1. 研究目的与意义
研究的背景及意义:
在当今社会，城市化进程越发完善，而城市中的绿化面积却在越发减少，到处都是高楼林立，却鲜有一片绿意盎然，这也导致了这个钢铁堡垒越来越炎热。据调查显示，城市的平均温度都要比农村要高一些，这就是所谓的城市热效应[1]。而随着人们的生活水平不断的提高，人们也越发重视生活环境的改善，开始羡慕农村生活的绿意盎然，渴望拥有一片绿荫，正是在这种背景下，绿色屋顶这个名词应运而生。
所谓的绿色屋顶指的是不和大自然的土壤相连接的各种建筑物的顶部或者天台等地方实行绿化管理。也就是说绿色屋顶是把我们传统意义上的地面种植上升到立体空间的层面[5]。当然也可以广泛地理解为就是在各种各样的建筑物的顶部或者露台上进行种植绿化或者小型的假山树木等，当然也可以在上面种植一些蔬果来作为一个小型的家庭菜园，也可以用来种植一些花卉等[4]。所以说绿色屋顶也将会是都市人民获得一座绿色城市的重要支柱。
绿色屋顶的意义在于他将传统意义上一直被忽略的城市屋顶进行了新的开发与利用，让它不再被弃置甚至被当做一个垃圾场[3]，而将城市屋顶绿植化，这不仅美观了建筑，给城市增加了一抹绿色，还能改善城市的生态环境，改善了因为过度化的城市进程而污染环境所引发的城市热岛效应[2]，拓展了人们的绿化空间，对改造田园城市，改善人们的居住环境，提高人民的生活质量，美化城市环境起到了积极作用。
2. 研究内容与预期目标
研究内容:为了改良生态环境，改善城市热效应，给城市增加一抹绿色，并在无人监管的情况下，对屋顶绿植实行智能代替人工管理。本文提出一套简单的用于城市屋顶或露台的绿植管理系统。根据目前我国绿色屋顶的发展进程，设计出一套适合在城市中运用的屋顶绿化自动管理系统[8]。研究屋顶绿植的生长条件，所需要的光照与温湿度参数，解决这些参数的采集问题和数据传输问题，还要解决算法问题和各个零部件之间的连接与控制问题，最后要解决参数的管理以及达到所需的生长条件后所进行的快速反应的智能化控制[9-10]。
虽然屋顶绿化可以改善生态环境，提高人们的生活质量，但在实际操作方面还有很多难点。首先屋顶绿化会受到屋顶最大负载的限制，有些建筑物没有进行过专门的设计，过多的屋顶负重会给建筑物带来极大的安全隐患。还有就是解决防漏问题是屋顶绿化的重中之重，因为这是衡量屋顶绿化是否成功的标准，这也将直接影响建筑物的安全，所以这也需要向一些园林管理与建筑方面的专家进行协调管理。屋顶漏水的主要原因也有以下几点[13-16]:(1）屋顶植物的负重分布不均匀，导致了部分地方的负重超过了屋顶所能承受的最大值，从而导致了屋顶地面的开裂。（2）屋顶绿植的根部可能会对屋顶地面的防水层进行破坏[11-12]。还有就是在屋顶种植绿化需要的是智能化管理，毕竟繁忙的都市生活，人们鲜有时间去料理一些花花草草。
而要解决这些难点有如下一些解决方案，首先在屋顶先铺设一层混凝土在进行泥土层的铺设以便保护屋顶的防水层，或者可以直接用花盆等进行栽种，还有就是要有一套完善的智能管理系统，以便代替人工进行对屋顶绿植的管理。
3. 研究方法与步骤
研究系统的设计方案:
本次设计的主要构成部分有:传感器模块(温湿度传感器和光强传感器)，数据处理模块，无线传输模块，控制模块，还有就是一套灌溉系统和一套遮阳系统。系统流程框图如下图所示:
这套系统通过温湿度传感器和光强传感器来收集相关植物参数，然后通过无线传输模块来控制植物植物参数的传输，控制模块根据采集的植物参数，开启遮阳与灌溉系统，并且这套系统还考虑了不同植物所需要的温湿度与光照强度，可以通过手动输入不同的植物参数，改变控制模块中的阈值，来达到不同植物的最优方案[7]。
课程研究的主要步骤:
1、通过网络查阅和屋顶绿化智能管理有关的论文和文献，了解这项技术的发展背景，熟悉系统的构造与功能以及工作原理，确定总的设计方案。
2、跟据实际情况分析系统需求，并把系统分为硬件与软件两部分，分模块化处理可分为传感器模块，数据处理模块，无线传输模块，控制模块和灌溉与遮阳系统。
3、结合总的设计系统设计硬件框图。
4、找到合适的器件，进行硬件框图的实物连接。
5、进行软件流程图的设计编写。
6、做出总的系统实物图，并进行多组实验分析测试。
4. 参考文献
[1]李建民, 原新, 陈卫民, 等. 中国人口与社会发展关系: 现状, 趋势与问题，人口研究, 2007, 1: 33-48.
[2]秦佳, 李建民. 中国人口城镇化的空间差异与影响因素，人口研究, 2013, 37(2): 25-40.
[3] 张维理, 徐爱国, 张认连, 等. 中国耕地保育技术创新不足已危及粮食安全与环境安全，中国农业科学, 2015, 48(12): 2374-2378.
5. 工作计划
（1）2022年2月26日- 2022年3月02日，对研究课题《屋顶绿化管理系统研究及实现》进行调研和查阅文献资料
（2）2022年3月05日- 2022年3月09日，确立系统整体的设计方案，通过调研了解整个系统大体的设计思路
(3）2022年3月12日- 2022年3月23日，研究系统硬件方面的设计，确定单片机、传感器、数据处理模块和无线传输模块
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