基于智慧園丁的園林綠化自動(dòng)養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)

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(tǒng)功能概述

本園林綠化智慧養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)由監(jiān)控室的主站、花圃區(qū)的從站、草坪區(qū)的從站和灌木區(qū)的從站組成，每個(gè)從站里設(shè)置一套控制箱。使用綠色可再生的太陽(yáng)能光伏發(fā)電儲(chǔ)能，為分散在園林不同植物區(qū)的從站控制箱提供分布式工作電源，從站控制箱通過(guò)無(wú)線專(zhuān)網(wǎng)，與主站的監(jiān)控室進(jìn)行數(shù)據(jù)交互[2]。

從站的控制箱里可編程邏輯控制（PLC）通過(guò)溫濕度傳感器和光照傳感器采集園林環(huán)境溫濕度和光照強(qiáng)度數(shù)據(jù)，融合園林季節(jié)氣候大數(shù)據(jù)，按植物類(lèi)型選擇控制模型，設(shè)置灌溉水量、時(shí)間點(diǎn)及頻率，自動(dòng)控制灌溉控制器和光照補(bǔ)償控制器，有效提升園林綠化灌溉節(jié)水率，給園林綠化提供適宜條件。主站的監(jiān)控室里上位機(jī)監(jiān)控平臺(tái)展示各個(gè)從站的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，遠(yuǎn)程遙控從站的控制器，給園林的管理者提供友好的人機(jī)互動(dòng)界面[3]。

2 太陽(yáng)能光伏供電系統(tǒng)

常規(guī)戶外電氣控制系統(tǒng)供電的方案，一種是從低壓配電供電系統(tǒng)鋪設(shè)電力線纜到園林綠化區(qū)，為園林內(nèi)自動(dòng)化設(shè)備提供工作電源，但是園林面積廣、坐落在空曠郊區(qū)，離集中供電的辦公樓比較遠(yuǎn)，附近很難找到直接接入的低壓配電供電系統(tǒng)，需鋪放較長(zhǎng)的電力線纜，既花費(fèi)大量人力和物力，又存在諸多施工難點(diǎn)；另一種使用發(fā)電機(jī)發(fā)電，為園林內(nèi)自動(dòng)化設(shè)備提供工作電源，屬于緊急臨時(shí)供電方案，不適用于園林電氣控制系統(tǒng)的持續(xù)工作，還需消耗大量燃油，存在空氣污染問(wèn)題[1]。

系統(tǒng)綜合考慮園林自身的自然優(yōu)勢(shì)條件，選用綠色環(huán)保、可持續(xù)的太陽(yáng)能光伏發(fā)電為自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)備提供工作電源。安裝在園林中的太陽(yáng)能光伏板吸收光能轉(zhuǎn)換產(chǎn)生直流電源，經(jīng)變換電路進(jìn)行濾波整流、升降電壓輸出穩(wěn)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(jī)、農(nóng)用鈉燈和金鹵燈等直流設(shè)備提供工作電源，也可儲(chǔ)存在控制箱的蓄電池，供陰雨天氣時(shí)使用。蓄電池儲(chǔ)存的直流電源、太陽(yáng)能光伏產(chǎn)生的直流電源都可經(jīng)DC-AC的逆變器進(jìn)行變換，輸出標(biāo)準(zhǔn)交流220 V、50 Hz電源，為自動(dòng)化養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)中交流設(shè)備提供工作電源[1]。

3 環(huán)境量數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

充分考慮園林的供電系統(tǒng)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(jī)、農(nóng)用鈉燈和金鹵燈。

在花圃區(qū)、草坪區(qū)、灌木區(qū)選取南北典型監(jiān)測(cè)點(diǎn)，每個(gè)區(qū)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(qiáng)度數(shù)據(jù)，經(jīng)變送器將模擬信號(hào)傳輸?shù)娇删幊踢壿嬁刂破鞯腁D采樣模塊；AD采樣模塊將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，儲(chǔ)存在可編程邏輯控制器寄存器中；可編程邏輯控制器通過(guò)程序每分鐘取60個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，經(jīng)最小二乘法處理后獲取1組環(huán)境量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)值[4]。

4 智慧聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)

系統(tǒng)有手動(dòng)和自動(dòng)兩種控制方式，可在不停電狀態(tài)通過(guò)切換按鈕手動(dòng)自由切換。當(dāng)系統(tǒng)處于手動(dòng)控制方式時(shí)，園林管理員可根據(jù)園林的溫濕度，結(jié)合季節(jié)氣候，手動(dòng)調(diào)控花圃區(qū)、草坪區(qū)、灌木區(qū)的灌溉控制器和光照控制器。

自動(dòng)控制時(shí)，系統(tǒng)根據(jù)園林綠化植物類(lèi)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(shù)。可編程邏輯控制器結(jié)合園林的季節(jié)氣候數(shù)據(jù)自動(dòng)調(diào)整每日灌溉的頻率、每次灌溉的時(shí)長(zhǎng)以及啟停灌溉的溫濕度閾值。當(dāng)溫濕度傳感器監(jiān)測(cè)的溫濕度值到達(dá)閾值，PLC輸出控制信號(hào)，通過(guò)中間繼電器聯(lián)動(dòng)水泵啟動(dòng)灌溉，每個(gè)灌溉周期結(jié)束后自動(dòng)關(guān)閉水泵停止灌溉，精細(xì)化管控灌溉水量、時(shí)間點(diǎn)及頻率，大大提升園林綠化灌溉有效率。當(dāng)光照傳感器監(jiān)測(cè)的光照強(qiáng)度值小于閾值，PLC輸出控制信號(hào)，通過(guò)中間繼電器開(kāi)啟農(nóng)用鈉燈和金鹵燈，當(dāng)光照傳感器監(jiān)測(cè)的光照強(qiáng)度值大于閾值，PLC輸出控制信號(hào)，通過(guò)中間繼電器關(guān)閉農(nóng)用鈉燈和金鹵燈，有效提升綠化植物光照補(bǔ)償。可編程邏輯控制器（PLC）可結(jié)合季節(jié)變化定時(shí)控制播放器播放一些害蟲(chóng)的天敵聲音，驅(qū)趕害蟲(chóng)，為園林綠化植物提供無(wú)農(nóng)藥無(wú)害蟲(chóng)的生長(zhǎng)環(huán)境。

5 監(jiān)控互動(dòng)主站平臺(tái)

監(jiān)控室的主站由采集網(wǎng)關(guān)服務(wù)器、數(shù)據(jù)處理服務(wù)器和監(jiān)控顯示大屏組成，其中采集網(wǎng)關(guān)服務(wù)器實(shí)現(xiàn)主站與從站間無(wú)線專(zhuān)網(wǎng)數(shù)據(jù)交互、儲(chǔ)存采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)處理服務(wù)器實(shí)現(xiàn)從站采集環(huán)境量數(shù)據(jù)、主站獲取氣候數(shù)據(jù)的二次計(jì)算，處理主站系統(tǒng)人機(jī)互動(dòng)平臺(tái)數(shù)據(jù)，監(jiān)控顯示大屏，展示監(jiān)控互動(dòng)主站的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、提供人機(jī)互動(dòng)監(jiān)控界面。

監(jiān)控主界面提供園林花圃區(qū)、草坪區(qū)、灌木區(qū)從站的切換功能和系統(tǒng)控制方式的切換功能，展示系統(tǒng)當(dāng)前控制方式狀態(tài)。從站監(jiān)控界面展示環(huán)境溫濕度、光照強(qiáng)度的實(shí)時(shí)值，提供灌溉控制器和光照控制器的手動(dòng)啟停功能。監(jiān)控主界面和從站監(jiān)控界面都可顯示當(dāng)前日期時(shí)間、氣候數(shù)據(jù)，還可點(diǎn)擊從站監(jiān)控界面“智慧園丁園林自動(dòng)養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)”標(biāo)題返回系統(tǒng)的監(jiān)控主界面。

圖2 智慧園丁園林自動(dòng)養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)監(jiān)控主界面

圖3 智慧園丁園林自動(dòng)養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)草坪從站監(jiān)控界面

6 結(jié)束語(yǔ)

基于智慧園丁的園林綠化自動(dòng)養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)既解決了常規(guī)園林綠化自動(dòng)化設(shè)備供電困難的問(wèn)題，又能充分利用太陽(yáng)能，為園林內(nèi)花圃、草坪、灌木等綠植提供科學(xué)、環(huán)保的智能控制自動(dòng)化系統(tǒng)生長(zhǎng)平臺(tái)。常規(guī)模式園林需要人員定時(shí)例行巡視，但辦公區(qū)到灌木區(qū)距離遠(yuǎn)、人員精力有限，人員每日從辦公區(qū)到灌木區(qū)來(lái)回巡視的效率比較低，后期可考慮在系統(tǒng)基礎(chǔ)上給園林內(nèi)增加全景攝像頭，使用手機(jī)APP客戶端實(shí)現(xiàn)園林內(nèi)花圃、草坪、灌木等綠植遠(yuǎn)程監(jiān)視的無(wú)人值守生態(tài)園林平臺(tái)[1]。