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基于物联网的“生态卫士”

2021-10-22沈常伟杨鑫翁璐璐杜雨霏陈望杰

科技信息·学术版 2021年12期
关键词:环境检测物联网生态

沈常伟 杨鑫 翁璐璐 杜雨霏 陈望杰

摘要:全球变暖,极端天气日益增多。旱和涝,都威胁着日益脆弱的城市生态。本设计中的“生态卫士”,基于物联网等技术实现生态储水、自动灌溉以及基本的环境检测。为城市道路等生态脆弱区域提供一种解决方案,也为城市遭受极端天气影响提供了基础的检测手段。

关键词:物联网、生态、极端天气、环境检测、自动灌溉

1.前言

炎炎夏日,多日无雨,路边绿化带的植物奄奄一息...市政人员只能开着水罐车,沿路洒水,费时费力,成本巨大。我们的“生态卫士”,利用物联网技术、移动通讯技术、智慧农业技术、太阳能技术实现路边绿化带、生态公园等区域的生态维护,节省市政资金,通过土壤传感器实时监控土壤湿度,在必要时刻挽救绿化带等生态脆弱区域的生态。也可以在水资源相对富余时,在炙烤的路边喷洒水雾,为饱受炎热的行人带去一丝清凉。

除此之外,“生态卫士”也可以用于基础的环境信息监测。近几年,极端天气频发,部分地区短时间的特大暴雨甚至危险到了人身安全。“生态卫士”可以监测水位等信息。

2.主要内容

习近平总书记指出“绿水青山就是金山银山”,大力推进生态建设,强调环境的重要性,是我国目前面临的重要工作之一。经济的快速发展,造成了生态环境的破坏,近年来转变思路,加大了对生态环境的监管和投入。但生态环境中涉及的范围大、维护难度高等问题尚无法有效解决,物联网等新兴技术在生态领域发挥良好作用的空间巨大。

2.1技术路线

硬件上基于乐鑫公司esp8266 WIFI物联网芯片该芯片是目前广泛使用的物联网芯片,应用范围广,能耗低,不但能在开发环境中使用,更能在工业、商业条件下使用,质量稳定;用于实现设备的智能配网、运动机构控制、MQTT通讯等功能。

使用标准物联网通讯协议MQTT,实现物联网芯片与阿里云物联网云之间的通讯,实现开关机构可通过互联网进行控制:MQTT协议使用发布/订阅消息模式,能提供一对多的消息发布,消除了应用程序耦合,同时可以做到开销小,协议交换最小化,以降低网络流量;而应用阿里云的物联网平台,增加了整个系统在网络层面的稳定性和安全性。

考虑环境要素,使用太阳能作为电源,干燥環境时正是太阳能发挥最大功效时;使用地下水罐作为储水装置,水源来自于雨水,保持水罐储水不易蒸发;利用4G/5G路由器覆盖一定范围,保证设备联网通讯;浇灌喷射云台提供一定范围的浇灌覆盖,可以根据喷射角度、喷射水流强度为环境中绿植提供足够水分。

项目使用土壤传感器获取土壤湿度信息,利用舵机实现“浇灌喷射(雾化)云台”。“浇灌喷射云台”可以较精确控制浇灌(或雾化)的角度、距离等,有效利用有限的水资源。

“浇灌喷射云台”原型实现:已绘制3D形状并进行了3D打印、组装、功能测试。

本产品(基于物联网的“生态卫士”)大量的使用了当今市场上多种成熟的技术,MQTT物联网平台通讯协议,定时控制模块、用户管理模块及其系统后台综合管理模块的编程,使用 python 语言 django 框架,不但利用了 python 语言的高效,也结合了django 框架的简便,本项目有较高的技术水平,涉及到了机械领域中的运动机构设计,应用了物联网技术实现远程控制,需要较高的软件和硬件理论知识和实践能力,同时需要 3D 建模和打印技术进行产品的工业设计,更需要了解一定的营销知识和对商业模式的了解,能从一个原型研究项目转变为真正的商业产品。我们已通过 3D 建模和 3D 打印技术实现部分零配件、外壳的的设计和小规模生产,灵活度高,为项目原型的开发快速进行提供了保障。

2.2项目的市场前景

(1)针对政府的“定制”市场:由于产品基于一定环境要求,不可能普遍适用,需要客户提供安装环境等条件图片和参数,修改产品外观和安装要素;虽然无法参加到大众市场,但也通过“定制”获得固定市场;

(2)针对智慧农业、工业物联网等市场:产品除了产品结构需要重新设计,其他模块具有很好的通用性,可以根据需求进行的快速的修改,符合客户需求;

(3)开发的微信公众号平台可以作为通用物联网器件控制平台,提供远程控制服务。

3.总结

本项目解决了生态环境保护中的绿植养护问题,能大大降低生态环境的维护成本。在极端天气发生时,可以为政府相关部门提供水位等基础环境信息。在人口红利即将消失,人力成本大幅提高的门槛上,为政府部门提供一种解决生态环境养护问题的解决方案。能收获良好的社会效益;同时通过该项目,团队中的学生将更好接受“生态环境保护”理念,并在大学生中产生一定影响。

通过本次项目研发,培养了一批懂技术、懂市场的技术和营销人才,为“中国制造2025”和祖国的“绿水青山”添砖加瓦。

参考文献:

[1]胡开明,刘惠煌,张议夫.基于物联网信息技术的智慧农业发展的研究[J].南方农机. 2021,52(16).

[2]林甄,谢金冶,田硕,郑先哲.基于农业物联网的无线通信技术实验研究[J].农机化研究. 2022,44(06).

注:作者皆为宁波城市职业技术学院计算机网络技术专业学生。

项目:宁波城市职业技术学院2020年度大学生科技创新项目

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