林海霞，杨志云，杨静宜

（河北工程技术学院，石家庄 050091）

1 问题提出

目前我国越来越重视环境治理问题，人们对城市绿化空间的需求也越来越高，城市绿化面积逐年增加，随之而来的就是需要更多的人力物力去管理、维护这些绿化带环境，如何利用有限的城市市政管理经费来进行高效的绿化环境管理问题，就摆在我们面前。为了有效解决这一问题，我们有必要研究如何利用现有资源并使用现代信息化手段，使城市的绿化灌溉自动化、智能化即研制“城市绿化环境远程定位监控系统”。从而解决城市以及偏远地区绿化管理耗费人力物力大，以及因人力不足灌溉管理不及时，不适时等问题。

2 国内外现状

在国内虽有少数绿地灌溉开始使用自动灌溉设备，但使用的均是简单地依靠定时或遥控或手动等方式控制电磁阀浇水；对突发事件的应变能力不强，缺少智能化元素，更主要的是欠缺由市政绿化部门集中统一的管理。

在国外有些地方早已经开始使用园林自动灌溉系统了，例如一个属于美国奥兰多航空局的园林灌溉系统，只用一台计算机、13个集群控制装置和111个控制器，实现了自动化灌溉，大大降低了园林养护和管理成本。

3 设计方案

城市绿化环境远程定位监控系统整体分为上位机和下位机两大部分，下位机分为一级集中控制器和可以挂接于CAN总线上的各种功能子模块（下面统一称二级分散控制模块）。

3.1 一级集中控制器的设计方案

一级集中控制器主要负责与局域网接口和人机交互；向上与局域网内的中心计算机上的专用控制软件通讯。向下，通过接收中心计算机的指令并通过CAN总线控制分布在附近的二级分布式控制器，而二级控制器可以输出多路控制信号，从而控制分布在二级控制器附近的电磁阀、水泵等设备的工作。如此一来只需不断增加挂接在CAN总线上的二级控制器即可方便扩展受控面积。

如需获得系统或是土壤等相关信息则还可以在CAN总线上挂接各种配套传感器模块以获得受控绿化带以及相应设备的各种情况，从而方便绿化带内植物的护理及获取设备时报修信息。

为了便于低成本的充分利用现有通讯条件，如监控网络（如今校园或城市，网络监控设备设施随处可见），所以考虑一级集中控制器与中心计算机通讯采用以太网。考虑到系统的长期稳定运行以及良好的人机交互界面和便于程序的编写，系统固件决定使用μC/OS-II加μCGUI加uIP的结构。

μC/OS-II由Micrium公司提供，是一个开源、可移植、可固化的、可裁剪的、占先式多任务实时内核，它适用于多种微处理器。同时，该系统源代码开放、整洁、一致，注释详尽，适合系统开发。uIP其源代码由C 语言编写，并完全公开。uIP 协议栈去掉了完整的TCP/IP中不常用的功能，简化了通讯流程，保留了网络通信必须使用的协议，保证了其代码的通用性和结构的稳定性。

3.2 二级分散控制模块的设计方案

据调查，目前类似项目多采用485总线，然而485总线只能工作于主从模式，获取二级控制板数据时只能采用查询方式，实时性较差。CAN总线则具有多主机工作方式；可点对点、一点对多点通信；可靠性高；传输距离远等特点，所以非常适合控制指令的传输和各种环境变量的采集。又因为考虑到系统的可扩展性、实时性与可靠性等多方因素，所以二级分散控制模块与一级集中控制器通信部分采用CAN总线来实现。

二级分散控制器通讯分成两类分别用于不同环境下选择使用CAN总线或无线数据传输模式，进行数据通信，从而增强了系统对的环境的适应能力。在功能上分为控制模块与数据采集模块。

3.3 上位机软件的设计方案

上位机暂定使用VB编写，基本功能如下：具有对在网的全部控制器集中和独立的控制能力；从网络上自动获取未来几天的天气情况适当调整预设计划的能力。

4 研究意义

本项目的研究意义在于，基于CAN总线技术和嵌入式以太网通信技术研制一个能很好利用现有通信条件且易于扩展的城市绿化环境远程定位监控系统。由于一级集中控制器与上位机通信采用以太网通信的方式，所以只要在局域网内的测试通过，就可以非常方便的融入市政网络。更重要的是充分利用现有资源节约了大笔的布线成本，同时轻松的提升了城市的智能化程度，这使得“城市绿化环境远程定位监控系统”具有较高的实际应用价值。新建园林绿化项目与节水的自动控制技术相结合必将成为日后绿化灌溉的一种新模式。