基于物聯網的園林景觀池水智能過濾系統研究

喻飛根鄧心陽蔡紹碩可依

基于物聯網的園林景觀池水智能過濾系統研究

喻飛根1，2，鄧心陽1，2，蔡紹碩2，可依2

（1.中南民族大學 計算機科學學院，湖北 武漢 430074；2.武漢市金葉云景觀科技有限公司，湖北 武漢 430074）

景觀水池在現代園林景觀中是普遍存在的，但由于景觀池水很容易出現富營養化問題，極大地影響景觀水池的觀賞性。為解決水池水質問題，提出了基于物聯網技術的景觀池水智能過濾系統。此系統結合了華為云、APP控制模塊、傳感器體系、繼電器模塊及搭載Wi-Fi通訊模塊的STM32系列單片機最小系統等軟硬件技術平臺，系統可自動根據水濁度傳感器的數據選擇不同的過濾器工作模式。

景觀水池；智能過濾；物聯網技術；水濁度傳感器

隨著經濟發展和城鎮的綠化建設，許多地方大力推進城市綠化美化工程。現代景觀水池在現代園林景觀中是普遍存在的，但由于景觀池水在提供觀賞性的同時也為藻類及植物提供穩定的水環境促其生長，池水很容易出現富營養化問題。為了解決這一問題，人們采取過許多措施，例如種植水草、養魚、投藥等，但往往會產生新的環境污染，效果不如人意。

1 池水智能過濾系統結構功能設計

本系統設計主要分為三層，分別為感知層、傳輸層和應用層。感知層的水濁度傳感器用于檢測水池的水質數據；傳輸層可以將整體的水池水質的數據通過網絡傳送到華為物聯網平臺；應用層主要是通過華為物聯網平臺進行智能處理與分析，同時將水質數據實時傳送給用戶APP端。在控制模式中，系統可根據水濁度傳感器、氧氣傳感器等測量數設定值比對，自動控制選擇過濾器的工作模式。同時在用戶端，用戶可以在手機端下載專屬APP來控制過濾器的開關及休眠/工作時長。系統功能結構如圖1所示。

圖1 池水智能過濾系統結構圖

2 池水智能過濾系統實現

2.1 景觀池水過濾器實現

一體化過濾器是集物理過濾、生化過濾、除藻、循環、增氧為一體的過濾器，該過濾器自身含有抽水泵、多模式過濾系統、排水口、排污口等部件。該過濾器使用了較為簡單的電路控制，通過按鍵即可使其工作，并沒有用到單片機進行控制，更無法連接網絡。因此，將過濾器的各不同模式的工作電路連接繼電器模塊上，然后利用搭載了Wi-Fi通訊模塊的STM32系列單片機最小系統控制繼電器模塊，以此通過STM32系列單片機最小系統進行控制。系統通過判斷水濁度傳感器的數值自動命令STM32單片機最小系統開啟對應水質情況下的過濾器工作模式，以此實現過濾器的各個功能，做到物盡其用。在不同水質情況下過濾器工作模式各不相同：當水質情況優良時，工作模式開啟水循環、增氧；當水質輕度污染，工作模式開啟水循環、物理過濾；當水質中度污染，工作模式開啟水循環、物理過濾、除藻；當水質重度污染，工作模式開啟水循環、生化過濾、除藻。

2.2 硬件控制設計實現

根據系統的設計要求設計的硬件電路系統。本系統硬件包括STM32系列單片機最小系統、Wi-Fi通訊模塊、繼電器模塊、一體化過濾器、水濁度傳感器、氧氣傳感器和電源模塊。其中，STM32系列單片機最小系統是硬件系統的核心控制器，負責控制過濾器的工作模式、與Wi-Fi模塊連接可將傳感器的數據上傳到華為云端以及接受APP的指令進行相關的操作；繼電器模塊設置為常開模式，分為四路由STM32單片機最小系統控制四路繼電器的通斷，一體化過濾器與繼電器串聯，四路繼電器分別對應多濾器的四種工作模式，以此可以實現STM32單片機對過濾器的控制；水濁度傳感器和氧氣傳感器用于檢測水池的水濁度以及水含氧量，以此數據來判斷水質情況；電源模塊為整個硬件系統提供電源。硬件系統原理如圖2所示。

2.3 軟件控制（APP）

隨著智能手機的普及，人們更加依賴通過移動手機就能完成更多的事情如支付、出行以及控制家電用具等。本系統設計了一款APP用來控制園林景觀池水智能過濾系統，本系統控制終端APP能夠從華為云服務器實時獲取水池水質數據以及向硬件系統控制端STM32單片機發送命令，以此實現客戶遠程控制過濾系統。APP控制終端設備可通過通信接口與物聯網云平臺建立連接并進行數據交互。APP控制終端程序在完成通信接口的連接后，可以接收由云平臺上傳的采集數據并向云平臺發送數據指令。園林景觀池水智能過濾系統的控制終端APP的主要功能如下：①用戶登錄、用戶注冊功能；②添加智能設備、設備網絡連接以及發現新的設備；③展示池水水質數據；④智能設備控制功能；⑤其他功能，如消息中心、設置和常見問題反饋功能。

圖2 硬件系統原理圖

本系統控制APP有三個主要界面：設備連網界面、智能過濾界面以及APP功能展示界面。利用Java的Android提供的UI界面設計庫進行開發，提供了較多且全面的開發庫，極大地提高了開發效率。

2.4 系統控制策略

系統通過水濁度傳感器以及氧氣傳感器檢測水池水質情況，形成電信號。該信號經過模數轉換后發送給STM32單片機最小系統，STM32單片機依據水質分類標準值對水質信息進行分析，判斷水質情況，將其分為優、輕度污染、中度污染以及重度污染四個級別，從而使STM32單片機打開對應水質情況的繼電器使過濾器進入對應水質情況的工作模式。

同時搭載Wi-Fi模塊的STM32單片機可通過Internet將水質數據傳送到華為云物聯網平臺進行保存、處理及計算，可實時地將數據發送到客戶APP端進行展示，客戶可在手機APP上通過實時的水質情況來選擇是否關閉過濾器及設置過濾器的工作/休眠時間，從而實現了客戶遠程控制過濾器以及系統根據水質情況自動判斷開啟哪種工作模式。

3 結語

本文提出的基于物聯網的園林景觀池水智能過濾系統，通過結合華為云、APP控制、傳感器體系及搭載通訊模塊的STM32單片機等技術設備，能自動根據水濁度傳感器的數據選擇不同的過濾器工作模式，以此滿足園林景觀池水過濾需求。本系統很好地解決了園林景觀池水智能過濾問題，實現了客戶可遠程控制過濾器及實時查看水質情況。本系統對傳統的園林景觀實現智能化、自動化有著非常重要的意義，在園林建設、小區景觀及城市綠化等有著廣闊的市場。

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X703

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2021.01.023

2095－6835（2021）01－0066－02

喻飛根（1999—），男，湖南岳陽人，中南民族大學計算機科學學院2018級本科生在讀，武漢市金葉云景觀科技有限公司開發工程師，研究方向為智能邊緣計算。鄧心陽（2000—），男，湖北武漢人，中南民族大學計算機科學學院2018級本科生在讀，武漢市金葉云景觀科技有限公司算法工程師，研究方向為智能科學與物聯網技術。蔡紹碩（1994—），男，湖北武漢人，碩士，中南民族大學文學與新聞傳播學院2018級碩士生在讀，武漢市金葉云景觀科技有限公司總工程師，研究方向為傳媒生態與產業經濟。可依（1998—），女，蒙古族，河南安陽人，中南民族大學文學與新聞傳播學院2018級本科生在讀，武漢市金葉云景觀科技有限公司界面工程師，研究方向為產品界面設計。

〔編輯：王霞〕