基于物联网的“生态卫士”

沈常伟 杨鑫 翁璐璐 杜雨霏 陈望杰

摘要：全球变暖，极端天气日益增多。旱和涝，都威胁着日益脆弱的城市生态。本设计中的“生态卫士”，基于物联网等技术实现生态储水、自动灌溉以及基本的环境检测。为城市道路等生态脆弱区域提供一种解决方案，也为城市遭受极端天气影响提供了基础的检测手段。

关键词：物联网、生态、极端天气、环境检测、自动灌溉

1.前言

炎炎夏日，多日无雨，路边绿化带的植物奄奄一息...市政人员只能开着水罐车，沿路洒水，费时费力，成本巨大。我们的“生态卫士”，利用物联网技术、移动通讯技术、智慧农业技术、太阳能技术实现路边绿化带、生态公园等区域的生态维护，节省市政资金，通过土壤传感器实时监控土壤湿度，在必要时刻挽救绿化带等生态脆弱区域的生态。也可以在水资源相对富余时，在炙烤的路边喷洒水雾，为饱受炎热的行人带去一丝清凉。

除此之外，“生态卫士”也可以用于基础的环境信息监测。近几年，极端天气频发，部分地区短时间的特大暴雨甚至危险到了人身安全。“生态卫士”可以监测水位等信息。

2.主要内容

习近平总书记指出“绿水青山就是金山银山”，大力推进生态建设，强调环境的重要性，是我国目前面临的重要工作之一。经济的快速发展，造成了生态环境的破坏，近年来转变思路，加大了对生态环境的监管和投入。但生态环境中涉及的范围大、维护难度高等问题尚无法有效解决，物联网等新兴技术在生态领域发挥良好作用的空间巨大。

2.1技术路线

硬件上基于乐鑫公司esp8266 WIFI物联网芯片该芯片是目前广泛使用的物联网芯片，应用范围广，能耗低，不但能在开发环境中使用，更能在工业、商业条件下使用，质量稳定;用于实现设备的智能配网、运动机构控制、MQTT通讯等功能。

使用标准物联网通讯协议MQTT，实现物联网芯片与阿里云物联网云之间的通讯，实现开关机构可通过互联网进行控制：MQTT协议使用发布/订阅消息模式，能提供一对多的消息发布，消除了应用程序耦合，同时可以做到开销小，协议交换最小化，以降低网络流量;而应用阿里云的物联网平台，增加了整个系统在网络层面的稳定性和安全性。

考虑环境要素，使用太阳能作为电源，干燥環境时正是太阳能发挥最大功效时;使用地下水罐作为储水装置，水源来自于雨水，保持水罐储水不易蒸发;利用4G/5G路由器覆盖一定范围，保证设备联网通讯;浇灌喷射云台提供一定范围的浇灌覆盖，可以根据喷射角度、喷射水流强度为环境中绿植提供足够水分。

项目使用土壤传感器获取土壤湿度信息，利用舵机实现“浇灌喷射（雾化）云台”。“浇灌喷射云台”可以较精确控制浇灌（或雾化）的角度、距离等，有效利用有限的水资源。

“浇灌喷射云台”原型实现：已绘制3D形状并进行了3D打印、组装、功能测试。

本产品（基于物联网的“生态卫士”）大量的使用了当今市场上多种成熟的技术，MQTT物联网平台通讯协议，定时控制模块、用户管理模块及其系统后台综合管理模块的编程，使用 python 语言 django 框架，不但利用了 python 语言的高效，也结合了django 框架的简便，本项目有较高的技术水平，涉及到了机械领域中的运动机构设计，应用了物联网技术实现远程控制，需要较高的软件和硬件理论知识和实践能力，同时需要 3D 建模和打印技术进行产品的工业设计，更需要了解一定的营销知识和对商业模式的了解，能从一个原型研究项目转变为真正的商业产品。我们已通过 3D 建模和 3D 打印技术实现部分零配件、外壳的的设计和小规模生产，灵活度高，为项目原型的开发快速进行提供了保障。

2.2项目的市场前景

（1）针对政府的“定制”市场：由于产品基于一定环境要求，不可能普遍适用，需要客户提供安装环境等条件图片和参数，修改产品外观和安装要素;虽然无法参加到大众市场，但也通过“定制”获得固定市场;

（2）针对智慧农业、工业物联网等市场：产品除了产品结构需要重新设计，其他模块具有很好的通用性，可以根据需求进行的快速的修改，符合客户需求;

（3）开发的微信公众号平台可以作为通用物联网器件控制平台，提供远程控制服务。

3.总结

本项目解决了生态环境保护中的绿植养护问题，能大大降低生态环境的维护成本。在极端天气发生时，可以为政府相关部门提供水位等基础环境信息。在人口红利即将消失，人力成本大幅提高的门槛上，为政府部门提供一种解决生态环境养护问题的解决方案。能收获良好的社会效益;同时通过该项目，团队中的学生将更好接受“生态环境保护”理念，并在大学生中产生一定影响。

通过本次项目研发，培养了一批懂技术、懂市场的技术和营销人才，为“中国制造2025”和祖国的“绿水青山”添砖加瓦。

参考文献：

[1]胡开明，刘惠煌，张议夫.基于物联网信息技术的智慧农业发展的研究[J].南方农机. 2021，52（16）.

[2]林甄，谢金冶，田硕，郑先哲.基于农业物联网的无线通信技术实验研究[J].农机化研究. 2022，44（06）.

注：作者皆为宁波城市职业技术学院计算机网络技术专业学生。

项目：宁波城市职业技术学院2020年度大学生科技创新项目