CN108319202A - 一种城市园林灌溉多点分/联式智能控制系统及实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种城市园林灌溉多点分/联式智能控制系统，包括中央控制器、网关模块、中心节点模块以及终端模块。本发明还提供一种城市园林灌溉多点分/联式智能控制的实现方法。本发明可以利用多点分/联式智能控制技术，实现大面积、多品种无限扩展操控，运营成本大大降低，最大化提升管理程度，不仅节省人力物力财力的投入，还能更加高效的进行灌溉任务，节省大量不可再生资源；本发明还可以提高瞬时工作效率，又可以保证数据传输的准确性和稳定性；智能化程度高，完全无人操作；它能够与各种滴灌和喷灌技术实现完美兼容；实现多点无线操控；隐藏安装、美观；实现分控联控并用，定时适时结合；实现了各种水源进行处理使用。

Description

一种城市园林灌溉多点分/联式智能控制系统及实现方法

技术领域

本发明涉及一种城市园林灌溉系统，具体的说，涉及一种城市园林灌溉多点分/联式智能控制系统及实现方法，属于城市园林灌溉技术领域。

背景技术

我国耕地资源占世界总量的9%，水资源仅占世界总量的6%。人均只有2100立方米，仅为世界平均水平的28%。我国水资源短缺和水资源浪费十分严重。因此，从灌溉方面节水，是我国亟待解决的问题。农业智能灌溉已经非常普遍，但农业智能灌溉相对简单粗放，无法满足城市园林中多点、多面、多种类的精细化操控。

发展节水园林势在必行，无论从全国及我市缺水的实际情况看，还是从可持续发展的战略高度分析，节水节能都是大势所趋，并已成为人们的普遍共识。城市园林实现智能灌溉，比传统方式节约60%以上的水资源，可谓利国利民，十分必要；物联网的应用，已无处不在。在大力提倡智慧城市建设的今天，城市园林智能灌溉必不可少。它不仅是技术的运用和美化景观的需要，更是提升市区、科技先行的重要组成部分；水灌车当道，阻塞交通；水径漫流，影响市容；非精准浇灌，苗木死亡率高，等等。所有这些，都与文明、卫生和森林城市的建设格格不入。城市园林智能灌溉系统，应需应时而生，定是城市建设的一大亮点。

目前的公共园林绿化带灌溉，多采用比较传统的水罐车人工喷洒或人工开启阀门的灌溉方式，灌溉时间完全人为作用，不科学，费人工，对水资源造成极大浪费。

为了解决城市园林面广、种植区域大小不一、植物品种繁多，需要控制的浇灌终端俱多，以及建筑物影响无线通讯等难题，需要采用多点分/联式智能控制方式进行灌溉管理。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对以上不足，提供一种城市园林灌溉多点分/联式智能控制系统及实现方法，可以利用多点分/联式智能控制技术，实现大面积、多品种无限扩展操控，运营成本大大降低，最大化提升管理程度，不仅节省人力物力财力的投入，还能更加高效的进行灌溉任务，节省大量不可再生资源；本发明还可以提高瞬时工作效率，又可以保证数据传输的准确性和稳定性；智能化程度高，完全无人操作；它能够与各种滴灌和喷灌技术实现完美兼容；实现多点无线操控；隐藏安装、美观；实现分控联控并用，定时适时结合；实现了各种水源进行处理使用。

为解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：一种城市园林灌溉多点分/联式智能控制系统，包括中央控制器、网关模块、中心节点模块以及终端模块，所述中央控制器提供用户登录使用界面，统计并分析传感器数据，计算植物所需要的水量值等环境参数，并将灌溉信号进行编码通过GSM模块发送至网关；

所述网关模块接收到信号后，发送握手信号给中央控制器处理所收到的命令，解码后通过无线传输模块发送给中心节点模块；

所述网关模块包括GSM模块、微程序控制器和无线传输模块，其接收服务器主机的灌溉信号并进行解码，并将解码后的信号通过RF433无线传输模块发送给中心节点模块；

所述中心节点模块接收到信号后，发送握手信号给网关模块并处理所收到的命令，解码后通过RF433无线传输模块发送给终端模块；

所述中心节点模块包括RS485通讯模块、微程序控制器和无线传输模块，其接收网关的灌溉信号并通过无线传输模块发送给终端模块，进而控制无线电磁阀执行浇灌任务。

一种优化方案，所述中央控制器能够同时控制若干个网关模块，若干个网关模块亦能够同时向中央控制器发送握手信号。

进一步地，所述网关模块能够同时控制若干个中心节点模块，若干个中心节点模块亦能够同时向网关模块发送握手信号。

进一步地，所述中心节点模块能够同时控制若干个终端模块，若干个终端模块亦能够同时向网关模块发送握手信号。

进一步地，所述网关模块、中心节点模块和终端模块，均分配有一个相应的IP地址，根据用户需要，中央控制器对终端可采取单独或整体控制。

进一步地，所述网关模块、中心节点模块和终端模块，均分配有一个相应的IP地址，根据用户需要，中央控制器对终端可实行排序控制，进而对植物实现轮流浇灌。

进一步地，所述网关模块包括MSP430处理器，所述MSP430处理器通过SP1总线1与SX1278射频收发模块互传信息，所述MSP430处理器和SX1278射频收发模块均连接DC/DC直流斩波器，所述SX1278射频收发模还连接有射频外围电路，所述射频外围电路连接有射频功放模块和射频天线；

所述MSP430处理器通过SP1总线2与W5500以太网控制器互传信息，所述W5500以太网控制器通过RJ45接口连接局域网计算机；

所述MSP430处理器通过UART通信协议与4G模块互传信息，4G模块通过射频天线传输信息至云端服务器；

所述中心节点模块包括MSP430处理器，所述MSP430处理器通过UART通信协议与RS485串行口互传信息，RS485串行口连接气象站；

所述MSP430处理器还连接开关量输出，开关量输出连接水泵控制继电器；

所述MSP430处理器通过SP1总线与SX1278射频收发模块互传数据，SX1278射频收发模块连接频外围电路，射频外围电路连接射频功放模块，所述射频外围电路还连接射频天线；

SX1278射频收发模块和MSP430处理器还分别连接DC/DC直流斩波器；

所述终端模块包括MSP430处理器，所述MSP430处理器分别连接有AD采集模块、开关量输入模块、PWM输入模块、继电器输出模块、DC/DC直流斩波器；

所述PWM输入模块连接有流量计；

所述MSP430处理器通过UART通信协议与RS485串行口互传信息，所述RS485串行口还连接有土壤传感器；

所述继电器输出模块还连接电磁阀；

所述MSP430处理器通过SP1总线与SX1278射频收发模块互传信息，SX1278射频收发模块连接有射频外围电路，射频外围电路连接有射频功放模块，所述射频外围电路还连接射频天线；

所述DC/DC直流斩波器还通过电量管理模块连接MSP430处理器，所述SX1278射频收发模块连接DC/DC直流斩波器；

所述终端模块连接有一个或多个电磁阀和/或一个或多个传感器，

所述三类传感器包括A类传感器、B类传感器和C类传感器。

所述电磁阀用于控制浇灌的通断；

所述A类传感器包括土壤传感器、湿度传感器、雨雪传感器；

所述B类传感器包括流量传感器、压力传感器、故障传感器；

所述C类传感器包括植物生长状况传感器。

本发明还提供一种城市园林灌溉多点分/联式智能控制的实现方法，其特征在于：包括若干终端模块，所述终端模块需同时连接有一个电磁阀和三个传感器；各个位置的传感器检测不同位置的植物生长所需的检测信息，逐级上传，上位机最终作出浇灌与不浇灌信号，逐级下传至各个终端模块，控制各个位置的电磁阀的通断，根据不同位置的植物所需环境进行合理的灌溉。

一种优化方案，所述传感器包括A类传感器，所述A类传感器包括土壤传感器、湿度传感器、雨雪传感器；

所述A类传感器检测该传感器所在位置的植物生长所需的土壤信息、湿度信息等检测信息M，将检测信息M传输至终端模块，终端模块将检测信息M传输至中心节点模块，中心节点模块将检测信息M传输至网关模块，网关模块将检测信息M传输至上位机，在上位机中预设检测信息Y，在上位机中判断A类传感器检测到的检测信息M是否大于上位机中预设检测信息Y，若M>=Y，则上位机传输不浇灌信号至网关模块，网关模块传输不浇灌信号至中心节点模块，中心节点模块传输不浇灌信号至终端模块，终端模块控制电磁阀关闭；

若M <Y，则上位机发出浇灌信号至网关模块，网关模块将浇灌信号传输至中心节点模块，中心节点模块将浇灌信息传输至终端模块，终端模块控制电磁阀为打开状态进行浇灌。

进一步地，所述传感器包括A类传感器、B类传感器和C类传感器；所述电磁阀用于控制浇灌的通断；

所述A类传感器包括土壤传感器、湿度传感器、雨雪传感器；

所述B类传感器包括流量传感器、压力传感器、故障传感器；

所述C类传感器包括植物生长状况传感器。

本发明采用以上技术方案后，与现有技术相比，具有以下优点：

1、利用“一点多控”技术，实现大面积、多品种无限扩展操控，运营成本大大降低，最大化提升管理程度，不仅节省人力物力财力的投入，还能更加高效的进行灌溉任务，节省大量不可再生资源。每个网关模块可向256个或更多中心节点发送命令信息或接收其回传数据信息；每个中心节点亦可向256个或更多终端节点发送命令信息或接收其回传数据信息，网管、中心节点、终端节点形成有效三级管控，既可以提高瞬时工作效率，又可以保证数据传输的准确性和稳定性。

2、喷灌用水利用系数将由原来的0.4提高到0.85以上；灌木滴灌利用系数则可提高到0.95以上。统算起来，每年节水在60%以上，而且，所有蓄水池均使用中水和积蓄雨水灌注，可大大节约地下水和自来水资源；城区绿化维护费用于浇灌的绝大部分为人工费和车、油的消耗。实现智能灌溉，人工费用可节省75%以上；实行分块管理模式，即原园林管理职责不变，浇灌部分则交由自动系统运作。这样，减少了管理人员的劳动强度，有利于工作质量和效率的提高；建成后，不仅节水、节能，而且消除了车洒人喷、漫水径流、阻碍交通等现象。

3、智能化程度高，完全无人操作；它能够与各种滴灌和喷灌技术实现完美兼容；实现多点无线操控。

4、可根据不同地形和苗木种类，从软件布控到工程施工，量身定做，设计安装成隐藏、美观、喷灌射程多变、微灌流量宽泛等不同形式的喷（滴）灌水景观。

5、可根据同一地块不同苗木的单次需水量及灌溉周期，以及季节、天气变化等因素，实现分控联控并用，定时适时结合，喷灌、微灌、手动补水混合和高频率灌水方式，既能满足不同植物正常需求，又能有效防止地表径流。

6、室外测控设施及泵、阀、管线，均实现智能检测、弱电控制，日常维护成本低、效率高；

7、可依据传感数据分析和实际需求，对苗木适时施肥和用药；可对河水、中水、雨水等各种水源进行处理使用。

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

附图说明

图1是本发明城市园林灌溉系统的结构示意图；

图2是网关模块的电路图；

图3是中心节点模块的电路图；

图4是终端模块的电路图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

实施例1一种城市园林灌溉多点分/联式智能控制系统

如图1-4所示，本发明提供一种城市园林灌溉多点分/联式智能控制系统，包括中央控制器、网关模块、中心节点模块、终端模块。

所述网关模块连接多个中心节点模块，

所述中心节点模块连接多个终端模块；

所述网关模块连接上位机，所述上位机通过无线网络连接远程监控平台和云端服务器。

上位机或云端服务器均可以通过通信协议与手机终端互传信息。

所述中央控制器供用户登录使用界面，统计并分析传感器数据，计算植物所需要的水量值等环境参数，并将灌溉信号进行编码通过GSM模块发送至网关模块；

所述网关模块接收到信号后，发送握手信号给服务器主机并处理所收到的命令，解码后通过RF433无线传输模块发送给中心节点模块；

所述网关模块由GSM模块、微程序控制器和无线传输模块组成，其接收服务器主机的灌溉信号并进行解码，并将解码后的信号通过无线传输模块发送给中心节点；

所述中心节点模块接收到信号后，发送握手信号给网关并处理所收到的命令，解码后通过RF433无线传输模块发送给终端模块；

中心节点模块由RS485通讯模块、微程序控制器和无线传输模块组成，其接收网关的灌溉信号并通过无线传输模块发送给终端节点，进而控制无线电磁阀执行浇灌任务。

所述中央控制器可以同时控制若干个网关，若干个网关亦可同时向中央控制器发送握手信号。

所述网关模块可以同时控制若干个中心节点模块，若干个中心节点模块亦可同时向网关发送握手信号。

所述中心节点模块可以同时控制若干个终端模块，若干个终端模块亦可同时向网关模块发送握手信号。

所述网关模块、中心节点模块和终端模块，均分配有一个相应的IP地址，根据用户需要，中央控制器对终端可采取单独或整体控制。

所述网关模块、中心节点模块和终端模块，均分配有一个相应的IP地址，根据用户需要，中央控制器对终端模块可实行排序控制，进而对植物实现轮流浇灌。

所述网关模块包括MSP430处理器，所述MSP430处理器通过SP1总线1与SX1278射频收发模块互传信息，所述MSP430处理器和SX1278射频收发模块均连接DC/DC直流斩波器，所述SX1278射频收发模还连接有射频外围电路，所述射频外围电路连接有射频功放模块和射频天线；

所述MSP430处理器通过SP1总线2与W5500以太网控制器互传信息，所述W5500以太网控制器通过RJ45接口连接局域网计算机；

所述MSP430处理器通过UART通信协议与4G模块互传信息，4G模块通过射频天线传输信息至云端服务器。

所述网关模块是智能灌溉系统的大脑，也是所有信息与数据上传整理和下发指令的控制中心。其作用是上传中心节点发回的数据给中央控制器和云后台，同时接收后台传回的命令信息发送给中心节点。网关采用了最新的无线频段与GPRS信号结合的技术，可不受地域、环境、距离等因素干扰。

所述中心节点模块包括MSP430处理器，所述MSP430处理器通过UART通信协议与RS485串行口互传信息，RS485串行口连接气象站；

所述MSP430处理器还连接开关量输出，开关量输出连接水泵控制继电器；

所述MSP430处理器通过SP1总线与SX1278射频收发模块互传数据，SX1278射频收发模块连接频外围电路，射频外围电路连接射频功放模块，所述射频外围电路还连接射频天线；

SX1278射频收发模块和MSP430处理器还分别连接DC/DC直流斩波器。

中心节点模块是整个智能控制系统的中转传输模块。其作用是接收终端节点收集到的数据，并将其发送给物联网网关，中心节点的信号覆盖范围是终端节点的2-5倍，可以有效覆盖大范围内的所有终端节点，在城市园林中起到了不可或缺的作用。

所述终端模块包括MSP430处理器，

所述MSP430处理器分别连接有AD采集模块、开关量输入模块、PWM输入模块、继电器输出模块、DC/DC直流斩波器；

所述PWM输入模块连接有流量计；

所述MSP430处理器通过UART通信协议与RS485串行口互传信息，所述RS485串行口还连接有土壤传感器；

所述继电器输出模块还连接电磁阀；

所述MSP430处理器通过SP1总线与SX1278射频收发模块互传信息，SX1278射频收发模块连接有射频外围电路，射频外围电路连接有射频功放模块，所述射频外围电路还连接射频天线；

所述DC/DC直流斩波器还通过电量管理模块连接MSP430处理器，所述SX1278射频收发模块连接DC/DC直流斩波器。

所述终端模块连接有一个或多个电磁阀和/或一个或多个传感器。

所述传感器包括A类传感器、B类传感器和C类传感器。

所述电磁阀用于控制浇灌的通断；

所述A类传感器包括土壤传感器、湿度传感器、雨雪传感器；

所述B类传感器包括流量传感器、压力传感器、故障传感器；

所述C类传感器包括植物生长状况传感器。

A类传感器、B类传感器和C类传感器中均任选一个连接终端模块。

所述土壤传感器用于检测土壤中含水量；

所述流量传感器用于检测水管中水流量；

所述压力传感器用于检测水管中水压；

所述温度传感器用于检测当前植物生长环境的土壤温度；

所述湿度传感器用于检测当前植物生长环境的土壤湿度；

所述故障传感器用于检测水管路有无无故障发生；

所述雨雪传感器用于检测当前的植物生长环境有无降雨或降雪。

终端模块是作为灌溉现场的自动控制及用水管理工具。其作用是启闭某灌溉区的灌水设备如水泵机组、电磁阀、主阀等，也可作为灌溉依据数据的采集工具，如自动气象站、土壤温湿度传感器等，同时能将灌溉现场的反馈信息通过中心节点和网关传递于中央控制系统。

本发明采用三级控制：中央控制系统和子系统之间，由网关、中心节点和终端节点组成。这样设置的目的是中央控制系统可以与若干个网关通讯，网关又可以和若干个中心节点通讯，中心节点又和若干个终端节点通讯，从而解决了城市园林面广点多，不好统一控制的难题。

具体的，

终端模块连接的各个传感器分别将检测信息传输至终端模块，终端模块将各个传感器的检测信息传输至中心节点模块，中心节点模块将各个传感器的检测信息传输至上位机，上位机判断预设值与各个传感器的检测信息的大小关系，

若预设值大于某一个传感器的检测信息值或者某部分传感器的检测信息值，则上位机对具体的某一个或者某部分发出浇灌信号至中心节点模块，中心节点模块再将浇灌信号传输至具体的某一个或某部分的终端模块，终端模块控制电磁阀打开进行浇灌；

若预设值小于某一个传感器的检测信息值或者某部分传感器的检测信息值，则上位机对具体的某一个或者某部分发出不浇灌信号至中心节点模块，中心节点模块再将不浇灌信号传输至具体的某一个或某部分的终端模块，终端模块控制电磁阀关闭不进行浇灌。

所述网关模块连接256个或更多中心节点模块，

所述中心节点模块连接256个或更多终端模块；

所述网关模块连接上位机，所述上位机通过无线网络连接远程监控平台和云端服务器。

上位机或云端服务器均可以通过通信协议与手机终端互传信息。

终端模块分别连接有一个电磁阀和三类不同功能的传感器；位于连接同一个终端模块的三类不同功能的传感器将检测的到信号传输至相对应的终端模块；终端模块将检测到的检测信息传输至中心节点模块，也就是说一个中心节点模块将接受多个终端模块传输来的检测信息；而一个网关模块可以接受多个中心节点模块传输来的检测信息；网管模块将各个检测信息传输至上位机，上位机内预设对比值，在上位机内进行判断对比值分别与各个检测信息的大小；根据不同情况，上位机发出相对应各个检测信息的反馈信号，反馈信号再依次通过网关模块、中心节点模块至终端模块，终端模块控制电磁阀的通断从而进行浇灌或者不浇灌。

计算机智能灌溉系统是通过自动气象站、土壤温湿度传感器，将与植物需水相关的气象参数和土壤参数如空气温湿度，降雨量，风力风向，土壤温湿度等通过网关模块传送到中央计算机，中央计算机通过相应的软件确定出所需的浇灌时间及灌水量，然后发出指令给相关设备实施灌溉的一种灌水方式。当灌溉按一定顺序完成后，系统自动停止浇灌，从而达到高度自动化。

计算机控制灌溉系统可通过以太网的方式连接子系统，实施远程控制，从而实现多区域化的一点多控和三级控制技术，子系统包括网关、中心节点和终端节点。

通过上述过程完成整个控制范围内的城市园林浇灌。

实施例2一种城市园林灌溉多点分/联式智能控制的实现方法

本发明提供一种城市园林灌溉多点分/联式智能控制的实现方法，包括所述终端模块，

所述终端模块连接有一个或多个电磁阀和/或一个或多个传感器。

所述传感器包括A类传感器、B类传感器和C类传感器。

所述电磁阀用于控制浇灌的通断；

所述A类传感器包括土壤传感器、湿度传感器、雨雪传感器；

所述B类传感器包括流量传感器、压力传感器、故障传感器；

所述C类传感器包括植物生长状况传感器。

A类传感器检测该传感器所在位置的植物生长所需的土壤信息、湿度信息等检测信息M，将检测信息M传输至终端模块，终端模块将检测信息M传输至中心节点模块，中心节点模块将检测信息M传输至网关模块，网关模块将检测信息M传输至上位机，在上位机中预设检测信息Y，在上位机中判断A类传感器检测到的检测信息M是否大于上位机中预设检测信息Y，若M>=Y，则上位机传输不浇灌信号至网关模块，网关模块传输不浇灌信号至中心节点模块，中心节点模块传输不浇灌信号至终端模块，终端模块控制电磁阀关闭；

若M <Y，则上位机发出浇灌信号至网关模块，网关模块将浇灌信号传输至中心节点模块，中心节点模块将浇灌信息传输至终端模块，终端模块控制电磁阀为打开状态进行浇灌。

各个位置的传感器检测不同位置的植物生长所需的土壤信息、湿度信息等检测信息，逐级上传，而上位机最终作出浇灌与不浇灌信号，根据不同位置的植物所需环境进行合理的灌溉。

具体的，以A类传感器中的湿度传感器为例，包括以下步骤：

步骤S101：系统启动；

步骤S102：湿度传感器检测植物生长的土壤中的湿度信息M，湿度传感器将检测到的湿度信息M传输至终端模块，终端模块将湿度信息M传输至中心节点模块，中心节点模块将湿度信息M传输至网关模块，网关模块将湿度信息M传输至上位机，在上位机中预设湿度信息Y，在上位机中判断湿度传感器检测到的湿度信息M是否大于上位机中预设湿度信息Y，若M>=Y，则上位机传输不浇灌信号至网关模块，网关模块传输不浇灌信号至中心节点模块，中心节点模块传输不浇灌信号至终端模块，终端模块控制电磁阀关闭；

若M <Y，则上位机发出浇灌信号至网关模块，网关模块将浇灌信号传输至中心节点模块，中心节点模块将浇灌信息传输至终端模块，终端模块控制电磁阀为打开状态进行浇灌。

本发明利用“一点多控”技术，实现大面积、多品种无限扩展操控，运营成本大大降低，最大化提升管理程度，不仅节省人力物力财力的投入，还能更加高效的进行灌溉任务，节省大量不可再生资源。每个网关模块可向256个或更多中心节点发送命令信息或接收其回传数据信息；每个中心节点亦可向256个或更多终端节点发送命令信息或接收其回传数据信息，网管、中心节点、终端节点形成有效三级管控，既可以提高瞬时工作效率，又可以保证数据传输的准确性和稳定性。

喷灌用水利用系数将由原来的0.4提高到0.85以上；灌木滴灌利用系数则可提高到0.95以上。统算起来，每年节水在60%以上，而且，所有蓄水池均使用中水和积蓄雨水灌注，可大大节约地下水和自来水资源；城区绿化维护费用于浇灌的绝大部分为人工费和车、油的消耗。实现智能灌溉，人工费用可节省75%以上；实行分块管理模式，即原园林管理职责不变，浇灌部分则交由自动系统运作。这样，减少了管理人员的劳动强度，有利于工作质量和效率的提高；建成后，不仅节水、节能，而且消除了车洒人喷、漫水径流、阻碍交通等现象。

ZNYL16-1系统由中央控制器和多个无线节点组成。无线节点用来测量气象、土壤墒情和植物生长状况等多种参数，并将这些数据发送至中央控制器；中央控制器再向无线节点传达指令，进而控制外部设备，实现智能灌溉。

ZNYL16-1系统智能化程度高，完全无人操作；它能够与各种滴灌和喷灌技术实现完美兼容；实现多点无线操控。

可根据不同地形和苗木种类，从软件布控到工程施工，量身定做，设计安装成隐藏、美观、喷灌射程多变、微灌流量宽泛等不同形式的喷（滴）灌水景观。

可根据同一地块不同苗木的单次需水量及灌溉周期，以及季节、天气变化等因素，实现分控联控并用，定时适时结合，喷灌、微灌、手动补水混合和高频率灌水方式，既能满足不同植物正常需求，又能有效防止地表径流。

室外测控设施及泵、阀、管线，均实现智能检测、弱电控制，日常维护成本低、效率高；

可依据传感数据分析和实际需求，对苗木适时施肥和用药；可对河水、中水、雨水等各种水源进行处理使用。

本发明是基于三级控制上的一点多控城市园林智能灌溉系统，实现一点多控的核心在于添加了中心节点作为承上启下的传输中转站。

中心节点的优势：

能有效减轻上位机和网关的实际工作量，如没有中心节点，会对带宽和服务器提出更高的要求，同时需下设若干路由设备，不但增加过多成本投入，而且不适应城市园林智能灌溉的发展与布设。

中心节点起到信息处理与分化的作用，避免了由于信息量过大或多种信息同时处理时的不及时现象，如物联网网关卡顿，延迟甚至温度过高导致死机等，大大提高了整体运行和运算处理速度。

对于城市园林地形复杂，植被种类繁多，点对点距离长等特点，中心节点的作用尤为突出，既可以做为中继缩短点对点的直线传输距离，又可以将范围内所有终端信息处理汇总上传给物联网网关，使得终端节点不用全部使用GPRS通信，大大节省了运营成本和施工成本。

目前的公共园林绿化带灌溉，多采用比较传统的水罐车人工喷洒或人工开启阀门的灌溉方式，灌溉时间完全人为作用，不科学，费人工，对水资源造成极大浪费。而且城市园林中有点多面广、大小不一、植物品种繁多等特点。我们为了实现以上城市园林智能化灌溉，采用了三级控制、一点多控的智能操控技术。

智能灌溉系统工作原理：

计算机智能灌溉系统是通过自动气象站、土壤温湿度传感器，将与植物需水相关的气象参数和土壤参数如空气温湿度，降雨量，风力风向，土壤温湿度等通过网关模块传送到中央计算机，中央计算机通过相应的软件确定出所需的浇灌时间及灌水量，然后发出指令给相关设备实施灌溉的一种灌水方式。当灌溉按一定顺序完成后，系统自动停止浇灌，从而达到高度自动化。

计算机控制灌溉系统可通过以太网的方式连接子系统，实施远程控制，从而实现多区域化的一点多控和三级控制技术，子系统包括网关、中心节点和终端节点。

本申请人在广泛考察论证技术市场，并与政府职能部门和相关企业充分沟通交流、认真采纳各方意见建议的基础上，由国内农林专家坐阵指导，并与上海中国船舶重工集团公司第七一一研究所合作，组织智控专门人才，博取当今中外智能灌溉技术之长，集中研发攻关，对原有系统进行全面升级改造，特别是在设备配套、“零基础”操作、全智能运行、多点远距离无线通讯、整合各类监测数据实施分类精准浇灌、故障报警、弱电驱动等关键节点上，均取得突破性成果，最终形成ZNYL16-1智能灌溉系统。

ZNYL16-1系统由中央控制器和多个无线节点组成。无线节点用来测量气象、土壤墒情和植物生长状况等多种参数，并将这些数据发送至中央控制器；中央控制器再向无线节点传达指令，进而控制外部设备，实现智能灌溉。

ZNYL16-1系统智能化程度高，完全无人操作；它能够与各种滴灌和喷灌技术实现完美兼容；实现多点无线操控。

可根据不同地形和苗木种类，从软件布控到工程施工，量身定做，设计安装成隐藏、美观、喷灌射程多变、微灌流量宽泛等不同形式的喷（滴）灌水景观。

可根据同一地块不同苗木的单次需水量及灌溉周期，以及季节、天气变化等因素，实现分控联控并用，定时适时结合，喷灌、微灌、手动补水混合和高频率灌水方式，既能满足不同植物正常需求，又能有效防止地表径流。

室外测控设施及泵、阀、管线，均实现智能检测、弱电控制，日常维护成本低、效率高；

可依据传感数据分析和实际需求，对苗木适时施肥和用药；可对河水、中水、雨水等各种水源进行处理使用。

以上所述为本发明最佳实施方式的举例，其中未详细述及的部分均为本领域普通技术人员的公知常识。本发明的保护范围以权利要求的内容为准，任何基于本发明的技术启示而进行的等效变换，也在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种城市园林灌溉多点分/联式智能控制系统，包括中央控制器、网关模块、中心节点模块以及终端模块，其特征在于：

所述中央控制器提供用户登录使用界面，统计并分析传感器数据，计算植物所需要的水量值等环境参数，并将灌溉信号进行编码通过GSM模块发送至网关；

所述网关模块接收到信号后，发送握手信号给中央控制并处理所收到的命令，解码后通过无线传输模块发送给中心节点模块；

所述网关模块包括GSM模块、微程序控制器和无线传输模块，其接收服务器主机的灌溉信号并进行解码，并将解码后的信号通过RF433无线传输模块发送给中心节点模块；

所述中心节点模块接收到信号后，发送握手信号给网关模块并处理所收到的命令，解码后通过RF433无线传输模块发送给终端模块；

所述中心节点模块包括RS485通讯模块、微程序控制器和无线传输模块，其接收网关的灌溉信号并通过无线传输模块发送给终端模块，进而控制无线电磁阀执行浇灌任务。

2.如权利要求1所述的一种城市园林灌溉多点分/联式智能控制系统，其特征在于：所述中央控制器能够同时控制若干个网关模块，若干个网关模块亦能够同时向中央控制器发送握手信号。

3.如权利要求1所述的一种城市园林灌溉多点分/联式智能控制系统，其特征在于：所述网关模块能够同时控制若干个中心节点模块，若干个中心节点模块亦能够同时向网关模块发送握手信号。

4.如权利要求1所述的一种城市园林灌溉多点分/联式智能控制系统，，其特征在于：所述中心节点模块能够同时控制若干个终端模块，若干个终端模块亦能够同时向中心节点模块发送握手信号。

5.如权利要求1所述的一种城市园林灌溉多点分/联式智能控制系统，其特征在于：所述网关模块、中心节点模块和终端模块，均分配有一个相应的IP地址，根据用户需要，中央控制器对终端可采取单独或整体控制。

6.如权利要求1所述的一种城市园林灌溉多点分/联式智能控制系统，其特征在于：所述网关模块、中心节点模块和终端模块，均分配有一个相应的IP地址，根据用户需要，中央控制器对终端可实行排序控制，进而对植物实现轮流浇灌。

7.如权利要求1所述的一种城市园林灌溉多点分/联式智能控制系统，其特征在于：

所述网关模块包括MSP430处理器，所述MSP430处理器通过SP1总线1与SX1278射频收发模块互传信息，所述MSP430处理器和SX1278射频收发模块均连接DC/DC直流斩波器，所述SX1278射频收发模块还连接有射频外围电路，所述射频外围电路连接有射频功放模块和射频天线；

所述MSP430处理器通过SP1总线2与W5500以太网控制器互传信息，所述W5500以太网控制器通过RJ45接口连接局域网计算机；

所述MSP430处理器通过UART通信协议与4G模块互传信息，4G模块通过射频天线传输信息至云端服务器；

所述中心节点模块包括MSP430处理器，所述MSP430处理器通过UART通信协议与RS485串行口互传信息，RS485串行口连接气象站；

所述MSP430处理器还连接开关量输出，开关量输出连接水泵控制继电器；

所述MSP430处理器通过SP1总线与SX1278射频收发模块互传数据，SX1278射频收发模块连接频外围电路，射频外围电路连接射频功放模块，所述射频外围电路还连接射频天线；

SX1278射频收发模块和MSP430处理器还分别连接DC/DC直流斩波器；

所述终端模块包括MSP430处理器，所述MSP430处理器分别连接有AD采集模块、开关量输入模块、PWM输入模块、继电器输出模块、DC/DC直流斩波器；

所述PWM输入模块连接有流量计；

所述MSP430处理器通过UART通信协议与RS485串行口互传信息，所述RS485串行口还连接有土壤传感器；

所述继电器输出模块还连接电磁阀；

所述MSP430处理器通过SP1总线与SX1278射频收发模块互传信息，SX1278射频收发模块连接有射频外围电路，射频外围电路连接有射频功放模块，所述射频外围电路还连接射频天线；

所述DC/DC直流斩波器还通过电量管理模块连接MSP430处理器，所述SX1278射频收发模块连接DC/DC直流斩波器；

所述终端模块连接有一个或多个电磁阀和/或一个或多个传感器，

所述传感器包括A类传感器、B类传感器和C类传感器；

所述电磁阀用于控制浇灌的通断；

所述A类传感器包括土壤传感器、湿度传感器、雨雪传感器；

所述B类传感器包括流量传感器、压力传感器、故障传感器；

所述C类传感器包括植物生长状况传感器。

8.一种城市园林灌溉多点分/联式智能控制的实现方法，其特征在于：包括若干终端模块，所述终端模块连接有一个或多个电磁阀和/或一个或多个传感器；各个位置的传感器检测不同位置的植物生长所需的检测信息，逐级上传，上位机最终作出浇灌与不浇灌信号，逐级下传至各个终端模块，控制各个位置的电磁阀的通断，根据不同位置的植物所需环境进行合理的灌溉。

9.如权利要求8所述的一种城市园林灌溉多点分/联式智能控制的实现方法，其特征在于：

所述传感器包括A类传感器，所述A类传感器包括土壤传感器、湿度传感器、雨雪传感器；

所述A类传感器检测该传感器所在位置的植物生长所需的土壤信息、湿度信息等检测信息M，将检测信息M传输至终端模块，终端模块将检测信息M传输至中心节点模块，中心节点模块将检测信息M传输至网关模块，网关模块将检测信息M传输至上位机，在上位机中预设检测信息Y，在上位机中判断A类传感器检测到的检测信息M是否大于上位机中预设检测信息Y，若M>=Y，则上位机传输不浇灌信号至网关模块，网关模块传输不浇灌信号至中心节点模块，中心节点模块传输不浇灌信号至终端模块，终端模块控制电磁阀关闭；

若M <Y，则上位机发出浇灌信号至网关模块，网关模块将浇灌信号传输至中心节点模块，中心节点模块将浇灌信息传输至终端模块，终端模块控制电磁阀为打开状态进行浇灌。

10.如权利要求8所述的一种城市园林灌溉多点分/联式智能控制的实现方法，其特征在于：

所述传感器包括A类传感器、B类传感器和C类传感器；所述电磁阀用于控制浇灌的通断；

所述A类传感器包括土壤传感器、湿度传感器、雨雪传感器；

所述B类传感器包括流量传感器、压力传感器、故障传感器；

所述C类传感器包括植物生长状况传感器。