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[项目] 基于Arduino制作的鱼和植物共生循环装置

基于Arduino制作的鱼和植物共生循环装置

李守良

1.蒲公英创客

摘要：在生活中，人们家里常常会养鱼和种植一些绿色植物，但是繁忙的生活会使得人们常常忘记给鱼投食和给植物浇水。那么如何解决这一现实问题？我们尝试使用Arduino和各种传感器结合，制作一个植物和鱼共同生存的，互相补充的装置，主要实现三种功能：1.当植物缺水时可以向植物浇水；2.因为鱼的粪便等是弱碱性，而植物的生长环境也是弱碱性，所以当鱼缸中的水比较浑浊时可以将水抽出来给植物浇水；3.也可以定时向鱼缸投食。

关键词：Arduino; 生态

一．问题的提出

为了家里的美观与环境的清新，很多人都会选择种植绿植和饲养小鱼。但是繁忙的工作，总是会使得遗忘了这些可爱的生物。忘记给鱼换水、喂食，给植物浇水和施肥等，这样也很容易导致小鱼小植物死去。

我家里也养了许多植物，把它们摆在窗台上非常好看，但我却经常忘记给它们浇水，导致绿意不再。看到它们变黄、变枯萎，伤心之余，就想如果能有什么东西自动给植物浇水就好了。我曾经也养过几次鱼，有一次全家出去长途旅行，十多天的时间，回来后却发现鱼已经死亡。之后养鱼时虽然想着拜托别人帮忙，但终究麻烦别人两处跑也不方便，所以养鱼也成为一个我希望解决的问题。

在生物课上，老师提到鱼的粪便富含氮元素，是很好的肥料，运用PH传感器监测鱼缸的PH，当比较污染时，则将水抽出给植物浇水，所以我们就想将三者结合在一起，制作一个“鱼和植物共生循环装置”来节约时间和方便生活。当大家比较忙碌或者外出时，启动该系统就不用担心我们的小鱼和可爱植物啦。

二．设计思路

1.解决问题：

可怎样将三者联系在一起呢？位置上，植物草大多喜欢阳光，鱼不能被暴晒。所以我们想做一个架子将植物草置于架子上，将鱼置于架子下，以此使植物接收阳光的同时鱼可以在适宜的环境生存。在水的运输上方面，需要将鱼缸中的水运到植物盆中，自下而上的运输需要用水泵来完成。

在浇水时间上，需要考虑土壤的干燥程度，可以通过测土壤湿度传感器获取土壤的湿度，当植物需要水时，则通过程序控制水泵浇水。但是需要注意的是，外界温度太高时不宜浇水，因为如果温度太高时，植物没有充足的氧气而闷死，所以也需要通过温度传感器来检测外界温度值，土壤湿度和外界温度结合一起控制水泵是否给土壤浇水。

根据课上教师讲授和网上所查阅到的资料可知，随着鱼的排泄物积累，水体的氨氮增加。而在鱼和植物共生循环装置中，鱼缸中的水被输送到植物生长土壤中，细菌将水中的氨氮分解成亚硝酸盐然后再被硝化细菌分解成硝酸盐，硝酸盐可以直接被植物作为营养吸收利用。这种装置让动物、植物、微生物三者之间达到一种和谐的生态平衡关系，是可持续循环型零排放的低碳生产模式，也是有效解决农业生态危机的有效方法。

那么是否可以种植任何植物？经过文献资料查找，发现并不是所有的植物喜欢在弱酸环境下生长，而我们身边熟悉的多肉植物则比较适合在碱性环境下生长，因此在装置中养多肉是比较适合的选择。

2.具体分析：

查阅大量资料后，我发现多肉并不是很喜欢水，所以土壤湿度不宜太大，浇水周期不宜过短，两周左右浇一次比较合适，并且发现大部分多肉适合在弱碱性土壤中生存。而大部分的金鱼也不适宜在PH超过8的环境生活，所以将PH的临界值设为8，当鱼缸中水的PH值超过8时，则水泵自动抽水进入多肉植物中。金鱼的投食也不易频繁，一般一个星期喂食一次即可。

三．系统功能

根据上面的资料查找，确定该装置功能和临界值。即：当温度低于40度时，且多肉植物土壤湿度较低时，则启动水泵抽鱼缸中的水进入多肉植物中；当鱼缸中的PH值大于8时，也会自动抽水进入多肉植物中；每个一星期则自动给鱼缸的金鱼投食一次。

四．硬件装备

根据功能的需求和设定，我们需要比较多的硬件装置，如下表1所示。

表1 装置材料清单

名称	数量	说明	针脚
木质架子	1	放置装置、植物、遮挡部分阳光
土壤湿度传感器	1	检测土壤湿度	A0
温湿度传感器	1	测量空气温度、湿度	D10
PH传感器	1	检测土壤酸碱度	A2
7.4V电池	1	电源
舵机	1	喂鱼装置	D3
水泵	1	吸取养鱼的水	M1
Romeo V1.3	1	主控板