摘" 要： 傳統(tǒng)的花園養(yǎng)護(hù)主要是以人工為主，但花園管理相對復(fù)雜，涉及溫度、濕度、pH值、生長習(xí)性、病蟲害防護(hù)等方面，管理效果與管理人員經(jīng)驗(yàn)密切相關(guān)，總體工作量較大、成本較高、效率偏低，防蟲效果差且經(jīng)常受到自然天氣的影響。為此，設(shè)計(jì)一種基于無線組網(wǎng)技術(shù)的花園智能生態(tài)管理系統(tǒng)，通過準(zhǔn)確地捕捉各種信息，為優(yōu)化花園管理提供科學(xué)依據(jù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：所設(shè)計(jì)系統(tǒng)運(yùn)行性能良好，可為植物生長提供優(yōu)良的成長環(huán)境，且具有性能穩(wěn)定、成本低、效率高等優(yōu)點(diǎn)，具有良好的實(shí)用和推廣價(jià)值。

關(guān)鍵詞： 無線組網(wǎng)技術(shù)； 花園管理； 智能生態(tài)管理系統(tǒng)； 花卉種植； 生態(tài)技術(shù)； 噴灌

中圖分類號： TN919.72?34" " " " " " " " " " " " " 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A" " " " " " " " " " " 文章編號： 1004?373X（2024）20?0160?05

Research on garden intelligent ecological management system based on wireless networking technology

ZHAO Jing1， 2， WANG Yongle2

（1. Henan Network Engineering Intelligent Service Engineering Research Center， Xuchang 461000， China;

2. Xuchang Vocational and Technical College， Xuchang 461000， China）

Abstract： Traditional garden maintenance is mainly manual. Due to the relatively complex management of gardens， involving temperature， humidity， pH value， growth habits， pest protection， etc.， the management effect is closely related to the experience of managers. The overall workload is large， the cost is relatively high， the efficiency is low， the pest prevention effect is poor， and garden is often affected by natural weather. Therefore， a garden intelligent ecological management system based on wireless networking technology is designed to provide scientific basis for optimizing garden management by accurately capturing various information. The experimental results show that the designed system has good operational performance and can provide excellent growth environment for plants. It also has the advantages of stable performance， low cost， and high efficiency， and has good practical and promotional value.

Keywords： wireless networking technology; garden management; intelligent ecological management system; flower planting; ecological technology; sprinkling irrigation

0" 引" 言

隨著人們消費(fèi)水平和生活品質(zhì)的逐步提高，私家別墅花園的需求量也越來越大；而且隨著人們知識水平的提高，個(gè)人的審美品位也提升迅速，不僅對別墅室內(nèi)裝修設(shè)計(jì)要求越來越高，對別墅花園的需求也日益增多。但別墅花園不同于公共花園、鄉(xiāng)間田園及自然景觀，要想幫助別墅業(yè)主實(shí)現(xiàn)這些需求，持續(xù)維持花園的功能，長久保持花園的品質(zhì)，不僅需要具備專業(yè)的花園養(yǎng)護(hù)知識，還需要花費(fèi)更多的精力。目前業(yè)主們自主進(jìn)行花園養(yǎng)護(hù)的專業(yè)性還遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到要求，并且由于經(jīng)常受到自然天氣和病蟲害的影響，且各種花卉、植物的生長習(xí)性不同，導(dǎo)致花園的養(yǎng)護(hù)成本居高不下[1]，花園養(yǎng)護(hù)的效率低。

隨著無線組網(wǎng)技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，政府及居民已經(jīng)意識到發(fā)展智能維護(hù)及管理系統(tǒng)的重要性，將花園生產(chǎn)與現(xiàn)代技術(shù)相結(jié)合，促使基于無線組網(wǎng)技術(shù)的花園智能生態(tài)管理系統(tǒng)成為了重要的研究課題。因此，本文在調(diào)研的基礎(chǔ)上，完善花園控制系統(tǒng)，并綜合考慮溫度、濕度、pH值及極惡劣天氣等情況[2]，結(jié)合實(shí)際情況設(shè)計(jì)了一種基于無線組網(wǎng)技術(shù)、可遠(yuǎn)程控制的智能管理平臺。

1" 研究意義

花園管理具有復(fù)雜的流程，不僅要對花卉的基本狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，還要對其進(jìn)行澆灌、施肥、除草等一系列操作。農(nóng)藝領(lǐng)域中無線組網(wǎng)技術(shù)在部分發(fā)達(dá)國家的應(yīng)用已經(jīng)成熟，它們利用現(xiàn)代信息控制技術(shù)將環(huán)境控制、澆水、施肥、病蟲害治理等融合起來，花園智能生態(tài)管理系統(tǒng)通過一系列的控制，用最經(jīng)濟(jì)有效的手段對花園進(jìn)行管理。

常規(guī)的花園建設(shè)大多數(shù)只是考慮到了花園的供水和排水設(shè)施，供水滿足了花園的水池用水，花園澆灌取水；供水設(shè)施一般就是一個(gè)水槽或一個(gè)水龍頭，讓住戶方便接管取水來澆灌花卉、草坪，一些先進(jìn)的設(shè)施則安裝噴灌設(shè)備，對草坪及灌木進(jìn)行噴灌，同時(shí)設(shè)置定時(shí)和雨感的功能。為滿足花園的基本排水要求，大多借用公園景觀、道路景觀的排水方案，排水方式簡單，但如果花園的泥土、枯草、落花、樹葉等混合在一起，就容易導(dǎo)致排水管堵塞[3]。然而花園面積越大，這些設(shè)施就越難滿足全方位的供水和排水需求，而且無法實(shí)現(xiàn)對花卉、植物的養(yǎng)護(hù)。

以智能化、技術(shù)化為核心的生態(tài)管理系統(tǒng)，正是針對當(dāng)前別墅花園養(yǎng)護(hù)、管理存在的問題而出現(xiàn)的新技術(shù)產(chǎn)品。該系統(tǒng)利用無線組網(wǎng)技術(shù)的智能化控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對供水的處理；其次，實(shí)現(xiàn)了花園生態(tài)環(huán)境的專業(yè)管理，還融合了花園最新的噴灌系統(tǒng)以及新型的全方位過濾排水裝置[4]，可以完全代替別墅住戶對花園進(jìn)行管理，即使住戶平時(shí)無暇打理花園，或出國、旅游，也能實(shí)現(xiàn)對花園生態(tài)環(huán)境的管理，防止花卉暴曬、植物缺水和病蟲害的破壞，避免暴雨下的積水問題，讓花園的生態(tài)環(huán)境更穩(wěn)定。

目前，我國在花園智能管理方面的應(yīng)用還處于較低水平，在信息化處理、數(shù)據(jù)分析及智能控制等方面與先進(jìn)技術(shù)存在較大的差距。所存在的灌溉不科學(xué)、花園污染、施肥過量、土壤成分失衡、生產(chǎn)效率不高、花園品質(zhì)下降等問題[3]，限制了花園種植環(huán)境智能控制技術(shù)的發(fā)展。

2" 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法

基于無線組網(wǎng)技術(shù)的花園智能管理系統(tǒng)是將花園管理與網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)充分結(jié)合起來，在花園生產(chǎn)中利用無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，包括遙感、視頻網(wǎng)絡(luò)、遙測、定位、控制等系列技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對花園生產(chǎn)過程中施肥、溫度控制、濕度調(diào)節(jié)、信息處理、花園信息保存等功能[5]，讓花園管理趨向智能化。

無線組網(wǎng)技術(shù)在花園中的應(yīng)用是將智能控制技術(shù)應(yīng)用到花園生產(chǎn)、服務(wù)及管理等過程中，實(shí)現(xiàn)花園生產(chǎn)的智能化、自動化，提高花園生產(chǎn)的質(zhì)量、效率與水平。在智能花園溫室中采用物聯(lián)網(wǎng)控制技術(shù)，對花園生產(chǎn)中溫度、濕度等方面的控制可以降低人工成本及工作量，同時(shí)實(shí)現(xiàn)部分關(guān)鍵環(huán)境條件控制的精準(zhǔn)性[4]，還可以利用系統(tǒng)對花園生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)、出現(xiàn)的問題及解決辦法進(jìn)行交流查詢。

2.1" 控制系統(tǒng)關(guān)鍵框架

總體系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。全方位別墅花園智能生態(tài)管理系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)架構(gòu)采用分層設(shè)計(jì)的理念，從上至下依次劃分為：水處理技術(shù)、生態(tài)技術(shù)、噴灌技術(shù)、排水技術(shù)；左側(cè)的遠(yuǎn)程控制技術(shù)為整個(gè)系統(tǒng)的基層支撐技術(shù)。

圖1中，水處理技術(shù)、生態(tài)技術(shù)、噴灌技術(shù)、排水技術(shù)為整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行過程；而遠(yuǎn)程控制技術(shù)為整個(gè)系統(tǒng)的基層支撐技術(shù)，可以通過遠(yuǎn)程APP來查看花園現(xiàn)狀以及各運(yùn)行技術(shù)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，還可以進(jìn)行遠(yuǎn)程操作控制，促進(jìn)花園生產(chǎn)效率提升。

2.1.1" 水處理技術(shù)

將從實(shí)現(xiàn)花園的供水源開始，參考花園設(shè)計(jì)方案，根據(jù)花園場地使用面積大小、地勢高低、噴灌設(shè)備布置等情況，設(shè)置增壓泵、控制閥、過濾器等裝置，調(diào)整供水管道的水壓，以確保供水達(dá)到既定的水壓范圍。

2.1.2" 生態(tài)技術(shù)

根據(jù)花卉、草坪、地被、灌木、喬木等不同的植物生理屬性，在不同的綠化區(qū)塊設(shè)置不同的生態(tài)監(jiān)測設(shè)備，包括濕度和雨感傳感器、肥力NPK監(jiān)測、pH值數(shù)值感應(yīng)器、DEET無毒驅(qū)蚊等，來實(shí)現(xiàn)花園的生態(tài)平衡[6]。如局部有土壤肥力不夠，被監(jiān)測到后會立即將數(shù)據(jù)回傳到控制器，智能施肥一體機(jī)將會啟動施肥功能；若監(jiān)測到有病蟲害影響到植物生長，則會啟動生物驅(qū)趕藥物噴灑，進(jìn)行除蟲害或驅(qū)趕蟲害的防治。

2.1.3" 噴灌技術(shù)

噴灌技術(shù)推廣較為成熟，客戶普及率高達(dá)95%。針對草坪、灌木、地被、樹木等不同地形和植物高低，設(shè)置不同的噴灌方式，實(shí)現(xiàn)全方位的噴灌覆蓋。

2.1.4" 排水技術(shù)

在排水工藝上設(shè)計(jì)了濾蓋、濾筒、土工布、阻泥盆、過濾層等結(jié)構(gòu)。先通過阻泥盆填鵝軟石對泥土、枯草、落花等物體進(jìn)行第一次初濾，然后經(jīng)過土工布進(jìn)行二次過濾，再經(jīng)過筒體內(nèi)的過濾層實(shí)現(xiàn)第三次過濾。當(dāng)遇到雨水大、排水量大時(shí)，水會掩蓋排水裝置，則積水直接從濾蓋上流入，再經(jīng)過過濾層實(shí)現(xiàn)快速排水。同時(shí)，還設(shè)計(jì)了濾排水裝置，可以打開濾蓋對濾筒內(nèi)的過濾層進(jìn)行清洗[7]，或直接更換過濾層。

2.2" 系統(tǒng)控制過程

結(jié)合本地花園的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)了一種基于無線組網(wǎng)技術(shù)的花園智能控制系統(tǒng)，其控制流程如圖2所示。

該系統(tǒng)可以在溫室中布置溫度、土壤水分、土壤酸堿度、濕度、光照等傳感器對基本信息進(jìn)行采集[8]，實(shí)現(xiàn)對溫室環(huán)境的全面檢測；通過設(shè)計(jì)的應(yīng)用層對基本信息進(jìn)行分析，采用合適的環(huán)境控制策略讓通風(fēng)、溫度、濕度、補(bǔ)光、灌溉等調(diào)節(jié)設(shè)備科學(xué)工作，改善溫室內(nèi)的環(huán)境，促進(jìn)花園生產(chǎn)系統(tǒng)的高效運(yùn)行；利用無線傳輸技術(shù)將信息傳遞給后臺，智能后臺對基本數(shù)據(jù)信息綜合分析后，系統(tǒng)會根據(jù)分析結(jié)果發(fā)出合適的控制信號，讓花卉作物處于最佳的生長狀態(tài)，從而提高生產(chǎn)、管理的效率及水平。

3" 實(shí)現(xiàn)過程

由于室外環(huán)境較復(fù)雜，故本文項(xiàng)目的核心內(nèi)容為研發(fā)一種能夠真正地實(shí)現(xiàn)本地場景數(shù)據(jù)存儲功能的無線組網(wǎng)控制技術(shù)，即各數(shù)據(jù)采集、分析、處理單元在完全脫離遠(yuǎn)程服務(wù)器的情況下，能正常地對本花園按設(shè)定參數(shù)進(jìn)行精確計(jì)算，以此為基層支撐技術(shù)來組建智能生態(tài)管理系統(tǒng)[9]。此外，本文還研發(fā)了生態(tài)智能噴灌系統(tǒng)、生態(tài)智能系統(tǒng)和生態(tài)智能池塘系統(tǒng)。

3.1" 生態(tài)智能噴灌系統(tǒng)

生態(tài)智能噴灌系統(tǒng)主要為常規(guī)花園景觀而研發(fā)打造，由外部無線組網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，由內(nèi)部系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)際工作，包括為水流增壓穩(wěn)定工作的水泵、止回閥、水過濾器以及電磁控制閥和噴頭。核心生態(tài)技術(shù)組件包括NPK肥力礦物質(zhì)一體機(jī)、濕度雨感傳感器、pH值數(shù)值感應(yīng)器、生物驅(qū)趕投放器[10]。生態(tài)智能噴灌系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

3.2" 屋頂及雨水花園景觀生態(tài)智能系統(tǒng)

屋頂及雨水花園景觀生態(tài)智能系統(tǒng)主要針對屋頂花園及生態(tài)雨水花園景觀，意在加強(qiáng)對雨水的綜合利用，同時(shí)基于綠色發(fā)展理念，更好地打造可持續(xù)型的生態(tài)花園景觀。生態(tài)智能系統(tǒng)如圖4所示。

圖4中的生態(tài)智能系統(tǒng)利用外部無線組網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制；內(nèi)部工作系統(tǒng)包括初級過濾格柵、集水池、為水流增壓穩(wěn)定工作的水泵、止回閥、水過濾器，以及電磁控制閥和噴頭；核心生態(tài)技術(shù)組件包括NPK肥力礦物質(zhì)一體機(jī)、濕度雨感傳感器、pH值數(shù)值感應(yīng)器、生物驅(qū)趕投放器[11]。

3.3" 生態(tài)智能池塘系統(tǒng)

生態(tài)智能池塘系統(tǒng)是將花園智能生態(tài)管理系統(tǒng)同水景相結(jié)合，將設(shè)備模塊以及資源構(gòu)成進(jìn)行有效整合與重組，從而達(dá)到系統(tǒng)循環(huán)、智能循環(huán)、生態(tài)循環(huán)的完整有機(jī)體。水景主要包括水池、魚池、涌泉和其他水景類型等。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖5所示。

由圖5可知：生態(tài)智能池塘系統(tǒng)主要由外部無線組網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制；由內(nèi)部系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)際工作，包括水景主體、過濾沉淀凈化倉、浮力電磁控制閥、為水流增壓穩(wěn)定工作的水泵、止回閥、水過濾器，以及電磁控制閥和噴頭等設(shè)施[12]。核心生態(tài)技術(shù)組件包括NPK肥力礦物質(zhì)一體機(jī)、濕度雨感傳感器、pH值數(shù)值感應(yīng)器、生物驅(qū)趕投放器。

3.4" 管理系統(tǒng)創(chuàng)新點(diǎn)

全方位別墅花園智能生態(tài)管理系統(tǒng)在當(dāng)前屬于較先進(jìn)、功能較齊全的技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)花園從水體資源的來源到排水及灌溉方式，從植物養(yǎng)護(hù)到預(yù)防病蟲害等全部需求[13]。系統(tǒng)比傳統(tǒng)花園供水和排水更加智能化和科技化，花園供水覆蓋率高達(dá)100%，避免了植物澆灌旱澇不均的情況。設(shè)備裝置安裝、維護(hù)簡單，易操作，布置效率高而準(zhǔn)確，且系統(tǒng)具備更全面的植物養(yǎng)護(hù)功能。智能生態(tài)管理系統(tǒng)通過對濕度雨感監(jiān)測、植物肥力監(jiān)測、土壤酸堿度監(jiān)測和病蟲害監(jiān)控，對大數(shù)據(jù)進(jìn)行分析整理并形成有針對性的技術(shù)補(bǔ)償，同時(shí)依托智能技術(shù)來實(shí)現(xiàn)管理，可以隨時(shí)查看監(jiān)測數(shù)據(jù)，為花園的管理帶來便利[14]。系統(tǒng)將自然雨水過濾凈化與水景過濾凈化環(huán)節(jié)相結(jié)合，系統(tǒng)性、功能性地整合技術(shù)模塊的資源與優(yōu)勢，更好地發(fā)揮了每個(gè)技術(shù)模塊的優(yōu)勢，不再是單一的技術(shù)流程，而是協(xié)調(diào)的有機(jī)整體。

3.5" 實(shí)驗(yàn)情況

本文在理論研究的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了管理系統(tǒng)，運(yùn)行情況界面如圖6所示。

對設(shè)計(jì)的樣機(jī)進(jìn)行測試，得出其遠(yuǎn)控功能正常，證明本文設(shè)計(jì)的溫室控制系統(tǒng)性能良好，具有較好的實(shí)用性及便捷性。全方位花園智能生態(tài)管理系統(tǒng)解決了花園最基本的合理供水和排水問題，極大地提高了淡水利用率、植物的成活率及生長速度；能夠較好地預(yù)防病蟲害問題，調(diào)節(jié)環(huán)境中空氣的濕度與溫度，降低住戶對花園維護(hù)的時(shí)間和精力成本[9]。全流程可以實(shí)現(xiàn)基于無線組網(wǎng)技術(shù)的遠(yuǎn)程控制智能生態(tài)管理。

4" 結(jié)" 論

網(wǎng)絡(luò)、云平臺、視頻等技術(shù)與無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的融合應(yīng)用，已經(jīng)深入到社會生活的各個(gè)領(lǐng)域，將其與花園管理充分結(jié)合起來成為了花園智能化發(fā)展的重要方向。本文系統(tǒng)降低了花園管理和維護(hù)的工作量、成本，既維護(hù)了良好的花園生態(tài)環(huán)境，又延長了花園的美麗周期，同時(shí)節(jié)省了時(shí)間。

實(shí)踐證明，基于無線組網(wǎng)的花園智能生態(tài)管理系統(tǒng)對花園的發(fā)展及提高經(jīng)濟(jì)效益具有重要的意義?；▓@智能生態(tài)管理系統(tǒng)提供了新的助推劑，改變了花園的自然生產(chǎn)規(guī)律，讓花園發(fā)展可以打破地域、氣候、溫度等方面的制約，促進(jìn)了智能生態(tài)管理系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展，對提高智能花園經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平及效率有著重大意義。

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作者簡介：趙" 景（1982—），女，河南許昌人，碩士研究生，副教授，研究方向?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)。

王永樂（1972—），男，河南許昌人，碩士研究生，教授，研究方向?yàn)槿斯ぶ悄芗夹g(shù)應(yīng)用。

DOI：10.16652/j.issn.1004?373x.2024.20.025

引用格式：趙景，王永樂.基于無線組網(wǎng)技術(shù)的花園智能生態(tài)管理系統(tǒng)的研究[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2024，47（20）：160?164.

收稿日期：2024?01?12" " " " " "修回日期：2024?02?15

基金項(xiàng)目：2021年河南省高等學(xué)校重點(diǎn)科研項(xiàng)目計(jì)劃立項(xiàng)項(xiàng)目：基于無線組網(wǎng)技術(shù)的花園智能生態(tài)管理系統(tǒng)的研究（22B520030）；許昌職業(yè)技術(shù)學(xué)院“5G工程技術(shù)中心”科研平臺