“护花使者”智能家庭盆栽小卫士

一、设计背景

我国是世界上第一花卉种植大国，不论是花卉的种植面积，还是花卉的销售额，都保持持续增长的趋势。此前一项关于现代城市家庭园艺消费行为的调查显示，在402份有效调查问卷中，92.57%的受访者会产生家庭园艺购买行为，如下图1-1。这表明大多数消费者对于购买植物装饰家庭环境已经成为习惯。在这样的趋势下，越来越多的人们选择在室内种植盆栽，以此来装饰环境和净化空气，但同时随之而来的是各种各样的养花难题。推出智能花架这一概念，一条龙服务外加完美的售后服务将受到大量养花人士的喜爱。智能花架前景广阔，尤其是在如今这个人们追求家庭环境舒适的时代下。

图1-1 花卉消费用途饼图	图2-1 花卉销售额柱状图

二、应用前景

伴随人们越来越多的去追求精神上的享受和家庭环境的舒适，社会上养花的人数稳定增长。但目前的市场上，关于养花有关的产品可谓少之又少。借鉴之前的数据显示，花卉销售总体上均呈现不断增加的趋势，且不同阶段的增长幅度不同。2000年，我国花卉销售额为158.16亿元，2017年增长到1533.3亿元，增长了9.7倍。从增长幅度来看，花卉销售额保持快速的增长势头，年均增长率达到14.7%，如上图2-1。从市场反映来看，家庭园艺市场前景向好，那么智能花架也将收到青睐。未来的时代是万物互联和大数据时代，运用5G互联、物联网等技术来实现对花架的控制，顺应了技术的发展，更大程度上方便了人们对家庭盆栽的管理。

三、设计构想

本设计通过设计一款智能花架，主要针对养花群体，满足家庭使用需求。智能花架提高了人们养花的便捷性，许多人经常忙于工作学习而忘记照顾盆栽，传统花架无法为人们提供便利。智能花架采用自主养护模式，加入了更多智能模块和技术，为人们养花提供了更便捷的方法。

养花是一种让人身心愉悦的活动，可以让人们更放松。智能花架的设计目的是让人们养花更加方便、有信心。以下是其具有的功能：

①根据植物特性自动调节受光时长：在花架顶部的下方装有摄像头，将内花盆放置在顶部面板下方，通过摄像头的识别，在手机端确认盆栽的位置。根据联网搜索到的植物特性控制盆栽在轨道滑动和停留，达到充分的光照时间。

②让植物均匀受光：花盆分为内花盆和外花盆两部分，在内花盆底部装有电机， 可以驱动内花盆匀速转动，实现光对植物的均匀照射。符合植物的向光性， 使其更好地向上生长，充分地利用光。

③数据监测：为了给用户提供更便捷的服务，花盆内部还装有监测水分、养分的传感器。平台上装有监测光强度的光敏元件。

④自动施肥、浇水：每个花盆底部有储水和养分的补给隔层。当内花盆的传感器监测到缺水或缺素时，其上的花盆底部将打开开关。水或肥料将通过圆孔适量的输出来模拟人对盆栽的精准浇水和施肥。

⑤为植物补光：在平台的底部装有为植物补光的LED灯。根据光敏元件监测到的光照强度，去适当为植物补光。

⑥利用太阳能为花架供电：在花架顶部装有两块太阳能电板，将吸收到的太阳能转化为电能，提供花架运转所需的电能。

⑦结构牢固美观：对称式设计，底部更厚更宽，重心更低。

⑧人机交互：通过物联网使花架联网，在手机端实时查看盆栽的各项数据，使用更安心。

四、技术支持

视觉识别技术：在顶部补光灯座前装有一摄像头，只需将植物的花、果、叶等特征部位暴露在摄像头前，通过图像获取、图像识别、图像定位，然后发送至手机，并自编程去适应工作对象。“机器视觉”通过CCD/CMOS图像摄取装置抓取图像后将图像传送至处理单元，通过数字化处理，根据像素分布和亮度、颜色等信息，来进行尺寸、形状、颜色判断，进而根据判别结果控制导轨的转速和辨别出何种植物。

光伏技术：在顶部补光灯座上置有两块太阳能板。太阳能板将吸收到的太阳光照在半导体P-N结上，形成新的空穴-电子对，在P-N结电场的作用下，空穴由P区流向N区，电子由N区流向P区，接通电路后就形成电流，形成的电流供花架运转。

传感器技术：感知周围环境或者特殊物质，如花架对光照条件的感知以及花盆内部对水分、肥料的测量，其原理是把模拟信号转化成数字信号，给中央处理器处理。最终结果形成光线强度参数、水分湿度参数、肥料浓度参数、温度数据参数等等，显示出来。

物联网技术：物联网是一个基于互联网、传统电信网等的信息承载体，它让所有能够被独立寻址的普通物理对象形成互联互通的网络。通过温度、湿度、光明传感器等各种装置，实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程，采集其光、热、电、化学、生物、位置等各种需要的信息，通过网络接入，实现物与物、物与人的泛在连接，实现对花架的智能化感知、识别和管理。

导轨采用机械结构，驱动系统包括动力装置和传动装置，用以使执行机构产生相应的运动。控制系统是按照输入的程序在手机端对驱动系统和执行机构发出指令信号，并进行控制。

五、作品介绍

作品整体展示：智能花架对称式外观，简洁美观，符合当今年轻人的审美，在极简的形态上增加智能科技，既能很好的融入生活，又能带给人们带来科技的便捷。花架整体的规格如下图5-1所示。

各部件设计及功能：

1）导轨

l 圆形横截面：磁力驱动，类磁悬浮精准控制，滑动不卡顿，更加顺滑、安静。

l 球形卡扣：与卡槽配合。（如图5-2）

图5-1 整体图	图5-2 导轨细节图

2）盆栽平台

l转轴设计：贯穿平台中心，在整体跟随导轨转动时，始终保持平面与底面水平，防止盆栽倾倒破碎。（如图5-3）

l木质材料：与金属转轴相连接，轻便易控制，整体简洁美观。（如图5-4）

l底部补光灯设计：当其下的盆栽没有得到充足的光照时，及时对花草进行补光。（如图5-5）

图5-3 转轴	图5-4 木质平台

图5-5底部照明	图5-6 全景摄像头

3）顶部面板

l全景摄像头：识别花草种类，提供实时监控。（如图5-6）

l顶部太阳能板：能接触到更久的光照，根据光伏特性将光能转化为电能，储存在内置电池中，为整个花架供电，更加清洁环保。（如图5-7）

l软支柱结构：可以多角度调节面板悬停，得到更充足的光能。（如图5-8）

图5-7 太阳能板	图5-8 支柱连接细节

4）花盆装置

l电机设计 ：内花盆在电机的驱动下，匀速旋转，均匀受光。

l底部开口设计：接受到传感器发出的缺水和缺素信号，灵活控制底部卡扣开合，输出适量水和肥料。

图5-9 花盆	图5-10 花盆内部

六、渲染效果图