草坪智能噴灌系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)_第1頁
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文檔簡介

1、 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)(說 明 書)題 目: 草坪智能噴灌系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢 業(yè)設(shè)計(jì) 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日平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 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(jì)開始日期 2019 年 3 月 14 日設(shè)計(jì)完成日期 2019 年 5 月 10 日設(shè)計(jì)題目: 草坪智能噴灌系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì) 指 導(dǎo) 教 師 堵 會 曉 院(部) 主 任 郭 宗 躍 2019年2月25日平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯委員會記錄 電力工程 學(xué)院 機(jī) 電 一 體

2、 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(jì)答辯。設(shè)計(jì)題目: 草坪智能噴灌系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì) 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(jì)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(jì)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: , , , , , , 。平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)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(jì)題目: 草坪智能噴灌系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì) 評 閱 人: 指導(dǎo)教師: (簽字) 2019 年6月12日成 績:

3、 系 主 任: (簽字) 2019 年6 月13日畢業(yè)設(shè)計(jì)及答辯評語: 摘 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(gè)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(gè)人經(jīng)驗(yàn),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(shí)現(xiàn)大面積種植的就是農(nóng)田農(nóng)業(yè),因此我設(shè)計(jì)了和實(shí)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

4、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(gè)供水設(shè)置設(shè)備運(yùn)行情況。另外,通過自動(dòng)化控制,可以使相關(guān)人員及時(shí)了解整個(gè)系統(tǒng)的相關(guān)資源信息,通過統(tǒng)計(jì)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;噴頭目 錄第一章 緒論31.1 設(shè)計(jì)背景31.2園林草坪噴灌的特點(diǎn)3第二章 設(shè)計(jì)方案52.1灌溉系統(tǒng)的基本組成52.2智能噴灌8第三章 機(jī)械設(shè)計(jì)部分93.1噴頭選型103.1.1固定式噴頭113.1.2旋轉(zhuǎn)式噴頭113.2布置噴頭123.2.1噴頭的水利性能123.2.2噴頭布置方式13第四章 單片機(jī)智能噴灌系統(tǒng)174.1主界面控制流程174.2液

5、晶顯示程序184.2.1 LCD1602地址194.2.2 LCD1602指令204.2.3 LCD1602字符集214.2.4 LCD1602程序214.3 時(shí)鐘芯片程序224.4按鍵程序224.4.1 ADC0832芯片接口程序24致謝25參考文獻(xiàn)26第1章 緒論1.1 設(shè)計(jì)背景灌溉是彌補(bǔ)自然降水在數(shù)量上的不足與時(shí)空上的不均、保證適時(shí)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(shí)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(shí)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

6、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(dòng)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?,F(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(gè)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(shí),可采用微噴灌或滴灌,如灌木灌溉。滴灌有時(shí)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。1.2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

7、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(dòng)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(shí)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(dòng)等。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

8、系統(tǒng)在滿足草坪需水要求的同時(shí),需充分注意景觀環(huán)境效果。精心設(shè)計(jì)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(shí)可以形成水動(dòng)景觀效果。園林噴灌能夠有效提高勞動(dòng)效率。傳統(tǒng)灌溉方式費(fèi)時(shí)、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(shí)灌溉,而且費(fèi)時(shí)。噴灌在很短的時(shí)間內(nèi),就可以完成幾百或幾千平方米綠地的灌溉。以1個(gè)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(dòng)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

9、噴灌灑水的同時(shí)完成施 肥、打藥等養(yǎng)護(hù)作業(yè)。另外噴灌時(shí)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(dòng)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。1.3設(shè)計(jì)目的伴隨著人們快節(jié)奏的生活、工作、學(xué)習(xí),

10、人們已沒有很多時(shí)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(dòng)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(dòng)化的水平?,F(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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)時(shí)調(diào)節(jié)植

11、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?yàn)橐陨显蚨劳龅貌粌斒?,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(dòng)將水分和及光補(bǔ)充給花木,達(dá)到定期、及時(shí)澆灌花木自動(dòng)灌溉器,所以本文就指智能灌溉系統(tǒng)來設(shè)計(jì)研究。第2章 設(shè)計(jì)方案2.1灌溉系統(tǒng)的基本組成一個(gè)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(gè)生長季節(jié),水源應(yīng)有可靠的供水保證。同時(shí),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

12、。一般包括動(dòng)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(dòng)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(shí),可建專用水泵站或加壓水泵室或?qū)S盟?,有時(shí)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)?,F(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(shí),應(yīng)根據(jù)需要在管網(wǎng)中安裝必

13、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:圖2-1 灌溉系統(tǒng)基本組成示例圖典型的地灌系統(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。逆止閥、泄壓閥、過濾系統(tǒng)、施肥系統(tǒng)、水表、減壓持壓閥、流量限制閥、控制器、壓力表、空氣閥首部控制水泵水源支管路系統(tǒng)(多孔連接管)田間首部主管路系統(tǒng)滴頭2.2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(dòng)執(zhí)行噴灌任務(wù),既能夠自動(dòng)控制噴頭在制定的

14、時(shí)間段內(nèi)定量的噴水。2.天氣監(jiān)測,即隨時(shí)監(jiān)測降雨情況,自動(dòng)在降雨開始時(shí)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(jì)劃預(yù)制,既可以輸入名項(xiàng)噴灌任務(wù),可以在不同時(shí)間進(jìn)行工作。智能化灌溉系統(tǒng)有如下優(yōu)勢:1、自動(dòng)根據(jù)現(xiàn)場實(shí)時(shí)的氣候、植物和土壤情況進(jìn)行適時(shí)、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(shí)現(xiàn)節(jié)能型社會的需要。例如:根據(jù)

15、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(shí)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(jì)算運(yùn)行/入滲周期,以防出現(xiàn)地表徑流。第3章 機(jī)械設(shè)計(jì)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(dòng)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(dòng),帶動(dòng)套筒轉(zhuǎn)動(dòng)。舵機(jī)固定在套筒上,當(dāng)套筒旋轉(zhuǎn)時(shí),舵機(jī)也隨套筒旋轉(zhuǎn)。導(dǎo)水軟

16、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(dòng)時(shí)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(dòng)則實(shí)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(dòng),實(shí)現(xiàn)了噴灌的精準(zhǔn)定位??紤]到水對電機(jī)、齒輪傳動(dòng)部分的腐蝕影響,電機(jī)及其套筒的傳動(dòng)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(shí)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(jì)中,由于市場上所售的噴頭多利用水壓將水達(dá)到某個(gè)固定的位置,因此不能實(shí)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(jì),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(jì)成可以轉(zhuǎn)動(dòng)的形式,通過

17、增加一個(gè)電機(jī)并通過細(xì)桿與噴頭處連接實(shí)現(xiàn)豎直方向的轉(zhuǎn)動(dòng),水平方向的轉(zhuǎn)動(dòng)還是靠另一個(gè)電機(jī)帶動(dòng)套筒來實(shí)現(xiàn)。其中要注意密封問題,噴口轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)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(dòng)。此處傳動(dòng)距離較長,增加材料勢在必增加水平轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)時(shí),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(jì)問題。缺點(diǎn)是

18、電機(jī)帶動(dòng)套筒的轉(zhuǎn)角不能持續(xù)朝一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng),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(shí)際設(shè)計(jì)計(jì)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(dòng)的校核計(jì)算。通過查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊可以計(jì)算出所需材料及其他要求。在進(jìn)行設(shè)計(jì)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(jì)的過程中,我查閱了相關(guān)的機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)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(jì)問題的能力。3.1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(shí), 應(yīng)考慮以下一些因素:用戶對噴頭形式的要求灌區(qū)大

19、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(jì)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。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

20、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(shí), 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(gè)小區(qū)過量灌溉, 才能使另一小區(qū)的灌水量合適。3.1.1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(shí), 也需要采用固定式噴頭。固定式噴頭工作時(shí)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、

21、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100200 kPa之間,工作半徑一般為1 . 57m, 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)25100 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

22、增加行人的安全。3.1.2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(gè)旋轉(zhuǎn)式噴頭都有一個(gè)或兩個(gè)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150700 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90450 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?yàn)樗膰姙⒚娣e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)質(zhì)土壤以及其它低入滲率的土壤。在進(jìn)行大面積

23、噴灌時(shí),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。3.2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(gè)系統(tǒng)的灌水質(zhì)量。3.2.1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(gè)噴頭的水量分布, 將噴頭置于一個(gè)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(shí)間完后, 測量每個(gè)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圖3-2 單個(gè)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

24、表征一個(gè)噴頭好與壞的重要指標(biāo)單個(gè)噴頭的水量分布,從噴頭處向兩邊象一個(gè)30度的斜坡,即象一個(gè)楔形。對于全圓噴頭,其圖形象一個(gè)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5060%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23), 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。圖34噴頭間距為噴灑直徑的60所

25、以建議相鄰噴頭的最大間距是各自噴灑半徑的 60%之和 (圖 24)。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(shí),可以用更小一些的間距如40%。 當(dāng)噴頭間距過大時(shí), 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。3.2.2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(gè)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(shí)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?yàn)閷蔷€上兩個(gè)噴頭間距

26、比邊線上的要長。當(dāng)邊線上兩個(gè)噴頭間距為噴頭的射程時(shí)(即50%法),對角線上兩個(gè)噴頭間距則為射程的70%,使得正方形中心噴水量偏少(圖35)。圖35 正方形布置時(shí)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(shí)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)05 55610 501120 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(gè)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(jì)多數(shù)使用三角形布置(圖26)。S代表噴頭間距,

27、 L代表支管間距。在一個(gè)正三角形布置時(shí), 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。 由于這個(gè)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36三角形布置方式灌溉地點(diǎn)的風(fēng)速(km/h) 最大間距(直徑的%)05 60611 551120 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%)05 L=60, S=50611 L=60, S=451120 L=60, S=40為適應(yīng)特殊的工程

28、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(cuò)型間距布置方式、曲線邊界噴頭布置方式。如果一塊較大草坪既有草坪又有樹和灌木叢, 就需交錯(cuò)使用不同的模式。遇到樹或灌木叢我們可以交錯(cuò)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27)。圖37 交錯(cuò)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28), 還可以再變到原來的布置模式。這樣既灌溉整個(gè)區(qū)域,同時(shí)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38 曲線

29、邊界噴頭布置方式第4章 單片機(jī)智能噴灌系統(tǒng)上面是我們設(shè)計(jì)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(jì)也是本系統(tǒng)的核心,也是非常重要的一個(gè)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。4.1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(dòng)時(shí),單片機(jī)進(jìn)行復(fù)位,液晶顯示屏也開始顯示啟動(dòng),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(shí)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

30、感器傳回來的濕度值。啟動(dòng)并且有顯示后,可以通過四個(gè)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(dòng)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(shí)做詳細(xì)介紹。圖4-1程序流程圖4.2液晶顯示程序?qū)τ跁r(shí)鐘的設(shè)計(jì),我們就是要看到顯示出來的信息;所以在本設(shè)計(jì)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。4.2.1 LCD1602地址HD44780內(nèi)置了DDR

31、AM(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(gè)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1234567.40DDRAM地址第一行00H01H02H03H04H05H06H.27H第二行40H40H41H42H43H44H45H46H67H打個(gè)比方要在LCD上面一個(gè)地方顯示“K”我們要輸入命令,在哪個(gè)地方輸入這個(gè)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(gè)地址,我們用前十六個(gè)滿足了就。應(yīng)見下表4.2:表4.2 DDRAM地址與

32、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(gè)注意事項(xiàng),在顯示中我們在第一個(gè)位置輸入一個(gè)數(shù)字“2”我們不能直接把“2”輸入進(jìn)去,這樣做是一個(gè)容易出錯(cuò)的,所以我們要拿出來講解下,如果要輸入字,我們要在這個(gè)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。4.2.2 LCD1602指令表4.3 LCD1602指令集指令如表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/

33、W=1、E=1,輸出:DB0DB7的狀態(tài)字;數(shù)據(jù)讀操作輸入:RS=1、R/W=1、E=1,輸出:DB0DB7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。4.2.3 LCD1602字符集在LCD顯示屏的內(nèi)部有個(gè)儲存器(記憶器),在這個(gè)記憶器可以生產(chǎn)出字符,這些字符可以輸出一個(gè)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(gè)字符能夠針對一段代碼,打比方一個(gè)字母C對應(yīng)43H,這個(gè)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(gè)對應(yīng)是由ASCII碼識別的,只能夠用

34、它來識別,所以在設(shè)計(jì)中我們用的都會被轉(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(gè)過程不需要我們?nèi)藶榈娜マD(zhuǎn)換。4.2.4 LCD1602程序那么我們簡單說下LCD的初始化和在一個(gè)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(dòng),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(dòng)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(gè)固定位置顯示的代碼,如下:void DLC(uchar X, uchar Y, uchar code *DData)uchar ListLength,j

35、;ListLength = strlen(DData);Y &= 0x1;X &= 0xF; /限制X不能大于15,Y不能大于1if (X <= 0xF) /X坐標(biāo)應(yīng)小于0xFfor(j=0;j<ListLength;j+)DOC(X, Y, DDataj); /顯示單個(gè)字符X+;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(gè)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,

36、所以對X,Y的值做了這樣的限制。4.3 時(shí)鐘芯片程序這里呢首先我們要從DS1302這個(gè)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(shí)間需要對準(zhǔn)的時(shí)候,外部按鍵更正時(shí)間,然后在存入芯片里面。4.4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(shí)候,不會很好的連接。還有問題是我們按下的時(shí)候來回彈跳,時(shí)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(shí)上百萬次的,所以這個(gè)在我們按下來回彈跳時(shí)間對單片機(jī)來說時(shí)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(gè)判斷具體流程下圖4.4所示:圖4.2 按鍵流程圖下

37、面為按鍵程序:unsigned char v_readkey_f(void);/延時(shí)程序unsigned char key;if(P17=0)delay(30); /延時(shí)30msif(P17=0)key=1;while(!P17)/等待釋放elsekey=04.4.1 ADC0832芯片接口程序?yàn)榱四軌蚴剐畔鬏數(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(jì)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(shí)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?yàn)槿肿兞吭诟鱾€(gè)模塊函數(shù)中都能夠被使用,在這樣的情況下,如果在一個(gè)子程序中使用了全局變量,又在另外一個(gè)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(gè)模塊中的函數(shù)破壞掉了,這樣對于整個(gè)設(shè)計(jì)是非常不利的。而如果我們使用的是模塊函數(shù),并且使用的是局部變量,這樣就可以屏蔽外界的信息,保證本模塊能夠唯一

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