基于人工智能的云花卉养护系统设计研究

崔嫱

摘要：随着人工智能的迅速发展和在各行各业中的广泛应用，电子宠物成为人们休闲、消除疲劳感、缓解身心压力的重要措施。在这样的背景下，云花卉成为人们新的电子宠物备受喜爱，因此云花卉养护系统进入了全面深入的设计研究阶段。在云花卉养护系统的设计中，需要将湿度监测、温度监测、光照监测等功能融入系统中，根据系统中对花卉养护数值的设定来检测环境，并借助系统快速完成相关信息的采集、上传和存储，以便及时补充花卉生长对水分、阳光以及通风等方面的需求。同时，还可以通过语音识别等功能，在环境数据异常的情况下启动语音提醒功能，以便用户根据实际情况完成相应操作，实现云花卉的有效养护。由此可见，基于对人工智能云花卉养护系统设计的研究，可以从其研究意义和具体的设计内容出发，探索并实现花卉的云养护。

关键词：人工智能；云花卉；养护系统；设计

中图分类号：TP18      文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2024）08-0011-03

开放科学（资源服务）标识码（OSID）

0 引言

随着现代生活节奏的加快，人们承受着巨大的身心压力，容易产生负面情绪，进而影响身心健康和人际关系的和谐发展。而美丽的花卉可以让人心情愉悦，有助于缓解压力。将花卉与科学技术结合起来，使人们可以随时观赏并观察花卉的生长情况，美丽花卉的影响能够使身心得到放松。同时，通过与花卉相处，工作和学习上的压力和焦虑也会得到缓解。云花卉养护系统需要满足用户的养护需求，并在调节用户心情的过程中让用户体验到养护花卉的乐趣。因此，在系统中增加花卉品种的介绍、养护要点等内容，并在出现异常时及时发出语音警报，提醒用户正确操作，以保证花卉始终在舒适的环境下生长。因此，需要更多人参与人工智能的云花卉养护系统设计工作，以提升养护系统的实用价值。

1 人工智能的云花卉养护系统设计研究的意义

随着智能化时代的到来，智能家居已经逐步走进了人们的生活，使人们摆脱了重复烦琐的家务劳动，从而提高了人们的生活质量。在这样的背景下，人们有了更高的精神追求，希望在放松的同时可以感受到生活的乐趣，从而推动了电子宠物领域的发展。云花卉养护就是电子宠物的一种存在形式，加强对云花卉养护系统设计的研究，能最大限度地发挥出该系统的优势，使其为用户更好地服务，增加用户对花卉的了解[1]。

该系统的设计主要是为了实现云养花，从智能角度对花卉进行养护。借助传感器检测花卉土壤的湿度、环境温度等指标，并及时发送信号，实现智能浇水、通风等功能。同时，云花卉养护也丰富了人们的休闲时光，并能够在养护的过程中学习更多的花卉知识。因此，在人工智能时代加强云花卉养护系统设计的研究，不断优化该系统的功能，为人们的业余生活增添更多乐趣。

2 基于人工智能的云花卉养护系统设计

2.1 设计系统总体

基于人工智能的云花卉养护系统的控制核心是单片机，主要装置包括水位传感器、水泵、控制器、太阳能电池模块、云端服务器、土壤湿度传感器、温湿度传感器、语音电路、LED等（如图1所示）。

第一，花卉生长环境监测部分需要将单片机作为核心。主要借助蓝牙和Wi-Fi技术将核心部分与其他监测设备有效连接，调配花卉生长环境中的各类资源，并合理应用这些资源，以拓展云花卉养护系统的功能。对于各项功能，具体如下：其一，借助不同的传感器监测花卉生长环境中的各项数据，并将这些数据及时准确地传输给单片机。由单片机控制单元分析比对这些数据[2]。其二，单片机将接收的数据传输到内部芯片上，与芯片中已设定的有关花卉的参考数值进行对比，从而确定是否针对花卉的生长环境启动报警和紧急处理功能。其三，经过对相关数据的分析，用户可以通过小程序了解花卉生长环境的真实信息。

第二，智能人花交互部分包括语音识别电路，可以为人花交互功能的实现提供支持。利用检测技术区分花卉生长环境中的语音和噪声，确保可以完整录入用户的语音，并通过对比识别。在这个模块中，会利用转换技术将语音转换为文本，并利用关键词找出录制好的音频资料并播放，从而实现花卉与用户的对话，即人花交互。

由此可见，在人工智能背景下研究云花卉养护系统，需要将花卉生长环境监测和智能人花交互两个部分合理有效地连接起来，共同组成养护系统，为用户提供科学技术支持，改善用户养护体验，并实现云养护。这样做不仅方便用户随时查看花卉的生长情况，还有利于在不同环境下保证花卉健康生长，进一步提升养护水平。

2.2 设计系统功能

2.2.1 监控生长环境

在设计花卉生长环境监测系统时，可以采用性能高、功耗低的单片机作为核心。以STM32F103单片机为例，其芯片内核为Cortex-M3，Flash功能中只读程序配备的存储器规格为64KB。

首先，设计环境监测系统的硬件。1） 对花卉生长环境的监测主要包括两个单元，即环境监测和适宜控制两个单元。环境监测单元的主要设备包括土壤湿度传感器、光照强度传感器等组件，利用单片机加强对各时段的控制，对所有传感器进行有效赋能，从而对花卉生长环境进行有效监测，并实现各项数据的有效采集。利用蓝牙或Wi-Fi技术将监测得到的数据上传至相应的App终端或小程序中。2） 对于系统中的环境适宜控制单元，其组件主要包括LED补光灯、水阀、风扇等，可以改善花卉目前的生长环境，包括调整光照、通风等，有利于花卉的健康生长。3） 在该系统中，配备规格和型号合适的CPU和开发板，将多种功能整合在一个系统中，包括语音、开关灯等功能。该系统还能够为多用户控制提供有利条件。同时，可以利用USB等技术增加数据记录、物联网等功能，实现系统功能的有效拓展。该系统将云数据库作为运行的依托，并按照花卉的种类在系统中設定合适的参考数据。如果传感器采集的数据与设定的参考数据存在差异，系统将及时根据实际情况对花卉生长环境进行调节，并通过语音系统发出提醒，使用户了解实际情况。

其次，针对环境监测系统进行软件设计。在本次研究中，将Keil uVision5作为开发环境，以Proteus仿真模拟软件为基础，MCU-ISP作为程序烧录软件。在软件系统中，所有的传感器进程都进行初始化处理，包括温湿度传感器、土壤湿度传感器、气体传感器等[3]。例如，当土壤湿度低于系统中的设定值时，需要为花卉浇水，这时启动系统的补水功能；如果高于设定值，则不启动水阀。对于光照传感器，当环境监测数值低于设定值时，需要打开LED补光灯；如果高于设定值，则不需要启动LED。对于系统中使用的气体和温湿度传感器超出系统设定值，需要打开风扇，并启动语音报警；低于设定值时，则不需要开启风扇，语音也恢复正常。

2.2.2 智能人花交互

在人工智能技术背景下的人花交互，是以花卉生长的实时条件为依据，利用数据和语音的形式将真实的信息反馈给用户。对于不同品种的花卉，数据库中的养护参数设定也不同，养护方案也存在较大的差异性。用户可以扫描相应品种的二维码，了解有关花卉生长条件、作用、注意事项等方面的介绍。对于语音识别模块，可以参考用户当时的情绪，使花卉与用户之间进行有效的沟通。

智能人花交互功能中，可以将交互的话题分为5类，以满足用户的不同需求，提升云花卉养护的情绪价值。这5类情绪包括：1） 传感器采集到的环境信息与花卉养护方案中的数值不同时，系统语音系统会主动向用户求助，如“太热啦！”“好渴呀！”“我想晒太阳！”等。用户会根据语音求助内容作出相应的操作。2） 当系统检测到用户主动靠近花卉时，会与用户打招呼，如“嗨，你好呀！”。如果用户没有给予语音回应，系统会自动发出更多的“热梗”和有趣的话题等，使人花互动更有趣，从而为用户提供情绪价值。3） 用户可以向系统提出问题，如“今天的天气如何？”。系统会自动识别“天气”这一关键词，利用网络技术搜集相关信息，并播放收集的信息，给予用户贴心的提示，如“今天有雨，记得带雨伞啊！”“今天天气很好，出门愉快！”。4） 如果用户想听音乐放松身心，系统可自动识别“音乐”这个关键词，并自动播放。除了系统自带的音乐外，还可以允许系统外接USB或通过蓝牙外接设备播放用户喜欢的音乐[4]。5） 如果系统没有编写的话题或未检测到关键词，系统会表达“我没有听懂，需要我为你唱首歌吗？”等音频，然后根据用户的选择进入相应的服务功能。

首先，进行硬件设计。1） 对于语音识别模块，主要组件是语音识别电路，利用系统中的“关键词”进行识别。例如，使用LD332X芯片作为电路的核心组件，利用MIC技术分析频谱、采集语音，与系统“关键词”模块进行对比，搜索关键词，并启动相应的功能模块。2） 语音播放功能的实现是利用录放语音的技术形式实现人花交互。例如，使用ISD1820芯片匹配与语音相适应的关键词，并进行处理。语音信号在经过系统处理后，借助主控模块中的CPU传输信号，然后播放相应的语音，实现人花交互。对于ISD1820芯片，采样时的频率范围为3.2～8.0kHz，语音录放时长一般在8～20秒，并且该芯片可以实现单片机IO控制和按键控制。

其次，进行软件设计。在软件设计中，需要能够识别用户发出的语音，并根据指令中的关键词配合系统中的内容，向语音电路传送指令，播放相应的音频资料。在软件中，人花交互功能的设计流程为：各模块初始化，红外检测组件工作，对用户是否靠近进行检测，如果检测出用户靠近，则花卉发出语音，打招呼；然后识别语音，成功识别后将其转换为文本，匹配相应的关键词，播放相应的音频文件；如果没有识别出语音，则进入播放音乐环节。在本次的研究中，语音系统使用的助手是wukong-robot。如果红外传感器运行时检测到有人靠近，则语音助手被激活，进入运行状态。语音内容则借助STT引擎进行文本转换，然后匹配与文本相关的关键词，在成功匹配的基础上，语音指令传输给语音电路，然后对应地播放录制的音频内容。如果没有相应的关键词与语音指令匹配，软件系统则自动进入“唱歌”环节。

2.3 系统测试

整个系统的设计完成之后，软件和硬件都需要进行调试，以测试相应的功能是否正常。结合云花卉养护的具体情况展开测试，如果养护的花卉是蝴蝶兰，那么系统测试可以分为两个部分：其一，测试环境监测功能。系统中温度的设定值为16～30℃，如果高于这个值则需要启动风扇功能；对湿度的要求是60%～80%，如果低于这个范围，则需要启动加湿器功能；土壤湿度的系统设定值为50%，如果低于这个值，则需要启动浇水功能；对于光照，蝴蝶兰需要半遮阴条件，不能直射，系统设定值为1000Lux，但如果低于这个值，则需要启动补光灯功能[5]。其二，测试人花对话功能。利用红外传感器进行检测，将其检测值设定为5m，即有人靠近到5m范围内，云花卉养护系统启动，开始打招呼，并进入语音识别等服务功能中。

经过一系列系统测试，如果符合设计需求，则该系统可以正常使用；如果出现个别功能或硬件无法使用等情况，则需要及时检查问题所在及原因，作出相应处理并解决问题，然后再次进行测试，直到系统可以正常使用。

3 总结

在云花卉养护系统的辅助下，不仅能够实现智能通风、浇水、光照以及参数调整等功能，还能够实现人花互动，使花卉养护更有趣，改善用户体验，使用户的生活压力、学习压力等都能夠得到有效缓解，身心得到放松。在未来想要实现云花卉养护，可以将论坛、日常交流等融入其中，改善云花卉养护的整体氛围，增加养护过程的愉悦感，这样用户就可以在养护过程中感受到乐趣，提升幸福指数。因此，要进一步加强基于人工智能云花卉养护系统的设计研究，不断完善该系统的功能，使其更符合现代生活中人们的精神需求。

参考文献：

[1] 王颢毅，何兴，吕承昊，等.基于人工智能的云花卉养护系统设计[J].电子设计工程，2023，31（10）：29-33.

[2] 邵美芝，王丰硕，杨美华，等.基于传感器的智能盆栽养护系统的设计和实现[J].计算机时代，2021（9）：46-50.

[3] 陆卫忠，黄宏梅，杨茹，等.基于深度学习的智能花卉养护系统设计[J].计算机应用与软件，2021，38（8）：72-77.

[4] 崔庆华，王金辉，陈祖栋，等.基于STM32的智能花卉养护系统设计[J].科技视界，2020（2）：102-103.

[5] 韩梦迪，刘明，王帅，等.基于物联网的花卉养护远程监控系统设计[J].信息技术与网络安全，2019，38（7）：93-96.

【通联编辑：谢媛媛】