工程认识创意报告

工程认识创意报告一、引言随着人们生活水平的提高，越来越多的人开始喜爱养花种草，享受绿色植物带来的清新与美好。然而，由于工作繁忙或其他原因，很多人无法按时给花草浇水，导致植物生长不良甚至枯萎。为了解决这一问题，我们设计了一款自动浇花系统，旨在为花草提供稳定、适量的水分，帮助人们轻松呵护心爱的植物。

二、设计目标1.实现自动浇水功能：能够根据植物的需求，定时定量地进行浇水操作。2.方便易用：操作简单，易于安装和维护，用户可以轻松上手。3.适应多种植物：可以根据不同植物的需水量设置浇水参数。4.具备水位监测功能：实时了解水箱水位，确保系统正常运行。5.节能环保：采用低功耗设计，减少能源浪费。

三、系统设计

（一）整体架构自动浇花系统主要由水箱、水泵、定时器、水位传感器、控制电路和喷头等部分组成。水箱用于储存水，水泵负责将水抽出，定时器控制浇水的时间间隔和时长，水位传感器监测水箱水位，控制电路根据传感器信号和定时器指令协调各部件工作，喷头将水均匀地喷洒在植物上。

（二）各部件设计1.水箱选用一个容量适中的塑料水箱，如10升左右，材质应无毒无害，确保不会对水质造成污染。水箱上方设置加水口，方便定期补水，并配有密封盖，防止灰尘等杂物进入。2.水泵根据系统的流量需求，选择一款小型直流潜水泵。该水泵具有扬程适中、流量稳定、噪音小等特点。功率控制在10W左右，以满足节能环保的要求。3.定时器采用可编程定时器，可以设置不同的浇水时间间隔和时长。定时器具备多个定时时段，方便用户根据不同季节或植物生长阶段调整浇水计划。其操作界面简洁直观，易于设置和查看。4.水位传感器选用浮球式水位传感器，安装在水箱内部。当水位下降到一定程度时，传感器将信号传递给控制电路，触发水泵补水。水位传感器应具有高精度、可靠性强的特点，能够准确监测水位变化。5.控制电路控制电路以单片机为核心，如ArduinoUno。通过编写程序，实现对定时器、水泵和水位传感器的协调控制。单片机接收水位传感器的信号，判断水箱水位是否过低，若过低则启动水泵补水；同时根据定时器设置的参数，控制水泵定时抽水进行浇花操作。6.喷头选择雾化效果好的喷头，能够将水均匀地喷洒在植物上，确保每株植物都能得到充分的水分。喷头的喷洒范围应根据实际需求进行调整，以覆盖整个种植区域。

四、工作原理1.用户根据植物的种类和生长阶段，通过定时器设置浇水的时间间隔和时长。2.水位传感器实时监测水箱水位，当水位低于设定的下限值时，向控制电路发送信号。3.控制电路接收到水位信号后，启动水泵抽水，将水从水箱抽出并通过喷头喷洒到植物上。4.当定时器到达设定的浇水时长后，控制电路停止水泵工作，完成一次浇水过程。5.在浇水过程中，若水箱水位上升到设定的上限值，水位传感器会向控制电路发送信号，控制电路停止水泵，避免水溢出。

五、软件设计基于ArduinoIDE进行软件开发，主要实现以下功能：

（一）初始化程序初始化定时器、水位传感器和水泵等硬件设备，设置各设备的初始状态。

（二）水位监测程序不断读取水位传感器的信号，判断水箱水位是否低于下限值。若低于下限值，设置水泵启动标志。

（三）定时浇水程序根据定时器设置的时间间隔和时长，启动水泵进行浇水操作。在浇水过程中，实时监测水箱水位，若水位上升到上限值，停止水泵。

（四）主循环程序将上述各程序模块整合到主循环中，不断循环执行，确保系统能够持续稳定地运行，实现自动浇花功能。

```cpp//定义引脚constintpumpPin=9;constintwaterLevelPin=A0;

//定义水位阈值constintlowWaterLevel=100;constinthighWaterLevel=900;

//定义浇水时间间隔和时长（单位：秒）constintwateringInterval=3600;constintwateringDuration=60;

unsignedlongpreviousMillis=0;unsignedlonginterval=wateringInterval*1000;booleanisWatering=false;

voidsetup(){pinMode(pumpPin,OUTPUT);digitalWrite(pumpPin,LOW);}

voidloop(){intwaterLevel=analogRead(waterLevelPin);

if(waterLevel<lowWaterLevel){digitalWrite(pumpPin,HIGH);}elseif(waterLevel>highWaterLevel){digitalWrite(pumpPin,LOW);}

unsignedlongcurrentMillis=millis();if((currentMillispreviousMillis)>=interval){previousMillis=currentMillis;if(!isWatering){digitalWrite(pumpPin,HIGH);delay(wateringDuration*1000);digitalWrite(pumpPin,LOW);isWatering=true;}}}```

六、硬件制作1.制作水箱支架：使用PVC管材或金属支架制作一个稳定的水箱支架，将水箱安装在合适的高度，方便水泵抽水和喷头喷洒。2.安装水泵：将水泵固定在水箱底部，确保水泵能够完全浸没在水中，以正常抽水。通过水管将水泵出水口与喷头连接起来。3.安装水位传感器：将水位传感器安装在水箱内部，确保其能够准确监测水位变化。传感器的信号线连接到控制电路的相应引脚。4.连接控制电路：将定时器、水泵、水位传感器等设备按照设计要求连接到Arduino控制板上，确保电路连接正确、牢固。5.安装喷头：根据种植区域的大小和形状，合理布置喷头，确保能够均匀地覆盖所有植物。将喷头与水管连接好，并调整喷头的角度和喷洒范围。

七、测试与优化1.系统功能测试向水箱中加入适量的水，检查水位传感器是否能够正常监测水位，并在水位过低和过高时准确发出信号。设置不同的浇水时间间隔和时长，启动定时器，观察水泵是否能够按照设定的时间进行抽水浇花操作。检查喷头的喷洒效果，确保水能够均匀地喷洒在植物上，没有出现漏水或喷洒不均匀的情况。2.性能优化对水泵的抽水流量进行测试，若发现流量不足或过大，可调整水泵的扬程或更换合适的水泵。优化控制电路的程序，减少不必要的延迟，提高系统的响应速度和稳定性。检查各部件的连接是否牢固，有无松动或接触不良的情况，及时进行修复。3.长时间运行测试将系统放置在模拟实际使用场景中，进行长时间的运行测试，观察系统在连续工作几天甚至几周的情况下是否能够稳定运行，各项功能是否正常。记录运行过程中出现的问题，如水泵故障、水位传感器误判等，并分析原因进行改进。

八、成本分析1.水箱：约50元2.水泵：约30元3.定时器：约20元4.水位传感器：约15元5.控制电路（ArduinoUno板）：约50元6.喷头及水管等配件：约20元7.其他材料及工具费用：约15元

总费用约为200元左右。

九、总结与展望通过本次工程设计，我们成功实现了一款自动浇花系统。该系统能够满足用户定时定量浇水的需求，方便易用，节能环保。经过测试和优化，系统运行稳定可靠，能够有效地帮助人们解决因忙碌而无法按时给花草浇水的问题。

在未来的改进中，可以进一步增