草坪智能噴灌系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)設(shè)計

精品文檔 1歡迎下載 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 題 目 草坪智能噴灌系統(tǒng)設(shè)計畢 業(yè)設(shè)計 姓 名 李 佳 敏 學(xué) 號 20145000119 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2019 年 5 月 20 日 精品文檔 1歡迎下載 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢 業(yè) 設(shè) 計 任 務(wù) 書 姓名 李佳敏 專業(yè)班級 14 級機(jī)電一體化五年制 2 班 任務(wù)下達(dá)日期 2019 年 2 月 25 日 設(shè)計開始日期 2019 年 3 月 14 日 設(shè)計完成日期 2019 年 5 月 10 日 設(shè)計題目 草坪智能噴灌系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)設(shè)計 指 導(dǎo) 教 師 堵 會 曉 院 部 主 任 郭 宗 躍 2019 年 2 月 25 日 精品文檔 1歡迎下載 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計答辯委員會記錄 電力工程 學(xué)院 機(jī) 電 一 體 化 專業(yè) 學(xué)生 李佳敏 于 2019 年 6 月 9 日進(jìn)行了畢業(yè)設(shè)計答辯 設(shè)計題目 草坪智能噴灌系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)設(shè)計 指導(dǎo)老師 堵 會 曉 答辯委員會根據(jù)學(xué)生提交的畢業(yè)設(shè)計材料 根據(jù)學(xué)生答辯情況 經(jīng)答辯委 員會討論評定 給予學(xué)生 李佳敏 畢業(yè)設(shè)計成績?yōu)?答辯委員會 人 出席 人 答辯委員會主任 簽字 答辯委員會副主任 簽字 答辯委員會委員 精品文檔 2歡迎下載 精品文檔 1歡迎下載 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計評語 第 頁 共 頁 學(xué)生姓名 李佳敏 專業(yè)班級 五年制機(jī)電一體化二班 年級 14 級 畢業(yè)設(shè)計題目 草坪智能噴灌系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)設(shè)計 評 閱 人 指導(dǎo)教師 簽字 2019 年 6 月 12 日 成 績 系 主 任 簽字 2019 年 6 月 13 日 畢業(yè)設(shè)計及答辯評語 精品文檔 2歡迎下載 精品文檔 第 1 頁1歡迎下載 摘摘 要要 水是一切生命過程中不可替代的基本要素 水資源是國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展重要基 礎(chǔ)資源 我國是一個水資源嚴(yán)重缺乏 水旱災(zāi)害頻繁 水資源的分布很不平衡的國家 在這樣水資源嚴(yán)重短缺的情形下 目前我國大部分地區(qū)還仍然停留在人工檢測旱情 決定灌溉與否憑個人經(jīng)驗 這樣就會造成更嚴(yán)重的水資源浪費(fèi) 近年來 隨著現(xiàn)代農(nóng) 業(yè)的發(fā)展 農(nóng)業(yè)經(jīng)營模式正在向大型化 集約化方向發(fā)展 這樣就推廣全面 統(tǒng)一 大型 智能化灌溉系統(tǒng)提供了必要條件 現(xiàn)在已經(jīng)實現(xiàn)大面積種植的就是農(nóng)田農(nóng)業(yè) 因此我設(shè)計了和實現(xiàn)了一套針對農(nóng)田的智能化監(jiān)測和灌溉系統(tǒng) 采用農(nóng)業(yè)智能澆灌系 統(tǒng) 可以根據(jù)各種農(nóng)作物對水量的要求 以及土壤的水情合理配置各個供水設(shè)置設(shè)備 運(yùn)行情況 另外 通過自動化控制 可以使相關(guān)人員及時了解整個系統(tǒng)的相關(guān)資源信 息 通過統(tǒng)計分析 進(jìn)行合理使用 從而達(dá)到省水節(jié)能 省工省地的效果 以及發(fā)展 節(jié)水農(nóng)業(yè)的目的 關(guān)鍵詞 智能噴灌 噴頭關(guān)鍵詞 智能噴灌 噴頭 精品文檔 2歡迎下載2歡迎下載2歡迎下載2歡迎下載2歡迎下載2歡迎下載 目目 錄錄 第一章 緒論 3 1 1 設(shè)計背景 3 1 2 園林草坪噴灌的特點(diǎn) 3 第二章 設(shè)計方案 5 2 1 灌溉系統(tǒng)的基本組成 5 2 2 智能噴灌 8 第三章 機(jī)械設(shè)計部分 9 3 1 噴頭選型 10 3 1 1 固定式噴頭 11 3 1 2 旋轉(zhuǎn)式噴頭 11 3 2 布置噴頭 12 3 2 1 噴頭的水利性能 12 3 2 2 噴頭布置方式 13 第四章 單片機(jī)智能噴灌系統(tǒng) 17 4 1 主界面控制流程 17 4 2 液晶顯示程序 18 4 2 1 LCD1602 地址 19 4 2 2 LCD1602 指令 20 4 2 3 LCD1602 字符集 21 4 2 4 LCD1602 程序 21 4 3 時鐘芯片程序 22 4 4 按鍵程序 22 4 4 1 ADC0832 芯片接口程序 24 致謝 25 參考文獻(xiàn) 26 精品文檔 3歡迎下載3歡迎下載3歡迎下載3歡迎下載3歡迎下載3歡迎下載 第第 1 1 章章 緒論緒論 1 11 1 設(shè)計背景設(shè)計背景 灌溉是彌補(bǔ)自然降水在數(shù)量上的不足與時空上的不均 保證適時適量的滿足草坪 生長所需水分的重要措施 以往的草坪綠化工程 很多沒有配套完整的灌溉系統(tǒng) 灌 水時只能采用大水漫灌或人工灑水 不但造成水的浪費(fèi) 而且往往由于不能及時灌水 過量灌水或灌水不足 難以控制灌水均勻度 對草坪的正常生活產(chǎn)生不良影響 隨著 城鎮(zhèn)建設(shè)的不斷發(fā)展 城市人口大量集中 工業(yè)和生活用水迅速增加 旅游 休閑 運(yùn)動場 及居民小區(qū)等各種綠地面積越來越大 城市供水的緊張狀況日益突出 傳統(tǒng) 的地面大水漫灌已不能滿足現(xiàn)代草坪灌溉的要求 采用高效的灌溉方式勢在必行 現(xiàn)代園林草坪灌溉的方法主要是有噴灌和微灌技術(shù) 如果我們想使整個面積都得 到相同的水量 通常用噴灌 如草坪噴灌 如果我們想讓某一特定區(qū)域濕潤而使周圍 干燥時 可采用微噴灌或滴灌 如灌木灌溉 滴灌有時也用于草坪地下灌溉 園林草 坪噴灌技術(shù)以及節(jié)水 節(jié)能 省工和灌水質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn) 越來越被人們所認(rèn)識 1 21 2園林草坪噴灌的特點(diǎn)園林草坪噴灌的特點(diǎn) 園林草坪為改善環(huán)境 增加美感 陶冶性情等目的而栽植的 因此 要求它們最 好長年生長皆綠 每年只需剪而不必種植 另外 草坪使土壤滲吸速度降低 要求采 用少量頻灌法灌溉 而且為了節(jié)約勞力和資金 提高噴灌質(zhì)量的要求 園林草坪灌溉 大多采用自動化控制固定式噴灌系統(tǒng) 要求水質(zhì)和噴灑質(zhì)量較為嚴(yán)格 特別是對高級觀賞植物和高爾夫球場的草皮 要 求噴灌均勻度較高 如有漏噴或噴灑過量 都會造成嚴(yán)重?fù)p失 草坪噴灌多數(shù)在夜間進(jìn)行 其原因之一是草坪白天噴灌 蒸發(fā)損失大 一般夜晚 噴灌時能比白天少消耗 10 以上的水量 原因之二是有些草坪白天不允許噴灑 如高爾 夫球場進(jìn)行比賽 公園娛樂區(qū)進(jìn)行文娛活動等 精品文檔 4歡迎下載4歡迎下載4歡迎下載4歡迎下載4歡迎下載4歡迎下載 噴灌系統(tǒng)不能影響草坪的維護(hù)作業(yè) 草坪需要經(jīng)常性的修剪 植保 施肥等 這 些作業(yè)往往有機(jī)械完成 因此 需要選擇特殊的設(shè)備 噴灌系統(tǒng)在滿足草坪需水要求的同時 需充分注意景觀環(huán)境效果 精心設(shè)計的噴 灌系統(tǒng) 通過正確選擇噴頭和噴點(diǎn)的布置 不僅能滿足草坪需水 而且在灌水時可以 形成水動景觀效果 園林噴灌能夠有效提高勞動效率 傳統(tǒng)灌溉方式費(fèi)時 費(fèi)工 甚至無法完成大面 積綠地的養(yǎng)護(hù)工作 特別是在炎熱的高溫季節(jié) 澆灌作業(yè)成為綠地養(yǎng)護(hù)工作中的重中 之重 傳統(tǒng)方式的澆灌多采用人拿皮管澆灌為主 無法在大面積范圍內(nèi)同時灌溉 而 且費(fèi)時 噴灌在很短的時間內(nèi) 就可以完成幾百或幾千平方米綠地的灌溉 以 1 個標(biāo) 準(zhǔn)足球場為例 沒有噴灌系統(tǒng) 至少需 3 人才能完成所有的養(yǎng)護(hù)工作 而具有自動噴 灌系統(tǒng)的足球場 通常 1 人就可完成所有養(yǎng)護(hù)作業(yè) 配備有施肥泵的噴灌系統(tǒng) 還可 在噴灌灑水的同時完成施 肥 打藥等養(yǎng)護(hù)作業(yè) 另外噴灌時間由專業(yè)人士設(shè)定 可雇 用非熟練的工人進(jìn)行操作 在一定程度上降低管理的人工費(fèi)用 園林噴灌是一種模擬天然降水的灌溉方式 可以使噴灌范圍內(nèi)的植物得到均勻 致 的降水 采用自動控制的噴灌系統(tǒng) 均由專業(yè)的灌溉和綠地管理人員根據(jù)不同的種植 區(qū)及植物需水來編程設(shè)定灌水制度 這就保證了不同植物都能得到最佳的水分條件 使植物生長狀態(tài)達(dá)到最佳且基本一致 特別是草坪 顏色均勻一致的草坪更能給人以 美的享受 另外水流經(jīng)噴頭噴射出后形成細(xì)小的水滴 不會對土表造成沖刷 這樣就 能夠保持土壤結(jié)構(gòu) 為植物根系創(chuàng)造良好生長的土壤環(huán)境 1 31 3 設(shè)計目的設(shè)計目的 伴隨著人們快節(jié)奏的生活 工作 學(xué)習(xí) 人們已沒有很多時間去精心照顧自己種 的花卉植物等 因此市場上急需一種可以代替人類勞動的產(chǎn)品 由于現(xiàn)在市場上很多的噴灌設(shè)備主要是是針對溫室 露天農(nóng)作物 森林等大面積 植物噴灌 而對于家庭小面積噴灌系統(tǒng)設(shè)備幾乎沒有 也沒有達(dá)到自動化的水平 現(xiàn)代生活中 隨著人們生活水平的提高 人們對花卉 樹木等綠色植物的喜愛和 精品文檔 5歡迎下載5歡迎下載5歡迎下載5歡迎下載5歡迎下載5歡迎下載 種植越來越多 然而以前對花木的澆灌 施肥等工作都需要靠人工來實現(xiàn) 由于現(xiàn)代 生活節(jié)奏的加快 人們往往忙于工作而忘記定期 及時地為花卉補(bǔ)充水分及養(yǎng)料 或 者由于放假回家而將花放在辦公室沒有人管理導(dǎo)致花木枯死 已有的澆水器需要有人 控制或者定時的澆灌 不能根據(jù)植物正常生長所需要的光照 水分 溫度來實時調(diào)節(jié) 植物生長環(huán)境的參數(shù) 不利于花木的成長 而且現(xiàn)在的名貴花如果因為以上原因而死 亡得不償失 鑒于以上情況 市場上急需提供一種能夠根據(jù)光照 溫度 濕度及光照 的變化自動將水分和及光補(bǔ)充給花木 達(dá)到定期 及時澆灌花木自動灌溉器 所以本 文就指智能灌溉系統(tǒng)來設(shè)計研究 精品文檔 6歡迎下載6歡迎下載6歡迎下載6歡迎下載6歡迎下載6歡迎下載 第第 2 2 章章 設(shè)計方案設(shè)計方案 2 12 1 灌溉系統(tǒng)的基本組成灌溉系統(tǒng)的基本組成 一個完整的噴灌系統(tǒng)一般由水源 首部樞紐 管網(wǎng)和噴頭等組成 1 水源 一般多用城市供水系統(tǒng)作為噴灌水源 另外 井泉 湖泊 水庫 河流 也可作為水源 在草坪的整個生長季節(jié) 水源應(yīng)有可靠的供水保證 同時 水源水質(zhì) 應(yīng)滿足灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的要求 2 首部樞紐 其作用是從水源取水 并對水進(jìn)行加壓 水質(zhì)處理 肥料注入和系統(tǒng) 控制 一般包括動力設(shè)備 水泵 過濾器 施肥器 泄壓閥 逆止閥 水表 壓力表 以及控制設(shè)備 如自動灌溉控制器 衡壓變頻控制裝置等 首部設(shè)備的多少 可視系 統(tǒng)類型 水源條件及用戶要求有所增減 當(dāng)城市供水系統(tǒng)的壓力滿足不了噴灌工作壓 力的要求時 可建專用水泵站或加壓水泵室或?qū)Ｓ盟?有時可在自來水管路上加裝 一臺管道泵即可 3 管網(wǎng) 其作用是將壓力水輸送并分配到所需灌溉的草坪種植區(qū)域 由不同管徑的 管道組成 如干管 支管 毛管等 通過各種相應(yīng)的管件 閥門等設(shè)備將各級管道連 接成完整的管網(wǎng)系統(tǒng) 現(xiàn)代灌溉系統(tǒng)的管網(wǎng)多采用施工方便 水力學(xué)性能良好且不會 銹蝕的塑料管道 如 PVC 管 PE 管等 同時 應(yīng)根據(jù)需要在管網(wǎng)中安裝必要的安全裝 置 如進(jìn)排氣閥 限壓閥 泄水閥等 4 噴頭 噴頭用于將水分散成水滴 如同降雨一般比較均勻地噴灑在草坪種植區(qū)域 下圖為灌溉系統(tǒng)基本組成示意圖 精品文檔 7歡迎下載7歡迎下載7歡迎下載7歡迎下載7歡迎下載7歡迎下載 圖 2 1 灌溉系統(tǒng)基本組成示例圖 精品文檔 8歡迎下載8歡迎下載8歡迎下載8歡迎下載8歡迎下載8歡迎下載 典型的地灌系統(tǒng)應(yīng)該包括 1 水源及控制首部 2 主管道 將水輸送到各灌溉小區(qū) 3 田間首部 4 支管道 將主管道的水分配給滴灌管 5 滴頭 毛管 滴灌管及其接頭 水源水源水泵水泵 首部控制首部控制 逆止閥 泄壓閥 過濾逆止閥 泄壓閥 過濾 系統(tǒng) 施肥系統(tǒng) 水表 系統(tǒng) 施肥系統(tǒng) 水表 減壓持壓閥 流量限制減壓持壓閥 流量限制 閥 控制器 壓力表 閥 控制器 壓力表 空氣閥空氣閥 主管路系統(tǒng)主管路系統(tǒng) 田間首部田間首部 支管路系統(tǒng) 多孔連接管 支管路系統(tǒng) 多孔連接管 滴頭滴頭 精品文檔 9歡迎下載9歡迎下載9歡迎下載9歡迎下載9歡迎下載9歡迎下載 精品文檔 10歡迎下載10歡迎下載10歡迎下載10歡迎下載10歡迎下載10歡迎下載 2 22 2 智能噴灌智能噴灌 智能噴灌系統(tǒng)要求能夠?qū)崿F(xiàn)以下要求 1 自動執(zhí)行噴灌任務(wù) 既能夠自動控制噴頭在制定的時間段內(nèi)定量的噴水 2 天氣監(jiān)測 即隨時監(jiān)測降雨情況 自動在降雨開始時停止噴灌 在降雨結(jié)束后 根據(jù)降雨量大小決定是否補(bǔ)噴一定的水量 3 只能水量控制 即如發(fā)現(xiàn)降雨量滿足需求則不再補(bǔ)噴 如不能滿足需求則補(bǔ)噴 一定水量直到滿足需求 4 噴灌計劃預(yù)制 既可以輸入名項噴灌任務(wù) 可以在不同時間進(jìn)行工作 智能化灌溉系統(tǒng)有如下優(yōu)勢 1 自動根據(jù)現(xiàn)場實時的氣候 植物和土壤情況進(jìn)行適時 適量地灌溉 2 通過智能控制技術(shù)的應(yīng)用 更加節(jié)水節(jié)能 降低灌溉成本 提高灌溉質(zhì)量 3 將使灌溉更加科學(xué) 方便 提高管理水平 4 減少灌溉中人員用量 更加合理的提高水源的利用率推廣和使用智能化灌溉技 術(shù)是實現(xiàn)節(jié)能型社會的需要 例如 根據(jù)站點(diǎn)可選擇植物類型 如喬木 灌木 一年生植物等 不同的植物需水量不 同 根據(jù)站點(diǎn)選擇噴頭類型 如齒輪旋轉(zhuǎn)噴頭 散射噴頭 涌泉頭等 或者直接設(shè)定 灌水器的噴灌強(qiáng)度 讓參數(shù)更加貼合實際 根據(jù)站點(diǎn)選擇土壤類型 如壤土 粘土 沙土 和地形的坡度 控制器可根據(jù)土 壤和地形計算運(yùn)行 入滲周期 以防出現(xiàn)地表徑流 精品文檔 11歡迎下載11歡迎下載11歡迎下載11歡迎下載11歡迎下載11歡迎下載 第第 3 3 章章 機(jī)械設(shè)計部分機(jī)械設(shè)計部分 整體的機(jī)構(gòu)形式如下所述 水由出水口接入 經(jīng)過水泵增壓后 經(jīng)過導(dǎo)水軟管 最后從管的另一端噴射出來 機(jī)械臂主要由導(dǎo)水軟管 套筒 舵機(jī) 步進(jìn)電機(jī)與電機(jī)配合的傳動裝置組成 套筒下 端固結(jié)有加工上錐齒的圓環(huán) 電機(jī)通過錐齒輪傳動 帶動套筒轉(zhuǎn)動 舵機(jī)固定在套筒 上 當(dāng)套筒旋轉(zhuǎn)時 舵機(jī)也隨套筒旋轉(zhuǎn) 導(dǎo)水軟管穿過套筒與固定在套筒上端的舵機(jī) 相固結(jié) 當(dāng)舵機(jī)臂擺動時導(dǎo)水軟管噴頭處完成豎直方向的調(diào)整 以使噴出的水能夠調(diào) 整遠(yuǎn)近 而套筒轉(zhuǎn)動則實現(xiàn)了噴水方向的調(diào)整 這樣 通過水平旋轉(zhuǎn)及豎直擺動 實 現(xiàn)了噴灌的精準(zhǔn)定位 考慮到水對電機(jī) 齒輪傳動部分的腐蝕影響 電機(jī)及其套筒的 傳動部分通過密封箱密封 導(dǎo)線引出 連接到控制電路部分及電源部分 以實現(xiàn)對機(jī) 械系統(tǒng)的電力輸入及控制 機(jī)械臂通過套筒下端深埋入土壤進(jìn)行固定 在噴口的設(shè)計中 由于市場上所售的噴頭多利用水壓將水達(dá)到某個固定的位置 因此不能實現(xiàn)噴灌位置的可調(diào)性要求 因此噴管管口需要重新設(shè)計 可以在噴口處用 鋼管做導(dǎo)水管 將水直接引導(dǎo)噴頭 而噴頭處設(shè)計成可以轉(zhuǎn)動的形式 通過增加一個 電機(jī)并通過細(xì)桿與噴頭處連接實現(xiàn)豎直方向的轉(zhuǎn)動 水平方向的轉(zhuǎn)動還是靠另一個電 機(jī)帶動套筒來實現(xiàn) 其中要注意密封問題 噴口轉(zhuǎn)動時對其密封要求較高 且此處水 壓較高 更增加密封難度 還有 底部的電機(jī)如何使上部的噴頭進(jìn)行豎直方向的擺動 此處傳動距離較長 增加材料勢在必增加水平轉(zhuǎn)動電機(jī)的負(fù)載 且此電機(jī)好密封 極 易漏水燒毀電機(jī) 于是我們直接采用了接導(dǎo)水軟管的方法 導(dǎo)水軟管是一種橡皮材料 做成的 一端接過水泵流過的水 一端穿過套筒固定在舵機(jī)上 有較好的彈性 使灌 溉機(jī)械臂在轉(zhuǎn)動時 水管不會產(chǎn)生較大的阻力矩 也不會發(fā)生塑性變形影響使用 這 種形式的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單 使用方便 一根管足以解決噴頭處的設(shè)計問題 缺點(diǎn)是電 機(jī)帶動套筒的轉(zhuǎn)角不能持續(xù)朝一個方向轉(zhuǎn)動 否則水管會打結(jié)使水流不通 且從水管 澆灌到地面的水流成柱狀 對地面沖擊較大 軟管長期拉伸壓縮會造成水管脫膠 破 碎等問題 在實際設(shè)計計算中 需要進(jìn)行軟管的拉壓的疲勞強(qiáng)度的校核 及齒輪傳動的校核 精品文檔 12歡迎下載12歡迎下載12歡迎下載12歡迎下載12歡迎下載12歡迎下載 計算 通過查機(jī)械設(shè)計手冊可以計算出所需材料及其他要求 在進(jìn)行設(shè)計的過程中 我查閱了上市的噴頭的基本工作原理 對其有了初步的了解 在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中 我查閱了相關(guān)的機(jī)械原理 機(jī)械設(shè)計方面的書籍 增 長了我在機(jī)械方面的知識及解決機(jī)械設(shè)計問題的能力 3 13 1 噴頭選型噴頭選型 噴頭種類很多 每種噴頭都有自己特有的使用范圍 選擇噴頭時 應(yīng)考慮以下 一些因素 用戶對噴頭形式的要求 灌區(qū)大小和地形 植物類型 現(xiàn)有水壓和流量 當(dāng)?shù)丨h(huán)境條件 風(fēng) 溫度和降雨量 土壤類型和入滲率 噴頭的一致性 灌區(qū)大小和地形 灌溉植物的種類影響噴頭的選擇 例如 草坪 灌木 樹林可 能需要不同類型的噴頭 在 水力學(xué)基礎(chǔ) 中我們已經(jīng)知道 水壓和流量是設(shè)計者首先要考慮的因素 每一種噴頭都有其自己的工作壓力 如果不增加水泵 而直接使用自來水管網(wǎng)的水 壓 所選擇的噴頭應(yīng)滿足現(xiàn)場可提供水壓力和流量要求 特殊氣候條件的地區(qū)需要特殊的噴頭 例如 有風(fēng)地區(qū)需要低角度噴頭 使 水流緊貼地面以防被風(fēng)吹走 炎熱干旱地區(qū)需要大流量的噴頭 精品文檔 13歡迎下載13歡迎下載13歡迎下載13歡迎下載13歡迎下載13歡迎下載 在 收集資料 中 我們已經(jīng)談到 噴灌強(qiáng)度不能大于土壤入滲率 低灌溉強(qiáng)度 的噴頭在坡地噴灌中常用 這樣可以減少地表徑流和水土流失 在布置支管或把噴頭按不同的控制閥分組時 最重要的原則是盡可能不要在 同一閥所控制的管路上把不同類型的噴頭混在一起使用 即灌水強(qiáng)度不同的噴頭 應(yīng)該分開布置在不同的控制閥管路上 如果灌水強(qiáng)度不同的噴頭放在一起 用戶或 系統(tǒng)維護(hù)人員就可能對某一個小區(qū)過量灌溉 才能使另一小區(qū)的灌水量合適 精品文檔 14歡迎下載14歡迎下載14歡迎下載14歡迎下載14歡迎下載14歡迎下載 3 1 13 1 1 固定式噴頭固定式噴頭 一般用于四周有障礙物和有阻擋旋轉(zhuǎn)噴頭工作的濃密樹叢的情形 當(dāng)植物混合種 植和需要不同的灌水量時 也需要采用固定式噴頭 固定式噴頭工作時噴出的水流或是一束 或是多束 或是呈扇形 以固定的模 式 最常見的形式是全圓型 3 4 圓弧型 2 3 圓弧型 半圓型 1 3 圓弧型和 1 4 圓 弧型 除弧度噴灑外 還有一些特殊形式的噴灑方式 如帶狀 另外 另外 還有噴 灑角可調(diào)節(jié)的噴嘴 VAN 即用于特殊形狀的小區(qū) 其噴灑角度的調(diào)節(jié)范圍一般為 0 到 360 度 固定式噴頭的工作壓力較低 大約在 100 200 kPa 之間 工作半徑一般為 1 5 7m 所以它們一般用在灌溉小塊草坪和水源水壓較低的情況 扇形噴灑的噴頭的噴灌強(qiáng)度達(dá) 25 100 mm h 不宜用在在細(xì)質(zhì)土壤或坡地上 這 種情況采用 8 38mm h 灌水強(qiáng)度的多束固定式噴頭較為合適 道路邊的灌木叢可以用彈出高度為 15cm 和 30cm 地埋式固定噴頭 灌溉結(jié)束后 噴頭降到地面以下 可減少對它惡意破壞的可能性 并增加行人的安全 3 1 23 1 2 旋轉(zhuǎn)式噴頭旋轉(zhuǎn)式噴頭 地埋式旋轉(zhuǎn)噴頭一般用于灌溉草坪 一般來說 每個旋轉(zhuǎn)式噴頭都有一個或兩個 噴嘴 其噴灑角度一般從 20 度到 240 度可調(diào) 許多還可以作全圓噴灑 與固定式噴頭比較 旋轉(zhuǎn)式噴頭一般工作壓力較高 絕大多數(shù)噴頭的工作壓力 在 150 700 kPa 這種噴頭的射程范圍比固定式噴頭大的多 小的大約為 6m 大的 可大于 30m 這種噴頭的流量也較大 一般為 90 450 L min 盡管流量很大 但與固定式噴頭比較 旋轉(zhuǎn)式噴頭的灌水強(qiáng)度要小 因為它的 噴灑面積較大 其噴灌強(qiáng)度一般為 6 50 mm h 因此旋轉(zhuǎn)式噴頭適合于坡地灌溉 細(xì) 精品文檔 15歡迎下載15歡迎下載15歡迎下載15歡迎下載15歡迎下載15歡迎下載 質(zhì)土壤以及其它低入滲率的土壤 在進(jìn)行大面積噴灌時 選用大射程旋轉(zhuǎn)式噴頭是比較經(jīng)濟(jì)的 各種噴頭的工作壓力 射程 噴灌強(qiáng)度可從制造廠家獲得 3 23 2 布置噴頭布置噴頭 噴灌系統(tǒng)中噴頭的布置包括噴頭的組合形式 噴頭沿支管上的間距及支管間距等 噴頭布置的合理與否 直接關(guān)系到整個系統(tǒng)的灌水質(zhì)量 3 2 13 2 1 噴頭的水利性能噴頭的水利性能 在討論噴頭間距布置之前 我們先了解一下單個噴頭的水量分布 將噴頭置于 一個固定的點(diǎn)上 沿著濕潤面積的半徑等間距地放上盛水容器 圖 3 1 噴灑一定 時間完后 測量每個容器中水的深度 即可繪出水量分布圖 圖 3 1 噴頭水量分布特性的測定 精品文檔 16歡迎下載16歡迎下載16歡迎下載16歡迎下載16歡迎下載16歡迎下載 圖 3 2 單個噴頭土壤中的水分分布 噴頭的水量分布圖可從制造廠家獲得 該圖反映了噴頭的水量分布特性 是表 征一個噴頭好與壞的重要指標(biāo) 單個噴頭的水量分布 從噴頭處向兩邊象一個 30 度的斜坡 即象一個楔形 對于 全圓噴頭 其圖形象一個錐體 噴頭在中間 向四周傾斜的斜坡 隨著距噴頭距離的 增大 盛水容器中得到的水量越來越少 最后 在噴灌半徑的最遠(yuǎn)段的容器 由于距 噴頭比較遠(yuǎn) 幾乎沒有收集到水 圖 3 3 噴頭射程的 60 的位置 在噴灌半徑 50 60 的范圍內(nèi) 即使各噴頭水量不重疊 灌水量也能充分滿足植 株生長 而在 60 以外 即噴頭射程的后 40 部分 隨著距離的增大 水量越來越小 便不能滿足植物的生長需要 圖 2 3 需要用相鄰的噴頭重疊噴灌的方法來增加灌 水量 提高灌水均勻度 精品文檔 17歡迎下載17歡迎下載17歡迎下載17歡迎下載17歡迎下載17歡迎下載 圖 3 4 噴頭間距為噴灑直徑的 60 所以建議相鄰噴頭的最大間距是各自噴灑半徑的 60 之和 圖 2 4 在土壤質(zhì) 地粗糙 風(fēng)速大 低濕度 高溫等情況下 建議噴頭間距要更小一些 在草坪灌溉中 噴灌頭間距常選用噴射直徑的 50 當(dāng)有風(fēng)時 可以用更小一些的 間距 如 40 當(dāng)噴頭間距過大時 草坪上會有灌溉不到的干地 這些灌溉不到的地 方草坪會出現(xiàn)缺水的癥狀 枝葉暗綠或枯死 3 2 23 2 2 噴頭布置方式噴頭布置方式 有三種主要的噴頭布置方式 正方形 這種方式中相鄰四個噴頭組成的四條邊距離相等 用于灌溉正方形的區(qū) 域或有 90 度角的區(qū)域 盡管該方式有時均勻度欠佳 但四周有圍欄的地區(qū)常使用這 種方式 正方形布置方式灌水覆蓋度較差 其原因是因為對角線上兩個噴頭間距比邊線上 的要長 當(dāng)邊線上兩個噴頭間距為噴頭的射程時 即 50 法 對角線上兩個噴頭間距 則為射程的 70 使得正方形中心噴水量偏少 圖 3 5 精品文檔 18歡迎下載18歡迎下載18歡迎下載18歡迎下載18歡迎下載18歡迎下載 圖 3 5 正方形布置時的水量偏少區(qū)域 在風(fēng)速小和沒風(fēng)的情況下可以使用 55 的間距 有風(fēng)時建議用更小的間距 這取決于風(fēng)的大小 下面給出風(fēng)速和最大間距的對照表 灌溉地點(diǎn)的風(fēng)速 km h 使用的最大間距 直徑 0 5 55 6 10 50 11 20 45 三角形 該模式常用于邊界不規(guī)則的地區(qū) 正三角形布置是指三個相鄰噴頭之間 間距相等 與正方形布置方式相比 三角形布置不存在象正方形布置中的水量偏少 地帶 因此工程設(shè)計多數(shù)使用三角形布置 圖 2 6 S 代表噴頭間距 L 代表支管間距 在一個正三角形布置時 L 是 S 的 0 866 倍 例如噴頭間距為 24m 支管間距則為 20 8m 可以看出 這種模式?jīng)]有正方形模式中對角線間距比邊線間距大的問題 由于 精品文檔 19歡迎下載19歡迎下載19歡迎下載19歡迎下載19歡迎下載19歡迎下載 這個原因 在有風(fēng)的情況下 允許噴頭之間有更大的間距 如下表 圖 3 6 三角形布置方式 灌溉地點(diǎn)的風(fēng)速 km h 最大間距 直徑的 0 5 60 6 11 55 11 20 50 矩形 矩形布置方式具有抗風(fēng)的優(yōu)點(diǎn) 并且適合灌溉有直線邊界和角落的地區(qū) 其噴頭和支管間距如下表 灌溉地點(diǎn)風(fēng)速 km h 最大間距 直徑的 0 5 L 60 S 50 6 11 L 60 S 45 11 20 L 60 S 40 為適應(yīng)特殊的工程條件 同一地域可以用上述各種不同模式的組合 例如 為適 應(yīng)特殊的工程條件 同一地域可以用上述各種不同模式的組合 例如 交錯型間距布置 方 式 曲線邊界噴頭布置方式 精品文檔 20歡迎下載20歡迎下載20歡迎下載20歡迎下載20歡迎下載20歡迎下載 如果一塊較大草坪既有草坪又有樹和灌木叢 就需交錯使用不同的模式 遇到樹 或灌木叢我們可以交錯使用正方形或矩形 平行四邊形或三角形模式 繞過或穿過 障礙物后 其它地方仍可以使用原來的噴頭間距模式 圖 2 7 圖 3 7 交錯型間距布置方式 對于曲線邊界 可采用從正方形或矩形模式變到平行四邊形或三角形模式布置噴 頭 如圖 2 8 還可以再變到原來的布置模式 這樣既灌溉整個區(qū)域 同時避免在 曲線邊界以內(nèi)噴頭過于集中和灌溉區(qū)域超出邊界 圖 3 8 曲線邊界噴頭布置方式 精品文檔 21歡迎下載21歡迎下載21歡迎下載21歡迎下載21歡迎下載21歡迎下載 第第 4 4 章章 單片機(jī)智能噴灌系統(tǒng)單片機(jī)智能噴灌系統(tǒng) 上面是我們設(shè)計的硬件的部分 的確硬件部分很重要 但是軟件部分的系 統(tǒng)設(shè)計也是本系統(tǒng)的核心 也是非常重要的一個部分 軟件的編程部分也會關(guān) 系到系統(tǒng)的穩(wěn)定性 以及效率 為了讓系統(tǒng)更好的運(yùn)行 穩(wěn)定 我們采用了最 為基礎(chǔ)的語言 C 語言 它具有穩(wěn)定性 軟件我們用 Keil 軟件 4 14 1 主界面控制流程主界面控制流程 主界面如圖 4 1 所示 從程序控制的硬件來看 智能灌溉系統(tǒng)被啟動時 單片機(jī)進(jìn)行復(fù)位 液晶顯示屏也開始顯示啟動 晶振電路在單片機(jī)控制下復(fù)位 并工作 LCD1602 顯示屏在最開始的內(nèi)容就是系統(tǒng)默認(rèn)的初始值 還有當(dāng)前土 壤的濕度值 這時候的默認(rèn)值為百分之四十和百分之二十 在最上面的顯示的 是傳感器傳回來的濕度值 啟動并且有顯示后 可以通過四個按鍵開始分別進(jìn) 行濕度的上限值和下限值以及復(fù)位設(shè)置 通過按鍵的調(diào)整 得到我們所需要的 濕度控制范圍 再點(diǎn)擊按鍵中的開始 這樣 灌溉系統(tǒng)就可以啟動了 圖 4 1 是由程序控制的大體流程圖 各模塊的詳細(xì)控制將在講解各模塊時做詳細(xì)介紹 精品文檔 22歡迎下載22歡迎下載22歡迎下載22歡迎下載22歡迎下載22歡迎下載 圖 4 1 程序流程圖 4 24 2 液晶顯示程序液晶顯示程序 對于時鐘的設(shè)計 我們就是要看到顯示出來的信息 所以在本設(shè)計中 顯 示這一部分是最重要的 在這一部分程序中 主要有 LCD 顯示的初始化 讀 取數(shù)據(jù) 寫入指令 查狀態(tài)和在指定位置顯示字符等程序 下面我們來介紹關(guān) 于 LCD1602 的地址和指令 15 精品文檔 23歡迎下載23歡迎下載23歡迎下載23歡迎下載23歡迎下載23歡迎下載 4 2 14 2 1 LCD1602LCD1602 地址地址 HD44780 內(nèi)置了 DDRAM 顯示數(shù)據(jù)存儲 RAM CGROM 字符存儲 ROM 和 CGRAM 用戶自定義 RAM 顯示數(shù)據(jù)就儲存在 DDRAM 中 它來寄存將要顯示的 字符代碼 一共 80 個字節(jié) 地址與屏幕的對應(yīng)關(guān)系見下表 4 1 表 4 1 DDRAM 地址和屏幕的關(guān)系 顯示位 置 1234567 40 第一行 00H01H02H03H04H05H06H 27HDDRAM 地址 第二行 40H40H41H42H43H44H45H46H67H 打個比方要在 LCD 上面一個地方顯示 K 我們要輸入命令 在哪個地方輸 入這個字符就對了 至于詳細(xì)的寫入我們要在下面講到 在 LCD 中有四十個地 址 我們用前十六個滿足了就 應(yīng)見下表 4 2 表 4 2 DDRAM 地址與顯示位置的對應(yīng)關(guān)系 1234 13141516 第一行 00H01H02H03H 0CH0DH0EH0FH 第二行 40H41H42H43H 4CH4DH4EH4FH 在這里我們要強(qiáng)調(diào)一個注意事項 在顯示中我們在第一個位置輸入一個數(shù) 字 2 我們不能直接把 2 輸入進(jìn)去 這樣做是一個容易出錯的 所以我們 要拿出來講解下 如果要輸入字 我們要在這個地址上面加上 80H 也就是你 想要輸入的地址都要加上 80H 這樣就能正確的顯示了 精品文檔 24歡迎下載24歡迎下載24歡迎下載24歡迎下載24歡迎下載24歡迎下載 4 2 24 2 2 LCD1602LCD1602 指令指令 表 4 3 LCD1602 指令集 精品文檔 25歡迎下載25歡迎下載25歡迎下載25歡迎下載25歡迎下載25歡迎下載 指令如表 4 3 想要看到什么樣的信息 就輸入對應(yīng)的指令 上表說了十一 條指令 1602 液晶的操作有 4 種 狀態(tài)讀操作 輸入 RS 0 R W 1 E 1 輸出 DB0 DB7 的狀態(tài)字 數(shù)據(jù)讀操作 輸入 RS 1 R W 1 E 1 輸出 DB0 DB7 的數(shù)據(jù) 指令寫操作 輸入 RS 0 R W 0 E 1 輸出 無 數(shù)據(jù)寫操作 輸入 RS 1 R W 1 E 1 輸出 無 4 2 34 2 3 LCD1602LCD1602 字符集字符集 在 LCD 顯示屏的內(nèi)部有個儲存器 記憶器 在這個記憶器可以生產(chǎn)出字符 這些字符可以輸出一個圖 大致的目標(biāo)就是下面這樣的 阿拉伯?dāng)?shù)字 字母 包括大小寫和符號每個字符能夠針對一段代碼 打比方一個字母 C 對應(yīng) 43H 這個就是用十六進(jìn)制來表示的 最后的顯示就是把對應(yīng)的地址中的數(shù)據(jù)拿出來 就會顯示在 LCD 屏上了 這個對應(yīng)是由 ASCII 碼識別的 只能夠用它來識別 所以在設(shè)計中我們用 精品文檔 26歡迎下載26歡迎下載26歡迎下載26歡迎下載26歡迎下載26歡迎下載 的都會被轉(zhuǎn)化成 ASCII 碼 ASCII 可以直接顯示 也可以由 LCD 內(nèi)部的記憶器 轉(zhuǎn)換 這個過程不需要我們?nèi)藶榈娜マD(zhuǎn)換 4 2 44 2 4 LCD1602LCD1602 程序程序 那么我們簡單說下 LCD 的初始化和在一個固定地方顯示字符 初始化的流 程圖如圖 4 2 所示 包括液晶顯示開始啟動 顯示模式設(shè)置初始化 關(guān)閉顯示 清屏顯示 顯示光標(biāo)移動設(shè)置 顯示開以及光標(biāo)設(shè)置 退出等 LCD 屏的初始化是有關(guān)顯示器的機(jī)制 和原理的相關(guān)操作 我就不多說了 下面是在一個固定位置顯示的代碼 如下 void DLC uchar X uchar Y uchar code DData uchar ListLength j ListLength strlen DData Y X 限制 X 不能大于 15 Y 不能大于 1 if X 0 xF X 坐標(biāo)應(yīng)小于 0 xF for j 0 j ListLength j DOC X Y DData j 顯示單個字符 X 精品文檔 27歡迎下載27歡迎下載27歡迎下載27歡迎下載27歡迎下載27歡迎下載 上面這些代碼 很簡單主要是在 LCD 屏上的固定的位置顯示一堆字符 我 們可以看到代碼中定義了一個 unchar 的變量 X Y 他們的值分別小于等于十五 小于等于一 這里他們表示了 LCD 中顯示的位置 為什么用這樣的限制 這里 我們還要看上面對 LCD 的介紹 上面說了 LCD 的屏幕大小只有 16 長度 2 列寬 度 所以對 X Y 的值做了這樣的限制 4 34 3 時鐘芯片程序時鐘芯片程序 這里呢首先我們要從 DS1302 這個里面讀取它內(nèi)部的信息 給了單片機(jī) 接 著呢在 LCD 的屏中顯示出來 還有呢就是在它的時間需要對準(zhǔn)的時候 外部按 鍵更正時間 然后在存入芯片里面 4 44 4 按鍵程序按鍵程序 機(jī)械性質(zhì)是一般按鍵都有的性質(zhì) 問題在按鍵點(diǎn)下的時候 不會很好的連 接 還有問題是我們按下的時候來回彈跳 時間極快 我們?nèi)梭w感知是不會體 會到的 但是我們都知道單片機(jī)的運(yùn)行時上百萬次的 所以這個在我們按下來 回彈跳時間對單片機(jī)來說時間是極長的 單片機(jī)會接受到非常多的高低電流 如果不適當(dāng)控制下 會影響性能 所以我們做了個判斷具體流程下圖 4 4 所示 精品文檔 28歡迎下載28歡迎下載28歡迎下載28歡迎下載28歡迎下載28歡迎下載 圖 4 2 按鍵流程圖 下面為按鍵程序 unsigned char v readkey f void 延時程序 unsigned char key if P17 0 delay 30 延時 30ms if P17 0 key 1 while P17 等待釋放 else 精品文檔 29歡迎下載29歡迎下載29歡迎下載29歡迎下載29歡迎下載29歡迎下載 key 0 4 4 14 4 1 ADC0832ADC0832 芯片接口程序芯片接口程序 為了能夠使信息傳輸?shù)酶旌头€(wěn)定 由于 C 語言的模塊化接口比較好用 所以 本設(shè)計利用 C 語言進(jìn)行接口編程是非常好的 數(shù)模轉(zhuǎn)換裝置是非?？斓?其轉(zhuǎn)換時間一般只有短短的 32us 所以 A D 轉(zhuǎn)換的周期小 頻率非常快 這也 有利于在一些特定的需要中使用 數(shù)據(jù)是在子程序中被賦予的 屏蔽了外面函 數(shù)模塊中的信息 盡量減少了全局變量的使用 因為全局變量在各個模塊函數(shù) 中都能夠被使用 在這樣的情況下 如果在一個子程序中使用了全局變量 又 在另外一個子程序中使用了此全局變量 那變量數(shù)據(jù)就有可能達(dá)不到我們所要 的要求 數(shù)據(jù)也有可能被某個模塊中的函數(shù)破壞掉了 這樣對于整個設(shè)計是非 常不利的