室內(nèi)植物智能養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)的研發(fā)

吳國(guó)娟+高默雷+劉秀+張潤(rùn)久+劉佳文

摘 要：針對(duì)現(xiàn)有植物養(yǎng)護(hù)機(jī)存在的不適宜陽(yáng)臺(tái)農(nóng)業(yè)的問題，研發(fā)了新型室內(nèi)植物生態(tài)養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)，介紹了生態(tài)保室內(nèi)植物智能養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)的功能和特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：陽(yáng)臺(tái)農(nóng)業(yè)；環(huán)境；智能養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：S220.39 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2014.02.026

Research and Development of Maintenance Systems of Indoor Plant

WU Guo-juan1， GAO Mo-lei1， LIU Xiu1， ZHANG Run-jiu1， LIU Jia-wen2

（1.Tianjin Aimin Network Technology Company Limited， Tianjin 300090，China；2.Tianjin Agricultural University，Tianjin 300384，China）

Abstract： Aimed to the problems that existing maintenance machine was not suitable for the balcony agriculture， we researched and developed new maintenance systems of indoor plant， introduced the function and characteristics of Shentaibao maintenance systems of indoor plant.

Key words： balcony agriculture；environment；intelligent maintenance system

陽(yáng)臺(tái)農(nóng)業(yè)具有發(fā)展的可持續(xù)性，陽(yáng)臺(tái)農(nóng)業(yè)是建立在陽(yáng)臺(tái)生態(tài)學(xué)、植物生理學(xué)、植物栽培學(xué)、植物營(yíng)養(yǎng)學(xué)等基礎(chǔ)上的一門科學(xué)，它具有比傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)更大的發(fā)展空間與前景。傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)在生產(chǎn)中常因土壤板結(jié)，鹽堿化的加劇，或者污染后重茬病的出現(xiàn)等問題，使它的生產(chǎn)力越來(lái)越低，而陽(yáng)臺(tái)農(nóng)業(yè)不存在上述的這些問題，而且陽(yáng)臺(tái)農(nóng)業(yè)在設(shè)計(jì)管理上是一種完全無(wú)污染的可循環(huán)持續(xù)發(fā)展的農(nóng)業(yè)模式。栽培后殘留的養(yǎng)液可用氣霧培實(shí)現(xiàn)重復(fù)利用，收獲后的秸稈垃圾可以通過(guò)箱式或桶式發(fā)酵提取液肥重新返還至水培或氣培的養(yǎng)液中，真正實(shí)現(xiàn)物種間生態(tài)間的平衡，是可持續(xù)無(wú)污染循環(huán)經(jīng)濟(jì)農(nóng)業(yè)的一種。

隨著陽(yáng)臺(tái)農(nóng)業(yè)的興起與發(fā)展，人們對(duì)生活品質(zhì)的要求不斷提高，傳統(tǒng)的簡(jiǎn)單種植和隨機(jī)管理已不能滿足人們的觀賞和食用需要。家居種植畢竟需要專業(yè)護(hù)養(yǎng)，因此人們急需一種能夠自動(dòng)進(jìn)行種植養(yǎng)護(hù)和能夠進(jìn)行近程和遠(yuǎn)程控制的室內(nèi)植物智能養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)。

1 現(xiàn)有植物養(yǎng)護(hù)機(jī)存在的問題

目前，已有部分商家推出了植物養(yǎng)護(hù)機(jī)的業(yè)務(wù)，但是現(xiàn)有的植物養(yǎng)護(hù)機(jī)存在以下一些問題。

（1）現(xiàn)有植物養(yǎng)護(hù)機(jī)多采用先進(jìn)行大棚培育后移植到花盆中進(jìn)行培養(yǎng)的方式，雖然在一定程度上解決了存活率的問題，但是后期的科學(xué)培養(yǎng)以及因材澆液等得不到有效的指導(dǎo)。

（2）一般不具備由用戶或監(jiān)護(hù)中心遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)遙控的能力，即使植物出現(xiàn)了緊急情況，在用戶沒有到達(dá)家之前，全無(wú)遙控處理植物的手段，只能聽任植物自身成長(zhǎng)。

（3）現(xiàn)有產(chǎn)品大多只是設(shè)計(jì)為一種植物服務(wù)，資源共享率低。

（4）大多數(shù)產(chǎn)品不具備自動(dòng)緊急處理能力，均為人工處理，速度慢、效率低并且容易出錯(cuò)。

（5）現(xiàn)有植物養(yǎng)護(hù)機(jī)大多依照用戶自主判斷，缺乏有效的理論指導(dǎo)，存活率降低。

（6）現(xiàn)有植物養(yǎng)護(hù)機(jī)對(duì)植物種植完全依靠用戶經(jīng)驗(yàn)，無(wú)論植物的情況出現(xiàn)何種變化，用戶也只能根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行處理，缺乏智能化自動(dòng)檢測(cè)管理能力。

（7）現(xiàn)有植物養(yǎng)護(hù)機(jī)大多不具備系統(tǒng)與用戶直接聯(lián)系的功能，如果植物出現(xiàn)緊急情況，不能及時(shí)通知用戶進(jìn)行快速處理。

綜上所述，現(xiàn)有的植物養(yǎng)護(hù)機(jī)主要采用人工處理方式，存在存活率低、實(shí)時(shí)監(jiān)控能力差、處理速度慢、自動(dòng)化處理程度低等問題。

2 生態(tài)保室內(nèi)植物智能養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)的功能

生態(tài)保室內(nèi)植物智能養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)是針對(duì)市場(chǎng)所需開發(fā)的一種室內(nèi)植物智能養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)。系統(tǒng)能夠通過(guò)傳感裝置檢測(cè)植物狀態(tài)，根據(jù)不同植株的生長(zhǎng)需求量身制定生長(zhǎng)解決方案，并由電腦自動(dòng)控制進(jìn)行澆水、施肥、補(bǔ)光、加濕等操作，以保證植物健康生長(zhǎng)。系統(tǒng)具備遠(yuǎn)程控制功能，支持網(wǎng)頁(yè)、智能手機(jī)瀏覽控制。

其優(yōu)點(diǎn)和功能主要有：

（1）本養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)由植物養(yǎng)護(hù)機(jī)、植株管理后臺(tái)和遠(yuǎn)程控制網(wǎng)站3部分組成。養(yǎng)護(hù)機(jī)以不同的外觀形態(tài)配合專業(yè)的種植容器和營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)滿足植物的栽培需要；管理后臺(tái)根據(jù)不同的品種設(shè)置相應(yīng)的養(yǎng)護(hù)策略；遠(yuǎn)程控制網(wǎng)站可以讓用戶隨時(shí)登陸遙控養(yǎng)護(hù)操作，感受人機(jī)互動(dòng)的完美體驗(yàn)。

（2）能夠?qū)崿F(xiàn)智能補(bǔ)光、補(bǔ)水、施肥、加濕等控制，克服了室內(nèi)環(huán)境制約的光照不足、養(yǎng)護(hù)經(jīng)驗(yàn)不足等問題。為“城市農(nóng)夫”提供科學(xué)、簡(jiǎn)單的種植指導(dǎo)和協(xié)助，讓不會(huì)種菜的人無(wú)需學(xué)習(xí)即可成為種植高手。

（3）本養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制網(wǎng)站可以方便地遙控后臺(tái)控制處理設(shè)備的工作，無(wú)論用戶離后臺(tái)控制處理設(shè)備距離有多遠(yuǎn)，只要連接到因特網(wǎng)或移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)都可以得到后臺(tái)控制處理設(shè)備的服務(wù)，使用戶無(wú)論身在何處都能及時(shí)準(zhǔn)確地對(duì)植物進(jìn)行“照顧”。

（4）本養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)的后臺(tái)控制處理設(shè)備為用戶提供一個(gè)遠(yuǎn)程設(shè)置平臺(tái)，用戶可以方便地為每一個(gè)植物遠(yuǎn)程隨機(jī)設(shè)置多種檢測(cè)方案和危急處理預(yù)案，并儲(chǔ)存在后臺(tái)控制處理設(shè)備中，由該設(shè)備自動(dòng)控制執(zhí)行。

（5）本養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)的后臺(tái)控制處理設(shè)備采用高性能計(jì)算機(jī)對(duì)植物的生理數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理工作，減小了客戶端數(shù)據(jù)采集和控制設(shè)備的工作壓力，具有速度快、存儲(chǔ)量大、數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)以及自動(dòng)危急處理的能力，可以自行完成植物的緊急事務(wù)處理，提高緊急事件的處理速度和效率，減少人為失誤的發(fā)生。

（6）本養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)采用移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、因特網(wǎng)、GPRS無(wú)線網(wǎng)等現(xiàn)代數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通訊技術(shù)，保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴踩院投鄻有?，增加了系統(tǒng)的抗干擾能力和通信能力。

（7）本養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)采用電路交換與分組交換技術(shù)，具有大容量服務(wù)能力，一個(gè)后臺(tái)控制處理設(shè)備可以同時(shí)為多個(gè)相同品種的植物提供實(shí)時(shí)監(jiān)控和緊急處理以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ?，可同時(shí)為多個(gè)數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)提供監(jiān)控功能。

（8）本養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)的后臺(tái)控制處理設(shè)備可以短信方式及時(shí)通知遠(yuǎn)程客戶端，在植物出現(xiàn)緊急情況時(shí)，用戶可以及時(shí)了解到植物的相關(guān)情況，便于迅速做出處理。

（9）本養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)的后臺(tái)控制處理設(shè)備在植物生長(zhǎng)指標(biāo)不正常的時(shí)候，能夠及時(shí)向遠(yuǎn)程客戶端用戶發(fā)出聲音報(bào)警，用以提示用戶。

（10）本實(shí)用新型能夠?qū)ε柙灾参锏纳L(zhǎng)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，養(yǎng)護(hù)機(jī)機(jī)體配有溫濕度傳感裝置，可將測(cè)量的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無(wú)誤地傳送至后臺(tái)控制處理設(shè)備，對(duì)植物的生長(zhǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行快速自動(dòng)分析處理，提高了植物的存活率，具有實(shí)時(shí)監(jiān)控能力強(qiáng)、處理速度快、自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)，對(duì)于個(gè)性化種植、健康植物及物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用具有深遠(yuǎn)的影響。

3 生態(tài)保室內(nèi)植物智能養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)的特點(diǎn)

由于陽(yáng)臺(tái)農(nóng)業(yè)的應(yīng)用受室內(nèi)格局和裝修風(fēng)格的影響較大，因此用一款產(chǎn)品滿足所有用戶需求的目標(biāo)是不切合實(shí)際的，這需要產(chǎn)品的外形及組件要有較強(qiáng)的靈活性和廣泛的適應(yīng)性。

生態(tài)保室內(nèi)植物智能養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)其產(chǎn)品核心部分為智能控制盒，它小巧、輕便，可隨意擺放。其他輔助產(chǎn)品的配件有滴管設(shè)備、補(bǔ)光設(shè)備、種植容器、傳感設(shè)備。這些部分都可自成一體，并可共同與智能控制盒搭配使用。將以上系統(tǒng)配件靈活搭配即可根據(jù)用戶需求滿足不同的產(chǎn)品功能。

整個(gè)系統(tǒng)的外觀完全由用戶自主確定大小和基本形態(tài)，例如花架式、花盆式、柜式等。

在產(chǎn)品外觀確定后將系統(tǒng)各部分配件做對(duì)應(yīng)的擺放和連接即構(gòu)成了整個(gè)控制系統(tǒng)中的養(yǎng)護(hù)機(jī)部分，再配合控制后臺(tái)和遠(yuǎn)程頁(yè)面的連接即構(gòu)成了整個(gè)智能養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張?jiān)?屋頂農(nóng)業(yè)之陽(yáng)臺(tái)種菜研究[J].長(zhǎng)江蔬菜，2012（3）：1-4.

[2] 姜宇棟，韓濤，王驥騰，等.一種適用于家庭使用的陽(yáng)臺(tái)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)[J].河北漁業(yè)，2012（2）：60-61.

[3] 張朋飛，羅田偉，王昆.室內(nèi)花卉作用及養(yǎng)護(hù)方法[J].內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)科技，2010（2）：118-120.

[4] 趙影，張敏，吳鳳英.溫室花卉栽培中多變量數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控[J].河南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008（9）：113-115.

[5] 王紀(jì)華，趙春江，黃文江，等.定量遙感參數(shù)與作物肥水模型鏈接初探[J].華北農(nóng)學(xué)報(bào)，2001，16（4）：52-58.

[6] 劉博文.河南省數(shù)字農(nóng)業(yè)應(yīng)用研究概況與發(fā)展策略[J].河南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，40（3）：14-18.

[7] 狄麗英，曹福寬.室內(nèi)觀賞植物的栽培與養(yǎng)護(hù)[J].山西農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008，36（2）：78-79.

[8] 李翔，楊寶祝，郭天財(cái)，等.基于WebGIS和ES集成技術(shù)的農(nóng)作物管理地理信息系統(tǒng)研究[J]. 華北農(nóng)學(xué)報(bào)，2003，18（2）：106-109.

[9] 鄭國(guó)清，尹紅征，段韶芬，等.作物模擬研究中的模型檢驗(yàn)[J].華北農(nóng)學(xué)報(bào)，2003，18（2）：110-113.

[10] 趙戎.農(nóng)業(yè)園區(qū)某型供水系統(tǒng)（試驗(yàn)型）液位控制電路的故障分析和處理[J].內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)科技，2012（5）：54-55.

[11] 趙華民，王鳳花，張淑娟，等.農(nóng)田環(huán)境溫濕度采集儀的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J].山西農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，38（8）：106-109.

[12] 余華，呂寧波.基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的農(nóng)田信息采集系統(tǒng)的研究[J].河南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，40（5）：177-180.

[13] 馬興，王巍，韓潔，等.以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)加快實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化[J].山西農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，39（4）：376-378.

[14] 王媚，黃韜，李光.淺談我國(guó)陽(yáng)臺(tái)農(nóng)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及走向[J].上海蔬菜，2013（1）：8-9.

[15] 劉艷鵬，蔣衛(wèi)杰，余宏軍.無(wú)土栽培中應(yīng)用有機(jī)肥料的研究進(jìn)展[J].內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，28（9）：260-263.

[16] 馬享優(yōu)，信麗媛，王曉蓉，等.國(guó)內(nèi)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域物聯(lián)網(wǎng)研究與應(yīng)用現(xiàn)狀分析[J].天津農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012，18（6）：69-72.

[17] 楊寶祝.城市陽(yáng)臺(tái)上的伊甸園——陽(yáng)臺(tái)農(nóng)業(yè)[J].北京農(nóng)業(yè)，2013（16）：46-49.