一种基于物联网的智能花卉系统

王煜淇 耿明宏

摘要：本文介绍了一种新型基于物联网的智能语音花卉种植系统，以及该花卉系统的基本结构、工作原理、特点、细节等功能，具体阐述了这一新型智能语音花卉控制系统在人们居家生活中的重要作用，该花卉系统具有功能全面、自动控制、体积小、成本低等优点，解决了人们养花难、没时间专心照料花卉的问题，并对保护珍稀植物的培育提供设备基础。

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.

关键词：智能控制;语音控制;花卉种植

Key words： intelligent control;voice control;flower planting

中图分类号：TP242.6                                    文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）02-0220-02

0  引言

家养小型盆栽花卉的市场巨大，而懂得和了解种植花卉的人群却极为稀少。[1]因此智能语音花卉控制系统的设计与生产便极为重要，该设备的出现，极大的帮助了人们进行花卉种植，智能检测花卉状态，并实时反馈在用户终端，以便于用户更好的了解自己的花卉的生长状态。[2]因此，设计一款辅助人们养花的装置将有很大的市场前景。[3]

1  主体设计

本文所设计的花卉控制系统主要有壳体，装在壳体中的土盆、营养液槽、氧气瓶、二氧化碳瓶、水槽等主要部分。感知设备与语音交互，实现互动式养花。通过云服务进行远程查看花生长、浇水、光照以及植物生长的最适条件，为用户解决了上班忙、没有时间照料植物、出差担心家中植物的问题。该设备主要由物联网平台、信息传感模块、显示模块、语音模块、远程视频监控、无线通信模块、储存模块组成。

感知设备与语音交互实现互动式养花的设计在于创新理念与设计实践的结合，本文从立体智能花卉外观改造设计、提高花卉控制系统人机交互系统设计和物联网共享平台開发三个方面着手：

①解决不会养花的问题，养花系统利用温湿度传感器、光照传感器、土壤湿度传感器等获取植物土壤的水份、光照情况经过MCU的处理实现自动浇水、自动光照和远程赏花。

②生活的快节奏化，让我们没时间养花，但又希望享受绿意。养花系统通过我们日常生活中不离手的手机将虚拟与现实结合。通过WiFi将植物信息发送到手机APP上，用户不仅手指一点就可随时随地了解植物最新信息。

③物联网平台开发提高设备的利用率，让智能设备走向商业化，根据互联网+智慧花卉系统理念，提出共享智能花卉系统，具有独立的自主的知识产权，可进行市场化推广。

1.1 结构设计

本文所设计的花卉控制系统如图1所示，主要有壳体，装在壳体中的土盆、营养液槽、氧气瓶、二氧化碳瓶、水槽等主要部分。内部含有多种装置，包括种植区域、营养供给装置、管体连接装置、控制显示装置与箱体外壳装置。各装置一起工作实现对花卉的自动监测培植。

①种植区域包括土盆、补光灯、积水盆组成，是花卉种植的主要区域，位于智能花卉系统的中部，由两个箱子组成，上方箱子放置泥土，下层放置一可拆卸空盆，用来积累多余的水分，并能由用户自行拆下清洁更换。两个箱体之间有一镂有小孔的隔板，便于上方箱体多余水分渗下。

②补光灯根据光敏传感器实时监测植物生长环境的光照强度，根据当时光线状态，自动调整光源并通过单片机智能控制光源强度，使得就算室外没有阳光，也可以实现温室内自动给光。对于一些不需要阳光的花朵，也可以提供少量光照，使得花卉的光源可控，让花卉享受到最好的光资源环境。

③营养供给装置包括营养液槽、氧气瓶、二氧化碳瓶、水槽，这四种装置置于连接主轴的转盘上与主轴相连接，主轴的齿轮及传动机构相配合形成控制机构，根据传感器的数据进行调节，主轴转动带动相应的器件转动，根据植物生长所需对花卉进行营养输送[5]，使花卉处于快速生长的营养环境中，完成对花卉的自动培植，自动实现花卉培植技术。管体连接装置隐藏在箱体中，主要通过电线、传感器线连接传感电子元件及单片机控制板，作为花卉控制系统的控制基础。水管连接位于主轴上的导液口与水槽和营养液槽用来输送水、营养液来保证植物生长的液体环境。[4]气管连接位于主轴上的氧气罐和二氧化碳罐，根据气压以及气体比例，通过压力阀控制气体成分，保证花卉生长的气体环境。

④控制显示装置位于箱体上表面，由一显示屏及按钮、开关等组成。显示模块有花卉生环境，包括温度、湿度、土壤湿度、气压、气体成分、土壤营养比例等数据，便于用户查看自己植物的生长状况，其内部主要是单片机控制板、电源等，保障系统的正常运行。

1.2 控制系统设计

互联网智能花卉系统包括温度传感器、湿度传感器、光强传感器组成传感模块，这些模块一起作输入;输出由无线传感模块、语音模块、显示模块、自动控制模块组成。

首先是输入端采集信号给单片机，单片机在得到数据后，对采集到的数据进行分析处理;然后在显示模块上进行数据显示，根据单片机中内含的程序，对硬件系统发出指令，控制硬件系统对花卉进行培植。如湿度传感器采集到土壤湿度较低的信号，传递到单片机后，单片机对数据进行分析处理，对硬件系统发出信号，硬件系统带动相应的营养模块供给并将数据显示在显示模块，通过WiFi模块发往用户终端。

语音模块主要是用来播报天气预报，植物生长环境的温度、湿度、光照等信息;再通过WiFi模块将数据传输到云服务，这样，就可以在终端上查看植物数据，了解到植物的生长情况。[6]最后在用户也可在终端设备对植物进行所需操作，如：补光、浇水、拍照等。由电源、光照传感器、温度传感器、湿度传感器、水泵电子阀、摄像头、WiFi模块七大部分为嵌入式系统（CPU）服务，共同构成智慧花卉的硬件，来实现远程访问，自动控制浇水、拍照，并将数据传输到后台，通过终端查看。

软件系统主要包括主程序、Web程序、中断控制程序。在云服务系统中，会将设备域（智能花盆）检测数据和控制参数上传到平台域，平台会进行数据分析及处理、事件告警，之后在应用层的终端设备查看养花信息，也能进行相应的操作。用户端由用户下载系统对应的APP，装配共享智能语音花卉系统。登录APP，将硬件系统与用户客户端连接。[7]通过系统硬件检测花卉状态，用户通过云端对硬件系統进行操作。系统通过硬件监测与显示模块、语音模块反馈给用户花卉状态等信息。

2  未来发展方向

①小型化：系统体积小型化，减小系统的占地面积与占地空间，提高系统便携程度，拓宽产品使用范围，为用户的使用带来方便快捷;

②低价化：降低系统制造成本，提高系统使用精度，增加用户数量，便于大规模培育花卉，降低花卉培植人工成本;

③智能化：增加更多的高级功能，丰富产品APP功能，如：APP社区、APP培植经验分享、APP花卉鉴赏、健全系统内置语音库，内置人工智能产品，实现简单的人机互动;

④全面化：不单单面向推广家庭个体用户，还将产品推向花店、花卉市场、种植基地等多种使用者手中。

3  结语

智能语音花卉控制系统具有操作简单方便、功能较为完善等多种特点，适用于对各种小型花卉的培植，如多肉、绿萝、吊兰等。使用此系统能提高用户经验，减轻培植难度，给予用户更好的培植体验，为用户解决了上班忙、没有时间照料植物、出差担心家中植物的问题，在生活中感受到植物带给我们的好处，一份绿色，一份健康。同时，你也可以打开手机界面的花友圈，找一群志同道合的花友们讨论养花之道，系统也会实时推送最新养花技巧，帮助用户学习相关养花知识，具有一定的市场应用和推广价值。

参考文献：

[1]李国雅.我国花卉产业现状和发展刍议[J].甘肃农业科技，2019（05）：77-80.

[2]张娜.智能花盆技术的研究[D].吉林农业大学，2016.

[3]朱敏玲，李宁.智能家居发展现状及未来浅析[J].电视技术，2015，39（04）：82-85，96.

[4]吴平.多路智能家庭实用浇花器设计[J].价值工程，2014，33（12）：23-25.

[5]杨守建，沈一波，周明旭，邬杨波.基于土壤定时检测的家庭自动浇花装置[J].北方园艺，2011（08）：119-122.

[6]冯徐成.基于物联网环境的智能家居系统的实现探究[J].居舍，2019（30）：169，189.

[7]薄玉桴.智能手机应用软件交互设计和设计流程研究[D].华东理工大学，2011.