智能庭院植物养护系统设计

梁宁

摘 要：现代社会，都市人群为陶冶情操、装饰家居会在家庭进行园艺植物的栽培以调和生活环境。由于对植物习性和生长状态不了解，加之自身工作繁忙，往往不能很好地进行植物养护。其中庭院园艺的植物种植面积大，种植植物种类丰富，植物养护工作量大，尤其需要智能家居产品帮助完成家庭园艺养护工作。Rollbot是一款智能植物养护系统设备，它包括硬件设计和软件设计，通过监测、驱动和遥控等物联网技术，完成具有智能化、移动性、交互性的自动智能多点浇灌、人工跟随、远程操控等功能，保留用户参与度，更好地完成家居绿化工作。

关键词：庭院植物养护系统；多点浇灌；用户参与度；交互体验

现代社会，人们在追求宜人生活环境的同时，对家居环境的设计更加注重绿色设计的理念，在居室内、阳台、屋顶、露台或庭院等空间范围内从事园艺植物栽培和装饰的活动，有效地调和生活环境，使家居更人性化，个性化，富含自然气息和生活情趣。其中庭院园艺的植物种植面积大，种植植物种类丰富，植物养护工作量大，需要智能家居产品帮助完成家庭园艺养护工作。

一、植物养护与物联网技术

现代都市人追求绿色、健康的生活方式，人们常会选择栽培花草来陶冶情操，舒缓压力，以及装饰家居环境，以调节生活情趣。但是大部分人们对植物植物养护的了解甚少，只进行浇水、松土等简单养护，由于各种植物生长习性和状态不一，导致记错时间或混淆种类，常常造成“不知道什么时候该浇水”，“不知道每种植物该浇多少水”，甚至“忘记浇水”。有研究表明，花草80%以上的死亡是由于浇水不及时。

然而，植物养护不仅仅是简单的浇水时间和浇水量问题。根据植物生长种类和习性，浇水因花而异：如肉质干性花卉少浇水（佛甲草、景天等）；喜湿花卉多浇（芦竹、风铃草、香菇草等）；叶面生毛花卉（棉毛水苏、薄荷、薰衣草等）不宜叶面浇水，否则易感染病腐烂，还有叶片小，水分蒸发慢，浇水少（六月雪、紫薇等）；针叶树需水量少，孕苗期多浇，花期少浇。根据土壤品质不同，浇水量也不同。土壤持水性差的多浇，持水性好的少浇；土层厚的多浇，土层薄的少浇。此外，土温与水温不能相差太大，冷热保持在5摄氏度以内，两句俗语以警世人：“水温适度花枝茂，水温过冷花感冒。”“水温差五度，根系命呜呼。”季节的变化因素对浇水量也有影响。夏季高温，土易干燥，浇水相应增加。伏后空气干燥，连续晴天高温则一天两次，早晚各浇水一次，下午浇头，上午浇补水，必要时向植株喷水，向墙体、园路喷水，藉以增湿降温。进入秋季往往干旱，浇水不能松懈，与伏季相同。冬季植物进入休眠，保持土不过干即可。但北方干燥，植物和土壤水分极易被带走，浇水也可每天或几天一次，中午进行。

可见，植物养护工作复杂，需要对植物的品类习性有一定的了解，还要对植物的生长状态有一定的把握。然而，现代都市人工作繁忙，无法很好地照料花草，因此需要智能产品帮助我们更好地完成家居植物养护工作。随着时代的发展，机器人逐渐走近并高度参与我们的生活，从各个方面影响并辅助我们。物联网技术能够自动采集环境信息，自动控制浇水、喷雾、除虫等工作，以机器人为载体将物联网技术应用到家庭园艺养护中，使家庭植物养护活动变得更加智能，运用寻迹技术、自平衡技术等，提供更多家居智能产品的交互体验。

二、行业背景与现有产品

智能产品以其高效、多功能、智能化优势逐步渗透进人们的生活，在家庭植物养护方面，相关研究人员在开放家居植物自动浇灌系统方面已经取得了一些进展，也有一些已经面向市场的产品。如parrot出品的全球首个无线智能植物检测设备Flower Power01，设备上共载有4枚传感器，分别可监测光照、湿度、环境温度以及土壤肥力水平等因素，测量所在地周边5至10厘米内的土壤，通过对监测土壤进行分析，向用户提供数据，并据此作出各种建议。还有具备自动浇水能力的Flower Power 02H2O，但它需要外接蓄水设备（如塑料瓶或其他盛水容器），然后倒插在植物中就可以定期为植物浇水。可以容纳两升水的陶瓷盆形式的Flower Power03 Pot，它能够将水隐藏在盆里，没有外挂的瓶子使其更加美觀，但相应的体积也更大。这些现有的产品虽然在技术上取得了一些成果，为人们的养护工作带来了一些便利，但它们在使用上仍有一些局限，例如监测范围小，相对固定，无法满足庭院式用户大面积植物栽培的需求，单点浇灌缺乏移动性；蓄水量小，需要外界蓄水设备或自身体积较大，缺乏灵活性；操作方式较传统，缺乏交互性。利用寻迹技术和自平衡技术完善智能自动多点浇灌功能，增加人机交互感，提高用户体验与市场需求协同设计，为智能家庭植物养护系统产品提供新思路。

三、设计思路与产品定义

家庭智能植物养护机器人面向使用群体为庭院植物爱好者，他们有着较高的教育背景和可观的经济收入，有较强的购买力，追求高生活品质，喜欢多样化的生活形式，对新兴产品接受度高。因此用户对智能植物养护系统产品的功能有以下要求：产品能够实时监测植物光照、湿度、环境温度以及土壤肥力水平等要素信息，并通过无线传输技术反馈给用户移动端设备；产品具有云端数据库，监测与记录信息，提供养护方案设计及提醒；保留一定的参与度，用较强的交互感满足用户的情感需求；以小猪拱地为灵感，外观时尚可爱，具有很强的产品象征意义，亲切可爱的形象更好地适应家庭需求，能引起人们的喜爱和关注。

Rollbot智能植物养护系统由浇灌机器人、土壤感应器和外置无线充电器三部分组成，如图1所示。其中，系统的主体——浇灌机器人由主控电路模块（集成寻迹模块、红外信号接受模块、单片机控制模块、电机驱动模块、显示模块、电源与无线充电模块）、行走电机、自平衡系统、水路系统（水泵、水管、水箱及喷嘴）、底盘和外壳组成。

Rollbot智能植物养护系统的主要工作有三种模式：智能自动模式、人工跟随模式和远程操控模式。智能自动模式通过监测技术获得植物信息，结合植物习性和生长状态，自动判断浇水时间和浇水量，在大数据时代背景下，同时连接Wi-Fi实时获取天气信息，根据天气情况预判未来浇水量。达到智能规划养护方案，全自动操作，方便省心。人工跟随模式利用红外探测等技术检测用户的移动，跟随用户到达浇水地点，自动伸缩水管，避免水管使用过程中产生的缠绕、打结等问题，保留植物爱好者的养护活动用户参与度，减人工养护工作的负担，提供了一种新的交互方式。当用户差旅在外，使用机器人自带的摄像头可以查看家中的植物，远程操控浇灌机器人运作，如图2所示。浇灌机器人内置的摄像头（或手机拍照），可以识别植物种类，一键纳入“我的植物”，获取植物的养护方案，同时可以影像记录植物生长过程，分享给好友，获得喜悦和满足感。

四、结语

Rollbot智能植物养护机器人应用当前的感应技术、驱动技术等提出了一种新的设计理念：智能参与植物养护管理的同时，保留了用户参与度，解决传统园艺工具使用的不便，带来新的交互体验。随着技术的进步，智能家居将更加网络化、智能化、人性化，相信Rollbot很快会面向市场，走进万千家庭庭院。

参考文献：

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作者单位：

江南大学设计学院产品设计系