摘要：本文阐述了基于智慧园丁的园林绿化自动养护系统的设计思路，介绍了使用绿色可再生的太阳能光伏发电储能为园林绿化自动养护系统提供工作电源；通过可编程逻辑控制（PLC）采集园林温湿度及光照强度数据、融合季节气候信息，智能联动控制园林绿化灌溉控制器、光照补偿控制器，并对后期实现无人值守、APP远程监控的可视化智慧园林平台进行展望。
关键词：智慧园丁；电力电子；PLC；园林绿化；自动养护
1系统功能概述
本园林绿化智慧养护系统由监控室的主站、花圃区的从站、草坪区的从站和灌木区的从站组成，每个从站里设置一套控制箱。使用绿色可再生的太阳能光伏发电储能，为分散在园林不同植物区的从站控制箱提供分布式工作电源，从站控制箱通过无线专网，与主站的监控室进行数据交互[2]。从站的控制箱里可编程逻辑控制（PLC）通过温湿度传感器和光照传感器采集园林环境温湿度和光照强度数据，融合园林季节气候大数据，按植物类型选择控制模型，设置灌溉水量、时间点及频率，自动控制灌溉控制器和光照补偿控制器，有效提升园林绿化灌溉节水率，给园林绿化提供适宜条件。主站的监控室里上位机监控平台展示各个从站的监测数据，远程遥控从站的控制器，给园林的管理者提供友好的人机互动界面[3]。
2太阳能光伏供电系统
常规户外电气控制系统供电的方案，一种是从低压配电供电系统铺设电力线缆到园林绿化区，为园林内自动化设备提供工作电源，但是园林面积广、坐落在空旷郊区，离集中供电的办公楼比较远，附近很难找到直接接入的低压配电供电系统，需铺放较长的电力线缆，既花费大量人力和物力，又存在诸多施工难点；另一种使用发电机发电，为园林内自动化设备提供工作电源，属于紧急临时供电方案，不适用于园林电气控制系统的持续工作，还需消耗大量燃油，存在空气污染问题[1]。系统综合考虑园林自身的自然优势条件，选用绿色环保、可持续的太阳能光伏发电为自动化系统设备提供工作电源。安装在园林中的太阳能光伏板吸收光能转换产生直流电源，经变换电路进行滤波整流、升降电压输出稳定直流24V电源，为可编程逻辑控制器（PLC）及组件模块、温湿度传感器、光照传感器、水泵电机、农用钠灯和金卤灯等直流设备提供工作电源，也可储存在控制箱的蓄电池，供阴雨天气时使用。蓄电池储存的直流电源、太阳能光伏产生的直流电源都可经DC-AC的逆变器进行变换，输出标准交流220V、50Hz电源，为自动化养护系统中交流设备提供工作电源[1]。
3环境量数据监测系统
充分考虑园林的供电系统条件，选择直流24V电源的可编程逻辑控制器（PLC）及组件模块、温湿度传感器、光照传感器、水泵电机、农用钠灯和金卤灯。在花圃区、草坪区、灌木区选取南北典型监测点，每个区都安装两组温湿度传感器和两组光照传感器。温湿度传感器和光照传感器分别每秒采集园林土表温湿度和光照强度数据，经变送器将模拟信号传输到可编程逻辑控制器的AD采样模块；AD采样模块将模拟信号转换成数字信号，储存在可编程逻辑控制器寄存器中；可编程逻辑控制器通过程序每分钟取60个数据点，经最小二乘法处理后获取1组环境量数据实时值[4]。
4智慧联动控制系统
系统有手动和自动两种控制方式，可在不停电状态通过切换按钮手动自由切换。当系统处于手动控制方式时，园林管理员可根据园林的温湿度，结合季节气候，手动调控花圃区、草坪区、灌木区的灌溉控制器和光照控制器。自动控制时，系统根据园林绿化植物类型分为花圃模式、草坪模式和灌木模式，不同模式下有不同定制化的工作参数。可编程逻辑控制器结合园林的季节气候数据自动调整每日灌溉的频率、每次灌溉的时长以及启停灌溉的温湿度阈值。当温湿度传感器监测的温湿度值到达阈值，PLC输出控制信号，通过中间继电器联动水泵启动灌溉，每个灌溉周期结束后自动关闭水泵停止灌溉，精细化管控灌溉水量、时间点及频率，大大提升园林绿化灌溉有效率。当光照传感器监测的光照强度值小于阈值，PLC输出控制信号，通过中间继电器开启农用钠灯和金卤灯，当光照传感器监测的光照强度值大于阈值，PLC输出控制信号，通过中间继电器关闭农用钠灯和金卤灯，有效提升绿化植物光照补偿。可编程逻辑控制器（PLC）可结合季节变化定时控制播放器播放一些害虫的天敌声音，驱赶害虫，为园林绿化植物提供无农药无害虫的生长环境。
5监控互动主站平台
监控室的主站由采集网关服务器、数据处理服务器和监控显示大屏组成，其中采集网关服务器实现主站与从站间无线专网数据交互、储存采集的实时数据，数据处理服务器实现从站采集环境量数据、主站获取气候数据的二次计算，处理主站系统人机互动平台数据，监控显示大屏，展示监控互动主站的实时数据、提供人机互动监控界面。监控主界面提供园林花圃区、草坪区、灌木区从站的切换功能和系统控制方式的切换功能，展示系统当前控制方式状态。从站监控界面展示环境温湿度、光照强度的实时值，提供灌溉控制器和光照控制器的手动启停功能。监控主界面和从站监控界面都可显示当前日期时间、气候数据，还可点击从站监控界面“智慧园丁园林自动养护系统”标题返回系统的监控主界面。
6结束语
基于智慧园丁的园林绿化自动养护系统既解决了常规园林绿化自动化设备供电困难的问题，又能充分利用太阳能，为园林内花圃、草坪、灌木等绿植提供科学、环保的智能控制自动化系统生长平台。常规模式园林需要人员定时例行巡视，但办公区到灌木区距离远、人员精力有限，人员每日从办公区到灌木区来回巡视的效率比较低，后期可考虑在系统基础上给园林内增加全景摄像头，使用手机APP客户端实现园林内花圃、草坪、灌木等绿植远程监视的无人值守生态园林平台[1]。
参考文献：
[1]陈瑞.基于太阳能及PLC的农业大棚智能控制系统[J].湖北农机化，2019（5）：17.
[2]徐聪，周武郁，李明.基于PLC和总线网络的智能灌溉监控系统设计[J].南方农机，2020，51（19）：54-55.
[3]黄翠.基于PLC和GPRS模块的山地智能节水灌溉系统设计[J].电子测试，2020（3）：14-15+7.
[4]刘斌，谢煜，孙艺哲，王莉君，宫鹤.基于Smith预估模糊控制的温室灌溉决策系统设计[J].中国农机化学报，2019，40（8）：149-153.
作者:陈瑞 单位:南京易司拓电力科技股份有限公司
