基于單片機節(jié)水灌溉系統(tǒng)的設(shè)計(開題報告)-22

1、淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告學(xué)生姓名：學(xué)號：專業(yè)：電氣工程及其自動化設(shè)計（論文）題目：基于單片機的節(jié)水灌溉系統(tǒng)的設(shè)計軟件部分指導(dǎo)教師：2013 年 3 月 15 日1. 結(jié)合畢業(yè)設(shè)計（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，每人撰寫2000字左右的文獻(xiàn)綜述文獻(xiàn)綜述生命之起源，水為必要條件，沒有了水，地球上的生命將會枯竭。隨著21世紀(jì)的到來，能源危機將接踵而至。比能源危機更可怕的是，作為人類生 命之源的水的短缺到了前所未有的程度， 這一狀況還將隨著時間的推移和社會的發(fā)展繼 續(xù)惡化。水資源危機己成為全球性的突出問題，利用科技手段緩解這一危機，將是人類 主要的出路。農(nóng)業(yè)是人類社會最古老的行業(yè)，是

2、各行各業(yè)的基礎(chǔ)，也是人類頓以生存的最重要的 行業(yè)。農(nóng)業(yè)的發(fā)展從長遠(yuǎn)來看很重要，一是水的問題，二是科技的問題。農(nóng)業(yè)的根本出 路在科技，在教育。由傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)變，由粗放經(jīng)營向集約經(jīng)營轉(zhuǎn)變，必須 要求農(nóng)業(yè)科技有一個大的發(fā)展，進(jìn)行一次新的農(nóng)業(yè)技術(shù)革命。農(nóng)業(yè)與工業(yè)、交通等行業(yè) 相比仍然比較落后，農(nóng)業(yè)灌溉技術(shù)尤其落后。灌溉系統(tǒng)自動化水平較低是制約我國高效 農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要原因。傳統(tǒng)的灌溉模式自動化程度極低，基本上屬粗放的人工操作，即 便對于給定的量，在操作中也無法進(jìn)行有效的控制，為了提高灌溉效率，縮短勞動時間 和節(jié)約水資源，必須發(fā)展節(jié)水灌溉控制技術(shù)。1.1 課題的研究本人畢業(yè)設(shè)計的論題為基于單片機

3、節(jié)水灌溉系統(tǒng)的設(shè)計，隨著我國農(nóng)業(yè)技術(shù)的 高速發(fā)展，在進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的過程中需要大量的水資源，而我國卻是一個水資源嚴(yán)重缺 乏的國家，水資源的整體利用水平仍還很低,灌溉水的利用率只有30 %40% ,水分生 產(chǎn)效率不足1 kg/段，我國目前主要局限于節(jié)水灌溉工程措施的推廣和應(yīng)用，而高效農(nóng)業(yè)和精細(xì)農(nóng)業(yè)要求必須實現(xiàn)水資源的高效利用，將輸配水、灌水技術(shù)和降雨、蒸發(fā)、土壤墑情、作物需水規(guī)律等方面統(tǒng)一考慮，做到降水、灌溉水、土壤水和地下水聯(lián)合調(diào) 用，實現(xiàn)按需、按時、按量自動供水。因此，必須采用遙感、遙測等新技術(shù)監(jiān)測土壤墑 情和作物生長情況。灌溉管理自動化是發(fā)展高效農(nóng)業(yè)的重要手段。我國目前主要局限于節(jié)水灌溉工程

4、措施的推廣和應(yīng)用，而高效農(nóng)業(yè)和精細(xì)農(nóng)業(yè)要 求必須實現(xiàn)水資源的高效利用，將灌水技術(shù)和降雨、蒸發(fā)、作物需水規(guī)律等方面統(tǒng)一考畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告慮，做到降水、灌溉水、土壤水和地下水聯(lián)合調(diào)用 ，實現(xiàn)按需、按時、按量自動供水。 因此,必須采用遙感、遙測等新技術(shù)監(jiān)測土壤墑情和作物生長情況，對灌溉用水進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測預(yù)報，實現(xiàn)灌溉用水管理的自動化、節(jié)約化、動態(tài)管理。而本文就是對不同土壤 的濕度進(jìn)行監(jiān)控，并按照作物對土壤濕度的要求進(jìn)行適時、適量灌水，所設(shè)計系統(tǒng)的核 心是單片機構(gòu)成的控制部分，主要對土壤濕度與灌水量之間的關(guān)系、灌溉控制技術(shù)及設(shè) 備系統(tǒng)的硬件、軟件編程各個部分進(jìn)行實現(xiàn)。30年前，自動化技術(shù)未能應(yīng)用

5、到灌溉工程 中。真正的計算機控制灌溉源于以色列。該國最初把自動化控制技術(shù)應(yīng)用到灌溉中的原 因是：以色列是一個極其缺水的國家，從自然條件上講必須發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)；另一方面是 出于中東安全的考慮，以色列人想通過自動化控制技術(shù)在家里控制農(nóng)田灌水，減少由于 武裝沖突帶來的危險。最初的灌溉控制器是一個簡單的定時器，這可以看做是灌溉控制 自動化的第一階段。隨著控制技術(shù)、傳感器及水的發(fā)展，以色列開發(fā)了現(xiàn)代診斷式控制 器，這種控制器把以前不能采集到的信息通過不同的傳感器來獲得，通過互聯(lián)網(wǎng)、遠(yuǎn)程 控制、CSM等來實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，然后通過計算機中的一些模型來處理信息，做出灌溉計 劃。1.2 國外節(jié)水灌溉系統(tǒng)發(fā)展?fàn)顩r隨著

6、全球性水資源供需矛盾的日益加劇，世界各國，特別是發(fā)達(dá)國家都把發(fā)展節(jié)水 高效農(nóng)業(yè)作為農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要措施。發(fā)達(dá)國家在生產(chǎn)實踐中，始終把提高灌溉（降）水的利用率、作物水分生產(chǎn)效率、水資源的再生利用率和單方水的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益 作為研究重點和主要目標(biāo)。這些發(fā)達(dá)國家從最早的水力控制、機械控制，到后來的機械 電子混合協(xié)調(diào)式控制，到當(dāng)前應(yīng)用廣泛的計算機控制、模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等，控 制精度和智能化程度越來越高，可靠性越來越好，操作也越來越簡便。30年前，溝灌和漫灌幾乎全靠人力，自動化技術(shù)未能應(yīng)用到灌溉工程中。 真正的計 算機控制灌溉源于以色列。該國最初把自動化控制技術(shù)應(yīng)用到灌溉中的原因是：以色列 足一

7、個極其缺水的國家，從自然條件上講必須發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)；另一方面是出于中東安全 考慮，以色列人想通過自動化控制技術(shù)在家里控制農(nóng)田灌水，減少由于武裝沖突帶來的 危險。最初的灌溉控制器是一個簡單的定時器，這可以看做是灌溉控制自動化的第一階段。隨著控制技術(shù)、傳感器及水的發(fā)展，以色列開發(fā)了現(xiàn)代診斷式控制器，這種控制器 把以前不能采集到的信息通過不同的傳感器來獲得，通過互聯(lián)網(wǎng)、遠(yuǎn)程控制等來實現(xiàn)數(shù) 據(jù)傳輸，通過計算機中的一些模型來處理信息，做出灌溉計劃。1.3 我國節(jié)水灌溉的發(fā)展現(xiàn)狀國內(nèi)在開發(fā)灌溉自動控制系統(tǒng)方面處于研制、 試用階段。能實際投入應(yīng)用，且應(yīng)用 較廣的灌溉控制器還不多見。在開發(fā)的產(chǎn)品中有代表性的如中

8、國農(nóng)業(yè)機械化研究院聯(lián)合 多家單位研制的2000型溫室自動灌溉施肥系統(tǒng)，該系統(tǒng)是國家“九五”科技攻關(guān)項目 中自主研發(fā)的科技產(chǎn)品。該系統(tǒng)結(jié)合我國溫室的環(huán)境和實際使用特點，以積木分布式系 統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理，解決了計算機適時閉環(huán)控制、動態(tài)監(jiān)測、控制顯示中文、施肥泵混合比可 調(diào)、電磁閥開度可調(diào)等關(guān)鍵技術(shù)問題。該系統(tǒng)具有手動控制、程序控制和自動控制等多 種灌溉系統(tǒng)模式，可按需要靈活應(yīng)用，在大連、北京等地已經(jīng)投入了應(yīng)用。從系統(tǒng)運行 情況來看，該系統(tǒng)有很好控制效果。取得了一定的經(jīng)濟效益和社會效益。天津市水利科 學(xué)研究所研制的溫室滴灌施肥智能化控制系統(tǒng)主要用于現(xiàn)代溫室，日光溫室作種物的灌溉營養(yǎng)液施肥，環(huán)境監(jiān)測的智能控

9、制，采用世界先進(jìn)的可編程序控制器和觸摸屏控制技 自動灌溉控制器，性能可靠、功能齊全、人機界面友好、操作簡單、價格低廉，系統(tǒng)具 有人工干預(yù)灌溉施肥功能，定時、定量灌溉施肥功能，條件控制灌溉施肥功能。北京澳 作生態(tài)儀器有限公司的澳作智能節(jié)水灌溉控制系統(tǒng)可與各種滴、噴灌系統(tǒng)連接，實時監(jiān) 測土壤墑情，根據(jù)要求自動灌溉?？刂品绞届`活，手動、半自動、全自動任選且可隨意 在計算機上更改，可同時控制多個設(shè)備，受控區(qū)位置及形狀，環(huán)境參數(shù)及設(shè)備狀態(tài)可同 時顯示在中心計算機上。北京奧特思達(dá)科技有限公司研制的 WT一 02型微噴灌定時自動 控制器，是一種供農(nóng)業(yè)、草坪、果園、溫室一般場合給水的電子灌溉自動控制系統(tǒng)。2.

10、 本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）2.1 課題研究目標(biāo)與內(nèi)容1. 本課題屬于基于單片機的節(jié)水灌溉系統(tǒng)設(shè)計的一個組成部分2. 基本方案選擇：選擇AT89C51單片機作為此次課題的最小控制系統(tǒng)3. 一個單片機應(yīng)用系統(tǒng)的硬件電路是包含兩個部分：一個是系統(tǒng)擴展，即單片機內(nèi)部的功能單元。二是系統(tǒng)的配置，即按照系統(tǒng)功能要求配置外圍設(shè)備， 如鍵盤、顯示器、 打印機等，要設(shè)計合適的接口電路。4. 主要解決問題：1）設(shè)計節(jié)水控制系統(tǒng)裝置：主要涉及由單片機為系統(tǒng)控制的自動澆灌和自動停止 澆灌。2）具有故障報警功能：單片機故障報警系統(tǒng)隨時對需要監(jiān)測點進(jìn)行自動檢查，一 旦出現(xiàn)故障能立即響聲報警，并通

11、過響聲的大小可以判斷出大小故障。等故障排除后， 響聲報警自動消除。畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告本論文主要研究單片機控制的節(jié)水灌溉系統(tǒng)， 分別對土壤濕度與灌水量之間的關(guān)系、 灌溉控制技術(shù)及系統(tǒng)設(shè)備的軟、硬件各個部分進(jìn)行研究。主要內(nèi)容如下：1根據(jù)滴灌技術(shù)的特點，進(jìn)行節(jié)水灌溉控制系統(tǒng)的整體研究與設(shè)計。2. 針對土壤濕度難以用精確的數(shù)學(xué)模型描述的特點，對這一理論進(jìn)行深入的研究，重 點研究雙輸入單輸出的模糊控制方式。3. LED顯示土壤濕度值，在灌水期間以倒計時的方式顯示灌水剩余時間。4. 當(dāng)土壤濕度值低于設(shè)定的最低值時，系統(tǒng)可自動報警。2.2 研究的手段（1）從圖書館、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫收集相關(guān)資料，進(jìn)行相關(guān)理論

12、分析研究（2）結(jié)合硬件電路，與硬件實現(xiàn)聯(lián)調(diào)2.3研究步驟起迄日期工作內(nèi)容1月5日2月26日查閱相關(guān)資料2月27日3月7日撰寫開題報告，開題答辯3月8日3月18日查閱資料，素材準(zhǔn)備，設(shè)計方案3月19日5月4日熟悉仿真器，完成整個系統(tǒng)的硬件設(shè)計，繪制印刷版圖，安裝并與軟件聯(lián)調(diào)5月5日6月5日撰寫論文6月6日6月10日打印論文并提交6月14日6月18日畢業(yè)答辯參考文獻(xiàn)：I. 梅麗鳳等單片機原理及其接口技術(shù)M.北京：清華大學(xué)出版社.2008.2 謝自美電子線路綜合設(shè)計M.武漢：華中科技大學(xué)出版社.2005.3 高吉祥.電子儀器儀表設(shè)計M.北京：電子工業(yè)出版社.2007.4何英等.Protel99 入門

13、與應(yīng)用.北京：機械工業(yè)出版社,2001.15周立功,夏宇聞.單片機與CPLD綜合應(yīng)用技術(shù)M.北京：北京航空航天大學(xué) 出版社.2003.6.趙德安.單片機原理與應(yīng)用M.北京：機械工業(yè)出版社.2004.9.150-1607付麗琴，桂志國，王黎明.數(shù)字信號處理原理及實現(xiàn)M.北京：國防工業(yè)出版 社.2004.8 .蔣瑜，陳循.基于MAX262的程控濾波器的實現(xiàn)J.兵工自動化2001年第20卷 第2期9 .郭勇,肖明清.DDS芯片AD9851及其應(yīng)用J.電子技術(shù)2001年第2期10. （美）Sim on Hayki n. Adaptive Filter Theory Fourth Editio n M.

14、Pears onEducation.2002 年 7 月 1 日II. 康華光主編.電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分M（第四版）.北京：高等教育出版 社.1999.12. 孫仁云.用MAX261ACNG計微機程控濾波器.電子技術(shù),1996,（11）:13-15.13 .楊恢先等.單片機原理及應(yīng)用.北京：國防工業(yè)出版社,2003 （3）指導(dǎo)教師意見：1. 對“文獻(xiàn)綜述”的評語：文獻(xiàn)綜述內(nèi)容安排合理，敘述詳細(xì)，從文獻(xiàn)綜述可以看出，該同學(xué)針對基于單片機 的智能插座控制系統(tǒng)的設(shè)計（軟件設(shè)計）查閱了許多相關(guān)的文獻(xiàn)資料，在仔細(xì)研究了這 些資料的基礎(chǔ)上，根據(jù)課題要求，初步提出了一些可行的設(shè)計思想。2. 對本課題的深度、廣度及工作量的意見和對設(shè)計（論文）結(jié)果的