一種基于物聯(lián)網(wǎng)的智能花卉系統(tǒng)

王煜淇 耿明宏

摘要：本文介紹了一種新型基于物聯(lián)網(wǎng)的智能語(yǔ)音花卉種植系統(tǒng)，以及該花卉系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)、工作原理、特點(diǎn)、細(xì)節(jié)等功能，具體闡述了這一新型智能語(yǔ)音花卉控制系統(tǒng)在人們居家生活中的重要作用，該花卉系統(tǒng)具有功能全面、自動(dòng)控制、體積小、成本低等優(yōu)點(diǎn)，解決了人們養(yǎng)花難、沒(méi)時(shí)間專心照料花卉的問(wèn)題，并對(duì)保護(hù)珍稀植物的培育提供設(shè)備基礎(chǔ)。

Abstract： This article introduces a new type of intelligent voice flower planting system based on the Internet of Things， and the basic structure， working principle， characteristics， details and other functions of the flower system， and specifically explains the importance of the new intelligent voice flower control system in people's homes.The flower system has the advantages of comprehensive functions， automatic control， small size， low cost， etc. It solves the problem of people's difficulty in raising flowers and no time to focus on flowers， and provides equipment foundation for the protection of rare plants.

關(guān)鍵詞：智能控制;語(yǔ)音控制;花卉種植

Key words： intelligent control;voice control;flower planting

中圖分類號(hào)：TP242.6? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2020）02-0220-02

0? 引言

家養(yǎng)小型盆栽花卉的市場(chǎng)巨大，而懂得和了解種植花卉的人群卻極為稀少。[1]因此智能語(yǔ)音花卉控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)便極為重要，該設(shè)備的出現(xiàn)，極大的幫助了人們進(jìn)行花卉種植，智能檢測(cè)花卉狀態(tài)，并實(shí)時(shí)反饋在用戶終端，以便于用戶更好的了解自己的花卉的生長(zhǎng)狀態(tài)。[2]因此，設(shè)計(jì)一款輔助人們養(yǎng)花的裝置將有很大的市場(chǎng)前景。[3]

1? 主體設(shè)計(jì)

本文所設(shè)計(jì)的花卉控制系統(tǒng)主要有殼體，裝在殼體中的土盆、營(yíng)養(yǎng)液槽、氧氣瓶、二氧化碳瓶、水槽等主要部分。感知設(shè)備與語(yǔ)音交互，實(shí)現(xiàn)互動(dòng)式養(yǎng)花。通過(guò)云服務(wù)進(jìn)行遠(yuǎn)程查看花生長(zhǎng)、澆水、光照以及植物生長(zhǎng)的最適條件，為用戶解決了上班忙、沒(méi)有時(shí)間照料植物、出差擔(dān)心家中植物的問(wèn)題。該設(shè)備主要由物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)、信息傳感模塊、顯示模塊、語(yǔ)音模塊、遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控、無(wú)線通信模塊、儲(chǔ)存模塊組成。

感知設(shè)備與語(yǔ)音交互實(shí)現(xiàn)互動(dòng)式養(yǎng)花的設(shè)計(jì)在于創(chuàng)新理念與設(shè)計(jì)實(shí)踐的結(jié)合，本文從立體智能花卉外觀改造設(shè)計(jì)、提高花卉控制系統(tǒng)人機(jī)交互系統(tǒng)設(shè)計(jì)和物聯(lián)網(wǎng)共享平臺(tái)開(kāi)發(fā)三個(gè)方面著手：

①解決不會(huì)養(yǎng)花的問(wèn)題，養(yǎng)花系統(tǒng)利用溫濕度傳感器、光照傳感器、土壤濕度傳感器等獲取植物土壤的水份、光照情況經(jīng)過(guò)MCU的處理實(shí)現(xiàn)自動(dòng)澆水、自動(dòng)光照和遠(yuǎn)程賞花。

②生活的快節(jié)奏化，讓我們沒(méi)時(shí)間養(yǎng)花，但又希望享受綠意。養(yǎng)花系統(tǒng)通過(guò)我們?nèi)粘Ｉ钪胁浑x手的手機(jī)將虛擬與現(xiàn)實(shí)結(jié)合。通過(guò)WiFi將植物信息發(fā)送到手機(jī)APP上，用戶不僅手指一點(diǎn)就可隨時(shí)隨地了解植物最新信息。

③物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)開(kāi)發(fā)提高設(shè)備的利用率，讓智能設(shè)備走向商業(yè)化，根據(jù)互聯(lián)網(wǎng)+智慧花卉系統(tǒng)理念，提出共享智能花卉系統(tǒng)，具有獨(dú)立的自主的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，可進(jìn)行市場(chǎng)化推廣。

1.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本文所設(shè)計(jì)的花卉控制系統(tǒng)如圖1所示，主要有殼體，裝在殼體中的土盆、營(yíng)養(yǎng)液槽、氧氣瓶、二氧化碳瓶、水槽等主要部分。內(nèi)部含有多種裝置，包括種植區(qū)域、營(yíng)養(yǎng)供給裝置、管體連接裝置、控制顯示裝置與箱體外殼裝置。各裝置一起工作實(shí)現(xiàn)對(duì)花卉的自動(dòng)監(jiān)測(cè)培植。

①種植區(qū)域包括土盆、補(bǔ)光燈、積水盆組成，是花卉種植的主要區(qū)域，位于智能花卉系統(tǒng)的中部，由兩個(gè)箱子組成，上方箱子放置泥土，下層放置一可拆卸空盆，用來(lái)積累多余的水分，并能由用戶自行拆下清潔更換。兩個(gè)箱體之間有一鏤有小孔的隔板，便于上方箱體多余水分滲下。

②補(bǔ)光燈根據(jù)光敏傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)植物生長(zhǎng)環(huán)境的光照強(qiáng)度，根據(jù)當(dāng)時(shí)光線狀態(tài)，自動(dòng)調(diào)整光源并通過(guò)單片機(jī)智能控制光源強(qiáng)度，使得就算室外沒(méi)有陽(yáng)光，也可以實(shí)現(xiàn)溫室內(nèi)自動(dòng)給光。對(duì)于一些不需要陽(yáng)光的花朵，也可以提供少量光照，使得花卉的光源可控，讓花卉享受到最好的光資源環(huán)境。

③營(yíng)養(yǎng)供給裝置包括營(yíng)養(yǎng)液槽、氧氣瓶、二氧化碳瓶、水槽，這四種裝置置于連接主軸的轉(zhuǎn)盤上與主軸相連接，主軸的齒輪及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)相配合形成控制機(jī)構(gòu)，根據(jù)傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，主軸轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)相應(yīng)的器件轉(zhuǎn)動(dòng)，根據(jù)植物生長(zhǎng)所需對(duì)花卉進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)輸送[5]，使花卉處于快速生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)環(huán)境中，完成對(duì)花卉的自動(dòng)培植，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)花卉培植技術(shù)。管體連接裝置隱藏在箱體中，主要通過(guò)電線、傳感器線連接傳感電子元件及單片機(jī)控制板，作為花卉控制系統(tǒng)的控制基礎(chǔ)。水管連接位于主軸上的導(dǎo)液口與水槽和營(yíng)養(yǎng)液槽用來(lái)輸送水、營(yíng)養(yǎng)液來(lái)保證植物生長(zhǎng)的液體環(huán)境。[4]氣管連接位于主軸上的氧氣罐和二氧化碳罐，根據(jù)氣壓以及氣體比例，通過(guò)壓力閥控制氣體成分，保證花卉生長(zhǎng)的氣體環(huán)境。

④控制顯示裝置位于箱體上表面，由一顯示屏及按鈕、開(kāi)關(guān)等組成。顯示模塊有花卉生環(huán)境，包括溫度、濕度、土壤濕度、氣壓、氣體成分、土壤營(yíng)養(yǎng)比例等數(shù)據(jù)，便于用戶查看自己植物的生長(zhǎng)狀況，其內(nèi)部主要是單片機(jī)控制板、電源等，保障系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

1.2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

互聯(lián)網(wǎng)智能花卉系統(tǒng)包括溫度傳感器、濕度傳感器、光強(qiáng)傳感器組成傳感模塊，這些模塊一起作輸入;輸出由無(wú)線傳感模塊、語(yǔ)音模塊、顯示模塊、自動(dòng)控制模塊組成。

首先是輸入端采集信號(hào)給單片機(jī)，單片機(jī)在得到數(shù)據(jù)后，對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理;然后在顯示模塊上進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示，根據(jù)單片機(jī)中內(nèi)含的程序，對(duì)硬件系統(tǒng)發(fā)出指令，控制硬件系統(tǒng)對(duì)花卉進(jìn)行培植。如濕度傳感器采集到土壤濕度較低的信號(hào)，傳遞到單片機(jī)后，單片機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，對(duì)硬件系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)，硬件系統(tǒng)帶動(dòng)相應(yīng)的營(yíng)養(yǎng)模塊供給并將數(shù)據(jù)顯示在顯示模塊，通過(guò)WiFi模塊發(fā)往用戶終端。

語(yǔ)音模塊主要是用來(lái)播報(bào)天氣預(yù)報(bào)，植物生長(zhǎng)環(huán)境的溫度、濕度、光照等信息;再通過(guò)WiFi模塊將數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆品?wù)，這樣，就可以在終端上查看植物數(shù)據(jù)，了解到植物的生長(zhǎng)情況。[6]最后在用戶也可在終端設(shè)備對(duì)植物進(jìn)行所需操作，如：補(bǔ)光、澆水、拍照等。由電源、光照傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器、水泵電子閥、攝像頭、WiFi模塊七大部分為嵌入式系統(tǒng)（CPU）服務(wù)，共同構(gòu)成智慧花卉的硬件，來(lái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程訪問(wèn)，自動(dòng)控制澆水、拍照，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶笈_(tái)，通過(guò)終端查看。

軟件系統(tǒng)主要包括主程序、Web程序、中斷控制程序。在云服務(wù)系統(tǒng)中，會(huì)將設(shè)備域（智能花盆）檢測(cè)數(shù)據(jù)和控制參數(shù)上傳到平臺(tái)域，平臺(tái)會(huì)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析及處理、事件告警，之后在應(yīng)用層的終端設(shè)備查看養(yǎng)花信息，也能進(jìn)行相應(yīng)的操作。用戶端由用戶下載系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的APP，裝配共享智能語(yǔ)音花卉系統(tǒng)。登錄APP，將硬件系統(tǒng)與用戶客戶端連接。[7]通過(guò)系統(tǒng)硬件檢測(cè)花卉狀態(tài)，用戶通過(guò)云端對(duì)硬件系統(tǒng)進(jìn)行操作。系統(tǒng)通過(guò)硬件監(jiān)測(cè)與顯示模塊、語(yǔ)音模塊反饋給用戶花卉狀態(tài)等信息。

2? 未來(lái)發(fā)展方向

①小型化：系統(tǒng)體積小型化，減小系統(tǒng)的占地面積與占地空間，提高系統(tǒng)便攜程度，拓寬產(chǎn)品使用范圍，為用戶的使用帶來(lái)方便快捷;

②低價(jià)化：降低系統(tǒng)制造成本，提高系統(tǒng)使用精度，增加用戶數(shù)量，便于大規(guī)模培育花卉，降低花卉培植人工成本;

③智能化：增加更多的高級(jí)功能，豐富產(chǎn)品APP功能，如：APP社區(qū)、APP培植經(jīng)驗(yàn)分享、APP花卉鑒賞、健全系統(tǒng)內(nèi)置語(yǔ)音庫(kù)，內(nèi)置人工智能產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的人機(jī)互動(dòng);

④全面化：不單單面向推廣家庭個(gè)體用戶，還將產(chǎn)品推向花店、花卉市場(chǎng)、種植基地等多種使用者手中。

3? 結(jié)語(yǔ)

智能語(yǔ)音花卉控制系統(tǒng)具有操作簡(jiǎn)單方便、功能較為完善等多種特點(diǎn)，適用于對(duì)各種小型花卉的培植，如多肉、綠蘿、吊蘭等。使用此系統(tǒng)能提高用戶經(jīng)驗(yàn)，減輕培植難度，給予用戶更好的培植體驗(yàn)，為用戶解決了上班忙、沒(méi)有時(shí)間照料植物、出差擔(dān)心家中植物的問(wèn)題，在生活中感受到植物帶給我們的好處，一份綠色，一份健康。同時(shí)，你也可以打開(kāi)手機(jī)界面的花友圈，找一群志同道合的花友們討論養(yǎng)花之道，系統(tǒng)也會(huì)實(shí)時(shí)推送最新養(yǎng)花技巧，幫助用戶學(xué)習(xí)相關(guān)養(yǎng)花知識(shí)，具有一定的市場(chǎng)應(yīng)用和推廣價(jià)值。

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