蚯蚓护苗装置.pdf
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1、湖南省宁乡一中紫金中学 徐俊科 黎沐函本期点评专家谭迪熬 中国发明协会院士专家咨询工作委员会首任专家,中国发明协会中小学创造教育分会会长,科技创新教育特级教师,教育部国培计划专家库专家。一、提出课题在参加杨梅树栽培实践活动时,我们听实践活动基地的负责人说,第一年杨梅幼苗被移栽后因为杂草多、干旱、病虫害等因素出现了大面积死亡现象,成活率不到 50%。实践活动结束后,老师布置了一项作业,要求思考提高移栽的杨梅幼苗成活率的方法。我们两个对生物很感兴趣,于是在老师和家长的帮助下一起就这个问题进行研究。二、设计思路蚯蚓在土壤中以腐烂的有机物为食,蚯蚓粪便中的无机盐可以为杨梅提供营养,同时改良土壤,增加土
2、壤肥力,而且蚯蚓和杨梅都喜欢湿润的环境,所以,我们想到设计一种装置,覆盖移栽的杨梅幼苗周围一定范围并通过其中的蚯蚓饲养装置为移栽的幼苗创造适宜生长的环境,从而提高幼苗成活率。“覆盖”指用玻璃、塑料等材料制作的部件盖在苗木周围,防止杂草生长和水肥流失。“蚯蚓饲养装置”是安装在覆盖材料上的一个可以装取的活动部件,其底部有许多小孔,有利于水肥向下渗透。三、检测土壤湿度我们设计土壤湿度检测实验,以通过检测不同土壤的湿度来确定自动浇灌的土壤湿度值。(一)实验步骤(一)实验步骤第一步,分别到果园、菜地、农田采集土壤,用保鲜袋封装保湿。第二步,在实验室里,用手分别握紧不同的土壤样本再松开,分别记录松开后土壤
3、样本的状况。第三步,用土壤湿度传感器检测蚯蚓护苗装置16162023 年 8 月发明与创新初中生创造天地创造天地不同土壤样本的湿度,具体情况见表1。第四步,把所有的土壤样本分别称重 100 g 并放入盘子,在盘子上分别贴上标签 1、2、3、4、5、6,再放入电烤箱中调温至 230烘烤 35 min,烤干土壤样本,然后计算各种土壤样本的含水量,具体数据见表 2。(二)实验现象分析(二)实验现象分析通过检测以及分析用手握紧再松开后土壤样本的状况,得出湿度为25%30%的土壤最适宜植物幼苗生长,所以将自动浇灌的土壤湿度值定为25%。四、制作装置(一)总体方案(一)总体方案在实验研究的基础上,根据装置
4、的功能要求,我们设计了蚯蚓护苗装置的总体技术方案。蚯蚓护苗装置主要由四个部分组成:幼苗环境部分、蚯蚓饲养盘、供水模块、控制模块。当土壤湿度低于设定值(25%)时,蚯蚓护苗装置中的喷头就会往蚯蚓饲养盘内喷水,水流经蚯蚓饲养盘后浸入土壤,同时把蚯蚓分解有机物产生的无机盐等养分带入幼苗根部,达到浇水、施肥以提高移栽幼苗成活率的目的。土壤样本果园土 1果园土 2果园土 3果园土 4菜园土 5水稻土 6湿度43.3%34.1%29.6%34.7%63.6%100%表 1 不同土壤样本的湿度土壤样本果园土 1果园土 2果园土 3果园土 4菜园土 5水稻土 6质量/g100100100100100100干重
5、/g78.8382.1782.8781.4281.3576.70表 2 不同土壤样本的含水量1.太阳能电池板;2.信号线;3.电池和控制电路;4.土壤湿度传感器;5.护苗板;6.护苗支架;7.蚯蚓饲养盘;8.供水管;9.喷头;10.幼苗。图 1 蚯蚓护苗装置设计图17172023 年 8 月发明与创新初中生创造天地创造天地(二)主要部件构造(二)主要部件构造幼苗环境部分由 2 块护苗板和 4个护苗支架构成。蚯蚓饲养盘被卡在护苗板上,大致置于幼苗根系边缘上方,底部和四周有均匀分布的小孔,既能防止蚯蚓钻出去,又能让喷淋的水及时浇灌幼苗根部。蚯蚓饲养盘有一部分露出地面,有利于水肥被幼苗根系充分吸收。
6、供水模块由 1 台自吸泵、水管和2 个直径为 0.5 mm 的喷头构成。主进水管设计在两块护苗板连接处下方,利用锁卡卡住,到中央分为两根进水管,分别延伸到蚯蚓饲养盘上方。控制部分由 12 V 直流供电电源、太阳能电池板、5 V 降压板、STM32 单片机核心板、0.96 寸 OLED 显示屏、湿度继电器、土壤湿度传感器、UGNX 综合建模并 3D 打印成的控制盒等构成。护苗板上立一个支架以托住太阳能电池板,电源连通 5 V 降压板、STM32 单片机核心板、湿度继电器、土壤湿度传感器和 OLED 显示屏。(三)控制流程(三)控制流程主程序每 500 ms 读取一次土壤湿度传感器经过模数转换的土
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