據電子水閥（37）的開關情況，通過水泵（33）將儲水箱（31）內部的水送至若干組儲水管（38）的內部，最后再由若干組噴頭（39）將水噴出。

此外，通過限位槽（13）和限位塊（14）的配合應用，可以對每組種植框（12）進行拆裝，更有利于對中草藥以及土壤的養護，并且多組可拆裝的種植框（12）的應用，不僅可以分類進行中草藥種植，而且使得種植管理井然有序。

在本設計中，單片機的型號為AT89S51、電子水閥的型號為DN08-50、濕度傳感器型號為JK22342、溫度傳感器的型號為TS105、光強傳感器的型號為BH1750FVI。在上述構件中，其結構特征、工作原理以及與外部連接的具體電路結構均采用現在已有的技術，此處不再詳述。

4 設想

基于互聯網的多功能中草藥種植架的設計還存在一些不完善的地方，科技含量存在很多不足，由于專業知識方面的局限性，很多地方設計不是很精細。希望能得到更多相關行業專家的指導，如果在此設計中加入電腦芯片能與手機進行匹配，通過手機軟件可以智能控制溫度、濕度、光照時間，并能對其進行實時監控，使之能夠更加方便人們的使用，這是我們下一步的努力方向。

5 結語

在現有的中草藥種植架的基礎上設計了一種基于互聯網的多功能中草藥種植架，完成了以下工作[4]：

1）完成了基于互聯網的多功能中草藥種植架的具體設計。

2）監測單元及整體設計的工作原理驗證。3）對種植架的組件型號進行了參數化設計。