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集思广益，勇于创新：河海学子对智能花圃浇灌系统进行优化再设计

花匠小妙招
2024-10-14 05:20

随着城市化进程的加快，人们的生活水平和生活质量不断提高，目前，全国 670 个城市中，有 50%的城市不同程度的缺水，同时国内对节水灌溉技术的应用以农业生产为主，有关城市地区节水灌溉技术的研究经验尚不够成熟，城市绿地灌溉中所应用相关设备缺乏节水性能，技术创新与推广体系不够完善，对城市绿地工程的可持续发展产生了不良影响，有待进一步研究并完善。基于此，河海大学“三下乡”暑假实践团队“智能花圃浇灌系统优化再设计实践团”从7月22日起，开展了为期一个月的线上实践。团队成员在对花圃浇灌系统现有市场进行调研的前提下，一起进行了花圃浇灌系统的智能化优化设计。

调研市场背景分析市场需求

本次实践从线上进行，团队成员首先对国内浇灌市场的现状进行了调研，同时也对市场前景进行了分析，团队成员通过搜集资料了解到，我国城市绿化覆盖率逐年增加，但给城市绿化的浇灌方式却没有得到多大改善。大部分地区都是采用洒水车或人工浇灌等方式，不仅需要消耗大量的人力物力财力，还极大地浪费了水资源。而人们在绿化浇灌的过程中，也存在着一些问题，比如无论是私家花圃还是城市绿化，都需要专人定时定点浇灌，这极大浪费了人力和水力。而且不同植物的需水量不同，在浇灌过程中，人们会因为缺乏一定的专业知识而导致植物的生存率降低，精准养护比较困难。市面上现有的节水浇灌系统需要人为定时控制，缺乏一定的人性设计和智能控制，与此同时，人们对于智能浇灌的关注度也越来越高，节水灌溉的市场规模也在稳定增长，智能节水灌溉系统具有较好的市场前景。在进行了市场分析过后，团队成员开始着手花圃灌溉系统的设计。

建立理论模型优化系统设计

本系统通过温湿度传感器，检测土壤墒情，当判断到湿度值低于预设湿度时，自动打开浇灌喷头对作物灌溉。当检测到湿度满足植物适宜湿度后，停止浇灌，达到节约人力，环保高效的目的。此外，通过红外线传感器，检测在洒水区域内是否有行人通过，以防止喷溅到他人。与此同时，实时温湿度以及每次浇水的情况都会被反馈到手机上，用户可以通过远程了解状况，并可以根据自己的偏好对于浇水量进行调整，丰富了个性化体验。在设计的过程中，团队成员也遇到了一些问题，其中一个则是最初所选用的温湿度传感器DHT11的温度适用范围不够广，不适用于北方地区。团队成员针对这一问题共同进行讨论，在指导老师的帮助下，团队成员去相关论坛上查找对比了一些温湿度传感器的性能，最终确定了温度适用范围较广的DHT22温湿度传感器。

图为程序流程图

在整个设计的过程中，团队成员各自发表意见，统筹安排，分工明确。在解决完所遇到的问题后，花圃灌溉系统的设计逐步成形，形成了三个特别的创新点，第一点则是将当地气候、季节等因素纳入考虑，通过调节水压的方式进行不同距离植物的灌溉用水，在系统自动调节之外可以实现远程操控，达到节约人力，环保高效的目的。第二个创新点是增加红外线识别人体功能，这一技术，能够检测在洒水区域内是否有行人通过，以防止喷溅到他人。第三，团队成员通过讨论增加了智能监控模块，通过单片机传回的信号，控制摄像头将实时画面传送到用户的终端上，以供用户实时在线观察，用户可以通过实时画面进一步了解植物的生长情况，从而采取更加有效的针对措施。同时，当有人闯入花圃时，摄像头也会将拍摄的画面上传至移动终端，实时上传的画面给系统的安全性、时效性提供了保障。与此同时，实时温湿度以及每次浇水的情况都会被反馈到手机上，用户可以通过远程了解状况，并可以根据自己的偏好对于浇水量进行调整，智能监控模块在给用户提供了可视化选择的同时也丰富了个性化体验。

在经过了整整一个月的探索、研讨与改进后，团队最终取得了一份令人满意的答卷，完成了具有土壤湿度检测模块、行人探测模块、智能监控模块、人机交互模块以及蜂鸣警报模块的五大主要模块的花圃灌溉系统的基础设计，并给其进行了实物建模，模拟使用场景。

图为模拟应用场景图

它不仅能应用在家庭阳台、社区、城市道路绿化，也可应用在一些大型绿化场地，一机多用，能满足更多需求。尤其是在农业方面，与欧美发达国家相比，我国农业智能化程度较低。我们可以利用这一智能化远程浇灌系统的优势，如精准浇灌，实时观看，远程控制，不断将传统农业转化为智慧农业，利用技术优势带来更大的经济效益。

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