基于单片机的自动灌溉系统：优化土壤水分调控与绿色屋顶应用

本研究旨在解决城市绿色基础设施维护中的土壤水分管理问题，特别是在绿色屋顶等应用中，如何有效地避免水分蒸发造成的损失，确保植物根系长期获得适宜的水分。作者开发了一种基于单片机的自动灌溉系统，通过EC-5传感器实时监测土壤体积含水量（VWC），并与LabVIEW程序集成，实现了对不同深度土壤水分的精确调节。 实验内容分为三个关键部分： 1. 单片机灌溉控制系统：该系统的核心是通过EC-5传感器监测土壤水分，通过单片机处理数据，利用LabVIEW编程实现对土壤含水量的自动控制。通过一维土柱试验，研究人员验证了系统的精度，将实际灌溉与预设范围之间的误差减小到仅有2%。通过校准系统设置，进一步提高了精度。 2. 绿色屋顶实验验证：在南京地区的绿色屋顶设施上进行了两个月的实地测试，监控了不同类型土壤（裸土和添加生物炭等改良剂）的水分状况。研究发现，添加3%的生物炭显著提高了土壤的保水能力，强调了改良土壤对提高灌溉效率的重要性。同时，实验确认了自动灌溉系统对于所有类型的绿色基础设施都是必要的。 3. 灌溉方式优化：通过比较不同深度的多点灌溉（如5厘米、10厘米和15厘米）与单点灌溉的效果，研究发现，在常规绿色屋顶植被根部深度（约20厘米）采用多点灌溉更能提高水分利用效率。5厘米和15厘米深度的监测点被证实为理想位置。 总结，这项研究开发出的自动灌溉系统能够有效地控制绿色基础设施下土壤水分分布，尤其是在深度调整和多点灌溉策略方面，有助于提升灌溉效率和绿色基础设施的长期可持续性。未来的研究将考虑结合特定植被类型进行更全面的验证，以期在更大规模的绿色基础设施中推广应用这一创新技术。这项工作对于促进城市绿色空间管理和水资源管理具有重要意义。