基于PLC的立体花坛智能灌溉系统研究
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实现节水 ３０％以上ꎮ
关键词: 立体花坛ꎻ 智能灌溉ꎻ 精准控制ꎻ 土壤温湿度传感器
中图分类号: Ｓ２４ 文献标志码: Ａ
引言
ＤＯＩ: １０ １９７５４ / ｊ ｎｙｙｊｓ ２０２４０２２９０１３
因为灌溉水在重力作用下产生流失较大的问题ꎮ 立体
数据采集模块要对立体花坛的基质土壤的湿度以
及灌溉水量ꎬ 水箱的水位信息等多个数据进行采集ꎮ
可实时进行手动、 自 动 控 制 灌 溉 指 令ꎬ 指 令 下 传 到
功能ꎮ 电磁阀组作为灌溉执行模块的关键组成部分ꎮ
在实际应用中ꎬ 选用工作压力范围在 ０ １０ ~ １ ０４ＭＰａꎬ
流量范围在 ０ ４５ ~ ５０ｍ３ ｈ ꎬ 灵敏度高的电磁阀适应
电源、 各种接口构成ꎬ 能 够 控 制 各 个 执 行 模 块 的 输
器模块上设计有按键、 串口、 网口等多个外设来实现
其对基质土壤的墒情、 水箱水位、 流量传感器等灌溉
设备的智能控制ꎮ 除此之外ꎬ 在电路板上还设计有数
字信号和模拟信号输入各 ５ ~ ３０ 路ꎬ 以接收检测到的
各种数据ꎬ 实现立体花坛植物栽培条件的全面监测ꎮ
观常布设在景区或城市街道的重要节点ꎬ 人流较大ꎬ
为北京市的一个金名片ꎮ 立体花坛作为有益城市生态
场地一般为硬质地面的广场或是草坪上ꎬ 考虑到公共
环境的植物雕塑ꎬ 其景观要用最精粹的语言传递尽可
安全性ꎬ 要避免出现在灌溉水径流的安全隐患 [１] ꎮ 因
能多的信息ꎬ 是一个城市精华的浓缩ꎬ 历史的传承ꎬ
坛的体量较大ꎬ 如造型高 ５ ~ １０ｍ 或面积 ３００ｍ２ 以上ꎬ
灌溉分区数量比较多时ꎬ 若依次每个分区灌溉的话ꎬ
需要很长时间才可以对立体花坛轮灌 １ 次ꎮ 在水源水
量和压力满足的情况下ꎬ 灌溉控制系统设计多组水流
量传感器ꎬ 在每个流量传感器后面分若干灌溉小区ꎬ
每个组间是独立的ꎬ 每个组内只 可 １ 个 灌 溉 小 区 运
进行上传下发和存储数据信息 [８] ꎮ 通讯单元的作用是
把布设在花坛中的各种传感器实时采集各种数据通过
４Ｇ 网传输到 ＰＬＣ 主控制器模块中ꎬ 数据经过 ＰＬＣ 主
控制器模块上的微控制器单元进行算法处理ꎬ 实现云
图 １ 智能灌溉控制系统逻辑原理
端服务器与 ＰＬＣ 双向连续收发文件、 图片等远程传
输ꎬ 亦可以发送灌溉控制的命令ꎬ 实现灌溉系统的远
模块构成ꎮ 外设有传感器和电磁阀等组成ꎬ 如传感器
包括土壤温湿度传 感 器、 水 位 传 感 器、 流 量 传 感 器
等ꎬ 电磁阀是由 １ ~ ２０ 个电磁阀组成的电磁阀组ꎬ 方
或其他预设的阈值超过范围时ꎬ 蜂鸣器 发 出 警 报 声
音ꎬ ＬＥＤ 灯闪烁示警ꎬ 可以引起用户的注意ꎮ 报警模
块的添加能够及时提醒用户问题发生ꎬ 促使其采取相
４ 种灌溉模式: 人工手动执行灌溉程序ꎬ 定时灌溉程
序ꎬ 条件程序ꎬ 全自动的程序ꎮ 人工手动执行灌溉程
序模式下ꎬ 用户可以手动执行灌溉程序ꎬ 根据需要进
行灌溉操作ꎮ 定时灌溉程序根据预先设定的时间执行
灌溉操作ꎬ 系统会按照设定的时间自动启动灌溉ꎬ 控
制灌溉设备的开启和关闭ꎬ 以达到设定的灌溉量ꎮ 条
过 ４Ｇ 通讯网络把基质土壤的湿度数据传输到中央计
储于数据库中ꎬ 并进行实时显示供终端操作者在电脑
统利用土壤温湿度传感器采集基质土壤的湿度值ꎬ 通
算机信息系统服务平台分析处理传数据信息ꎬ 当湿度
值达到所设厥值时ꎬ 数据指令发给 ＰＬＣꎬ ＰＬＣ 发出启
动给电磁阀ꎬ 灌溉系统自动运行 ( 或人为干预操作) ꎬ
从而实现智能灌溉 [５] ꎬ 见图 １ꎮ
的稳定运行ꎮ 这个模块不仅可以把采集到相关数据存
或手机终端随时查看ꎬ 而且还可以生成数据报表并支
持进行数据查询及打印能ꎮ
通信模块是该系统得以 实 现 的 一 个 重 要 组 成 部
分
[７]
ꎮ 采用国内 ４Ｇｗｉｆｉ 的模式传输数据及指令ꎬ 可以
有效避免传输速度较慢ꎬ 数据传输的丢包现象ꎬ 能够
影响立体花坛灌溉效果的因素有花坛的高差ꎬ 基
贮容量大、 模块化结构扩充方便、 可编程性强、 稳定
质土壤的特性ꎬ 植物品种及规格ꎬ 现场环境条件等ꎮ
可靠、 支持多种输入输出接口等特点 [３] ꎬ 选用中央计
立体花坛造型高度差距大ꎬ 大型立体花坛最高可达 ~ ８ｍꎬ 小型的立体花坛
３ 立体花坛智能灌溉控制系统的运行方式
３ １ 立体花坛的微灌系统构成
立体花坛采用微灌方式对植物进行灌溉ꎬ 根据立
体花坛的施工工艺选择灌水器的种类ꎬ 直接栽植式和
模块拼装式采用预埋滴灌带ꎬ 卡盆组装式采用集束式
高度有 ２ ~ ５ｍꎬ 竖向高差较大的造型在灌溉过程中会
算机 ( 上位机) 和可编程控制器 ( ＰＬＣ) 为核心组成
的智控系统ꎬ 可监测花坛的各种测量值ꎬ 根据植物品
种及基质土壤不同而方便地改变系统设定值ꎬ 达到最
收稿日期: ２０２４－０１－１６
作者简介: 何天宇 (１９７６－) ꎬ 女ꎬ 硕士ꎬ 高级工程师ꎮ 研究方向: 城市植物景观设计、 施工、 养护ꎻ 通讯作者司丽芳 ( １９７３－) ꎬ 女ꎬ 本
物量所需水分之间的某一范围ꎬ 让植物在最适生长所
感器ꎬ 以便进一步精确测量基质土壤的墒情ꎮ 为了测
量灌溉水量ꎬ 采用在主管道安装流量传感器ꎬ 在使用
水箱作为水源时ꎬ 为防止水泵空转ꎬ 在水箱内安装水
需的水分条件下生长ꎬ 能够充分节约用水量 [４] ꎮ 本系
位计ꎮ 这些相关数据信息的采集保证了智能灌溉系统
制需求制定 ４ 条主控制程序ꎬ 实现智能化灌溉的多方需求ꎮ 通过本智控系统采集的基质土壤湿度值ꎬ 成为基质土
壤持水量的依据ꎬ 为制定合理的灌溉制度提供有力的支持ꎮ 按栽培基质土壤容重为 ０ ２７ꎬ 湿度值在 ２５％ ~ ５０％计
算ꎬ 立体造型卡盆工艺灌溉时长为 ３ ７７ｍｉｎꎬ 直接栽植式工艺灌溉时长为 ６ ３５ｍｉｎꎬ 比人工控制灌溉时长要精准ꎬ
行ꎮ 多个组间可同时运行多个灌溉小区ꎬ 缩短立体花
图 ２ 主程序流程图
坛轮灌周期ꎮ 每个灌溉小区受电磁阀控制启闭ꎬ 电磁
阀均进行编号ꎬ 在立体花坛灌溉时ꎬ 各小区的运行状
态和用水量均有记录和监测ꎮ
３ ２ 智能灌溉程序
根据立体花坛微灌系统 的 分 区 及 传 感 器 分 布 情
况ꎬ 按自动化运行或人工实时远程操控的需求ꎬ 设置
的观感体验ꎮ 适时适量灌溉是立体花坛摆放期间重要
决策为一体的精准灌溉 控 制 系 统 [２] ꎮ 可 编 程 控 制 器
日常养护工作ꎬ 适宜的土壤水分是保持植物开花结果
以及花坛观赏效果的关键因素之一ꎮ
( ＰＬＣ) 是一种具有微处理器的数字电子设备ꎬ 可以
将控制指令随时加载存储器内存储与运行ꎬ 其具有存
件程序是基于设定的条件来执行灌溉操作ꎬ 其条件可
以包括土壤湿度传感器、 水箱水位传感器、 水流量传
感器等阈值ꎬ 当满足设定的条件值时ꎬ 系统会自动触
３ ３ 软件程序的界面表现形式
本系统采用了组态软件ꎬ 就是使用软件工具对计
算机及软件的各种资源进行配置ꎬ 达到计算机或软件
( 北京市花木有限公司ꎬ 北京 １００１６０)
摘 要: 当前立体花坛作为城市植物雕塑ꎬ 虽采用了滴灌和微喷的灌溉方式ꎬ 但其粗放的人工管控方式ꎬ 存在浪
费水资源的问题ꎮ 基于互联网和可编程逻辑控制器 ( ＰＬＣ) 设计了立体花坛智能灌溉控制系统ꎬ 本系统控制逻辑
原理是采集立体花坛基质土壤的湿度值ꎬ 当其低于设定的湿度厥值时ꎬ 控制系统自动启动灌溉程序ꎮ 根据灌溉控
科ꎬ 高级工程师ꎮ 研究方向: 城市植物景观设计、 施工ꎬ 立体花坛营建ꎮ
５ ４ ２０２４ꎬ Ｖｏｌ ４４ꎬ Ｎｏ ０４
农业与技术 ※农业工程
－１
环境能力极强ꎬ 并可连接继电器控制模块进行远程控
制启闭ꎬ 与电磁阀相连的首部枢纽采用热熔的 ＰＥ 管ꎬ
微灌管网采用螺纹连接 ＰＥ 管ꎬ 保证灌溉管网安全稳
定ꎮ
※农业工程 农业与技术 ２０２４ꎬ Ｖｏｌ ４４ꎬ Ｎｏ ０４ ５ ５
本系统采用影响立体花坛灌溉效果的决定性因素
以根据不同的基质土壤情况进行调整ꎮ 此外ꎬ 为了确
———基质土壤的湿度值作为 灌 溉 系 统 启 闭 的 决 策 数
保传感器的准确性ꎬ 也可以在不同的位置安装多个传
据ꎮ 立体花坛的基质土壤较薄ꎬ 植物密植于造型表面
中ꎬ 其含水率控制在植物存活阈值和植物拥有最大生
滴箭组ꎬ 大型植物采用流量大的五通滴灌组ꎬ 小盆花
卉采用微喷等 [９] ꎮ
根据花坛的造型高差、 植物品种、 灌溉方式等ꎬ
综合考虑灌溉分区ꎮ 当立体花坛的体量比较小ꎬ 如造
型高度在 ２ ~ ５ｍ 或面积在 １００ｍ２ 以上ꎬ 灌溉小区数量
在 ３ ~ １０ 分区时ꎬ 较短时间内可以对立体花坛轮灌 １
次ꎬ 灌溉控制系统设计 １ 组水流量传感器ꎮ 当立体花
文脉的延续ꎮ 经过 ３０ 多年的发展ꎬ 立体花坛景观从
此立体花坛要求精细化灌溉ꎮ
立体花坛智能灌溉系统是运用互联网及相关数字
简单的植物摆放发展为富于情景化的多维度景观ꎬ 其
化技术建立智能化灌溉系统并进行硬件选型与软件结
造型精美、 结构复杂、 植物种类多样ꎬ 提升了观赏者
构设计ꎬ 形成集数据采集、 通信、 分析、 存储及灌溉
花坛造型上填充的基质土壤一般由草炭、 蛭石、 珍珠
立体花坛是重大活动和节日期间美化环境ꎬ 增加
岩等配比而成ꎬ 其填充密度越大保水性越好ꎮ 植物品
节日气氛的重要组成部分ꎬ 深受大众欢迎ꎮ 北京 “ 一
种的选择要根据造型的需要ꎬ 植物种类、 规格、 颜色
带一路” 峰会期间在首都机场、 主要道路等重要位置
应的措施ꎮ
便多路分区灌溉的集中管理ꎮ 主控制箱是这个控制系
灌溉执行模块是当传感器采集到基质土壤的湿度
统的主体部分ꎬ 由内置控制逻辑的 ＰＬＣ 和 ４Ｇ 网卡、
值低于植物生长所需时ꎬ 数据自动上传到云端ꎬ 系统
出ꎬ 实现对各个灌溉分区的分散控制ꎮ 在 ＰＬＣ 主控制
ＰＬＣ 服务器ꎬ 启动控制灌溉的电磁阀ꎬ 实现自动灌溉
推广提供了理论依据ꎮ
１ 立体花坛智能灌溉系统的控制逻辑原理
力 [６] ꎬ 可长期埋入土壤中ꎬ 耐长期电解、 耐腐蚀、 抽
真空灌封和完全防水的材料ꎮ 在实际应用时ꎬ 把传感
器探针插入并压实在基质土壤中ꎬ 待测 试 数 据 稳 定
后ꎬ 即可使用测量和记录的数据ꎮ 土壤湿度传感器的
安装位置一般在选在灌溉分区的不利点的位置ꎬ 也可
２ 立体花坛智能灌溉控制系统硬件的构成
程操控ꎮ
蜂鸣器和 ＬＥＤ 声光报警模块进一步保证智能系
立体花坛智能灌溉控制系统硬件由主控箱及其外
统的实用性和响应能力ꎮ 当系统检测到异常情况ꎬ 如
设组成ꎮ 主控制箱由主控制模块、 数据采集模块、 通
基质土壤湿度过高或过低ꎬ 灌溉期间发生管道堵塞ꎬ
讯单元模块、 蜂鸣器、 ＬＥＤ 声光报警模块、 灌溉执行
※农业工程 农业与技术 ２０２４ꎬ Ｖｏｌ ４４ꎬ Ｎｏ ０４ ５ ３
基于 ＰＬＣ 的立体花坛智能灌溉系统研究
何天宇 司丽芳 尹柯壅 王磊
佳灌溉控制ꎮ 立体花坛智能灌溉系统成本低、 可维护
数据采集与传感器相连ꎬ 传感器是数据采集端主要工
性强ꎬ 具有良好的推广应用前景ꎬ 为城市植物景观的
具ꎬ 土壤 湿 度 传 感 器 有 高 度 的 稳 定 性 及 抗 干 扰 能
节水灌溉方式提供新的途径ꎮ 本文对立体花坛智能灌
溉系统进行了详细介绍ꎬ 为立体花坛智能灌溉系统的
差异较大ꎬ 不同的植物种类和规格对灌溉的要求也不
都布置了体现会议主题的立体花坛ꎬ 每年国庆节在北
同ꎬ 如多 肉 植 物 和 观 赏 草 等 喜 干ꎬ 需 少 浇 水ꎬ 向 日
京长安街的重要路口都布置大型立体花坛ꎬ 赏花坛也
葵、 菊花等喜湿ꎬ 需多浇水ꎮ 除此之外ꎬ 立体花坛景
成为人们庆祝节日的重要活动ꎬ 立体花坛景观已经成
关键词: 立体花坛ꎻ 智能灌溉ꎻ 精准控制ꎻ 土壤温湿度传感器
中图分类号: Ｓ２４ 文献标志码: Ａ
引言
ＤＯＩ: １０ １９７５４ / ｊ ｎｙｙｊｓ ２０２４０２２９０１３
因为灌溉水在重力作用下产生流失较大的问题ꎮ 立体
数据采集模块要对立体花坛的基质土壤的湿度以
及灌溉水量ꎬ 水箱的水位信息等多个数据进行采集ꎮ
可实时进行手动、 自 动 控 制 灌 溉 指 令ꎬ 指 令 下 传 到
功能ꎮ 电磁阀组作为灌溉执行模块的关键组成部分ꎮ
在实际应用中ꎬ 选用工作压力范围在 ０ １０ ~ １ ０４ＭＰａꎬ
流量范围在 ０ ４５ ~ ５０ｍ３ ｈ ꎬ 灵敏度高的电磁阀适应
电源、 各种接口构成ꎬ 能 够 控 制 各 个 执 行 模 块 的 输
器模块上设计有按键、 串口、 网口等多个外设来实现
其对基质土壤的墒情、 水箱水位、 流量传感器等灌溉
设备的智能控制ꎮ 除此之外ꎬ 在电路板上还设计有数
字信号和模拟信号输入各 ５ ~ ３０ 路ꎬ 以接收检测到的
各种数据ꎬ 实现立体花坛植物栽培条件的全面监测ꎮ
观常布设在景区或城市街道的重要节点ꎬ 人流较大ꎬ
为北京市的一个金名片ꎮ 立体花坛作为有益城市生态
场地一般为硬质地面的广场或是草坪上ꎬ 考虑到公共
环境的植物雕塑ꎬ 其景观要用最精粹的语言传递尽可
安全性ꎬ 要避免出现在灌溉水径流的安全隐患 [１] ꎮ 因
能多的信息ꎬ 是一个城市精华的浓缩ꎬ 历史的传承ꎬ
坛的体量较大ꎬ 如造型高 ５ ~ １０ｍ 或面积 ３００ｍ２ 以上ꎬ
灌溉分区数量比较多时ꎬ 若依次每个分区灌溉的话ꎬ
需要很长时间才可以对立体花坛轮灌 １ 次ꎮ 在水源水
量和压力满足的情况下ꎬ 灌溉控制系统设计多组水流
量传感器ꎬ 在每个流量传感器后面分若干灌溉小区ꎬ
每个组间是独立的ꎬ 每个组内只 可 １ 个 灌 溉 小 区 运
进行上传下发和存储数据信息 [８] ꎮ 通讯单元的作用是
把布设在花坛中的各种传感器实时采集各种数据通过
４Ｇ 网传输到 ＰＬＣ 主控制器模块中ꎬ 数据经过 ＰＬＣ 主
控制器模块上的微控制器单元进行算法处理ꎬ 实现云
图 １ 智能灌溉控制系统逻辑原理
端服务器与 ＰＬＣ 双向连续收发文件、 图片等远程传
输ꎬ 亦可以发送灌溉控制的命令ꎬ 实现灌溉系统的远
模块构成ꎮ 外设有传感器和电磁阀等组成ꎬ 如传感器
包括土壤温湿度传 感 器、 水 位 传 感 器、 流 量 传 感 器
等ꎬ 电磁阀是由 １ ~ ２０ 个电磁阀组成的电磁阀组ꎬ 方
或其他预设的阈值超过范围时ꎬ 蜂鸣器 发 出 警 报 声
音ꎬ ＬＥＤ 灯闪烁示警ꎬ 可以引起用户的注意ꎮ 报警模
块的添加能够及时提醒用户问题发生ꎬ 促使其采取相
４ 种灌溉模式: 人工手动执行灌溉程序ꎬ 定时灌溉程
序ꎬ 条件程序ꎬ 全自动的程序ꎮ 人工手动执行灌溉程
序模式下ꎬ 用户可以手动执行灌溉程序ꎬ 根据需要进
行灌溉操作ꎮ 定时灌溉程序根据预先设定的时间执行
灌溉操作ꎬ 系统会按照设定的时间自动启动灌溉ꎬ 控
制灌溉设备的开启和关闭ꎬ 以达到设定的灌溉量ꎮ 条
过 ４Ｇ 通讯网络把基质土壤的湿度数据传输到中央计
储于数据库中ꎬ 并进行实时显示供终端操作者在电脑
统利用土壤温湿度传感器采集基质土壤的湿度值ꎬ 通
算机信息系统服务平台分析处理传数据信息ꎬ 当湿度
值达到所设厥值时ꎬ 数据指令发给 ＰＬＣꎬ ＰＬＣ 发出启
动给电磁阀ꎬ 灌溉系统自动运行 ( 或人为干预操作) ꎬ
从而实现智能灌溉 [５] ꎬ 见图 １ꎮ
的稳定运行ꎮ 这个模块不仅可以把采集到相关数据存
或手机终端随时查看ꎬ 而且还可以生成数据报表并支
持进行数据查询及打印能ꎮ
通信模块是该系统得以 实 现 的 一 个 重 要 组 成 部
分
[７]
ꎮ 采用国内 ４Ｇｗｉｆｉ 的模式传输数据及指令ꎬ 可以
有效避免传输速度较慢ꎬ 数据传输的丢包现象ꎬ 能够
影响立体花坛灌溉效果的因素有花坛的高差ꎬ 基
贮容量大、 模块化结构扩充方便、 可编程性强、 稳定
质土壤的特性ꎬ 植物品种及规格ꎬ 现场环境条件等ꎮ
可靠、 支持多种输入输出接口等特点 [３] ꎬ 选用中央计
立体花坛造型高度差距大ꎬ 大型立体花坛最高可达 ~ ８ｍꎬ 小型的立体花坛
３ 立体花坛智能灌溉控制系统的运行方式
３ １ 立体花坛的微灌系统构成
立体花坛采用微灌方式对植物进行灌溉ꎬ 根据立
体花坛的施工工艺选择灌水器的种类ꎬ 直接栽植式和
模块拼装式采用预埋滴灌带ꎬ 卡盆组装式采用集束式
高度有 ２ ~ ５ｍꎬ 竖向高差较大的造型在灌溉过程中会
算机 ( 上位机) 和可编程控制器 ( ＰＬＣ) 为核心组成
的智控系统ꎬ 可监测花坛的各种测量值ꎬ 根据植物品
种及基质土壤不同而方便地改变系统设定值ꎬ 达到最
收稿日期: ２０２４－０１－１６
作者简介: 何天宇 (１９７６－) ꎬ 女ꎬ 硕士ꎬ 高级工程师ꎮ 研究方向: 城市植物景观设计、 施工、 养护ꎻ 通讯作者司丽芳 ( １９７３－) ꎬ 女ꎬ 本
物量所需水分之间的某一范围ꎬ 让植物在最适生长所
感器ꎬ 以便进一步精确测量基质土壤的墒情ꎮ 为了测
量灌溉水量ꎬ 采用在主管道安装流量传感器ꎬ 在使用
水箱作为水源时ꎬ 为防止水泵空转ꎬ 在水箱内安装水
需的水分条件下生长ꎬ 能够充分节约用水量 [４] ꎮ 本系
位计ꎮ 这些相关数据信息的采集保证了智能灌溉系统
制需求制定 ４ 条主控制程序ꎬ 实现智能化灌溉的多方需求ꎮ 通过本智控系统采集的基质土壤湿度值ꎬ 成为基质土
壤持水量的依据ꎬ 为制定合理的灌溉制度提供有力的支持ꎮ 按栽培基质土壤容重为 ０ ２７ꎬ 湿度值在 ２５％ ~ ５０％计
算ꎬ 立体造型卡盆工艺灌溉时长为 ３ ７７ｍｉｎꎬ 直接栽植式工艺灌溉时长为 ６ ３５ｍｉｎꎬ 比人工控制灌溉时长要精准ꎬ
行ꎮ 多个组间可同时运行多个灌溉小区ꎬ 缩短立体花
图 ２ 主程序流程图
坛轮灌周期ꎮ 每个灌溉小区受电磁阀控制启闭ꎬ 电磁
阀均进行编号ꎬ 在立体花坛灌溉时ꎬ 各小区的运行状
态和用水量均有记录和监测ꎮ
３ ２ 智能灌溉程序
根据立体花坛微灌系统 的 分 区 及 传 感 器 分 布 情
况ꎬ 按自动化运行或人工实时远程操控的需求ꎬ 设置
的观感体验ꎮ 适时适量灌溉是立体花坛摆放期间重要
决策为一体的精准灌溉 控 制 系 统 [２] ꎮ 可 编 程 控 制 器
日常养护工作ꎬ 适宜的土壤水分是保持植物开花结果
以及花坛观赏效果的关键因素之一ꎮ
( ＰＬＣ) 是一种具有微处理器的数字电子设备ꎬ 可以
将控制指令随时加载存储器内存储与运行ꎬ 其具有存
件程序是基于设定的条件来执行灌溉操作ꎬ 其条件可
以包括土壤湿度传感器、 水箱水位传感器、 水流量传
感器等阈值ꎬ 当满足设定的条件值时ꎬ 系统会自动触
３ ３ 软件程序的界面表现形式
本系统采用了组态软件ꎬ 就是使用软件工具对计
算机及软件的各种资源进行配置ꎬ 达到计算机或软件
( 北京市花木有限公司ꎬ 北京 １００１６０)
摘 要: 当前立体花坛作为城市植物雕塑ꎬ 虽采用了滴灌和微喷的灌溉方式ꎬ 但其粗放的人工管控方式ꎬ 存在浪
费水资源的问题ꎮ 基于互联网和可编程逻辑控制器 ( ＰＬＣ) 设计了立体花坛智能灌溉控制系统ꎬ 本系统控制逻辑
原理是采集立体花坛基质土壤的湿度值ꎬ 当其低于设定的湿度厥值时ꎬ 控制系统自动启动灌溉程序ꎮ 根据灌溉控
科ꎬ 高级工程师ꎮ 研究方向: 城市植物景观设计、 施工ꎬ 立体花坛营建ꎮ
５ ４ ２０２４ꎬ Ｖｏｌ ４４ꎬ Ｎｏ ０４
农业与技术 ※农业工程
－１
环境能力极强ꎬ 并可连接继电器控制模块进行远程控
制启闭ꎬ 与电磁阀相连的首部枢纽采用热熔的 ＰＥ 管ꎬ
微灌管网采用螺纹连接 ＰＥ 管ꎬ 保证灌溉管网安全稳
定ꎮ
※农业工程 农业与技术 ２０２４ꎬ Ｖｏｌ ４４ꎬ Ｎｏ ０４ ５ ５
本系统采用影响立体花坛灌溉效果的决定性因素
以根据不同的基质土壤情况进行调整ꎮ 此外ꎬ 为了确
———基质土壤的湿度值作为 灌 溉 系 统 启 闭 的 决 策 数
保传感器的准确性ꎬ 也可以在不同的位置安装多个传
据ꎮ 立体花坛的基质土壤较薄ꎬ 植物密植于造型表面
中ꎬ 其含水率控制在植物存活阈值和植物拥有最大生
滴箭组ꎬ 大型植物采用流量大的五通滴灌组ꎬ 小盆花
卉采用微喷等 [９] ꎮ
根据花坛的造型高差、 植物品种、 灌溉方式等ꎬ
综合考虑灌溉分区ꎮ 当立体花坛的体量比较小ꎬ 如造
型高度在 ２ ~ ５ｍ 或面积在 １００ｍ２ 以上ꎬ 灌溉小区数量
在 ３ ~ １０ 分区时ꎬ 较短时间内可以对立体花坛轮灌 １
次ꎬ 灌溉控制系统设计 １ 组水流量传感器ꎮ 当立体花
文脉的延续ꎮ 经过 ３０ 多年的发展ꎬ 立体花坛景观从
此立体花坛要求精细化灌溉ꎮ
立体花坛智能灌溉系统是运用互联网及相关数字
简单的植物摆放发展为富于情景化的多维度景观ꎬ 其
化技术建立智能化灌溉系统并进行硬件选型与软件结
造型精美、 结构复杂、 植物种类多样ꎬ 提升了观赏者
构设计ꎬ 形成集数据采集、 通信、 分析、 存储及灌溉
花坛造型上填充的基质土壤一般由草炭、 蛭石、 珍珠
立体花坛是重大活动和节日期间美化环境ꎬ 增加
岩等配比而成ꎬ 其填充密度越大保水性越好ꎮ 植物品
节日气氛的重要组成部分ꎬ 深受大众欢迎ꎮ 北京 “ 一
种的选择要根据造型的需要ꎬ 植物种类、 规格、 颜色
带一路” 峰会期间在首都机场、 主要道路等重要位置
应的措施ꎮ
便多路分区灌溉的集中管理ꎮ 主控制箱是这个控制系
灌溉执行模块是当传感器采集到基质土壤的湿度
统的主体部分ꎬ 由内置控制逻辑的 ＰＬＣ 和 ４Ｇ 网卡、
值低于植物生长所需时ꎬ 数据自动上传到云端ꎬ 系统
出ꎬ 实现对各个灌溉分区的分散控制ꎮ 在 ＰＬＣ 主控制
ＰＬＣ 服务器ꎬ 启动控制灌溉的电磁阀ꎬ 实现自动灌溉
推广提供了理论依据ꎮ
１ 立体花坛智能灌溉系统的控制逻辑原理
力 [６] ꎬ 可长期埋入土壤中ꎬ 耐长期电解、 耐腐蚀、 抽
真空灌封和完全防水的材料ꎮ 在实际应用时ꎬ 把传感
器探针插入并压实在基质土壤中ꎬ 待测 试 数 据 稳 定
后ꎬ 即可使用测量和记录的数据ꎮ 土壤湿度传感器的
安装位置一般在选在灌溉分区的不利点的位置ꎬ 也可
２ 立体花坛智能灌溉控制系统硬件的构成
程操控ꎮ
蜂鸣器和 ＬＥＤ 声光报警模块进一步保证智能系
立体花坛智能灌溉控制系统硬件由主控箱及其外
统的实用性和响应能力ꎮ 当系统检测到异常情况ꎬ 如
设组成ꎮ 主控制箱由主控制模块、 数据采集模块、 通
基质土壤湿度过高或过低ꎬ 灌溉期间发生管道堵塞ꎬ
讯单元模块、 蜂鸣器、 ＬＥＤ 声光报警模块、 灌溉执行
※农业工程 农业与技术 ２０２４ꎬ Ｖｏｌ ４４ꎬ Ｎｏ ０４ ５ ３
基于 ＰＬＣ 的立体花坛智能灌溉系统研究
何天宇 司丽芳 尹柯壅 王磊
佳灌溉控制ꎮ 立体花坛智能灌溉系统成本低、 可维护
数据采集与传感器相连ꎬ 传感器是数据采集端主要工
性强ꎬ 具有良好的推广应用前景ꎬ 为城市植物景观的
具ꎬ 土壤 湿 度 传 感 器 有 高 度 的 稳 定 性 及 抗 干 扰 能
节水灌溉方式提供新的途径ꎮ 本文对立体花坛智能灌
溉系统进行了详细介绍ꎬ 为立体花坛智能灌溉系统的
差异较大ꎬ 不同的植物种类和规格对灌溉的要求也不
都布置了体现会议主题的立体花坛ꎬ 每年国庆节在北
同ꎬ 如多 肉 植 物 和 观 赏 草 等 喜 干ꎬ 需 少 浇 水ꎬ 向 日
京长安街的重要路口都布置大型立体花坛ꎬ 赏花坛也
葵、 菊花等喜湿ꎬ 需多浇水ꎮ 除此之外ꎬ 立体花坛景
成为人们庆祝节日的重要活动ꎬ 立体花坛景观已经成