城市綠化環境遠程定位監控系統的研究

林海霞，楊志云，楊靜宜

（河北工程技術學院，石家莊 050091）

1 問題提出

目前我國越來越重視環境治理問題，人們對城市綠化空間的需求也越來越高，城市綠化面積逐年增加，隨之而來的就是需要更多的人力物力去管理、維護這些綠化帶環境，如何利用有限的城市市政管理經費來進行高效的綠化環境管理問題，就擺在我們面前。為了有效解決這一問題，我們有必要研究如何利用現有資源并使用現代信息化手段，使城市的綠化灌溉自動化、智能化即研制“城市綠化環境遠程定位監控系統”。從而解決城市以及偏遠地區綠化管理耗費人力物力大，以及因人力不足灌溉管理不及時，不適時等問題。

2 國內外現狀

在國內雖有少數綠地灌溉開始使用自動灌溉設備，但使用的均是簡單地依靠定時或遙控或手動等方式控制電磁閥澆水；對突發事件的應變能力不強，缺少智能化元素，更主要的是欠缺由市政綠化部門集中統一的管理。

在國外有些地方早已經開始使用園林自動灌溉系統了，例如一個屬于美國奧蘭多航空局的園林灌溉系統，只用一臺計算機、13個集群控制裝置和111個控制器，實現了自動化灌溉，大大降低了園林養護和管理成本。

3 設計方案

城市綠化環境遠程定位監控系統整體分為上位機和下位機兩大部分，下位機分為一級集中控制器和可以掛接于CAN總線上的各種功能子模塊（下面統一稱二級分散控制模塊）。

3.1 一級集中控制器的設計方案

一級集中控制器主要負責與局域網接口和人機交互；向上與局域網內的中心計算機上的專用控制軟件通訊。向下，通過接收中心計算機的指令并通過CAN總線控制分布在附近的二級分布式控制器，而二級控制器可以輸出多路控制信號，從而控制分布在二級控制器附近的電磁閥、水泵等設備的工作。如此一來只需不斷增加掛接在CAN總線上的二級控制器即可方便擴展受控面積。

如需獲得系統或是土壤等相關信息則還可以在CAN總線上掛接各種配套傳感器模塊以獲得受控綠化帶以及相應設備的各種情況，從而方便綠化帶內植物的護理及獲取設備時報修信息。

為了便于低成本的充分利用現有通訊條件，如監控網絡（如今校園或城市，網絡監控設備設施隨處可見），所以考慮一級集中控制器與中心計算機通訊采用以太網。考慮到系統的長期穩定運行以及良好的人機交互界面和便于程序的編寫，系統固件決定使用μC/OS-II加μCGUI加uIP的結構。

μC/OS-II由Micrium公司提供，是一個開源、可移植、可固化的、可裁剪的、占先式多任務實時內核，它適用于多種微處理器。同時，該系統源代碼開放、整潔、一致，注釋詳盡，適合系統開發。uIP其源代碼由C 語言編寫，并完全公開。uIP 協議棧去掉了完整的TCP/IP中不常用的功能，簡化了通訊流程，保留了網絡通信必須使用的協議，保證了其代碼的通用性和結構的穩定性。

3.2 二級分散控制模塊的設計方案

據調查，目前類似項目多采用485總線，然而485總線只能工作于主從模式，獲取二級控制板數據時只能采用查詢方式，實時性較差。CAN總線則具有多主機工作方式；可點對點、一點對多點通信；可靠性高；傳輸距離遠等特點，所以非常適合控制指令的傳輸和各種環境變量的采集。又因為考慮到系統的可擴展性、實時性與可靠性等多方因素，所以二級分散控制模塊與一級集中控制器通信部分采用CAN總線來實現。

二級分散控制器通訊分成兩類分別用于不同環境下選擇使用CAN總線或無線數據傳輸模式，進行數據通信，從而增強了系統對的環境的適應能力。在功能上分為控制模塊與數據采集模塊。

3.3 上位機軟件的設計方案

上位機暫定使用VB編寫，基本功能如下：具有對在網的全部控制器集中和獨立的控制能力；從網絡上自動獲取未來幾天的天氣情況適當調整預設計劃的能力。

4 研究意義

本項目的研究意義在于，基于CAN總線技術和嵌入式以太網通信技術研制一個能很好利用現有通信條件且易于擴展的城市綠化環境遠程定位監控系統。由于一級集中控制器與上位機通信采用以太網通信的方式，所以只要在局域網內的測試通過，就可以非常方便的融入市政網絡。更重要的是充分利用現有資源節約了大筆的布線成本，同時輕松的提升了城市的智能化程度，這使得“城市綠化環境遠程定位監控系統”具有較高的實際應用價值。新建園林綠化項目與節水的自動控制技術相結合必將成為日后綠化灌溉的一種新模式。