節(jié)水灌溉系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開題報(bào)告

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告題目：節(jié)水灌溉系統(tǒng)的設(shè)計(jì)學(xué)生姓名：學(xué) 號(hào)：專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化指導(dǎo)教師：文獻(xiàn)綜述：本課題的意義到 2030 年，我國人口將達(dá)到16 億，需要糧食7 億噸左右，為保證糧食與其他農(nóng)產(chǎn)品的供給，灌溉面積必須達(dá)到6000 萬噸左右，否則指標(biāo)難從實(shí)現(xiàn)。然而，我國是缺水國家，尤其北方廣大地區(qū)水資源供給已嚴(yán)重不足，在未來30 年內(nèi)，隨著人口的增加，農(nóng)業(yè)供水只能維持在目前的4000 億 m3水平上，唯一的出路只能是節(jié)水灌溉，提高水的利用率，把灌溉水利用率從目前的0.45 左右提高到0.65。在我國，由于獨(dú)特的地理環(huán)境及氣候，降雨時(shí)空分布不均，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)水的依賴性很強(qiáng)， 有水才能做到穩(wěn)產(chǎn)

2、高產(chǎn)。目前， 我國灌溉用水量的比例在經(jīng)歷明顯的下降過程后，呈穩(wěn)定態(tài)勢(shì)，但從長遠(yuǎn)看，隨著工業(yè)，城市，生活，生態(tài)用水的不斷增加，由于新增加水資源的開發(fā)潛力越來越小，開發(fā)代價(jià)越來越大，因此乃將有一部分灌溉用水轉(zhuǎn)為其他行業(yè)用水。目前， 農(nóng)業(yè)用水占全國總有用水量的70，由于受工程配套狀況和管理水平所限，灌溉用水效率僅有水資源短缺的主要對(duì)策之一。如何通過各種節(jié)水措施，有效地提高灌溉水資源的使用效率是發(fā)展農(nóng)業(yè)節(jié)水的根本任務(wù)。近年來，隨著人口增加，經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城市化水平的提高，水資源供需矛盾日益尖銳，農(nóng)業(yè)干旱缺水與水資源短缺已成為我國經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的重要制約因素，而且加劇了生態(tài)環(huán)境的惡化。按現(xiàn)狀用水量統(tǒng)計(jì)，全國

3、中等干早缺水358 億 m3， 其中農(nóng)業(yè)灌溉缺水 300 億 m3。 20 世紀(jì)90年代以來，我國農(nóng)業(yè)年均受旱面積大2000h 萬以上，全國 600多個(gè)城市中有一半以上發(fā)生水危機(jī)，北方河流斷流的問題日益突出，缺水已從北方蔓延到南方的許多地區(qū)。由于地表水資源不足導(dǎo)致地下水超采，全國區(qū)域性地下水降落漏斗面積已達(dá)8.2k 。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，工業(yè)、城鎮(zhèn)、農(nóng)業(yè)用水矛盾日益尖銳。在這一矛盾斗爭中，農(nóng)業(yè)用水逐漸被工業(yè)和城鎮(zhèn)用水?dāng)D占。全國80%的水庫，近十年來都不同程度地調(diào)整了供水的范圍， 不斷地轉(zhuǎn)向工業(yè)和城市！據(jù)專家統(tǒng)計(jì)，我國農(nóng)業(yè)用水量從80 年代的年用水3912億 m3，下降到1993 年的 3850 億

4、 m3，減少了62 億m3。而同期工業(yè)用卻從每年523 億m3，增加到1400 億 m3，增加了1.7 倍。農(nóng)業(yè)用從占總量的85%下降到72%，今后還將繼續(xù)下降，農(nóng)業(yè)用水總量不但不可能增加，還可能減少。因此發(fā)展農(nóng)業(yè)的根本出路在于節(jié)水。節(jié)水灌溉已不僅僅是技術(shù)問題，而是直接關(guān)系到農(nóng)業(yè)發(fā)展的根本是實(shí)現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用戰(zhàn)略和實(shí)現(xiàn)從粗放到集約經(jīng)營戰(zhàn)略的具體體現(xiàn)。目前，我國農(nóng)業(yè)用水比重已從1980 年的 88下降到目前的70左右，今后還會(huì)繼續(xù)下降，農(nóng)業(yè)干旱缺水的局面不可逆轉(zhuǎn)。我國農(nóng)業(yè)灌溉用水量大，灌溉效率底下和用水浪費(fèi)的問題普遍存在。目前全國灌溉水利用率約為43，單方水糧食生產(chǎn)率只有1.0kg左右， 大

5、大低于發(fā)達(dá)國家灌溉水利用率7080， 單方水浪費(fèi)生產(chǎn)率2.0kg 以上的水平。通過采用現(xiàn)代節(jié)水灌溉技術(shù)改造傳統(tǒng)灌溉農(nóng)業(yè)，實(shí)現(xiàn)適時(shí)量的“精細(xì)灌溉”，真有重要的現(xiàn)實(shí)意義和深遠(yuǎn)的歷史意義。國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r節(jié)水灌溉技術(shù)是比傳統(tǒng)的灌溉技術(shù)明顯節(jié)約用水和高效用水的灌水方法，措施和制度等的總稱。灌溉用水從水源到田間，到被作物吸收、形成產(chǎn)量，主要包括水資源調(diào)配、 輸配水、 田間灌水和作物吸收等四個(gè)環(huán)節(jié)。在各個(gè)環(huán)節(jié)采取相應(yīng)的節(jié)水措施，組成一個(gè)完整的節(jié)水灌溉技術(shù)體系，包括水資源優(yōu)化調(diào)配技術(shù)、節(jié)水灌溉工程技術(shù)、農(nóng)藝及生物節(jié)水技術(shù)和節(jié)水管理技術(shù)。節(jié)水灌溉技術(shù)體系主要包括以下幾個(gè)方面：（ 1）灌溉水資源優(yōu)化調(diào)配技術(shù)。主要

6、包括地表水與地下水聯(lián)合調(diào)度技術(shù)、灌溉回歸水利用技術(shù)、多水源綜合利用技術(shù)、雨洪利用技術(shù)。（ 2）節(jié)水灌溉工程技術(shù)。主要包括渠道防滲技術(shù)、管道輸水技術(shù)、噴灌技術(shù)、微灌技術(shù)、改進(jìn)地面灌溉技術(shù)、水稻節(jié)水灌溉技術(shù)及抗旱點(diǎn)澆技術(shù)。直接目的是減少輸配水過程的跑漏損失和田間灌水過程的深層滲漏損失，提高灌溉效率。（ 3）農(nóng)藝及生物節(jié)水技術(shù)。包括耕作保墑技術(shù)、覆蓋保墑技術(shù)、優(yōu)選抗旱品種、土壤保水劑及作物蒸騰調(diào)控技術(shù)。（ 4）節(jié)水灌溉管理技術(shù)。包括灌溉用水管理自動(dòng)信息系統(tǒng)、輸配水自動(dòng)量測及監(jiān)控技術(shù)，土壤墑情自動(dòng)監(jiān)測技術(shù)、節(jié)水灌溉制度等發(fā)達(dá)國家節(jié)水灌溉技術(shù)的基本特點(diǎn)是高技術(shù)、高投入和管理現(xiàn)代化，高效益則是維系節(jié)水灌溉

7、能否持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)。自 20 世紀(jì) 60 年代 “紅火” 以來， 噴灌技術(shù)一直被作為機(jī)械化大面積解決灌溉問題的最主要技術(shù)。隨著這項(xiàng)技術(shù)在生產(chǎn)中的廣泛應(yīng)用和各類噴灌機(jī)在技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、適應(yīng)性等多方面的考核，目前世界上已趨于將軟管卷盤式自動(dòng)噴灌機(jī)、平移式自動(dòng)噴灌機(jī)及人工移管式噴灌機(jī)作為受歡迎的三大類機(jī)型大面積推廣。近年來噴灌技術(shù)又在噴灑農(nóng)藥、降低能耗、施水方式等多用途利用方面取得了很大突破。如美國林賽公司在平移式噴灌機(jī)上對(duì)噴頭裝置和噴灑方式進(jìn)行了改進(jìn)，水量損失大大減少， 水的利用率可提高到0.9 以上。 法國等國在提高軟管卷盤式的能量利用率上作了不少工作，使驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)和過流損失減少了很多，很大程度上改善

8、了這種機(jī)型耗能較多的“先天不足”弊病。在綜合利用機(jī)型上，英國、美國等國將平移式噴灌機(jī)作為田間的綜合作業(yè)機(jī)械，將所有的作物種植環(huán)節(jié)以此一機(jī)包辦，其不僅可完成作物的所有老觀念種植環(huán)節(jié)的耕、耙、播、收等，還可以完成其它許多新作業(yè)項(xiàng)目。20 世紀(jì) 80 年代發(fā)展起來的微灌技術(shù)，近10 余年來有了很大的進(jìn)步，隨著設(shè)施農(nóng)業(yè)的發(fā)展，微灌技術(shù)和設(shè)備更是如虎添翼，已趨于完善的地步。微灌技術(shù)的發(fā)展最有典型性的應(yīng)首推以色列，除了大田作物很少應(yīng)用外，他們幾乎將微灌技術(shù)應(yīng)用到有作物的各處，包括林園、陽臺(tái)、花園，甚至于室內(nèi)裝飾植物。近幾年微灌設(shè)備有很大突破，80 年代僅灌水器（滴頭、微噴頭等）有 100 余種，現(xiàn)在逐步淘

9、汰，形式變少，品種系列化。滴灌多采用滴灌帶。微噴頭多采用旋轉(zhuǎn)與折射相結(jié)合的形式，使出水孔口相對(duì)變大不易堵塞；射程相對(duì)增加使噴灌強(qiáng)度變小，均勻度提高；水滴直徑絕大多數(shù)為細(xì)小水滴而不是霧狀使能耗大大減少。世界各國如美國、日本、印度、前蘇聯(lián)、巴基斯坦、伊朗、加拿大等，由于渠道滲漏損失的水量很大，均非常重視并積極開展渠道防滲工程研究和建設(shè)工作。這些國家渠道防滲工程建設(shè)發(fā)展快、技術(shù)水平高、節(jié)水效果顯著。如美國把渠道防滲作為水利工程挖潛措施之一，早在 1946 年就開始研究，到 1990 年美國共建防滲渠道9656km。目前已形成統(tǒng)一的設(shè)計(jì)和施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，施工機(jī)械化程度高，工程質(zhì)量好。 防滲材料多采用混凝

10、土，約 1/3 采用壓實(shí)土防滲，塑膜等新型材料目前正在發(fā)展推廣中。日本也十分重視渠道防滲，現(xiàn)有干、支渠道已經(jīng)全部防滲，田間渠道也基本防滲，它們大量使用工廠化生產(chǎn)的鋼筋混凝土預(yù)制構(gòu)件，現(xiàn)場施工以機(jī)械施工為主，渠道防滲工程標(biāo)準(zhǔn)高、質(zhì)量好。近10 余年來，世界上興起了研究新型地下灌溉熱潮，地下灌溉不僅在機(jī)理上、技術(shù)上、經(jīng)濟(jì)上而且在生態(tài)環(huán)境保護(hù)上、水資源保護(hù)上都被認(rèn)為是最有發(fā)展前途的節(jié)水灌溉技術(shù)。這種技術(shù)主要用在草地、果園、棉田、小麥、玉米、蔬菜、花卉等作物上。地下灌溉在意大利、美國、德國、法國、日本、俄羅斯及我國等研究較多，發(fā)展較快，面積在穩(wěn)定增加。截止到 2005年底， 全國灌溉面積達(dá)到9.28

11、億畝， 有效灌溉面積8.48 億畝， 非耕地上灌溉面積0.80 億畝。節(jié)水灌溉工程面積為3.20 億畝，其中耕地上節(jié)水灌溉工程面積 2.95 億畝；非耕地上約為0.25 億畝，主要為林果草節(jié)水灌溉。在耕地上節(jié)水灌溉工程面積中，渠道防滲14454萬畝，低壓管灌9933萬畝， 噴灌 4184萬畝， 微灌 932萬畝。目前，全國有效灌溉面積上節(jié)水灌溉工程面積比例為34.8%，全國灌溉水利用率約為 45% 。根據(jù)水利部最近編制的全國節(jié)水灌溉規(guī)劃，為高效利用我國的水資源，保障國家糧食安全、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)持續(xù)健康發(fā)展，“十一五”期間需發(fā)展耕地節(jié)水灌溉工程面積1.5 億畝、 牧草節(jié)水灌溉面積350萬畝、 林果

12、節(jié)水灌溉面積550萬畝、節(jié)水措施面積2 億畝。 到 2020 年， 發(fā)展耕地節(jié)水灌溉工程面積4.7 億畝、 牧草節(jié)水灌溉面積 1300 萬畝、林果節(jié)水灌溉面積1700 萬畝、節(jié)水措施面積1.5 億畝。近幾年來圍繞大中型灌區(qū)節(jié)水改造項(xiàng)目、農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)水利骨干項(xiàng)目、國家級(jí)節(jié)水示范市、國家和省級(jí)節(jié)水增效重點(diǎn)縣、國家節(jié)水增效示范項(xiàng)目建設(shè)等，建成了400 多個(gè)不同規(guī)模的以節(jié)水灌溉技術(shù)為支撐的農(nóng)業(yè)科技示范園，這些科技示范園初步形成了從輸水到灌水、從工程到管理、從微觀到宏觀的立體化、多樣化、系統(tǒng)化農(nóng)業(yè)節(jié)水格局。目前我國推廣的節(jié)水灌溉技術(shù)有渠道防滲、管道輸水、噴灌、滴灌、膜上灌、膜下灌等多種形式，不同的地區(qū)宜

13、采用的節(jié)水灌溉技術(shù)也不同，大、中型灌區(qū)適宜推廣渠道防滲技術(shù)，井灌區(qū)和小型灌區(qū)宜推廣低壓管道灌溉技術(shù)，經(jīng)濟(jì)條件好的地方提倡采用噴灌技術(shù)，在果園、菜園及其他經(jīng)濟(jì)作物種植區(qū)適合發(fā)展微、滴灌，西北干旱地區(qū)應(yīng)推廣雨水集流、水窖滴灌技術(shù)，南方水稻產(chǎn)區(qū)則應(yīng)推廣水稻節(jié)水灌溉技術(shù)，各地要根據(jù)其經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平，合理確定技術(shù)方案。結(jié)合水利產(chǎn)權(quán)制度的改革，對(duì)建立適合市場經(jīng)濟(jì)要求和農(nóng)村特點(diǎn)的“多元化”運(yùn)行管理機(jī)制作了嘗試。其中節(jié)水灌溉工程產(chǎn)權(quán)制度改革和對(duì)灌區(qū)建設(shè)自主管理灌排區(qū)的探索都取得了成功經(jīng)驗(yàn)。在井灌區(qū)推廣應(yīng)用射頻卡控制灌溉，有力地促進(jìn)了管理水平的提高。目前國外灌溉控制器已逐步趨于成熟、系列化，并朝著大型分布式控制系

14、統(tǒng)和小面積單機(jī)控制兩個(gè)方向發(fā)展，產(chǎn)品一般都能與微機(jī)進(jìn)行通信，并由微機(jī)對(duì)其施行控制。而在我國，雖然有多家研制灌溉控制器但多數(shù)是小規(guī)模、實(shí)驗(yàn)和理論的探討，面且開發(fā)出來的產(chǎn)品價(jià)格昂貴，農(nóng)民盡管知道能節(jié)能、節(jié)水、增產(chǎn)，但由于一次性投資太大，多數(shù)農(nóng)民承受不起，所以根本無法普及應(yīng)用。參考文獻(xiàn)：劉根深.GPS節(jié)水灌溉系統(tǒng)的研究.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2006， 1（ 2）：24-27景東升.單片機(jī)自動(dòng)灌溉控制系統(tǒng)研究.北京農(nóng)業(yè)工程大學(xué)，2004武慶生.仇梅.單片機(jī)原理與應(yīng)用.電子科技大學(xué)出版，2009,12朱定華.單片機(jī)原理與接口技術(shù).電子工業(yè)出版社，2006.4吳景社， 李久生， 李英能等.紀(jì)節(jié)水農(nóng)業(yè)中的高新技術(shù)

15、重點(diǎn)研究領(lǐng)域.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2008,10（6）:16-18許一飛.國外農(nóng)業(yè)高效用水的研究就應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì).節(jié)水灌溉，2008,3 （ 5） ：（ 30-31）吳普特.牛文全，郝宏科.現(xiàn)代化高效節(jié)水灌溉設(shè)施.化學(xué)工業(yè)出版社，2007,5張兵 .節(jié)水灌溉自動(dòng)化控制器的設(shè)計(jì)與研究，2009.7紀(jì)曉華.湯方平.灌區(qū)灌溉自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究.灌溉排水，2008（2）:25-27趙負(fù)圖.現(xiàn)代傳感器集成電路.人民郵電出版社，2008,10張文革.智能化灌溉控制器.噴灌技術(shù)，2007吳曉光.我國滴灌技術(shù)應(yīng)用發(fā)展若干問題分析.節(jié)水灌溉技術(shù)，2004.6李銳.單片機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)灌溉及施肥系統(tǒng).計(jì)算機(jī)應(yīng)用，20

16、08， 21（ 3）：219-221周長城.數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù).信號(hào)處理應(yīng)用，2006.8袁軍.單片機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)灌溉及施肥系統(tǒng).中國電子技術(shù)，2009.3馮曉波.灌溉自動(dòng)化的基本原理.中國農(nóng)村水利水電，2005.7王洪亮.自動(dòng)控制器的設(shè)計(jì)與研究.中國農(nóng)村水利水電，2005.7湯廣民.節(jié)水灌溉與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，2007.3張正喜.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的抗干擾軟件設(shè)計(jì).計(jì)算機(jī)信息，2007本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段及途徑：課題任務(wù)內(nèi)容：節(jié)水灌溉是節(jié)能的研究課題之一，利用單片機(jī)對(duì)土壤多個(gè)點(diǎn)的濕度進(jìn)行檢測，根據(jù)濕度要求，設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路，對(duì)灌溉點(diǎn)進(jìn)行灌溉控制。設(shè)計(jì)要求：設(shè)計(jì)土壤濕度多點(diǎn)檢測電路；設(shè)

17、計(jì)驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)灌溉；設(shè)計(jì)顯示電路實(shí)現(xiàn)對(duì)土壤的檢測和灌溉點(diǎn)的顯示；實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的抗干擾。；擬采用的研究手段及途徑通過本課題的設(shè)計(jì)，使學(xué)生能夠根據(jù)所學(xué)的測控知識(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)節(jié)水灌溉控制系統(tǒng)的解決方案。能夠根據(jù)設(shè)計(jì)要求，采用集成電路芯片和電子元器件，設(shè)計(jì)電子電路，并對(duì)電路進(jìn)行分析和理論證明，能夠編程實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的控制。培養(yǎng)學(xué)生編程的能力，實(shí)現(xiàn)軟件和硬件的有機(jī)結(jié)合。技 術(shù) 指 標(biāo) 為 ：土 壤 濕 度 范 圍 ：0 100% ； 檢 測 精 度 ：3%選用STC89C52R單片機(jī)，CSTC89C52RC是采用8051 核的ISP( In SystemProgramming)在系統(tǒng)可編程芯片，最高工作時(shí)鐘頻率為80

18、MH，片內(nèi)含z8K Bytes 的可反復(fù)擦寫1000 次的 Flash 只讀程序存儲(chǔ)器，器件兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8 位中央處理器和ISP Flash 存儲(chǔ)單元，具有在系統(tǒng)可編程( ISP)特性，配合PC端的控制程序即可將用戶的程序代碼下載進(jìn)單片機(jī)內(nèi)部，省去了購買通用編程器，而且速度更快。STC89C52R系列單片機(jī)是單時(shí)鐘C/機(jī)器周期(1T) 的兼容 8051 內(nèi)核單片機(jī)，是高速/ 低功耗的新一代8051 單片機(jī)，全新的流水線/精簡指令集結(jié)構(gòu) , 內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路。傳感器的選擇很重要，如選用的土壤濕度傳感器精度太高，則增加了成本，糖度太低，則難以保證把土壤濕度控制在需要的范圍內(nèi)，綜合考慮選用土壤型溫濕度探頭采用進(jìn)口溫濕度傳感器土壤型數(shù)字溫濕度傳感器SHT10 為核心部件，可連接上海裕實(shí)自動(dòng)化設(shè)備有限公司生產(chǎn)的各類變送器或直接連接單片機(jī)使用。具有非常高的一致性，可完全互換，濕度最高可達(dá)到2%R。銅燒結(jié)H網(wǎng)的防護(hù)加強(qiáng)了探頭的耐溫、耐壓、耐損能力，適合農(nóng)業(yè)溫室大棚，花卉、 苗圃、 草坪等需要檢測土壤溫濕度的環(huán)境使用。其技術(shù)參數(shù)如下：全量程標(biāo)定，兩線數(shù)字輸出；濕度測量范圍：0 100%R；H溫度測量范圍：-40 +123.8；濕度測量精度： 4.5%RH溫度測量精度： 0.5 響應(yīng)時(shí)間：8s(tau63%) ；