基于物联网的园林景观池水智能过滤系统研究

喻飞根邓心阳蔡绍硕可依

基于物联网的园林景观池水智能过滤系统研究

喻飞根1，2，邓心阳1，2，蔡绍硕2，可依2

（1.中南民族大学 计算机科学学院，湖北 武汉 430074；2.武汉市金叶云景观科技有限公司，湖北 武汉 430074）

景观水池在现代园林景观中是普遍存在的，但由于景观池水很容易出现富营养化问题，极大地影响景观水池的观赏性。为解决水池水质问题，提出了基于物联网技术的景观池水智能过滤系统。此系统结合了华为云、APP控制模块、传感器体系、继电器模块及搭载Wi-Fi通讯模块的STM32系列单片机最小系统等软硬件技术平台，系统可自动根据水浊度传感器的数据选择不同的过滤器工作模式。

景观水池；智能过滤；物联网技术；水浊度传感器

随着经济发展和城镇的绿化建设，许多地方大力推进城市绿化美化工程。现代景观水池在现代园林景观中是普遍存在的，但由于景观池水在提供观赏性的同时也为藻类及植物提供稳定的水环境促其生长，池水很容易出现富营养化问题。为了解决这一问题，人们采取过许多措施，例如种植水草、养鱼、投药等，但往往会产生新的环境污染，效果不如人意。

1 池水智能过滤系统结构功能设计

本系统设计主要分为三层，分别为感知层、传输层和应用层。感知层的水浊度传感器用于检测水池的水质数据；传输层可以将整体的水池水质的数据通过网络传送到华为物联网平台；应用层主要是通过华为物联网平台进行智能处理与分析，同时将水质数据实时传送给用户APP端。在控制模式中，系统可根据水浊度传感器、氧气传感器等测量数设定值比对，自动控制选择过滤器的工作模式。同时在用户端，用户可以在手机端下载专属APP来控制过滤器的开关及休眠/工作时长。系统功能结构如图1所示。

图1 池水智能过滤系统结构图

2 池水智能过滤系统实现

2.1 景观池水过滤器实现

一体化过滤器是集物理过滤、生化过滤、除藻、循环、增氧为一体的过滤器，该过滤器自身含有抽水泵、多模式过滤系统、排水口、排污口等部件。该过滤器使用了较为简单的电路控制，通过按键即可使其工作，并没有用到单片机进行控制，更无法连接网络。因此，将过滤器的各不同模式的工作电路连接继电器模块上，然后利用搭载了Wi-Fi通讯模块的STM32系列单片机最小系统控制继电器模块，以此通过STM32系列单片机最小系统进行控制。系统通过判断水浊度传感器的数值自动命令STM32单片机最小系统开启对应水质情况下的过滤器工作模式，以此实现过滤器的各个功能，做到物尽其用。在不同水质情况下过滤器工作模式各不相同：当水质情况优良时，工作模式开启水循环、增氧；当水质轻度污染，工作模式开启水循环、物理过滤；当水质中度污染，工作模式开启水循环、物理过滤、除藻；当水质重度污染，工作模式开启水循环、生化过滤、除藻。

2.2 硬件控制设计实现

根据系统的设计要求设计的硬件电路系统。本系统硬件包括STM32系列单片机最小系统、Wi-Fi通讯模块、继电器模块、一体化过滤器、水浊度传感器、氧气传感器和电源模块。其中，STM32系列单片机最小系统是硬件系统的核心控制器，负责控制过滤器的工作模式、与Wi-Fi模块连接可将传感器的数据上传到华为云端以及接受APP的指令进行相关的操作；继电器模块设置为常开模式，分为四路由STM32单片机最小系统控制四路继电器的通断，一体化过滤器与继电器串联，四路继电器分别对应多滤器的四种工作模式，以此可以实现STM32单片机对过滤器的控制；水浊度传感器和氧气传感器用于检测水池的水浊度以及水含氧量，以此数据来判断水质情况；电源模块为整个硬件系统提供电源。硬件系统原理如图2所示。

2.3 软件控制（APP）

随着智能手机的普及，人们更加依赖通过移动手机就能完成更多的事情如支付、出行以及控制家电用具等。本系统设计了一款APP用来控制园林景观池水智能过滤系统，本系统控制终端APP能够从华为云服务器实时获取水池水质数据以及向硬件系统控制端STM32单片机发送命令，以此实现客户远程控制过滤系统。APP控制终端设备可通过通信接口与物联网云平台建立连接并进行数据交互。APP控制终端程序在完成通信接口的连接后，可以接收由云平台上传的采集数据并向云平台发送数据指令。园林景观池水智能过滤系统的控制终端APP的主要功能如下：①用户登录、用户注册功能；②添加智能设备、设备网络连接以及发现新的设备；③展示池水水质数据；④智能设备控制功能；⑤其他功能，如消息中心、设置和常见问题反馈功能。

图2 硬件系统原理图

本系统控制APP有三个主要界面：设备连网界面、智能过滤界面以及APP功能展示界面。利用Java的Android提供的UI界面设计库进行开发，提供了较多且全面的开发库，极大地提高了开发效率。

2.4 系统控制策略

系统通过水浊度传感器以及氧气传感器检测水池水质情况，形成电信号。该信号经过模数转换后发送给STM32单片机最小系统，STM32单片机依据水质分类标准值对水质信息进行分析，判断水质情况，将其分为优、轻度污染、中度污染以及重度污染四个级别，从而使STM32单片机打开对应水质情况的继电器使过滤器进入对应水质情况的工作模式。

同时搭载Wi-Fi模块的STM32单片机可通过Internet将水质数据传送到华为云物联网平台进行保存、处理及计算，可实时地将数据发送到客户APP端进行展示，客户可在手机APP上通过实时的水质情况来选择是否关闭过滤器及设置过滤器的工作/休眠时间，从而实现了客户远程控制过滤器以及系统根据水质情况自动判断开启哪种工作模式。

3 结语

本文提出的基于物联网的园林景观池水智能过滤系统，通过结合华为云、APP控制、传感器体系及搭载通讯模块的STM32单片机等技术设备，能自动根据水浊度传感器的数据选择不同的过滤器工作模式，以此满足园林景观池水过滤需求。本系统很好地解决了园林景观池水智能过滤问题，实现了客户可远程控制过滤器及实时查看水质情况。本系统对传统的园林景观实现智能化、自动化有着非常重要的意义，在园林建设、小区景观及城市绿化等有着广阔的市场。

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［3］李春丽，周律，贾海峰，等.再生水景观功能保障系统的试验研究［J］.给水排水，2005（8）：6-9.

X703

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2021.01.023

2095－6835（2021）01－0066－02

喻飞根（1999—），男，湖南岳阳人，中南民族大学计算机科学学院2018级本科生在读，武汉市金叶云景观科技有限公司开发工程师，研究方向为智能边缘计算。邓心阳（2000—），男，湖北武汉人，中南民族大学计算机科学学院2018级本科生在读，武汉市金叶云景观科技有限公司算法工程师，研究方向为智能科学与物联网技术。蔡绍硕（1994—），男，湖北武汉人，硕士，中南民族大学文学与新闻传播学院2018级硕士生在读，武汉市金叶云景观科技有限公司总工程师，研究方向为传媒生态与产业经济。可依（1998—），女，蒙古族，河南安阳人，中南民族大学文学与新闻传播学院2018级本科生在读，武汉市金叶云景观科技有限公司界面工程师，研究方向为产品界面设计。

〔编辑：王霞〕