沈常偉 楊鑫 翁璐璐 杜雨霏 陳望杰
摘要:全球變暖,極端天氣日益增多。旱和澇,都威脅著日益脆弱的城市生態(tài)。本設(shè)計(jì)中的“生態(tài)衛(wèi)士”,基于物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)實(shí)現(xiàn)生態(tài)儲(chǔ)水、自動(dòng)灌溉以及基本的環(huán)境檢測(cè)。為城市道路等生態(tài)脆弱區(qū)域提供一種解決方案,也為城市遭受極端天氣影響提供了基礎(chǔ)的檢測(cè)手段。
關(guān)鍵詞:物聯(lián)網(wǎng)、生態(tài)、極端天氣、環(huán)境檢測(cè)、自動(dòng)灌溉
1.前言
炎炎夏日,多日無雨,路邊綠化帶的植物奄奄一息...市政人員只能開著水罐車,沿路灑水,費(fèi)時(shí)費(fèi)力,成本巨大。我們的“生態(tài)衛(wèi)士”,利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、移動(dòng)通訊技術(shù)、智慧農(nóng)業(yè)技術(shù)、太陽能技術(shù)實(shí)現(xiàn)路邊綠化帶、生態(tài)公園等區(qū)域的生態(tài)維護(hù),節(jié)省市政資金,通過土壤傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)控土壤濕度,在必要時(shí)刻挽救綠化帶等生態(tài)脆弱區(qū)域的生態(tài)。也可以在水資源相對(duì)富余時(shí),在炙烤的路邊噴灑水霧,為飽受炎熱的行人帶去一絲清涼。
除此之外,“生態(tài)衛(wèi)士”也可以用于基礎(chǔ)的環(huán)境信息監(jiān)測(cè)。近幾年,極端天氣頻發(fā),部分地區(qū)短時(shí)間的特大暴雨甚至危險(xiǎn)到了人身安全?!吧鷳B(tài)衛(wèi)士”可以監(jiān)測(cè)水位等信息。
2.主要內(nèi)容
習(xí)近平總書記指出“綠水青山就是金山銀山”,大力推進(jìn)生態(tài)建設(shè),強(qiáng)調(diào)環(huán)境的重要性,是我國目前面臨的重要工作之一。經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,造成了生態(tài)環(huán)境的破壞,近年來轉(zhuǎn)變思路,加大了對(duì)生態(tài)環(huán)境的監(jiān)管和投入。但生態(tài)環(huán)境中涉及的范圍大、維護(hù)難度高等問題尚無法有效解決,物聯(lián)網(wǎng)等新興技術(shù)在生態(tài)領(lǐng)域發(fā)揮良好作用的空間巨大。
2.1技術(shù)路線
硬件上基于樂鑫公司esp8266 WIFI物聯(lián)網(wǎng)芯片該芯片是目前廣泛使用的物聯(lián)網(wǎng)芯片,應(yīng)用范圍廣,能耗低,不但能在開發(fā)環(huán)境中使用,更能在工業(yè)、商業(yè)條件下使用,質(zhì)量穩(wěn)定;用于實(shí)現(xiàn)設(shè)備的智能配網(wǎng)、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)控制、MQTT通訊等功能。
使用標(biāo)準(zhǔn)物聯(lián)網(wǎng)通訊協(xié)議MQTT,實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)芯片與阿里云物聯(lián)網(wǎng)云之間的通訊,實(shí)現(xiàn)開關(guān)機(jī)構(gòu)可通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行控制:MQTT協(xié)議使用發(fā)布/訂閱消息模式,能提供一對(duì)多的消息發(fā)布,消除了應(yīng)用程序耦合,同時(shí)可以做到開銷小,協(xié)議交換最小化,以降低網(wǎng)絡(luò)流量;而應(yīng)用阿里云的物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái),增加了整個(gè)系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)層面的穩(wěn)定性和安全性。
考慮環(huán)境要素,使用太陽能作為電源,干燥環(huán)境時(shí)正是太陽能發(fā)揮最大功效時(shí);使用地下水罐作為儲(chǔ)水裝置,水源來自于雨水,保持水罐儲(chǔ)水不易蒸發(fā);利用4G/5G路由器覆蓋一定范圍,保證設(shè)備聯(lián)網(wǎng)通訊;澆灌噴射云臺(tái)提供一定范圍的澆灌覆蓋,可以根據(jù)噴射角度、噴射水流強(qiáng)度為環(huán)境中綠植提供足夠水分。
項(xiàng)目使用土壤傳感器獲取土壤濕度信息,利用舵機(jī)實(shí)現(xiàn)“澆灌噴射(霧化)云臺(tái)”?!皾补鄧娚湓婆_(tái)”可以較精確控制澆灌(或霧化)的角度、距離等,有效利用有限的水資源。
“澆灌噴射云臺(tái)”原型實(shí)現(xiàn):已繪制3D形狀并進(jìn)行了3D打印、組裝、功能測(cè)試。
本產(chǎn)品(基于物聯(lián)網(wǎng)的“生態(tài)衛(wèi)士”)大量的使用了當(dāng)今市場(chǎng)上多種成熟的技術(shù),MQTT物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)通訊協(xié)議,定時(shí)控制模塊、用戶管理模塊及其系統(tǒng)后臺(tái)綜合管理模塊的編程,使用 python 語言 django 框架,不但利用了 python 語言的高效,也結(jié)合了django 框架的簡(jiǎn)便,本項(xiàng)目有較高的技術(shù)水平,涉及到了機(jī)械領(lǐng)域中的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),應(yīng)用了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制,需要較高的軟件和硬件理論知識(shí)和實(shí)踐能力,同時(shí)需要 3D 建模和打印技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品的工業(yè)設(shè)計(jì),更需要了解一定的營銷知識(shí)和對(duì)商業(yè)模式的了解,能從一個(gè)原型研究項(xiàng)目轉(zhuǎn)變?yōu)檎嬲纳虡I(yè)產(chǎn)品。我們已通過 3D 建模和 3D 打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)部分零配件、外殼的的設(shè)計(jì)和小規(guī)模生產(chǎn),靈活度高,為項(xiàng)目原型的開發(fā)快速進(jìn)行提供了保障。
2.2項(xiàng)目的市場(chǎng)前景
(1)針對(duì)政府的“定制”市場(chǎng):由于產(chǎn)品基于一定環(huán)境要求,不可能普遍適用,需要客戶提供安裝環(huán)境等條件圖片和參數(shù),修改產(chǎn)品外觀和安裝要素;雖然無法參加到大眾市場(chǎng),但也通過“定制”獲得固定市場(chǎng);
(2)針對(duì)智慧農(nóng)業(yè)、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等市場(chǎng):產(chǎn)品除了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)需要重新設(shè)計(jì),其他模塊具有很好的通用性,可以根據(jù)需求進(jìn)行的快速的修改,符合客戶需求;
(3)開發(fā)的微信公眾號(hào)平臺(tái)可以作為通用物聯(lián)網(wǎng)器件控制平臺(tái),提供遠(yuǎn)程控制服務(wù)。
3.總結(jié)
本項(xiàng)目解決了生態(tài)環(huán)境保護(hù)中的綠植養(yǎng)護(hù)問題,能大大降低生態(tài)環(huán)境的維護(hù)成本。在極端天氣發(fā)生時(shí),可以為政府相關(guān)部門提供水位等基礎(chǔ)環(huán)境信息。在人口紅利即將消失,人力成本大幅提高的門檻上,為政府部門提供一種解決生態(tài)環(huán)境養(yǎng)護(hù)問題的解決方案。能收獲良好的社會(huì)效益;同時(shí)通過該項(xiàng)目,團(tuán)隊(duì)中的學(xué)生將更好接受“生態(tài)環(huán)境保護(hù)”理念,并在大學(xué)生中產(chǎn)生一定影響。
通過本次項(xiàng)目研發(fā),培養(yǎng)了一批懂技術(shù)、懂市場(chǎng)的技術(shù)和營銷人才,為“中國制造2025”和祖國的“綠水青山”添磚加瓦。
參考文獻(xiàn):
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注:作者皆為寧波城市職業(yè)技術(shù)學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)專業(yè)學(xué)生。
項(xiàng)目:寧波城市職業(yè)技術(shù)學(xué)院2020年度大學(xué)生科技創(chuàng)新項(xiàng)目