吳笛　李湘南　朱恒強(qiáng)　傅洪波

摘要：隨著生活水平的提高，許多居民喜歡在家中種植花草，但一些人時(shí)常因出差而擔(dān)心家中的植物沒人管理而枯死。如果一次性澆水過多，則花盆中的積水容易引來蚊子。眾所周知，蚊子是登革熱的傳播媒介。為了解決這些問題，基于毛細(xì)現(xiàn)象和水位差原理，設(shè)計(jì)了一種由花盆、自動(dòng)續(xù)水裝置和蓄水裝置組成的自動(dòng)汲水防蚊的花盆系統(tǒng)，并使用3D打印技術(shù)形成實(shí)物。該模具不僅可以實(shí)現(xiàn)一盆花的自動(dòng)續(xù)水，也可以通過并聯(lián)或串聯(lián)的方式同時(shí)對(duì)幾十盆花澆水，既解決了上述問題，又具有成本低、應(yīng)用價(jià)值高的特點(diǎn)，模具的設(shè)計(jì)實(shí)用而且便宜，適合在家庭中推廣使用。

關(guān)鍵詞：防蚊花盆;毛細(xì)現(xiàn)象;水位差;自動(dòng)續(xù)水

中圖分類號(hào)：S688

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI： 10.15913/j.cnki.kjycx.2019.11.016

隨著社會(huì)的發(fā)展，室內(nèi)花草種植越來越受到人們的喜愛。許多的城鄉(xiāng)居民為了美化環(huán)境、凈化空氣，喜歡在家中種植一些花草。而植物是離不開水的，需要常常澆灌。而人們出差或有事不在家時(shí)，植物的供水就會(huì)中斷，面臨缺水問題，進(jìn)而影響到植物的正常生長。尤其是夏季外出度假時(shí)，家中花草極易死亡，導(dǎo)致很多人愛花但不想養(yǎng)、不敢養(yǎng)。此外，澆水若不適量，容易積水，在花盆中極易引來蚊子，有傳播登革熱的隱患。針對(duì)上述問題，一些花盆采用智能設(shè)計(jì)來完成澆水控制[1-3]，但又因價(jià)格太高而讓很多居民望而卻步，也有其他發(fā)明設(shè)計(jì)，基于簡單的機(jī)械原理，但其稍顯復(fù)雜，系統(tǒng)性較差[4]。本文的設(shè)計(jì)采用最簡單的力學(xué)原理和最少的部件，并利用3D打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)了一種新型的自動(dòng)汲水防蚊花盆系統(tǒng)，經(jīng)試用效果良好。該花盆系統(tǒng)不需要人工澆水，也不會(huì)造成積水，可靠、實(shí)用且?guī)缀鯙槿芰现破?，價(jià)格實(shí)惠，具有較好的市場推廣前景。

1 裝置需求分析

栽花種草，澆水是一個(gè)實(shí)際問題，特別是居家的盆栽。普通花盆需要人工澆水，一般只在一個(gè)時(shí)段，比如早上給其澆水，很難做到適時(shí)適量。另外，要想防蚊，花盆也不能蓄水。遇到酷熱天氣，一些植物得不到充足的水，易面臨枯死的問題。如何應(yīng)對(duì)上述問題，是本發(fā)明設(shè)計(jì)的初衷。

2 裝置的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

根據(jù)需求分析，利用Solidworks軟件畫出需要的模具圖樣，其展示了本系統(tǒng)工作原理?；ㄅ杓捌涔┧到y(tǒng)如圖1所示，右邊上盆是平常的花盆，花盆下是自配的蓄水箱。圖1左邊是公用儲(chǔ)水箱，為了產(chǎn)生水位差，圖示儲(chǔ)水箱處于較高位置。水位差把水輸送到右邊的花盆下蓄水箱，該箱中的水用毛細(xì)現(xiàn)象把水輸送到上方花盆的土壤中。整個(gè)裝置蓄水部分封閉，因此，可以防止引來蚊蟲。另外，引入了3D打印來完成樣品制作。3D打印技術(shù)作為一種快速成型技術(shù)，以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體。由于本樣品幾乎采用塑料材質(zhì)，而相應(yīng)的配件無法實(shí)現(xiàn)市場購買，因此借助3D打印技術(shù)來實(shí)現(xiàn)樣品制作。值得一提的是，3D技術(shù)還可以按照個(gè)人審美品味、植物需求，甚至結(jié)合專業(yè)外觀設(shè)計(jì)來打印花盆和裝置的外觀模型，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化定制。3D打印的簡易花盆和底座結(jié)構(gòu)如圖2所示。

其中，花盆底部有若干小孔，孔徑足夠讓棉線伸進(jìn)來即可，孔數(shù)可根據(jù)不同植物需水量來設(shè)計(jì)，但不可過多或者過大，否則會(huì)產(chǎn)生下漏現(xiàn)象?；ㄅ韬偷鬃男钏渫ㄟ^棉線連接，利用棉線的毛細(xì)現(xiàn)象可將水自動(dòng)輸送到花盆中。棉線的吸水能力很強(qiáng)，可通過改變棉線的材質(zhì)、粗細(xì)、長短和數(shù)量來適應(yīng)不同植物對(duì)水的需求，也可使用其他材質(zhì)的材料來控制毛細(xì)吸水速率，以控制花盆土壤濕度。

花盆底座由蓄水箱、固定罩和浮標(biāo)組成。其中，固定罩和浮標(biāo)組成水位控制關(guān)鍵部件，在設(shè)計(jì)上區(qū)別于已有的發(fā)明。在固定罩固定蓄水箱的底部之前，將環(huán)狀浮標(biāo)套進(jìn)固定罩，再用防水膠粘結(jié)固定住固定罩。浮標(biāo)內(nèi)部幾乎貼合固定罩，且只能沿著固定罩開的槽孔運(yùn)動(dòng)，這樣浮標(biāo)在不移位且浮力足夠（可擴(kuò)大其外徑，增大體積，從而極大浮力）的情況下在固定罩內(nèi)任意直線上下移動(dòng)，從而順利上浮頂住出水口。3D打印的實(shí)物如圖3所示。

該浮閥的作用原理圖如圖4所示，當(dāng)水箱缺水或水位降低至一定高度時(shí)，浮球向下移動(dòng)，使得入水口打開，旁邊蓄水裝置由于水位差使得水從導(dǎo)管流入續(xù)水裝置。隨著下盆內(nèi)的水位上升，浮球逐漸上浮，抵住入水口。為了加強(qiáng)入水口的密封性，在浮標(biāo)頂部套上一個(gè)橡膠圈。

本花盆的系統(tǒng)性還體現(xiàn)在公用儲(chǔ)水箱，其可以對(duì)多個(gè)花盆供水，比如還可以通過三通管將軟管一分為二的方式進(jìn)行擴(kuò)展，3D打印的三通如圖5所示，3D打印三通管有三個(gè)通水孔，每串聯(lián)多一個(gè)三通管即可多供應(yīng)一個(gè)花盆，并且可以根據(jù)花盆的數(shù)量靈活打印出二通管或四通管，由此可以構(gòu)成由一個(gè)公開水箱供水的多花盆系統(tǒng)，從而多個(gè)花卉都可以自動(dòng)供水和控水，無需澆灌。

最后指出一點(diǎn)是系統(tǒng)可以全封閉，這樣蚊蟲無法進(jìn)入，對(duì)登革熱等疫情起到管控作用。

3 結(jié)束語

本發(fā)明基于毛細(xì)現(xiàn)象和水位差原理，設(shè)計(jì)了一種由花盆、自動(dòng)供水裝置和蓄水裝置組成的塑料花盆系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用純機(jī)械原理實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控水、汲水、防蚊。與此同時(shí)，充分利用3D打印技術(shù)，建模形成一套實(shí)物，實(shí)測工作正常。相對(duì)于其他類似發(fā)明，系統(tǒng)考慮了供水裝置與花盆銜接、工藝的復(fù)雜度、經(jīng)濟(jì)可行性。因此，該花盆系統(tǒng)不僅可以實(shí)現(xiàn)一盆花的自動(dòng)續(xù)水，也可以通過并聯(lián)或串聯(lián)的方式同時(shí)實(shí)現(xiàn)為多盆花澆水，既解決了上述問題，又具有成本低、應(yīng)用價(jià)值高的特點(diǎn)，模具的設(shè)計(jì)簡單、實(shí)用，且成本低廉，適合在家庭中推廣使用。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉洪濤，鄧二偉.基于STM32的智能自動(dòng)澆水花盆的設(shè)計(jì)[J].自動(dòng)化與儀器儀表，2016（ 8）： 232-233.

[2]聶明旺，孫旭飛，劉杰.基于STM32的智能盆栽澆水系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].南陽理工學(xué)院學(xué)報(bào)，2016（ 6）： 23-26.

[3]高偉，董彥辰，馬慶磊.基于STM32F103C8的智能澆花系統(tǒng)[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2018 （3）： 30-31.

[4]郭思棟.一種自動(dòng)續(xù)水的“懶人”花盆設(shè)計(jì)[J]科技與創(chuàng)新，2017（ 22）：108-109.