基于多模态感知的智能花盆自适应调控系统设计

邹先阳 杨翰舒 傅凯婷 罗才鑫 王家伟

南昌大学共青学院，江西九江，332020；

摘要：针对传统家庭植物养护方式在感知精度与调控实时性方面的不足，本文设计了一种基于多模态感知的智能花盆自适应调控系统。系统采用“感知层—处理层—执行层—交互层”四层架构，集成SEN0193电容式土壤湿度传感器、DHT22温湿度传感器、BH1750光照度传感器及OV2640视觉模块，基于方差倒数加权法构建多模态传感器融合框架，实现对多参数的协同感知。在控制层，以Mamdani型模糊自适应PID算法为核心，设计包含49条规则的模糊规则库，在线整定ΔKp、ΔKi、ΔKd参数；以李雅普诺夫第二方法对闭环系统进行稳定性分析，证明了有界扰动条件下系统的实际渐近稳定性（UUB稳定）；同时引入离散化模型预测补偿机制以抑制时滞诱发的超调。系统借助ZigBee无线传感网络与“端-边-云”通信架构实现远程监控。经30次重复实验验证：多模态融合后综合感知RMSE（2.21%）较单传感器平均下降30.4%；与固定参数PID相比，模糊自适应PID的调节时间缩短32.5%（p<0.001）、超调量降低58.2%（p<0.001）、稳态误差减小41.7%（p<0.001）；休眠-唤醒调度策略将系统续航时间由约17小时延长至204小时（约12.2倍）。本研究为智能家居植物养护领域提供了一套具有理论严谨性与工程可行性的系统化解决方案。

关键词：智能花盆；多模态感知；模糊自适应PID；传感器融合；物联网

参考文献

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