基于无线组网技术的花园智能生态管理系统的研究

摘" 要： 传统的花园养护主要是以人工为主，但花园管理相对复杂，涉及温度、湿度、pH值、生长习性、病虫害防护等方面，管理效果与管理人员经验密切相关，总体工作量较大、成本较高、效率偏低，防虫效果差且经常受到自然天气的影响。为此，设计一种基于无线组网技术的花园智能生态管理系统，通过准确地捕捉各种信息，为优化花园管理提供科学依据。实验结果表明：所设计系统运行性能良好，可为植物生长提供优良的成长环境，且具有性能稳定、成本低、效率高等优点，具有良好的实用和推广价值。

关键词： 无线组网技术； 花园管理； 智能生态管理系统； 花卉种植； 生态技术； 喷灌

中图分类号： TN919.72⁃34" " " " " " " " " " " " " 文献标识码： A" " " " " " " " " " " 文章编号： 1004⁃373X（2024）20⁃0160⁃05

Research on garden intelligent ecological management system based on wireless networking technology

ZHAO Jing1， 2， WANG Yongle2

（1. Henan Network Engineering Intelligent Service Engineering Research Center， Xuchang 461000， China;

2. Xuchang Vocational and Technical College， Xuchang 461000， China）

Abstract： Traditional garden maintenance is mainly manual. Due to the relatively complex management of gardens， involving temperature， humidity， pH value， growth habits， pest protection， etc.， the management effect is closely related to the experience of managers. The overall workload is large， the cost is relatively high， the efficiency is low， the pest prevention effect is poor， and garden is often affected by natural weather. Therefore， a garden intelligent ecological management system based on wireless networking technology is designed to provide scientific basis for optimizing garden management by accurately capturing various information. The experimental results show that the designed system has good operational performance and can provide excellent growth environment for plants. It also has the advantages of stable performance， low cost， and high efficiency， and has good practical and promotional value.

Keywords： wireless networking technology; garden management; intelligent ecological management system; flower planting; ecological technology; sprinkling irrigation

0" 引" 言

随着人们消费水平和生活品质的逐步提高，私家别墅花园的需求量也越来越大；而且随着人们知识水平的提高，个人的审美品位也提升迅速，不仅对别墅室内装修设计要求越来越高，对别墅花园的需求也日益增多。但别墅花园不同于公共花园、乡间田园及自然景观，要想帮助别墅业主实现这些需求，持续维持花园的功能，长久保持花园的品质，不仅需要具备专业的花园养护知识，还需要花费更多的精力。目前业主们自主进行花园养护的专业性还远远达不到要求，并且由于经常受到自然天气和病虫害的影响，且各种花卉、植物的生长习性不同，导致花园的养护成本居高不下[1]，花园养护的效率低。

随着无线组网技术的进步与发展，政府及居民已经意识到发展智能维护及管理系统的重要性，将花园生产与现代技术相结合，促使基于无线组网技术的花园智能生态管理系统成为了重要的研究课题。因此，本文在调研的基础上，完善花园控制系统，并综合考虑温度、湿度、pH值及极恶劣天气等情况[2]，结合实际情况设计了一种基于无线组网技术、可远程控制的智能管理平台。

1" 研究意义

花园管理具有复杂的流程，不仅要对花卉的基本状态进行监控，还要对其进行浇灌、施肥、除草等一系列操作。农艺领域中无线组网技术在部分发达国家的应用已经成熟，它们利用现代信息控制技术将环境控制、浇水、施肥、病虫害治理等融合起来，花园智能生态管理系统通过一系列的控制，用最经济有效的手段对花园进行管理。

常规的花园建设大多数只是考虑到了花园的供水和排水设施，供水满足了花园的水池用水，花园浇灌取水；供水设施一般就是一个水槽或一个水龙头，让住户方便接管取水来浇灌花卉、草坪，一些先进的设施则安装喷灌设备，对草坪及灌木进行喷灌，同时设置定时和雨感的功能。为满足花园的基本排水要求，大多借用公园景观、道路景观的排水方案，排水方式简单，但如果花园的泥土、枯草、落花、树叶等混合在一起，就容易导致排水管堵塞[3]。然而花园面积越大，这些设施就越难满足全方位的供水和排水需求，而且无法实现对花卉、植物的养护。

以智能化、技术化为核心的生态管理系统，正是针对当前别墅花园养护、管理存在的问题而出现的新技术产品。该系统利用无线组网技术的智能化控制技术，实现了对供水的处理；其次，实现了花园生态环境的专业管理，还融合了花园最新的喷灌系统以及新型的全方位过滤排水装置[4]，可以完全代替别墅住户对花园进行管理，即使住户平时无暇打理花园，或出国、旅游，也能实现对花园生态环境的管理，防止花卉暴晒、植物缺水和病虫害的破坏，避免暴雨下的积水问题，让花园的生态环境更稳定。

目前，我国在花园智能管理方面的应用还处于较低水平，在信息化处理、数据分析及智能控制等方面与先进技术存在较大的差距。所存在的灌溉不科学、花园污染、施肥过量、土壤成分失衡、生产效率不高、花园品质下降等问题[3]，限制了花园种植环境智能控制技术的发展。

2" 系统设计方法

基于无线组网技术的花园智能管理系统是将花园管理与网络控制技术充分结合起来，在花园生产中利用无线网络技术，包括遥感、视频网络、遥测、定位、控制等系列技术，实现对花园生产过程中施肥、温度控制、湿度调节、信息处理、花园信息保存等功能[5]，让花园管理趋向智能化。

无线组网技术在花园中的应用是将智能控制技术应用到花园生产、服务及管理等过程中，实现花园生产的智能化、自动化，提高花园生产的质量、效率与水平。在智能花园温室中采用物联网控制技术，对花园生产中温度、湿度等方面的控制可以降低人工成本及工作量，同时实现部分关键环境条件控制的精准性[4]，还可以利用系统对花园生产经验、出现的问题及解决办法进行交流查询。

2.1" 控制系统关键框架

总体系统架构如图1所示。全方位别墅花园智能生态管理系统的关键技术架构采用分层设计的理念，从上至下依次划分为：水处理技术、生态技术、喷灌技术、排水技术；左侧的远程控制技术为整个系统的基层支撑技术。

图1中，水处理技术、生态技术、喷灌技术、排水技术为整个系统的运行过程；而远程控制技术为整个系统的基层支撑技术，可以通过远程APP来查看花园现状以及各运行技术的实时数据，还可以进行远程操作控制，促进花园生产效率提升。

2.1.1" 水处理技术

将从实现花园的供水源开始，参考花园设计方案，根据花园场地使用面积大小、地势高低、喷灌设备布置等情况，设置增压泵、控制阀、过滤器等装置，调整供水管道的水压，以确保供水达到既定的水压范围。

2.1.2" 生态技术

根据花卉、草坪、地被、灌木、乔木等不同的植物生理属性，在不同的绿化区块设置不同的生态监测设备，包括湿度和雨感传感器、肥力NPK监测、pH值数值感应器、DEET无毒驱蚊等，来实现花园的生态平衡[6]。如局部有土壤肥力不够，被监测到后会立即将数据回传到控制器，智能施肥一体机将会启动施肥功能；若监测到有病虫害影响到植物生长，则会启动生物驱赶药物喷洒，进行除虫害或驱赶虫害的防治。

2.1.3" 喷灌技术

喷灌技术推广较为成熟，客户普及率高达95%。针对草坪、灌木、地被、树木等不同地形和植物高低，设置不同的喷灌方式，实现全方位的喷灌覆盖。

2.1.4" 排水技术

在排水工艺上设计了滤盖、滤筒、土工布、阻泥盆、过滤层等结构。先通过阻泥盆填鹅软石对泥土、枯草、落花等物体进行第一次初滤，然后经过土工布进行二次过滤，再经过筒体内的过滤层实现第三次过滤。当遇到雨水大、排水量大时，水会掩盖排水装置，则积水直接从滤盖上流入，再经过过滤层实现快速排水。同时，还设计了滤排水装置，可以打开滤盖对滤筒内的过滤层进行清洗[7]，或直接更换过滤层。

2.2" 系统控制过程

结合本地花园的实际情况，设计了一种基于无线组网技术的花园智能控制系统，其控制流程如图2所示。

该系统可以在温室中布置温度、土壤水分、土壤酸碱度、湿度、光照等传感器对基本信息进行采集[8]，实现对温室环境的全面检测；通过设计的应用层对基本信息进行分析，采用合适的环境控制策略让通风、温度、湿度、补光、灌溉等调节设备科学工作，改善温室内的环境，促进花园生产系统的高效运行；利用无线传输技术将信息传递给后台，智能后台对基本数据信息综合分析后，系统会根据分析结果发出合适的控制信号，让花卉作物处于最佳的生长状态，从而提高生产、管理的效率及水平。

3" 实现过程

由于室外环境较复杂，故本文项目的核心内容为研发一种能够真正地实现本地场景数据存储功能的无线组网控制技术，即各数据采集、分析、处理单元在完全脱离远程服务器的情况下，能正常地对本花园按设定参数进行精确计算，以此为基层支撑技术来组建智能生态管理系统[9]。此外，本文还研发了生态智能喷灌系统、生态智能系统和生态智能池塘系统。

3.1" 生态智能喷灌系统

生态智能喷灌系统主要为常规花园景观而研发打造，由外部无线组网进行远程控制，由内部系统进行实际工作，包括为水流增压稳定工作的水泵、止回阀、水过滤器以及电磁控制阀和喷头。核心生态技术组件包括NPK肥力矿物质一体机、湿度雨感传感器、pH值数值感应器、生物驱赶投放器[10]。生态智能喷灌系统结构图如图3所示。

3.2" 屋顶及雨水花园景观生态智能系统

屋顶及雨水花园景观生态智能系统主要针对屋顶花园及生态雨水花园景观，意在加强对雨水的综合利用，同时基于绿色发展理念，更好地打造可持续型的生态花园景观。生态智能系统如图4所示。

图4中的生态智能系统利用外部无线组网进行远程控制；内部工作系统包括初级过滤格栅、集水池、为水流增压稳定工作的水泵、止回阀、水过滤器，以及电磁控制阀和喷头；核心生态技术组件包括NPK肥力矿物质一体机、湿度雨感传感器、pH值数值感应器、生物驱赶投放器[11]。

3.3" 生态智能池塘系统

生态智能池塘系统是将花园智能生态管理系统同水景相结合，将设备模块以及资源构成进行有效整合与重组，从而达到系统循环、智能循环、生态循环的完整有机体。水景主要包括水池、鱼池、涌泉和其他水景类型等。系统结构如图5所示。

由图5可知：生态智能池塘系统主要由外部无线组网进行远程控制；由内部系统进行实际工作，包括水景主体、过滤沉淀净化仓、浮力电磁控制阀、为水流增压稳定工作的水泵、止回阀、水过滤器，以及电磁控制阀和喷头等设施[12]。核心生态技术组件包括NPK肥力矿物质一体机、湿度雨感传感器、pH值数值感应器、生物驱赶投放器。

3.4" 管理系统创新点

全方位别墅花园智能生态管理系统在当前属于较先进、功能较齐全的技术，可以实现整个花园从水体资源的来源到排水及灌溉方式，从植物养护到预防病虫害等全部需求[13]。系统比传统花园供水和排水更加智能化和科技化，花园供水覆盖率高达100%，避免了植物浇灌旱涝不均的情况。设备装置安装、维护简单，易操作，布置效率高而准确，且系统具备更全面的植物养护功能。智能生态管理系统通过对湿度雨感监测、植物肥力监测、土壤酸碱度监测和病虫害监控，对大数据进行分析整理并形成有针对性的技术补偿，同时依托智能技术来实现管理，可以随时查看监测数据，为花园的管理带来便利[14]。系统将自然雨水过滤净化与水景过滤净化环节相结合，系统性、功能性地整合技术模块的资源与优势，更好地发挥了每个技术模块的优势，不再是单一的技术流程，而是协调的有机整体。

3.5" 实验情况

本文在理论研究的基础上设计了管理系统，运行情况界面如图6所示。

对设计的样机进行测试，得出其远控功能正常，证明本文设计的温室控制系统性能良好，具有较好的实用性及便捷性。全方位花园智能生态管理系统解决了花园最基本的合理供水和排水问题，极大地提高了淡水利用率、植物的成活率及生长速度；能够较好地预防病虫害问题，调节环境中空气的湿度与温度，降低住户对花园维护的时间和精力成本[9]。全流程可以实现基于无线组网技术的远程控制智能生态管理。

4" 结" 论

网络、云平台、视频等技术与无线网络技术的融合应用，已经深入到社会生活的各个领域，将其与花园管理充分结合起来成为了花园智能化发展的重要方向。本文系统降低了花园管理和维护的工作量、成本，既维护了良好的花园生态环境，又延长了花园的美丽周期，同时节省了时间。

实践证明，基于无线组网的花园智能生态管理系统对花园的发展及提高经济效益具有重要的意义。花园智能生态管理系统提供了新的助推剂，改变了花园的自然生产规律，让花园发展可以打破地域、气候、温度等方面的制约，促进了智能生态管理系统产业链的发展，对提高智能花园经济发展水平及效率有着重大意义。

参考文献

[1] 辛松恒，单超颖，温博，等.基于云平台的智能生态管理系统[J].中国信息化，2019（5）：48⁃49.

[2] 韩克江，佟金泽，殷运福，等.基于物联网的小型智能生态管理系统[J].科学技术创新，2019（12）：95⁃96.

[3] 李建玲.以物联网为基础的智慧温室大棚蔬菜种植技术[J].特种经济动植物，2023，26（12）：192⁃195.

[4] 张训.药用植物园无线网络智能管理监测系统的设计分析[J].农家参谋，2020（19）：182.

[5] 马海霖.牡丹主要病虫害防治及栽培管理技术要点[J].广东蚕业，2023，57（12）：54⁃56.

[6] 梁劭颖，吕集尔.基于无线传感网络的实验室智能管理系统设计[J].电子技术与软件工程，2019（22）：23⁃24.

[7] 邱增云.冬季大棚甘蓝生产管理及病虫害防治技术[J].农业知识，2023（12）：18⁃20.

[8] 罗丹妮.基于ZigBee无线传感网络的实验室智能管理系统[J].科学技术创新，2019（12）：135⁃136.

[9] 景恒彬.基于物联网技术的智能农业管理系统设计[J].农业工程技术，2023，43（17）：18⁃19.

[10] 黄云龙.樱桃大棚智能管理控制系统[J].现代化农业，2023（3）：94⁃96.

[11] 韩鹏，王军红，王金炜.智慧农业大棚计算机信息管理系统的设计与实现[J].河北农业，2023（10）：85⁃87.

[12] 吴忠秉，常曼曼，王小龙.一种用于智慧农业设备的多平台嵌入式程序远程更新系统设计[J].现代电子技术，2023，46（23）：183⁃186.

[13] 武俊飞.基于物联网和耕地数字化的农机智能管理系统的设计[J].中国农机装备，2023（8）：21⁃24.

[14] 莫一凡.大棚西红柿栽培管理技术[J].种子科技，2023，41（24）：22⁃24.

作者简介：赵" 景（1982—），女，河南许昌人，硕士研究生，副教授，研究方向为网络信息系统。

王永乐（1972—），男，河南许昌人，硕士研究生，教授，研究方向为人工智能技术应用。

DOI：10.16652/j.issn.1004⁃373x.2024.20.025

引用格式：赵景，王永乐.基于无线组网技术的花园智能生态管理系统的研究[J].现代电子技术，2024，47（20）：160⁃164.

收稿日期：2024⁃01⁃12" " " " " "修回日期：2024⁃02⁃15

基金项目：2021年河南省高等学校重点科研项目计划立项项目：基于无线组网技术的花园智能生态管理系统的研究（22B520030）；许昌职业技术学院“5G工程技术中心”科研平台