崔嬙

摘要：隨著人工智能的迅速發(fā)展和在各行各業(yè)中的廣泛應用，電子寵物成為人們休閑、消除疲勞感、緩解身心壓力的重要措施。在這樣的背景下，云花卉成為人們新的電子寵物備受喜愛，因此云花卉養(yǎng)護系統(tǒng)進入了全面深入的設計研究階段。在云花卉養(yǎng)護系統(tǒng)的設計中，需要將濕度監(jiān)測、溫度監(jiān)測、光照監(jiān)測等功能融入系統(tǒng)中，根據(jù)系統(tǒng)中對花卉養(yǎng)護數(shù)值的設定來檢測環(huán)境，并借助系統(tǒng)快速完成相關(guān)信息的采集、上傳和存儲，以便及時補充花卉生長對水分、陽光以及通風等方面的需求。同時，還可以通過語音識別等功能，在環(huán)境數(shù)據(jù)異常的情況下啟動語音提醒功能，以便用戶根據(jù)實際情況完成相應操作，實現(xiàn)云花卉的有效養(yǎng)護。由此可見，基于對人工智能云花卉養(yǎng)護系統(tǒng)設計的研究，可以從其研究意義和具體的設計內(nèi)容出發(fā)，探索并實現(xiàn)花卉的云養(yǎng)護。

關(guān)鍵詞：人工智能；云花卉；養(yǎng)護系統(tǒng)；設計

中圖分類號：TP18? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2024）08-0011-03

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）

0 引言

隨著現(xiàn)代生活節(jié)奏的加快，人們承受著巨大的身心壓力，容易產(chǎn)生負面情緒，進而影響身心健康和人際關(guān)系的和諧發(fā)展。而美麗的花卉可以讓人心情愉悅，有助于緩解壓力。將花卉與科學技術(shù)結(jié)合起來，使人們可以隨時觀賞并觀察花卉的生長情況，美麗花卉的影響能夠使身心得到放松。同時，通過與花卉相處，工作和學習上的壓力和焦慮也會得到緩解。云花卉養(yǎng)護系統(tǒng)需要滿足用戶的養(yǎng)護需求，并在調(diào)節(jié)用戶心情的過程中讓用戶體驗到養(yǎng)護花卉的樂趣。因此，在系統(tǒng)中增加花卉品種的介紹、養(yǎng)護要點等內(nèi)容，并在出現(xiàn)異常時及時發(fā)出語音警報，提醒用戶正確操作，以保證花卉始終在舒適的環(huán)境下生長。因此，需要更多人參與人工智能的云花卉養(yǎng)護系統(tǒng)設計工作，以提升養(yǎng)護系統(tǒng)的實用價值。

1 人工智能的云花卉養(yǎng)護系統(tǒng)設計研究的意義

隨著智能化時代的到來，智能家居已經(jīng)逐步走進了人們的生活，使人們擺脫了重復煩瑣的家務勞動，從而提高了人們的生活質(zhì)量。在這樣的背景下，人們有了更高的精神追求，希望在放松的同時可以感受到生活的樂趣，從而推動了電子寵物領(lǐng)域的發(fā)展。云花卉養(yǎng)護就是電子寵物的一種存在形式，加強對云花卉養(yǎng)護系統(tǒng)設計的研究，能最大限度地發(fā)揮出該系統(tǒng)的優(yōu)勢，使其為用戶更好地服務，增加用戶對花卉的了解[1]。

該系統(tǒng)的設計主要是為了實現(xiàn)云養(yǎng)花，從智能角度對花卉進行養(yǎng)護。借助傳感器檢測花卉土壤的濕度、環(huán)境溫度等指標，并及時發(fā)送信號，實現(xiàn)智能澆水、通風等功能。同時，云花卉養(yǎng)護也豐富了人們的休閑時光，并能夠在養(yǎng)護的過程中學習更多的花卉知識。因此，在人工智能時代加強云花卉養(yǎng)護系統(tǒng)設計的研究，不斷優(yōu)化該系統(tǒng)的功能，為人們的業(yè)余生活增添更多樂趣。

2 基于人工智能的云花卉養(yǎng)護系統(tǒng)設計

2.1 設計系統(tǒng)總體

基于人工智能的云花卉養(yǎng)護系統(tǒng)的控制核心是單片機，主要裝置包括水位傳感器、水泵、控制器、太陽能電池模塊、云端服務器、土壤濕度傳感器、溫濕度傳感器、語音電路、LED等（如圖1所示）。

第一，花卉生長環(huán)境監(jiān)測部分需要將單片機作為核心。主要借助藍牙和Wi-Fi技術(shù)將核心部分與其他監(jiān)測設備有效連接，調(diào)配花卉生長環(huán)境中的各類資源，并合理應用這些資源，以拓展云花卉養(yǎng)護系統(tǒng)的功能。對于各項功能，具體如下：其一，借助不同的傳感器監(jiān)測花卉生長環(huán)境中的各項數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)及時準確地傳輸給單片機。由單片機控制單元分析比對這些數(shù)據(jù)[2]。其二，單片機將接收的數(shù)據(jù)傳輸?shù)絻?nèi)部芯片上，與芯片中已設定的有關(guān)花卉的參考數(shù)值進行對比，從而確定是否針對花卉的生長環(huán)境啟動報警和緊急處理功能。其三，經(jīng)過對相關(guān)數(shù)據(jù)的分析，用戶可以通過小程序了解花卉生長環(huán)境的真實信息。

第二，智能人花交互部分包括語音識別電路，可以為人花交互功能的實現(xiàn)提供支持。利用檢測技術(shù)區(qū)分花卉生長環(huán)境中的語音和噪聲，確?？梢酝暾浫胗脩舻恼Z音，并通過對比識別。在這個模塊中，會利用轉(zhuǎn)換技術(shù)將語音轉(zhuǎn)換為文本，并利用關(guān)鍵詞找出錄制好的音頻資料并播放，從而實現(xiàn)花卉與用戶的對話，即人花交互。

由此可見，在人工智能背景下研究云花卉養(yǎng)護系統(tǒng)，需要將花卉生長環(huán)境監(jiān)測和智能人花交互兩個部分合理有效地連接起來，共同組成養(yǎng)護系統(tǒng)，為用戶提供科學技術(shù)支持，改善用戶養(yǎng)護體驗，并實現(xiàn)云養(yǎng)護。這樣做不僅方便用戶隨時查看花卉的生長情況，還有利于在不同環(huán)境下保證花卉健康生長，進一步提升養(yǎng)護水平。

2.2 設計系統(tǒng)功能

2.2.1 監(jiān)控生長環(huán)境

在設計花卉生長環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)時，可以采用性能高、功耗低的單片機作為核心。以STM32F103單片機為例，其芯片內(nèi)核為Cortex-M3，F(xiàn)lash功能中只讀程序配備的存儲器規(guī)格為64KB。

首先，設計環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的硬件。1） 對花卉生長環(huán)境的監(jiān)測主要包括兩個單元，即環(huán)境監(jiān)測和適宜控制兩個單元。環(huán)境監(jiān)測單元的主要設備包括土壤濕度傳感器、光照強度傳感器等組件，利用單片機加強對各時段的控制，對所有傳感器進行有效賦能，從而對花卉生長環(huán)境進行有效監(jiān)測，并實現(xiàn)各項數(shù)據(jù)的有效采集。利用藍牙或Wi-Fi技術(shù)將監(jiān)測得到的數(shù)據(jù)上傳至相應的App終端或小程序中。2） 對于系統(tǒng)中的環(huán)境適宜控制單元，其組件主要包括LED補光燈、水閥、風扇等，可以改善花卉目前的生長環(huán)境，包括調(diào)整光照、通風等，有利于花卉的健康生長。3） 在該系統(tǒng)中，配備規(guī)格和型號合適的CPU和開發(fā)板，將多種功能整合在一個系統(tǒng)中，包括語音、開關(guān)燈等功能。該系統(tǒng)還能夠為多用戶控制提供有利條件。同時，可以利用USB等技術(shù)增加數(shù)據(jù)記錄、物聯(lián)網(wǎng)等功能，實現(xiàn)系統(tǒng)功能的有效拓展。該系統(tǒng)將云數(shù)據(jù)庫作為運行的依托，并按照花卉的種類在系統(tǒng)中設定合適的參考數(shù)據(jù)。如果傳感器采集的數(shù)據(jù)與設定的參考數(shù)據(jù)存在差異，系統(tǒng)將及時根據(jù)實際情況對花卉生長環(huán)境進行調(diào)節(jié)，并通過語音系統(tǒng)發(fā)出提醒，使用戶了解實際情況。

其次，針對環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)進行軟件設計。在本次研究中，將Keil uVision5作為開發(fā)環(huán)境，以Proteus仿真模擬軟件為基礎(chǔ)，MCU-ISP作為程序燒錄軟件。在軟件系統(tǒng)中，所有的傳感器進程都進行初始化處理，包括溫濕度傳感器、土壤濕度傳感器、氣體傳感器等[3]。例如，當土壤濕度低于系統(tǒng)中的設定值時，需要為花卉澆水，這時啟動系統(tǒng)的補水功能；如果高于設定值，則不啟動水閥。對于光照傳感器，當環(huán)境監(jiān)測數(shù)值低于設定值時，需要打開LED補光燈；如果高于設定值，則不需要啟動LED。對于系統(tǒng)中使用的氣體和溫濕度傳感器超出系統(tǒng)設定值，需要打開風扇，并啟動語音報警；低于設定值時，則不需要開啟風扇，語音也恢復正常。

2.2.2 智能人花交互

在人工智能技術(shù)背景下的人花交互，是以花卉生長的實時條件為依據(jù)，利用數(shù)據(jù)和語音的形式將真實的信息反饋給用戶。對于不同品種的花卉，數(shù)據(jù)庫中的養(yǎng)護參數(shù)設定也不同，養(yǎng)護方案也存在較大的差異性。用戶可以掃描相應品種的二維碼，了解有關(guān)花卉生長條件、作用、注意事項等方面的介紹。對于語音識別模塊，可以參考用戶當時的情緒，使花卉與用戶之間進行有效的溝通。

智能人花交互功能中，可以將交互的話題分為5類，以滿足用戶的不同需求，提升云花卉養(yǎng)護的情緒價值。這5類情緒包括：1） 傳感器采集到的環(huán)境信息與花卉養(yǎng)護方案中的數(shù)值不同時，系統(tǒng)語音系統(tǒng)會主動向用戶求助，如“太熱啦！”“好渴呀！”“我想曬太陽！”等。用戶會根據(jù)語音求助內(nèi)容作出相應的操作。2） 當系統(tǒng)檢測到用戶主動靠近花卉時，會與用戶打招呼，如“嗨，你好呀！”。如果用戶沒有給予語音回應，系統(tǒng)會自動發(fā)出更多的“熱?！焙陀腥さ脑掝}等，使人花互動更有趣，從而為用戶提供情緒價值。3） 用戶可以向系統(tǒng)提出問題，如“今天的天氣如何？”。系統(tǒng)會自動識別“天氣”這一關(guān)鍵詞，利用網(wǎng)絡技術(shù)搜集相關(guān)信息，并播放收集的信息，給予用戶貼心的提示，如“今天有雨，記得帶雨傘啊！”“今天天氣很好，出門愉快！”。4） 如果用戶想聽音樂放松身心，系統(tǒng)可自動識別“音樂”這個關(guān)鍵詞，并自動播放。除了系統(tǒng)自帶的音樂外，還可以允許系統(tǒng)外接USB或通過藍牙外接設備播放用戶喜歡的音樂[4]。5） 如果系統(tǒng)沒有編寫的話題或未檢測到關(guān)鍵詞，系統(tǒng)會表達“我沒有聽懂，需要我為你唱首歌嗎？”等音頻，然后根據(jù)用戶的選擇進入相應的服務功能。

首先，進行硬件設計。1） 對于語音識別模塊，主要組件是語音識別電路，利用系統(tǒng)中的“關(guān)鍵詞”進行識別。例如，使用LD332X芯片作為電路的核心組件，利用MIC技術(shù)分析頻譜、采集語音，與系統(tǒng)“關(guān)鍵詞”模塊進行對比，搜索關(guān)鍵詞，并啟動相應的功能模塊。2） 語音播放功能的實現(xiàn)是利用錄放語音的技術(shù)形式實現(xiàn)人花交互。例如，使用ISD1820芯片匹配與語音相適應的關(guān)鍵詞，并進行處理。語音信號在經(jīng)過系統(tǒng)處理后，借助主控模塊中的CPU傳輸信號，然后播放相應的語音，實現(xiàn)人花交互。對于ISD1820芯片，采樣時的頻率范圍為3.2～8.0kHz，語音錄放時長一般在8～20秒，并且該芯片可以實現(xiàn)單片機IO控制和按鍵控制。

其次，進行軟件設計。在軟件設計中，需要能夠識別用戶發(fā)出的語音，并根據(jù)指令中的關(guān)鍵詞配合系統(tǒng)中的內(nèi)容，向語音電路傳送指令，播放相應的音頻資料。在軟件中，人花交互功能的設計流程為：各模塊初始化，紅外檢測組件工作，對用戶是否靠近進行檢測，如果檢測出用戶靠近，則花卉發(fā)出語音，打招呼；然后識別語音，成功識別后將其轉(zhuǎn)換為文本，匹配相應的關(guān)鍵詞，播放相應的音頻文件；如果沒有識別出語音，則進入播放音樂環(huán)節(jié)。在本次的研究中，語音系統(tǒng)使用的助手是wukong-robot。如果紅外傳感器運行時檢測到有人靠近，則語音助手被激活，進入運行狀態(tài)。語音內(nèi)容則借助STT引擎進行文本轉(zhuǎn)換，然后匹配與文本相關(guān)的關(guān)鍵詞，在成功匹配的基礎(chǔ)上，語音指令傳輸給語音電路，然后對應地播放錄制的音頻內(nèi)容。如果沒有相應的關(guān)鍵詞與語音指令匹配，軟件系統(tǒng)則自動進入“唱歌”環(huán)節(jié)。

2.3 系統(tǒng)測試

整個系統(tǒng)的設計完成之后，軟件和硬件都需要進行調(diào)試，以測試相應的功能是否正常。結(jié)合云花卉養(yǎng)護的具體情況展開測試，如果養(yǎng)護的花卉是蝴蝶蘭，那么系統(tǒng)測試可以分為兩個部分：其一，測試環(huán)境監(jiān)測功能。系統(tǒng)中溫度的設定值為16～30℃，如果高于這個值則需要啟動風扇功能；對濕度的要求是60%～80%，如果低于這個范圍，則需要啟動加濕器功能；土壤濕度的系統(tǒng)設定值為50%，如果低于這個值，則需要啟動澆水功能；對于光照，蝴蝶蘭需要半遮陰條件，不能直射，系統(tǒng)設定值為1000Lux，但如果低于這個值，則需要啟動補光燈功能[5]。其二，測試人花對話功能。利用紅外傳感器進行檢測，將其檢測值設定為5m，即有人靠近到5m范圍內(nèi)，云花卉養(yǎng)護系統(tǒng)啟動，開始打招呼，并進入語音識別等服務功能中。

經(jīng)過一系列系統(tǒng)測試，如果符合設計需求，則該系統(tǒng)可以正常使用；如果出現(xiàn)個別功能或硬件無法使用等情況，則需要及時檢查問題所在及原因，作出相應處理并解決問題，然后再次進行測試，直到系統(tǒng)可以正常使用。

3 總結(jié)

在云花卉養(yǎng)護系統(tǒng)的輔助下，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)智能通風、澆水、光照以及參數(shù)調(diào)整等功能，還能夠?qū)崿F(xiàn)人花互動，使花卉養(yǎng)護更有趣，改善用戶體驗，使用戶的生活壓力、學習壓力等都能夠得到有效緩解，身心得到放松。在未來想要實現(xiàn)云花卉養(yǎng)護，可以將論壇、日常交流等融入其中，改善云花卉養(yǎng)護的整體氛圍，增加養(yǎng)護過程的愉悅感，這樣用戶就可以在養(yǎng)護過程中感受到樂趣，提升幸福指數(shù)。因此，要進一步加強基于人工智能云花卉養(yǎng)護系統(tǒng)的設計研究，不斷完善該系統(tǒng)的功能，使其更符合現(xiàn)代生活中人們的精神需求。

參考文獻：

[1] 王顥毅，何興，呂承昊，等.基于人工智能的云花卉養(yǎng)護系統(tǒng)設計[J].電子設計工程，2023，31（10）：29-33.

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[3] 陸衛(wèi)忠，黃宏梅，楊茹，等.基于深度學習的智能花卉養(yǎng)護系統(tǒng)設計[J].計算機應用與軟件，2021，38（8）：72-77.

[4] 崔慶華，王金輝，陳祖棟，等.基于STM32的智能花卉養(yǎng)護系統(tǒng)設計[J].科技視界，2020（2）：102-103.

[5] 韓夢迪，劉明，王帥，等.基于物聯(lián)網(wǎng)的花卉養(yǎng)護遠程監(jiān)控系統(tǒng)設計[J].信息技術(shù)與網(wǎng)絡安全，2019，38（7）：93-96.

【通聯(lián)編輯：謝媛媛】