滕海坤,梁欣欣,蔣翊彬
(黑河學(xué)院 計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院,黑龍江 黑河 164300)
無(wú)論是城市還是農(nóng)村,人們都在家中種植一些自己喜愛(ài)的花草,擺放觀賞或凈化空氣的盆栽,但是由于長(zhǎng)時(shí)間出門在外,家中這些花草或盆栽無(wú)人照顧,如果長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有澆水就會(huì)面臨枯竭而亡。因此,為了解決這個(gè)問(wèn)題,文章利用TIRZ理論設(shè)計(jì)了一款以單片機(jī)為核心,土壤傳感器為檢測(cè)器件,繼電器控制水泵的智能澆花系統(tǒng),做到無(wú)需人工干預(yù)自動(dòng)澆灌;同時(shí),現(xiàn)在人們養(yǎng)植物都是比較隨性的,對(duì)花草或盆栽了解不夠,使植物的成活率不高,導(dǎo)致該問(wèn)題的原因是植物生長(zhǎng)需要適宜的土壤濕度,這會(huì)使植物不能正常健康生長(zhǎng),本系統(tǒng)也能夠解決相應(yīng)問(wèn)題,讓花草或盆栽得到及時(shí)適量的澆灌,節(jié)約了人力資源,有利于植物的健康生長(zhǎng)。
由于不同的花草或盆栽有不同的需水特性,澆水應(yīng)做到適時(shí)適量,按需求澆灌。本設(shè)計(jì)使用單片機(jī)和模數(shù)轉(zhuǎn)換器為系統(tǒng)核心,根據(jù)土壤檢測(cè)探頭檢測(cè)盆栽土壤當(dāng)前的濕度,與設(shè)定的適宜植物生長(zhǎng)溫度范圍進(jìn)行比較,如果檢測(cè)的土壤濕度值低于單片機(jī)設(shè)定范圍的下限值,單片機(jī)控制繼電器開(kāi)關(guān)閉合,水泵進(jìn)行工作;如果檢測(cè)土壤濕度的值高于單片機(jī)設(shè)定范圍的上限值,單片機(jī)控制繼電器開(kāi)關(guān)斷開(kāi),水泵停止工作。同時(shí),系統(tǒng)設(shè)計(jì)了四組澆灌裝置,通過(guò)單片機(jī)采用查表的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)每組澆水量的模糊控制,也就是說(shuō)單片機(jī)根據(jù)需要控制每組澆灌裝置的水量,使系統(tǒng)可以達(dá)到澆灌多種花草或盆栽的目的。在軟件設(shè)計(jì)時(shí),將其土壤濕度值允許區(qū)間存入表格中,即模糊控制響應(yīng)表,這些數(shù)據(jù)均是人們長(zhǎng)期積累的經(jīng)驗(yàn)值,并將表格事先置入ROM存儲(chǔ)區(qū)的某一位置中供查表使用。例如:對(duì)仙人掌進(jìn)行自動(dòng)澆灌,單片機(jī)將采集到的濕度信號(hào)與表格中的仙人掌最小濕度值進(jìn)行比較,當(dāng)采集到的濕度值小于表格中的最小濕度值時(shí),開(kāi)始澆水;當(dāng)采集到的濕度值大于表格中仙人掌的最大濕度值時(shí),停止?jié)菜?,從而有針?duì)性地控制澆灌的時(shí)機(jī)和水量。
(1)系統(tǒng)完備性法則。一個(gè)完整的智能控制系統(tǒng)應(yīng)具有執(zhí)行功能、傳動(dòng)功能、能源功能和控制功能等集中功能。文章利用TRIZ理論中的完備性法判斷整個(gè)系統(tǒng)都包含哪些執(zhí)行裝置、傳動(dòng)裝置、動(dòng)力裝置、能量源、控制裝置和產(chǎn)品組成。系統(tǒng)完備性法則如圖1所示。
圖1 系統(tǒng)完備性法則
圖2 系統(tǒng)的九屏幕圖
(2)九屏幕圖。九屏幕圖法是TRIZ理論中提出的一種克服思維慣性的創(chuàng)新思維方法。同時(shí)也是技術(shù)創(chuàng)新過(guò)程中廣泛應(yīng)用于解決工程問(wèn)題的一種有效工具。文章利用九屏幕圖涉及到系統(tǒng)的現(xiàn)在、過(guò)去和未來(lái)等九個(gè)方面,使作者能夠從更廣的視角多方面、多層次和多維度系統(tǒng)地看待問(wèn)題,從而更好地解決創(chuàng)新問(wèn)題。我國(guó)現(xiàn)在身處大發(fā)展大變革時(shí)代,科技也在不斷地進(jìn)步,從文章來(lái)講,澆花系統(tǒng)并不是只有這一種,所描述的澆花系統(tǒng)不過(guò)是對(duì)之前進(jìn)行總結(jié),并結(jié)合當(dāng)今時(shí)代“取長(zhǎng)補(bǔ)短”出來(lái)的結(jié)果。智能澆花系統(tǒng)的九屏幕圖如圖2所示。
(3)最終理想解。系統(tǒng)的最終理想解:①設(shè)計(jì)的最終目標(biāo)——系統(tǒng)能夠自己澆花;于理想化最終結(jié)果——系統(tǒng)自己能夠利用技術(shù)澆花;③達(dá)到理想解的障礙是——系統(tǒng)進(jìn)行澆花時(shí)需要外接水源;④出現(xiàn)這種障礙的結(jié)果是——無(wú)法提高水資源的利用率;⑤不出現(xiàn)這種障礙的條件是——實(shí)現(xiàn)蒸汽->水的充分轉(zhuǎn)化。
(4)方案生成。根據(jù)TRIZ理論中的系統(tǒng)完備性法則、組件分析、九屏幕圖和最終理想解,結(jié)合實(shí)際需求,最終確定本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案,并得出試驗(yàn)品,經(jīng)操作人員實(shí)際使用,從組裝過(guò)程到使用各方面指標(biāo)都滿足當(dāng)前的用戶要求。
智能澆灌是一項(xiàng)綠色環(huán)保、節(jié)約勞動(dòng)力的實(shí)踐工程,其意義較為深遠(yuǎn),有廣闊的發(fā)展空間。文章所述的智能澆花系統(tǒng),適用于家居、辦公室等場(chǎng)所,可以有效地解決現(xiàn)實(shí)生活中存在的問(wèn)題,減少人力資源,科學(xué)澆灌。而TRIZ創(chuàng)新理論作為創(chuàng)新方法的一種,在解決實(shí)際問(wèn)題、產(chǎn)品改進(jìn)、新產(chǎn)品研發(fā)等方面起到了積極作用。文章利用這一創(chuàng)造性的思維方法,結(jié)合現(xiàn)有的解決方案存在的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題進(jìn)行創(chuàng)新性的解決,并進(jìn)一步對(duì)整個(gè)裝置進(jìn)行創(chuàng)造研發(fā),最終設(shè)計(jì)出一個(gè)具有創(chuàng)新性、實(shí)用性、智能化的設(shè)計(jì)方案。
參考文獻(xiàn)
[1]曹福全.創(chuàng)新思維與方法概論[M].哈爾濱:黑龍江教育出版社,2009.