基于無(wú)線的土壤保濕自動(dòng)灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告設(shè)計(jì)（論文）題目 基于無(wú)線通信的土壤保濕自動(dòng)澆灌控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名： 王金光 學(xué) 號(hào)： 08113588 系（部）： 計(jì)算機(jī)學(xué)院 專 業(yè)： 電子信息科學(xué)與技術(shù) 指導(dǎo)教師： 江海峰 2015 年 3 月 19 日開題報(bào)告填寫要求1開題報(bào)告作為畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會(huì)對(duì)學(xué)生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。此報(bào)告應(yīng)在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下，由學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作前期內(nèi)完成，經(jīng)指導(dǎo)教師簽署意見及系(部)審查后生效；2開題報(bào)告內(nèi)容必須用黑墨水筆工整書寫或按統(tǒng)一設(shè)計(jì)的電子文檔標(biāo)準(zhǔn)格式打印，禁止打印在其它紙上后剪貼，完成后應(yīng)及時(shí)交給指導(dǎo)教師簽署意見；3學(xué)生查閱資料

2、的參考文獻(xiàn)應(yīng)不少于3篇（不包括辭典、手冊(cè)）；4有關(guān)年月日等日期的填寫，應(yīng)當(dāng)按照國(guó)標(biāo)GB/T 740894數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時(shí)間表示法規(guī)定的要求，一律用阿拉伯?dāng)?shù)字書寫。如“2005年3月26日”或“2005-03-26”。畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論文）開 題 報(bào) 告1本課題的研究意義，國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀、水平和發(fā)展趨勢(shì) 我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，農(nóng)業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)命脈，精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)是當(dāng)今農(nóng)業(yè)的發(fā)展方向。灌溉作業(yè)是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。近年來(lái)，隨著科技的不斷發(fā)展，農(nóng)田灌溉形式日益豐富,噴灌、 滴灌等設(shè)備日益更新。但澆灌作業(yè)由于具有土壤水透性好等優(yōu)點(diǎn)而在農(nóng)田生產(chǎn)中仍然起著不可替代的作用。然而傳統(tǒng)的人工澆灌方式效率

3、低、水資源和人力資源浪費(fèi)嚴(yán)重; 自動(dòng)澆灌系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具有重要的實(shí)用價(jià)值，但目前的自動(dòng)澆灌系統(tǒng)多基于時(shí)間控制，畦壟進(jìn)水量完全取決于時(shí)間長(zhǎng)短，此外存在水源浪費(fèi)和澆灌不均等缺點(diǎn)。為解決這些問(wèn)題，基于嵌入式單片機(jī)技術(shù)和無(wú)線通信技術(shù)提出了一種新型智能自動(dòng)澆灌控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，以期優(yōu)化農(nóng)田灌溉系統(tǒng)工程。 目前的自動(dòng)澆水系統(tǒng)其澆水原理大多為定時(shí)定量。這種方式的缺點(diǎn)是有時(shí)不需澆水，但因?yàn)闀r(shí)間到了，便自動(dòng)澆水，有時(shí)需要澆水，但因時(shí)間沒到而沒有澆水，而且澆水的量也不確定，不能做到合理澆水。有些可以對(duì)土壤含水量的檢測(cè)實(shí)現(xiàn)適時(shí)適量澆灌，當(dāng)土壤達(dá)到一定的干燥程度時(shí)，由單片機(jī)控制電磁閥澆水，當(dāng)潮濕度達(dá)到一定值時(shí)，控制電磁

4、閥停止?jié)菜?dāng)土壤達(dá)到一定的干燥程度時(shí)，由單片機(jī)控制電磁當(dāng)潮濕當(dāng)潮濕度達(dá)到一定值時(shí)，控制電磁閥停止?jié)菜５季€麻煩施工不便。 基于單片機(jī)和無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖詣?dòng)農(nóng)田節(jié)水灌溉系統(tǒng)，克服了有線網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)時(shí)布線麻煩、施工安裝不方便、維護(hù)困難，系統(tǒng)可靠性、實(shí)時(shí)性差等缺點(diǎn)；系統(tǒng)采用 VisualBasic 60 開發(fā)上位機(jī)軟件，對(duì)農(nóng)田進(jìn)行合理灌溉。畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論文）開 題 報(bào) 告2本課題的基本內(nèi)容，預(yù)計(jì)可能遇到的困難，提出解決問(wèn)題的方法和措施 1）參數(shù)的測(cè)量不同的作物對(duì)水分的需求量是不一樣的。按需、精準(zhǔn)灌溉就是要根據(jù)作物的需水特性來(lái)控制灌溉量，使土壤的含水量能剛好達(dá)到作物的需求。這樣做的目的不僅僅是

5、節(jié)水，還能夠促使作物更好的生長(zhǎng)，達(dá)到優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)。因?yàn)閷?duì)作物來(lái)說(shuō)，土壤含水量并不是越多越好，對(duì)某些作物來(lái)說(shuō)，水分太多反而會(huì)抑制生長(zhǎng)，適量的水分對(duì)作物的生長(zhǎng)才是最有益的。要實(shí)現(xiàn)按需、精確灌溉，土壤水分是必須測(cè)量的最主要的參數(shù)。水分是天然土壤的一個(gè)重要組成部分，它不僅影響土壤的物理性質(zhì)，制約著土壤中養(yǎng)分的溶解、轉(zhuǎn)移和微生物的活動(dòng)，是構(gòu)成土壤肥力的一個(gè)重要因素，而且它本身更是一切植物賴以生存的基本條件。準(zhǔn)確及時(shí)測(cè)定土壤水分含量有利于研究和了解土壤水分動(dòng)態(tài)變化規(guī)律和空間立體分布；同時(shí)，掌握不同作物在同一時(shí)期對(duì)土壤水分含量的不同要求，同一作物在不同時(shí)期對(duì)土壤水分含量的不同要求以及土壤水分含量對(duì)作物產(chǎn)量的影響

6、，這在理論和生產(chǎn)上都有著重要的意義，例如，進(jìn)行耕耘、灌溉、施肥等各種農(nóng)業(yè)措施時(shí)，通常都需要考慮土壤水分狀況，特別是在進(jìn)行灌溉、排水規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)，更需要掌握土壤水分的狀況及其動(dòng)態(tài)。能夠準(zhǔn)確及時(shí)地測(cè)定出土壤水分含量，對(duì)適時(shí)適量地進(jìn)行灌溉和排水有著重要作用。此外，土壤中過(guò)多的有害物質(zhì)也靠水的淡化來(lái)排除。由以上的分析可以看出，對(duì)作物生長(zhǎng)來(lái)說(shuō)土壤水分是所有參數(shù)中最重要的，是必須測(cè)量的。（2）傳感器的數(shù)量針對(duì)土壤情況不同，需要的傳感器數(shù)量是不一樣的。有的土壤一致性好，只需一個(gè)傳感器測(cè)量土壤墑情就可，但有的土壤一致性差，就需要多支傳感器來(lái)測(cè)量土壤墑情。同時(shí)，土壤的面積有大有小，也決定了需要不同數(shù)量的傳感器。因

7、此，控制系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)要配備多支傳感器。而且，配備多支傳感器也能增強(qiáng)控制系統(tǒng)功能，能夠同時(shí)控制不同作物的灌溉。但是，傳感器的數(shù)量也不能太多，傳感器太多也會(huì)增加控制系統(tǒng)的成本。在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要綜合考慮所需配備的傳感器數(shù)量。（3）作物缺水判斷不同的作物對(duì)水分的需求是不同的；周圍環(huán)境不同，作物的需水量也會(huì)有所不同；即使同一作物，在不同生長(zhǎng)階段對(duì)水分的需求也不同。我國(guó)的作物有幾千種，不同的作物有不同的缺水狀況；我國(guó)面積廣大，氣候條件變化無(wú)常。怎樣才能使控制系統(tǒng)適應(yīng)不同的作物，在不同氣候條件和不同季節(jié)都能實(shí)現(xiàn)按需灌溉，這是控制系統(tǒng)通用性設(shè)計(jì)最主要要解決的問(wèn)題。如果解決不好，控制系統(tǒng)也就失去了其推廣的意義

8、。（4）灌溉控制方式目前我國(guó)各個(gè)設(shè)施農(nóng)業(yè)中灌溉系統(tǒng)的水狀況不一樣，有的采用電機(jī)控制水流、有的采用水泵加壓后才能進(jìn)行灌溉，有的采用電磁閥代替閥門控制水流灌溉。因此，控制系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)要考慮到控制信號(hào)的通用性，既能控制電機(jī)、水泵，又能控制電磁閥。我國(guó)面積廣大，土壤種類很多，不同的土質(zhì)滲水能力不一樣，比如砂土，滲水能力很強(qiáng)，水分能夠很快地滲入作物根部，水分傳感器能及時(shí)的測(cè)出灌溉后的土壤含水量；而粘土滲水能力較弱，灌溉后水分堆積在地表層，要經(jīng)過(guò)一段時(shí)間才能滲到作物根部，水分傳感器就不能及時(shí)正確測(cè)出土壤水分含量，就會(huì)導(dǎo)致澆水過(guò)多，浪費(fèi)水資源。3本課題擬采用的研究手段（途徑）和可行性分析系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)：以ST

9、C89C51單片機(jī)系統(tǒng)為核心來(lái)控制繼電器實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)田自動(dòng)排水、灌水，系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖所示。鍵盤上位機(jī)主機(jī)STC89C51無(wú)線通信模塊nRF905液晶顯示無(wú)線通信模塊nRF905排水繼電器分機(jī)STC89C51灌水繼電器溫濕度傳感器報(bào)警電路系統(tǒng)主要由土壤濕度數(shù)據(jù)采集電路，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸電路、液晶顯示電路，排灌水驅(qū)動(dòng)電路和超限報(bào)警電路組成。采用土壤濕度傳感器對(duì)農(nóng)田土壤濕度進(jìn)行采集，采集的濕度數(shù)據(jù)經(jīng)單片機(jī)處理后，由NRF905無(wú)線傳輸?shù)街骺貑纹瑱C(jī)。采集的濕度數(shù)據(jù)與閾值比較后輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，控制繼電器進(jìn)行農(nóng)田排灌水。4論文工作計(jì)劃(階段工作內(nèi)容及計(jì)劃完成指標(biāo))（1） 2015.3.202010.4.1搜索資料，完成開題報(bào)告。（2） 2015.4.12010.4.20硬件調(diào)試，排除故障直至滿足設(shè)計(jì)要求。（3） 2015.4.202010.5.10軟件調(diào)試，排除故障直至滿足設(shè)計(jì)要求。（4） 2015.5.102010.5.30整理資料，按要求撰寫論文，完成初稿。（6） 2015.6論文整定，論文最終