基于智慧園丁的園林綠化自動養護系統

陳瑞

（南京易司拓電力科技股份有限公司，江蘇南京210012）

1 系統功能概述

本園林綠化智慧養護系統由監控室的主站、花圃區的從站、草坪區的從站和灌木區的從站組成，每個從站里設置一套控制箱。使用綠色可再生的太陽能光伏發電儲能，為分散在園林不同植物區的從站控制箱提供分布式工作電源，從站控制箱通過無線專網，與主站的監控室進行數據交互[2]。

從站的控制箱里可編程邏輯控制（PLC）通過溫濕度傳感器和光照傳感器采集園林環境溫濕度和光照強度數據，融合園林季節氣候大數據，按植物類型選擇控制模型，設置灌溉水量、時間點及頻率，自動控制灌溉控制器和光照補償控制器，有效提升園林綠化灌溉節水率，給園林綠化提供適宜條件。主站的監控室里上位機監控平臺展示各個從站的監測數據，遠程遙控從站的控制器，給園林的管理者提供友好的人機互動界面[3]。

2 太陽能光伏供電系統

常規戶外電氣控制系統供電的方案，一種是從低壓配電供電系統鋪設電力線纜到園林綠化區，為園林內自動化設備提供工作電源，但是園林面積廣、坐落在空曠郊區，離集中供電的辦公樓比較遠，附近很難找到直接接入的低壓配電供電系統，需鋪放較長的電力線纜，既花費大量人力和物力，又存在諸多施工難點；另一種使用發電機發電，為園林內自動化設備提供工作電源，屬于緊急臨時供電方案，不適用于園林電氣控制系統的持續工作，還需消耗大量燃油，存在空氣污染問題[1]。

系統綜合考慮園林自身的自然優勢條件，選用綠色環保、可持續的太陽能光伏發電為自動化系統設備提供工作電源。安裝在園林中的太陽能光伏板吸收光能轉換產生直流電源，經變換電路進行濾波整流、升降電壓輸出穩定直流24 V電源，為可編程邏輯控制器（PLC）及組件模塊、溫濕度傳感器、光照傳感器、水泵電機、農用鈉燈和金鹵燈等直流設備提供工作電源，也可儲存在控制箱的蓄電池，供陰雨天氣時使用。蓄電池儲存的直流電源、太陽能光伏產生的直流電源都可經DC-AC的逆變器進行變換，輸出標準交流220 V、50 Hz電源，為自動化養護系統中交流設備提供工作電源[1]。

3 環境量數據監測系統

充分考慮園林的供電系統條件，選擇直流24 V電源的可編程邏輯控制器（PLC）及組件模塊、溫濕度傳感器、光照傳感器、水泵電機、農用鈉燈和金鹵燈。

在花圃區、草坪區、灌木區選取南北典型監測點，每個區都安裝兩組溫濕度傳感器和兩組光照傳感器。溫濕度傳感器和光照傳感器分別每秒采集園林土表溫濕度和光照強度數據，經變送器將模擬信號傳輸到可編程邏輯控制器的AD采樣模塊；AD采樣模塊將模擬信號轉換成數字信號，儲存在可編程邏輯控制器寄存器中；可編程邏輯控制器通過程序每分鐘取60個數據點，經最小二乘法處理后獲取1組環境量數據實時值[4]。

4 智慧聯動控制系統

系統有手動和自動兩種控制方式，可在不停電狀態通過切換按鈕手動自由切換。當系統處于手動控制方式時，園林管理員可根據園林的溫濕度，結合季節氣候，手動調控花圃區、草坪區、灌木區的灌溉控制器和光照控制器。

自動控制時，系統根據園林綠化植物類型分為花圃模式、草坪模式和灌木模式，不同模式下有不同定制化的工作參數?？删幊踢壿嬁刂破鹘Y合園林的季節氣候數據自動調整每日灌溉的頻率、每次灌溉的時長以及啟停灌溉的溫濕度閾值。當溫濕度傳感器監測的溫濕度值到達閾值，PLC輸出控制信號，通過中間繼電器聯動水泵啟動灌溉，每個灌溉周期結束后自動關閉水泵停止灌溉，精細化管控灌溉水量、時間點及頻率，大大提升園林綠化灌溉有效率。當光照傳感器監測的光照強度值小于閾值，PLC輸出控制信號，通過中間繼電器開啟農用鈉燈和金鹵燈，當光照傳感器監測的光照強度值大于閾值，PLC輸出控制信號，通過中間繼電器關閉農用鈉燈和金鹵燈，有效提升綠化植物光照補償?？删幊踢壿嬁刂破鳎≒LC）可結合季節變化定時控制播放器播放一些害蟲的天敵聲音，驅趕害蟲，為園林綠化植物提供無農藥無害蟲的生長環境。

5 監控互動主站平臺

監控室的主站由采集網關服務器、數據處理服務器和監控顯示大屏組成，其中采集網關服務器實現主站與從站間無線專網數據交互、儲存采集的實時數據，數據處理服務器實現從站采集環境量數據、主站獲取氣候數據的二次計算，處理主站系統人機互動平臺數據，監控顯示大屏，展示監控互動主站的實時數據、提供人機互動監控界面。

監控主界面提供園林花圃區、草坪區、灌木區從站的切換功能和系統控制方式的切換功能，展示系統當前控制方式狀態。從站監控界面展示環境溫濕度、光照強度的實時值，提供灌溉控制器和光照控制器的手動啟停功能。監控主界面和從站監控界面都可顯示當前日期時間、氣候數據，還可點擊從站監控界面“智慧園丁園林自動養護系統”標題返回系統的監控主界面。

圖2 智慧園丁園林自動養護系統監控主界面

圖3 智慧園丁園林自動養護系統草坪從站監控界面

6 結束語

基于智慧園丁的園林綠化自動養護系統既解決了常規園林綠化自動化設備供電困難的問題，又能充分利用太陽能，為園林內花圃、草坪、灌木等綠植提供科學、環保的智能控制自動化系統生長平臺。常規模式園林需要人員定時例行巡視，但辦公區到灌木區距離遠、人員精力有限，人員每日從辦公區到灌木區來回巡視的效率比較低，后期可考慮在系統基礎上給園林內增加全景攝像頭，使用手機APP客戶端實現園林內花圃、草坪、灌木等綠植遠程監視的無人值守生態園林平臺[1]。