基于传感器的智能花盆系统设计

张文龙,朱扬威,傅云哲,党博伟

辽宁科技大学 电子与信息工程学院  114051

摘要：

目前，随着我国经济发展与科技水平的大量提升，人们对于生活质量的要求也越来越高。在日常生活中，人们对于绿色环保的需求越来越大，已不再满足于“远看近景”的生活状态，而更多的是倾向于将盆栽与花卉转移至家庭中。因为盆栽作为一种生活方式，可以更好的美化家居，使人赏心悦目，还能愉悦人们的心情。在与人交际的过程中，种植盆栽或欣赏花卉也已成为多数人之间共同的兴趣爱好。现在花卉市场愈加受到人们的欢迎，盆栽经济的发展也越来越好，但作为花卉的培养器皿，花盆的产业机构却很单一。目前的花盆功能仅仅存在提供养分和美观的效果。当出现家中长期无人的情况下，盆栽在长时间无人照料的情况下，多数会因为花盆的功能性单一的原因而枯萎甚至死亡，造成一定的资源浪费。而且传统的花盆还会造成人力的大量消耗。针对此种现象，本文提出并设计了一种智能化花盆，此花盆可以利用传感器等设备对花卉实现实时监测，监测内容包括盆栽的生命状态、土壤的干湿度等，针对这些参数对盆栽实现合理有效的培养和照顾，从而满足人们对于盆栽的多方面需求，使得盆栽的种植和管理更加智能化、自动化以及科学合理化。

关键词：智能监测；盆栽；传感器

引言：

随着互联网的普及以及5G通讯技术的全面发展，我国各个领域的智能化愈加普遍。现在家居生活也在向着智能化、科技化方向发展。目前智能家居已经成为一种时尚和潮流。在高质量的生活水平下，人们对于高智能化和高水平的生活环境的需求也是逐渐加大。由此，智能家居的发展前景非常广阔，其商业价值和创新空间也是十分可观的。在目前这种快节奏的生活方式之下，人们远离了自然，远离了炊烟和田野，所以人们的心灵需要不同的慰藉方式，而种植盆栽就是其中一种有效的放松方式。盆栽拉进来人们与自然的距离，会有一种回归自然的感觉，而且在室内种植盆栽还能起到净化空气、吸收二氧化碳的效果。种植盆栽固然是一种好的生活方式，但这一切的前提是我们具有充足的时间，当室内出现长时间无人的情况下，大量的盆栽因无人照料可能会出现枯死等现象，这就需要一种智能化的花盆能够实现对盆栽的远程实时监控和照料。本文基于以上需求设计并制作了一种智能化花盆系统。此系统能够实现降低能耗、节约资源、实现健康、环保以及低碳节能的智能化生活。

一、智能花盆工作原理

智能花盆的主要工作原理如图1所示，首先是监测功能，监测功能的实现是通过花盆内部和上方所安装的传感器和主控板对盆栽进行实时的数据采集，并将温度、土壤湿度以及光照强度等数据上传到云服务器，用户可以通过手机或平板终端实时查看来自云服务器的环境参数。其次是控制功能，用户通过手机或平板终端进行模式的设定，设定命令会上传到云服务器，之后云服务器通过电磁阀与打光等控制命令实现对盆栽环境的远程控制。

图1 智能花盆工作原理

由图1可知，智能花盆的第一方面是应用各种类型的传感器进行对花朵生命健康的监测，然后可以在电脑上随时查看花朵的生命体质。可以利用电脑的智能系统对花朵的健康做出判断，并通过指令对各种传感器发出信号进行操控，以此来维持花朵的健康，从而实现全自动一体化。另一方面在于智能花盆配有良好的智能水系系统，可以实现按时间自动浇花，并且根据传感器的监测，对花盆中土壤的养分进行分析，对土壤中水分含量进行测量，当土壤中水分营养和含量不足时，可以自动排除花盆中的水，然后及时补充，实现营养最大化。

二、 智能花盆系统结构

（一）系统检测方式

系统的监测方式总共分为三种分别为光强感应法，土壤温湿度检测法，水位感应法。

光强感应法:增加光照强度传感器，添加太阳能版，从太阳能版上收集电量提供给光强传感器，将信息传输给花盆，花盆自动调节盆栽高度方向距离等。

土壤温湿度检测法:增加温湿度传感器，传统花盆的缺点无法直观的获知土壤的温度和湿度，利用网络技术，在异地也能实时监控到土壤的温湿度。

水位感应法:水位感应法与温湿度检测法同理，水位过高时连接水管排水将水管内多余水分收集，水位过低时，土壤湿度传感器将缺水的信号传输给把握面板、把握面板启动增压泵工作、增压泵将储水箱中的水分通过连通管、胶管导入到喷管中，经过喷头重新导入到内盒、从而为植物自动补水，减少水分浪费，满足不同花卉盆栽不同的水位要求。

具体运行过程如图2所示。

图2

（二）传感器的组装方式

此外还有具体的传感器详情供应如下。包括外盒、嵌入外盒内腔中心处的内盒，外盒的顶部一侧设置有光照传感器，内盒内腔一侧壁底部自上到下依次设置有土壤湿度传感器与水位传感器，外盒的前侧壁设置有把握面板，且把握面板与光照传感器、水位传感器和土壤湿度传感器相电性连接。外盒的顶部设置有支撑杆、支撑杆的顶部转动连接有转动杆。转动杆的顶部固接有防护罩，内盒下方的外盒内腔设置有浇灌机构、浇灌机构的一端与内盒相连通、浇灌机构的另一端与防护罩相连通、内盒的底部开设有透水孔。

根据以上监测方式和传感器的安装方式，实现了对盆栽的全方位监测和控制，结合云端服务器以及智能终端等设备，便实现了智能花盆系统的远程培育。

结语：

国内外科技工作者对于智能花盆的研究设计一直在深入，各国所设计的产品类型也逐渐多样化，市场上先手出现了许多不同形式的智能花盆，其功能和控制原理也有很多不同之处，但根本目的都是为了方便人们的日常生活和保证花草正常生长。

参考文献：

[1]张亚峰,郭霞雲.基于STM32和OneNET云平台的智能花盆远程操控系统设计[J].工业控制计算机,2022,35(12):151-152+155.

[2]徐栋梁.基于物联网技术的智能花盆的设计与实现[J].科学咨询(科技·管理),2021,No.753(08):83-84.

[3]殷西祥.面向移动终端的智能花盆系统设计[J].乐山师范学院学报,2020,35(08):13-17.

[4]张田泽,郝文豪,梁振等.基于多点监控多段控制的智能花盆系统[J].吉林化工学院学报,2019,36(11):43-46.

[5]陈震元,常郝.嵌入式智能花盆的Android移动设计[J].福建电脑,2019,35(04):36-39.

[6]张天祥,王恩亮.基于WiFi的智能花盆系统设计APP[J].科技视界,2018,No.246(24):73-74.

项目作者：张文龙 朱扬威 傅云哲 党博伟

基金项目：辽宁科技大学大学生创新创业计划专项经费资助项目(项目编号：)

作者简介：张文龙(2002-)，男，辽宁省沈阳市，本科，研究方向：自动化