青岛黄海学院 山东青岛 266427
摘要：针对普通人无法准确了解自家土壤的成分，达不到自己对植物生长的预期。设计了一种土质调控机，帮助广大群众对土壤进行改良。
关键词：土质分析；土质调控；实时巡视
引言
随着智能调控融入我们的生活，现在生活开始逐渐变得智能化，土壤是生物赖以生存的基础，为了可以进一步给人们提供便利，为了使植物生长更加优质，达到最理想状态，则需要对土壤进行更严格的把控。虽然我国土壤学很成熟，但是缺少相应的机器，耗费大量的人力物力。为提高生产力，降低人力物力的消耗，于是我设计了一款智能控土的机器。该机器是把手机端控制机器运作、机器自行调控执行任务、GPS定位系统、超声波测距等技术融于一体。小到楼房里的种小花小树的土壤，大到农民耕种的土地，都可以得到有效的控制，可以通过手机进行一系列的控制，达到使用者想达到的最大化处理，使土壤随时随地经由所有者掌控，没有时间和空间的限制，真正做到省时省力随心所欲的控制土壤。
一、智能调控土质机的功能与机构
该机器可通过手机进行时时监控和下达任务，可根据设定的路线行走或自行行走，可根据下达好的任务对土壤进行调控，还可以自行调控，在自行检测后可根据土壤情况自行调控至最佳状态，该机器还有个微型摄像头可帮助用户观察土壤和作物的生长情况。而且该机器对土壤的各项成分分析的精准度极高，主要可以通过作物的生长情况调控土壤的各项营养元素、微量元素和必要成分的含量等。如矿物质、有机质、活的有机体、水分和空气等。
二、智能调控土质机发展水平和现状
目前国内外对土壤的研究都有不小的成果，但土壤检测仪分为很多种，几乎没有把这些仪器整合到一起的机器，这样一个整合型机器目前属于空白期。在该土壤的典型分布区采集相同母质、利用状况及肥力水平的多个土壤样品进行比较，筛选出有代表性的研究样本。总之，中国的土壤状况有着与发达国家不同的特点。在中国的土壤学科学研究中，我们需要学习发达国家科学研究的先进经验，但切忌盲目照搬。我们应该依据中国土壤的特点，部署我们的科研项目，设计我们的技术路线，这样才能够在技术上赶超世界先进水平，在实践上更好地为发展农业生产服务。但目前还未出现相对完善的自主检测和调控土质的机器，随意性强，没有时间和空间的限制，是对土质调控一大研究方向。[1]
三、硬件整体方案设计
（一）使用功能定位
土壤是生物赖以生存的基础，其养分含量状况更是影响植物生长的关键因素，通过实时测量土壤中常量营养元素的含量，以为指导农业施肥、灌溉等管理措施等提供科学依据。尽量在减少人为扰动或者避免破坏土壤原结构的情况下，实现对土壤水分、温度、盐分、紧实度等物理参数进行多点测量或连续监测，对土壤中钾钙钠镁氮等常量元素浓度进行实时测量，结合对其他生理指标及多种环境因子的监测，以了解和掌握植物在生长过程中的水温盐动态变化，为植物生理生态研究、植物栽培、农田施肥、灌溉决策、农作物管理等研究内容提供科学有效的结局方案。也通过测量设备的应用介绍给科研仪器的选择提供参考。使机器能更好的做出相应的处理工作，以达到真正的智能操控土壤。该机器的功能是通过云平台里事先存储好的各种植物的最佳生长的土壤数据来对土壤进行调控，可在用户没有下达指令的时候，自行对比云平台内数据来对土壤进行调控，也可通过主人手机端下达的命令执行，优先执行主人下达的命令。摄像头可以对植物生长情况进行录像，GPS定位系统主要应用于向农民的田地，因为区域较大所以需要进行准确的定位，超声波测距主要是测量植物的生长情况，与该土壤情况下的该植物的官方数据进行比对，从而帮助用户对植物和土壤情况的了解。
（二）软件设计思路
本项目的设计基于STM32单片机，自主设计外部电路，由检测单元，控制单元和定位单元组成。
检测单元是由温度检测模块MAX31865组成，使它对土壤温度进行检测，土壤湿度检测由FC-28模块组成，对土壤的湿度进行检测，两个模块的参数采集，都使用建立数学模型的方法，来减小误差，避免错误的发生，使检测到的数据更加准确，同时还由OpenMV4摄像头模块进行图像采集，并将采集到的画面传输到单片机；控制单元是由WiFi模块进行控制，手机和设备连接同一个WiFi，由手机使用APP进行控制，实现远程控制；定位和信息发送是由GPRS构成，就是SIM900A模块硬件，这个模块可以实现GPS定位，同时还可以将采集到的信息传输到云平台，进行实时传输，操作者可以在云平台查看采集到的数据和图像，设计出土壤调控的方案。电源采用可充电锂电池和太阳能进行供电。
（三）设计特征
该项目的可行性极强，首先，目标用户广泛，农民、花圃、农作物生产基地、喜欢养植物的爱好者、土壤学爱好者和政府等凡是涉及到土壤的人都是该产品的目标用户，该机器甚至在房屋建筑方面都有一定的帮助，检测该土地是否能用于建造地基。其次，智能云操作是当今的发展趋势，省时省力便捷高效率是越来越多人们选择方向，所以该产品很好的抓住了这一方向。最后，该产品的使用范围广，打破了原有机器的局限性，可从大面积的对土壤进行检测（GPS定位系统能帮助机器精准到到每处土地），从而做出最优解决方案，避免了较近污染土壤对土壤的侵害等。通过机器帮助人们智能调控土壤，帮助人们更加轻松便捷的与土壤交涉，充分了解和享受土壤带来的乐趣。
1.该机器拥有随意性（可自行调控，不过分依赖人为）
2.该机器解决人力物力等资源浪费
3.该机器的实用性强
4.该机器可根据所有者的想法工作（根据所有者下达的任务执行）
5.利用GPS定位系统，时时监控机器任务完成点
6.利用云平台将土质数据传递给手机
7.可充电也可太阳能供电
8.可自动调控土壤的温度湿度和酸碱度，还有其它营养成分的调控
结论
此文主要提出了智能调控土质机器的设计方法，该项研究主要是为了广大群众省时省力及时的了解土壤情况而设计的，同时也有一部分是为了发展我国土壤经济。通过该机器传输的数据来进行检测土壤情况，然后根据数据来处理土壤，达到作物所需土质条件，使作物各项数据达到最佳状态，同时通过微型摄像头检查农作物的生长情况，进一步制定农作物之后的生长计划，最后达到理想的生长趋势。之后还要不断进行优化和改良，轻便可随身携带、高传输、高精准，是未来的研究方向。
参考文献：
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基金项目：青岛黄海学院2020年大学生创新创业训练计划校级项目
项目编号：X202013320075