◎遼寧省大連市第五十八中學(xué) 王耀祖

去年5月中旬的一天，在放學(xué)回家的路上，我看到綠化工人站在灑水車車尾掌控著水槍頭給路燈桿上的花盆噴水，噴出的水量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過花盆中花草所需的水量，水流得滿地都是，這多浪費(fèi)啊。當(dāng)時(shí)，我就決定發(fā)明公共路燈花盆精確補(bǔ)水系統(tǒng)。

在詳細(xì)了解綠化工人對(duì)路燈花盆補(bǔ)水常用的方法和弊端后，我確定了公共路燈花盆精確補(bǔ)水系統(tǒng)需達(dá)到的預(yù)期目標(biāo)，即在路燈下實(shí)現(xiàn)對(duì)花盆精確補(bǔ)水。

之后，我邀請(qǐng)同學(xué)、綠化工人、當(dāng)?shù)芈窡艄芾硭?、路燈生產(chǎn)廠家的工作人員進(jìn)行頭腦風(fēng)暴，探討設(shè)計(jì)方案。再在科創(chuàng)老師的指導(dǎo)下，設(shè)計(jì)、制作作品，并進(jìn)行實(shí)際場(chǎng)景應(yīng)用測(cè)試。

作品結(jié)構(gòu)：

公共路燈花盆精確補(bǔ)水系統(tǒng)由路燈主體、土壤濕度傳感器、花盆、水泵、水位傳感器、顯示器、Micro:bit控制器和落地水箱等構(gòu)成。

制作過程：

1.保留礦泉水瓶離瓶底7厘米以下的部分，模擬落地水箱，用熱熔膠將其固定在控制箱的底部。

2.把水泵固定在“水箱”內(nèi)底部，再把水泵的出水管從“水箱”中引出。

3.把水位傳感器水位檢測(cè)面背對(duì)瓶壁，垂直于瓶?jī)?nèi)壁，然后用熱熔膠將水位傳感器固定在“水箱”內(nèi)。

4.把土壤濕度傳感器、顯示器、水位傳感器、水泵接在Micro:bit控制器上，組成控制系統(tǒng)。然后，把控制系統(tǒng)固定在控制箱上部。

5.用電鉆在模擬路燈桿距離底部約10厘米處、花盆緊挨模擬路燈桿的側(cè)面分別打孔，把從“水箱”中引出的水管通過模擬路燈桿引入花盆，用熱熔膠將水管固定在花盆內(nèi)壁上部。

圖1 落地水箱部分細(xì)節(jié)圖

圖2 水管被引入模擬路燈桿

6.把從Micro:bit控制器2口引出的連接線通過控制箱和模擬路燈桿上預(yù)留的空位引到花盆，連接土壤濕度傳感器，再把土壤濕度傳感器插入花盆中央。

7.設(shè)計(jì)和編寫系統(tǒng)程序。

作品運(yùn)行過程中需要顯示器實(shí)時(shí)顯示水位值和土壤濕度值，所以新建“水位”和“土壤濕度”這兩個(gè)變量。

根據(jù)多次試驗(yàn)結(jié)果，我這樣設(shè)定落地水箱的容量程序：當(dāng)落地水箱里的水小于或等于20%的時(shí)候，顯示器顯示“缺水，請(qǐng)加水”，并且以2秒為間隔閃爍；當(dāng)落地水箱里的水大于或等于90%的時(shí)候，顯示器常亮，并顯示“水位正?！?。

我再設(shè)計(jì)花盆中的土壤濕度傳感器程序：如果土壤濕度傳感器檢測(cè)到濕度小于或等于30%，那么水泵開始工作；如果土壤濕度傳感器檢測(cè)到土壤濕度大于或等于90%，那么水泵停止工作。

圖3 公共路燈花盆精確補(bǔ)水系統(tǒng)模型圖

操作方法：

綠化工人日常巡檢的時(shí)候，如果看到顯示器顯示“缺水，請(qǐng)加水”并以2秒為間隔閃爍，可立即往落地水箱加水，加注到顯示器顯示“水已滿，請(qǐng)停止加水”。

創(chuàng)新點(diǎn)：

公共路燈花盆精確補(bǔ)水系統(tǒng)可以解決以往綠化工人靠經(jīng)驗(yàn)給花盆中花草補(bǔ)水的弊端——浪費(fèi)大量的水、無法判斷用水量，實(shí)現(xiàn)科學(xué)補(bǔ)水，節(jié)約水資源。

作品體現(xiàn)了聯(lián)合國(guó)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)，落實(shí)了“可持續(xù)社區(qū)”“水就是一切”“零浪費(fèi)生活”的主題，讓地球環(huán)境更美好。

改進(jìn)設(shè)想：

公共路燈花盆精確補(bǔ)水系統(tǒng)是獨(dú)立的系統(tǒng)，需要綠化工人走到一盞盞路燈下，一個(gè)個(gè)地查看花盆下的落地水箱是否需要補(bǔ)水，這工作量無疑是巨大的。

如果該系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，并入中央控制系統(tǒng)，通過遠(yuǎn)程控制判斷哪盞路燈旁的花盆缺水，實(shí)現(xiàn)一對(duì)一補(bǔ)水，那么不僅能做到給花盆精確補(bǔ)水，還可以最大限度地節(jié)省人力和物力，達(dá)到事半功倍的效果。

因此，下一步，我將和路燈生產(chǎn)廠家、路燈管理所深入交流，研發(fā)具有聯(lián)網(wǎng)功能的公共路燈花盆精確補(bǔ)水系統(tǒng)。

專家點(diǎn)評(píng)

王耀祖同學(xué)的公共路燈花盆精確補(bǔ)水系統(tǒng)是一件創(chuàng)新實(shí)踐作品。因?yàn)槲覀兺ㄟ^相關(guān)資料可以得知：2014年6月，一項(xiàng)名叫“太陽能馬路花盆自動(dòng)澆水系統(tǒng)”的項(xiàng)目，獲得了國(guó)家發(fā)明專利證書；2015年，一篇關(guān)于“智能自動(dòng)澆花系統(tǒng)的控制設(shè)計(jì)研究”的論文公開發(fā)表。然而，這個(gè)作品的完成，首先讓我們感受到了王耀祖同學(xué)“科技創(chuàng)新，實(shí)踐有我”的責(zé)任意識(shí)。當(dāng)他看到工人用水槍給路燈桿上的花盆噴水會(huì)浪費(fèi)水的現(xiàn)象，便立即想到親自動(dòng)手來解決這個(gè)問題。其次，整個(gè)創(chuàng)新實(shí)踐的過程，體現(xiàn)了他具備良好的科研潛質(zhì)。從發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、分析問題、探索問題，再到解決問題，步步深入，一氣呵成。再次，體現(xiàn)了他具有一定的技術(shù)學(xué)習(xí)與應(yīng)用能力。

這個(gè)帶有專業(yè)性質(zhì)的作品需要用到相關(guān)的電子元器件和傳感器等，對(duì)于一名初中生而言有些難度。希望我們的同學(xué)在創(chuàng)新成長(zhǎng)的道路上邁出更堅(jiān)定的步伐。