面向智慧社区的绿植养护系统

不倒翁先生66

摘  要：该文主要研究了智慧社区下的智能绿植养护系统，具有实时监测、远程控制、自动控制、手动控制、数据存储等功能。在不需要人为管理的情况下实现自动灌溉等操作，运用计算机将植物的生长状况、土壤温湿度、光照强度等数据参数收集起来，并根据目前的环境参数和环境历史数据的统计建模分析，就可以实现自动绿植养护。

关键词：智慧社区  ARM  绿植养护

中图分类号：TB18；TB472                    文献标识码：A

在智慧城市建造的推动下，智慧社区作为智慧城市的一部分，也表现出如火如荼的局面。智慧社区充分借助电子信息技术，涉及到智能楼宇、安防监控、智能家居、智能绿植养护、智能垃圾管理等诸多领域。此课题主要研究智能绿植养护系统，作为智慧社区不可或缺的一部分，不需要人为灌溉，让系统自动灌溉植物，自动对植物进行养护，包括草坪、树木、名贵花种等，可以地解放劳动力。在规模较大的社区中，绿植养护就会显得尤其重要，运用计算机将植物的生长状况、土壤温湿度、光照强度等收集起来，结合实时数据和历史数据的统计建模分析，制定自适应的灌溉策略，就可以实现无人操控的自动绿植养护。

目前在我国面向智慧社区的绿植养护系统研究成果还不是很完善。与其相关的如在2015年浙江农林大学的曹丽平发表“基于物联网的家庭园艺智能养护系统研究”，其主要研究了家庭绿植的养护，对土壤水分的控制和自动监控比较灵活，但是该系统没有联网，只是一个单系统工作，在针对大型社区时需考虑数据的联网以及对数据的远程控制和保存等问题。在2017年潘泽峰等人发表的“智能多肉植物养护系统的设计与实现”虽然没有涉及到面向智慧社会以及远程操控，但其单机处理系统已经相对完好，如果与远程控制和操作结合起来会有更好的发展。

文章编号：1672-3791(2020)01(a)-0011-03

虽然无论从国内外对于面向智慧小区的绿植养护系统都没有特别好的成果和发现，但随着我国信息科学技术的发展以及智慧城市对智慧小区的推动，绿植养护系统将会越来越成熟，在未来，面向智慧小区的绿植养护系统将具有很大的市场前景。

1 面向智慧社区的绿植养护系统的总体设计研究1.1  绿植养护系统的整体设计方案

由于在社区内绿化面积普遍比较大，而且分布不均，所以该课题研究的绿植养护系统要适应绿植覆盖面广、环境恶劣等特点，采用多个实时监测系统的结构，既能实现在不同地方实现独立系统的手动控制，同时也能由远程控制系统实现远程控制功能。最终完成绿植养护系统的整体架构为基于无线传输的数据传输，以及对绿植以及周围环境具有实时监测、自动控制、手动控制、远程控制和历史数据查询等功能。总体来说绿植养护系统的功能需求有：（1）适应性强，可在不同环境下进行铺设和摆放；（2）控制系统和采集系统稳定性高；（3）人机交互方便。

绿植养护系统的整体框图如图1所示。

1.2  绿植养护系统的关键技术

图1  绿植养护系统整体框图                                                                                                           科技资讯 SCIENCE  & TECHNOLOGY INFORMATION          11

实时监测系统作为数据采集和受控端，需要完成自动控制、手动控制和实时监测等功能。该系统在运行时，需在主界面显示当前不同位置的土壤湿度、空气温湿度，以及当前的降雨状况、浇灌状态、补光状态。在手动控制时，管理员可以通过选择来设定温湿度和灯光等阈值，同时，可以通过手动方式来开启灯光和灌溉系统，具有较强的可操作性如图2所示。
1.3 远程控制系统的关键技术

远程控制系统中的远程管理软件需要良好的稳定性以及易开发性。远程控制系统需完成远程控制、数据存储、实时监控以及历史数据查询功能。管理员可以通过用户界面与远程监测系统交互，可以很方便地查看目前各个监测点的环境状况以及植物生长状况。同时可以通过友好的交

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互界面来实现对远程控制系统的命令下达。同时，远程管理软件将实时数据存储到数据库中，对于植物的历史生长状态和环境变化存储起来有利于对植物的生长情况进行分析，来打造最适合植物生长的环境。远程控制系统整体结构如图3所示。

2 面向智慧社区的绿植养护系统测试2.1 实时监测系统的测试及调试

在绿植养护系统实时监测系统焊接安装完成后，进行上电测试，将开关电源12V输出口连接硅胶线至核心控制板，然后用一字螺丝刀调节降压模块，将核心板和土壤湿

（下转14页)

信 息 技 术

看，光纤布拉格光栅传感网由光源、调解器、耦合器、连接光纤及不同波长光纤布拉格光栅传感器构成，可以将温度、电压、振动信号灯物理量转变为波长信号，经过耦合、解调后实现相应信号输出。从原理上来看，在宽谱光入射至光纤光栅位置后，将与光栅发生耦合，使满足光栅反射条件的波长光沿着原光路反射回去，其他光透过光栅继续传播。在光栅所处环境物理量改变时，将引起纤芯热光效应和热膨胀效应，使光栅受压或产生应变，引发光栅周期和弹光效应变化，造成光栅中心发射波长漂移，实现波长调制[2]。由于光栅发射中心波长与特定物理量呈线性关系，因此能够通过解调完成光谱中心波长测量，并以此完成物理量变化的推算。

3.2 网络的构建分析

实际进行物联网感知网络构建，主要包含光纤传感系统和数据处理服务器两部分。在传感系统建立时，需要采用光纤布拉格光栅实现温度等信号采集，利用DFB-FL实现震动信号采集。在采集现场端，需要完成数据处理服务器的配置，负责将传感端采集到的数据借助互联网存储在数据库服务器中，满足物联网应用层的数据调取要求。以温度信号传感系统设计为例，由布拉格光栅、AES宽谱光源、波长解调模块和3dB耦合器构成。采用AES宽谱光源，能够产生C波段宽谱光，容易与光纤器件耦合。利用 3dB耦合器，可以实现光纤与光纤的精密连接，满足光器件的信号传输需求。波长解调模块采用FBGA波长解调分析仪，对探测器列阵、衍生光栅技术等技术进行了集成，功耗较小，能够在复杂环境中实现信息快速采集，并通过 RS232和USB等电路接口与计算机连接，实现数据读取。而解调模块有效范围在1525~1565nm之间，与光源配套。通过VC++编程，能够实现函数调用，通过ADO技术将采集到的数据传输至数据库中，为应用层Web服务端数据读取提供支持。在振动信号采集上，采用的DFB-FL传感系统由光纤传感头、MZI解调光路和电信号处理模块构成，能够发出携带待测信号的窄带光，经过光电转换和差分放大得到解调，以串口形式将数据存储指现场端服务器中，以便满足当前物联网数据应用需求[3]。
4 结语

综上所述，在物联网建设发展的过程中，光纤技术将起到重要作用，能够用于提高感知层和网络层的建设水平，推动物联网的泛在化和智能化发展。因此，在新时期，不仅需要对光纤技术加以重视，还应加强对物联网中关键光纤技术的分析与学习，对该技术进行深入的了解和探究，以便实现技术的科学运用，从根本上提升利用率，为物联网建设发展提供强有力的技术支撑。

参考文献

[1] 陈静,林雅婷,周清旭,等.基于峰值匹配分布式估计算法的光纤布拉格光栅传感网络重叠光谱的波长解调[J]. 光子学报,2019,48(4):85-92.   

[2] 殷爱菡,陈伟.一种高可靠性多环型布拉格光栅传感网络[J].光通信研究,2018(5):14-17,32.

[3] 由丽,王飞,张艳艳.物联网中的光纤技术[J].光通信技术,2015,39(5):26-28.

(上接12页）

度传感器模块供电调至3.3V左右，将水泵输出调至12V左右，然后测量核心控制板电压，芯片电压3.3V，正常。水泵输出电压12.1V，正常。然后将核心板和TFTLCD显示屏插到底座上，测试显示屏显示正常，电压校准正常。将雨水传感器和土壤湿度传感器连接到主控板上，测试数据正常

（见图4）。

2.2 远程控制系统测试

在开启系统后，等待实时监测系统进行连接。在等待不超过5s内，界面左下角显示连接成功，然后点击获取实时数据，可以得到当前的土壤数据，空气以及周围环境数据，在控制面板数据浇灌范围和时间，点击手动浇灌，实时监测系统开启水泵，完成浇灌。设定补光强度，点击手动补光，实时监测系统开始打光，测试通过。再点击不用的tabbox界面，图表显示近1天到一个月的数据，测试数据库和图表通过。至此，所有远程控制系统测试通过（见图

5）。

3 结语和展望3.1 结语

通过对面向智慧社区的绿植养护系统的设计与研究，最终完成的效果达到题目所期望要求。该系统能较好地模拟实际应用中植被的生长状况，在数据采集部分也较好地采集到实际环境状况，各个部分均完成了各自的任务，不管是远程或者现场都能完成对植被的浇灌、打光等操作，数据存储也达到了及时准确，提供给管理员的数据

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准确无误。

总体来说，面向智慧社区的绿植养护系统较地好完成了题目所要求的内容，达到了预期的目的。但目前还存在可以优化的地方，可以将数据存储和控制指令存储在远程服务器，使远程管理软件和实时监测系统分离开来，采用远程服务器进行中间路由，就可以实现多管理员和多实时监测系统进行多对多通信。