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吊兰缺水报警装置
文章来源:学生科技网   发布时间: 2015-1-21   浏览次数:   字号:[ ] [打印]
 

吊兰缺水报警装置

  一、选题背景

  1.需求出现

  我妈妈特别喜欢养花,尤其是吊兰,但是妈妈的工作很忙,妈妈就把浇水的任务交给了我。可是我经常忘记浇水,好几次都差点把花干死了。于是,我想做一个装置,当吊兰需要浇水的时候,就会自动提醒我,给吊兰定时浇水,避免吊兰干枯而死,于是我开始了初步的研究。

  2.现有解决方案调查

  我在网上查询了一下,看有没有解决了这个问题的方法。

  通过搜索“缺水报警”这个关键词,我发现这样的装置的确有,如“盆花缺水报警装置”,好像是大学中自动化专业的一个实验课题。他们的设计思路都是监控土壤的湿度,运用湿土比干土导电性好的原理,设计出一套电子电路测量土壤的导电性,然后触发报警。这样的装置貌似很先进,有一套专门的电路,但是对于我这个初一的学生来说有点难,而且花销也很大。我想发明的这个提醒人们浇水的小装置,希望是比较既实用和廉价的。能用简单办法解决的问题,何必把它复杂化呢?

吊兰缺水报警装置

  二、设计方案

  1、我的设计思路:

  缺水报警器是应该通过监控吊兰浇水前后的状态差别来实现报警的。浇水前后除了土壤的干湿状态发生了变化,还有别的状态发生变化了吗?很显然,吊兰缺水时和浇水后的重量是不一样的,差别就是所浇水的重量。那么,能不能用监控吊兰重量的办法来知道吊兰是否缺水呢?

  2、开始时我有几种设想:

  方案一:弹簧秤、弹簧法

  弹簧秤法:妈妈买菜时用的弹簧秤给了我灵感。我想,我把吊兰挂在弹簧秤上,弹簧秤就会伸出一段长度,此时弹簧秤的读数在A点;然后浇上水,弹簧秤会再伸长一些,此时弹簧秤的读数在B点;而当吊兰再次缺水时,就会恢复到原来的重量,于是弹簧秤读数会恢复到A点。我可以装两个触点,一个在秤身上,一个在标尺上,当读数为A时,两触点能接触,而读数为B时,两触点被拉开。然后我再用这两个触点作为开关,联通一个可以发声发光的报警装置。每当开关闭合时,就会联通电路,让报警装置工作,这样就可以达到缺水报警的目的了。可是当我拿弹簧秤试验的时候就遇到了困难,原来一般弹簧秤量刻度比较密,挂上10公斤的重物才伸出几厘米。那么浇一次水的重量只能让秤伸长一点点。这样触点要做得非常精准才行。我自认为手艺不够好,而且也没有必要把它做成精密仪器,所以就放弃了使用现成的弹簧秤。

  弹簧法:于是我就想把弹簧秤直接换成弹簧,也就是自制一个没有刻度的弹簧秤,其余的操作方法不变。但和弹簧秤一样,他们都导电,所以在安装触点的时候还要进行绝缘处理,比较麻烦。更重要的是,弹簧局限性太大。我在物理老师那,找到一些比较松软的弹簧,在五金店也看到了比较紧的大弹簧。不同重量的盆花可以选择不同松紧的弹簧。但问题是如果每换一盆花都要费好大力气去找一根合适的弹簧就太不实用了。于是,弹簧也被我放弃了。

  方案二:松紧带或胶皮筋法

  不用弹簧,那么就换其它替代材料试试。我先找了些松紧带或橡皮筋代替弹簧,结果发现松紧带弹性不稳定,如果吊的花盆比较重,时间长了,会出现弹力减弱使电路无法闭合的情况。所以我认为这个替代材料不可行,就排除了。

  方案三:胶皮管法

  我继续在方案二和方案一的基础上改进,这次选用了医用胶皮管。首先胶皮管可以根据花的重量选取单股或多股,这样就能适用于各种重量的盆花了。而且胶皮管本身就绝缘,解决了弹簧秤导电干扰触点的问题,根据花盆的重量还可以自由的调节两个触点的位置。制作原理还是跟弹簧秤相同,只不过是把弹簧变成了胶皮管。这样就更加方便灵活了,成本还很低。

  改进后操作起来更简洁,也更方便,是最佳方案。

吊兰缺水报警装置

  三、制作模型

  方案选择好后,我开始了小模型的制作。我把坏了的电动小汽车上面的电线、小灯泡拆卸下来,准备按照方案三进行试验。

  可是在制作过程中,我遇到了很多困难。像电动车里的电线太细了,很容易断。用电动车上拆下的电池盒也不太合理,用的电池太多了,这样就不符合廉价实用的原理,而且体积太大还很累赘。

  在前面实验失败的基础上,我不断改进,最终将缺水报警装置做成了现在的样子。制作步骤如下:

  1、准备材料

  我先去药店买了一根一米长的医用胶皮管,花销是3元。然后去小商品市场买了个电子音乐贺卡,花销是5元。锯一截家里装修时剩的窗帘槽(废料),从坏玩具中拆几根粗细合适的导线,又找来铁丝、瓶盖、酸奶盒、矿泉水瓶、小石子、细绳等。

  2、制作

  2.1仿制弹簧秤

  先要仿制一个弹簧秤。秤身用家里装修时剩下的窗帘槽废料,我锯下一小段,非常和用,而且窗帘槽是绝缘的,解决了前面试验的遇到的秤身导电问题。

  胶皮管链接到秤钩上,由于要根据重量调节长度,可以先留的长一些。组装很顺利,装好后,除了没有刻度,就是一个不错的弹簧秤。然后还要用铁丝做一个卡子,根据盆花模型的重量卡在相应的位置,做另一个触点。

  2.2仿制吊兰重物、浇水重物

  用酸奶盒做花盆,里面放上一定重量的石子,上面用泡沫封口,泡沫上可以贴些装饰物,这个,仿制的吊兰重物,叫它重物a,然后再估算出平时一次浇水的量,用矿泉水瓶子装了,叫作重物b。

吊兰缺水报警装置

  四、实物试验、调试

  称重装置制作好后就要调试了。先将重物a挂在挂钩上,在秤身上做个标记A点;然后将a和b一起挂在挂钩上,在秤身上做个标记B点。这时需要仔细调整胶皮管有效部分的长度,如果太短了,A、B点间距离太小,简易触点精度不够,装置就不会好用;如果太长了,A、B点会跑出秤身的范围,那么也就没法用了。我的这个吊兰模型不大,用单股胶皮管正合适,如果盆花比较重,也可以用双股甚至更多股。总之,调整的目的就是让A、B都在秤身范围内,且两点间的距离越大越好。

  调好胶皮管长度后,就安装触点。当初做挂钩的时候,我已经上面留出一个触点,铁丝卡子是另一个触点,要将它卡在A点位置。卡子做成可以上下滑动的,首先是调试时的需要;其次当花长大变重后,A点会下移,这时卡子也要随着下移,以保证触点能够闭合。

  最后,就要做声光报警装置了。这个最容易,只要把音乐贺卡里面的电子部分拆出来,固定在秤身上,再从开关位置引出两根电线接到两个触点上,就大功告成了。为了美观和耐用,我用一个透明的瓶盖将电路装起来,然后用胶带固定在秤身上。

  五、改进设想

  试用表明,我做的吊兰缺水报警器完全达到了我的设计要求。但是随着制作的完成,我又有了一些新的想法。

  首先,现在的报警器一经启动后,只有浇水过后才会停下。最好能有个电路能控制一下,在没人理睬的时候,警报每小时响一次,每次一分钟。正好我这学期参加了学校的单片机小组,等我学会了,编个程序做这件事应该不难。但是这样一来,这个报警装置会变得复杂很多,还会增加控制装置和所需电源的重量和体积,如果不能用集成的方式让其小型化,那么加上也很是累赘。因此,如果不是成批生产的话,现在的处理方法应该是性价比最好的了。

  其次,这个报警装置只能用于吊兰这种悬挂的盆栽。如果放在地上的盆栽也能用就好了。这点我也想到了解决方案,就是改装一个体重秤,将触点分别装在刻度盘和指针上。这样,同样可以利用监控盆花浇水前后的重量差别,达到缺水报警的效果。这个改动也不算麻烦,但是需要一些成本。如果这次的吊兰缺水报警器获得成功,我就能够向妈妈申请新的经费来解决这个课题了。

吊兰缺水报警装置

  六、本设计的优点

  我设计的这个吊兰缺水报警器有以下几个优点:

  1、原理简单,只涉及简单的力学知识。(拆来的报警电路不算。要想完全不用电子电路,用指针上顶的力量竖起一面小旗也能做到。不过那样结构反而复杂了,效果也没现在好。)

  2、结构简单、易于制作,低碳节能。

  3、价格低廉、材料易于准备。(我的制作成本不足10元)

  七、感受

  我很高兴能参加这次活动。在这段时间里,通过试验设计、动手制作、改进研究等活动,提高了我的研究创新意识和动手动脑能力、独立思考能力,还增长了知识。我希望多参加这类活动,它对我帮助很大。

  八、创新点

  1、废弃物改装,低碳节能

  2、原理简单,只涉及简单的力学知识

  3、易于制作、操作和普及

 
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