林海霞，楊志云，楊靜宜

（河北工程技術(shù)學(xué)院，石家莊 050091）

1 問題提出

目前我國越來越重視環(huán)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(hù)這些綠化帶環(huán)境，如何利用有限的城市市政管理經(jīng)費(fèi)來進(jìn)行高效的綠化環(huán)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(xiàn)有資源并使用現(xiàn)代信息化手段，使城市的綠化灌溉自動(dòng)化、智能化即研制“城市綠化環(huán)境遠(yuǎn)程定位監(jiān)控系統(tǒng)”。從而解決城市以及偏遠(yuǎn)地區(qū)綠化管理耗費(fèi)人力物力大，以及因人力不足灌溉管理不及時(shí)，不適時(shí)等問題。

2 國內(nèi)外現(xiàn)狀

在國內(nèi)雖有少數(shù)綠地灌溉開始使用自動(dòng)灌溉設(shè)備，但使用的均是簡單地依靠定時(shí)或遙控或手動(dòng)等方式控制電磁閥澆水；對突發(fā)事件的應(yīng)變能力不強(qiáng)，缺少智能化元素，更主要的是欠缺由市政綠化部門集中統(tǒng)一的管理。

在國外有些地方早已經(jīng)開始使用園林自動(dòng)灌溉系統(tǒng)了，例如一個(gè)屬于美國奧蘭多航空局的園林灌溉系統(tǒng)，只用一臺(tái)計(jì)算機(jī)、13個(gè)集群控制裝置和111個(gè)控制器，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化灌溉，大大降低了園林養(yǎng)護(hù)和管理成本。

3 設(shè)計(jì)方案

城市綠化環(huán)境遠(yuǎn)程定位監(jiān)控系統(tǒng)整體分為上位機(jī)和下位機(jī)兩大部分，下位機(jī)分為一級(jí)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(tǒng)一稱二級(jí)分散控制模塊）。

3.1 一級(jí)集中控制器的設(shè)計(jì)方案

一級(jí)集中控制器主要負(fù)責(zé)與局域網(wǎng)接口和人機(jī)交互；向上與局域網(wǎng)內(nèi)的中心計(jì)算機(jī)上的專用控制軟件通訊。向下，通過接收中心計(jì)算機(jī)的指令并通過CAN總線控制分布在附近的二級(jí)分布式控制器，而二級(jí)控制器可以輸出多路控制信號(hào)，從而控制分布在二級(jí)控制器附近的電磁閥、水泵等設(shè)備的工作。如此一來只需不斷增加掛接在CAN總線上的二級(jí)控制器即可方便擴(kuò)展受控面積。

如需獲得系統(tǒng)或是土壤等相關(guān)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(yīng)設(shè)備的各種情況，從而方便綠化帶內(nèi)植物的護(hù)理及獲取設(shè)備時(shí)報(bào)修信息。

為了便于低成本的充分利用現(xiàn)有通訊條件，如監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)（如今校園或城市，網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控設(shè)備設(shè)施隨處可見），所以考慮一級(jí)集中控制器與中心計(jì)算機(jī)通訊采用以太網(wǎng)?？紤]到系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運(yùn)行以及良好的人機(jī)交互界面和便于程序的編寫，系統(tǒng)固件決定使用μC/OS-II加μCGUI加uIP的結(jié)構(gòu)。

μC/OS-II由Micrium公司提供，是一個(gè)開源、可移植、可固化的、可裁剪的、占先式多任務(wù)實(shí)時(shí)內(nèi)核，它適用于多種微處理器。同時(shí)，該系統(tǒng)源代碼開放、整潔、一致，注釋詳盡，適合系統(tǒng)開發(fā)。uIP其源代碼由C 語言編寫，并完全公開。uIP 協(xié)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(wǎng)絡(luò)通信必須使用的協(xié)議，保證了其代碼的通用性和結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

3.2 二級(jí)分散控制模塊的設(shè)計(jì)方案

據(jù)調(diào)查，目前類似項(xiàng)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(jí)控制板數(shù)據(jù)時(shí)只能采用查詢方式，實(shí)時(shí)性較差。CAN總線則具有多主機(jī)工作方式；可點(diǎn)對點(diǎn)、一點(diǎn)對多點(diǎn)通信；可靠性高；傳輸距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)，所以非常適合控制指令的傳輸和各種環(huán)境變量的采集。又因?yàn)榭紤]到系統(tǒng)的可擴(kuò)展性、實(shí)時(shí)性與可靠性等多方因素，所以二級(jí)分散控制模塊與一級(jí)集中控制器通信部分采用CAN總線來實(shí)現(xiàn)。

二級(jí)分散控制器通訊分成兩類分別用于不同環(huán)境下選擇使用CAN總線或無線數(shù)據(jù)傳輸模式，進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，從而增強(qiáng)了系統(tǒng)對的環(huán)境的適應(yīng)能力。在功能上分為控制模塊與數(shù)據(jù)采集模塊。

3.3 上位機(jī)軟件的設(shè)計(jì)方案

上位機(jī)暫定使用VB編寫，基本功能如下：具有對在網(wǎng)的全部控制器集中和獨(dú)立的控制能力；從網(wǎng)絡(luò)上自動(dòng)獲取未來幾天的天氣情況適當(dāng)調(diào)整預(yù)設(shè)計(jì)劃的能力。

4 研究意義

本項(xiàng)目的研究意義在于，基于CAN總線技術(shù)和嵌入式以太網(wǎng)通信技術(shù)研制一個(gè)能很好利用現(xiàn)有通信條件且易于擴(kuò)展的城市綠化環(huán)境遠(yuǎn)程定位監(jiān)控系統(tǒng)。由于一級(jí)集中控制器與上位機(jī)通信采用以太網(wǎng)通信的方式，所以只要在局域網(wǎng)內(nèi)的測試通過，就可以非常方便的融入市政網(wǎng)絡(luò)。更重要的是充分利用現(xiàn)有資源節(jié)約了大筆的布線成本，同時(shí)輕松的提升了城市的智能化程度，這使得“城市綠化環(huán)境遠(yuǎn)程定位監(jiān)控系統(tǒng)”具有較高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。新建園林綠化項(xiàng)目與節(jié)水的自動(dòng)控制技術(shù)相結(jié)合必將成為日后綠化灌溉的一種新模式。