基于單片機的節(jié)水灌溉自動控制系統(tǒng)設(shè)計開題報告

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計開題報告</b></p><p>　　設(shè) 計 題 目: 基于單片機的節(jié)水灌溉自動控制系統(tǒng)設(shè)計</p><p>　　院 系 名 稱: 機電工程學(xué)院 專 業(yè) 班 級: </p><p>　　學(xué) 生 姓 名:

2、 導(dǎo) 師 姓 名: </p><p>　　開 題 時 間: 2012年3月1日 </p><p>　　1﹑課題研究的目的和意義</p><p><b>　　1.1設(shè)計目的</b></p><p>　　農(nóng)業(yè)足人類社

3、會最古老的行業(yè)，是各行各業(yè)的基礎(chǔ)，也是人類賴以生存的最</p><p>　　重要的行業(yè)。農(nóng)業(yè)的發(fā)展從長遠(yuǎn)來看非常重要，一是水的問題，二是科技的問題。</p><p>　　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</p><p>　　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。</p><p

4、>　　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)</p><p>　　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</p><p>　　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</p><p>　　效的控制，為了提高灌溉效率，縮短勞動時問和節(jié)約水資源，必須發(fā)展節(jié)水灌溉</

5、p><p><b>　　控制技術(shù)。</b></p><p><b>　　1.2設(shè)計意義</b></p><p>　　現(xiàn)代智能型控制器足進(jìn)行灌溉系統(tǒng)田間管理的有效手段和工具，它可提高操</p><p>　　作準(zhǔn)確性，有利于灌溉過程的科學(xué)管理，降低對操作者本身素質(zhì)的要求。除了能</p><

6、;p>　　大大減少勞動量，更重要的是它能準(zhǔn)確、定時、定量、高效地給作物自動補充分，以提高產(chǎn)量、質(zhì)量，節(jié)水、節(jié)能。</p><p>　　現(xiàn)代灌溉控制器的研究使用在我國農(nóng)、林、及園藝為數(shù)不多，與發(fā)達(dá)國家相</p><p>　　比，有較大的差距，還基本停留在人工操作上。即使有些地方搞了一些灌溉工程</p><p>　　的自動化控制系統(tǒng)，也是根據(jù)經(jīng)驗法來確定每天灌溉次

7、數(shù)和每次灌溉最。如果灌</p><p>　　溉量與作物實際需水量相比太少，便不能有效的促進(jìn)作物健康成長；而灌溉量太</p><p>　　多，肥水流失，又會造成資源浪費。同時傳統(tǒng)的灌溉法還需要相關(guān)專家的實時觀</p><p>　　察并經(jīng)驗指導(dǎo)生產(chǎn)，勞動生產(chǎn)率低，這也不能與現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)向優(yōu)化、高效化方向</p><p><b>　　發(fā)展要

8、求同步。</b></p><p>　　我國先后引進(jìn)了以色列、美國、法國、德國等國家的部分先進(jìn)灌溉控制設(shè)備，</p><p>　　但價格昂貴，維護(hù)保養(yǎng)困難，多數(shù)用于農(nóng)業(yè)示范區(qū)、科研單位或高校，而且不符</p><p>　　合我國土壤的應(yīng)用特點。我國自己的現(xiàn)代灌溉控制器的研制和使用尚處于起步階</p><p>　　段，因此，作為一個農(nóng)

9、業(yè)大國，中國研究開發(fā)自己的先進(jìn)的低成本、使用維護(hù)方</p><p>　　便、系統(tǒng)功能強且擴展容易的國產(chǎn)化數(shù)字式節(jié)水灌溉器是一項極有意義的工作。</p><p>　　隨著計算機技術(shù)和傳感器技術(shù)的迅猛發(fā)展，計算機和傳感器的價格日益降低，可靠性日益提高，用信息技術(shù)改造農(nóng)業(yè)不僅是可能的而且是必要的。用高新技術(shù)改造農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)，實施節(jié)水灌溉己成為我國農(nóng)業(yè)乃至國民經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展帶戰(zhàn)略性的根本大事。本文旨在設(shè)

10、計一套能對作物生長進(jìn)行自動監(jiān)控的系統(tǒng)，它能對作物進(jìn)行適時、適量的灌水，起到高效灌溉、節(jié)水、節(jié)能的作用。</p><p><b>　　2、文獻(xiàn)綜述</b></p><p>　　2.1國內(nèi)節(jié)水農(nóng)業(yè)研究狀況和發(fā)展趨勢</p><p>　　國內(nèi)自20世紀(jì)50年代即開始節(jié)水灌溉的研究，并對當(dāng)時主要農(nóng)作物的需水量和需水規(guī)律、灌溉制度進(jìn)行了許多試驗研究，繪制

11、了全國主要農(nóng)作物的需水量等值線圖，建立了全國灌溉試驗資料數(shù)據(jù)庫。</p><p>　　20世紀(jì)70年代主要集中在節(jié)水灌溉制度方面的研究。節(jié)水灌溉制度包括灌水時期、灌水定額和輪灌周期等內(nèi)容。根據(jù)水與作物生長、發(fā)育及產(chǎn)量間的關(guān)系，通過有限水量在作物生育期內(nèi)的最優(yōu)分配，以提高有限灌溉水屠下作物根系吸收轉(zhuǎn)化和光合作用向經(jīng)濟產(chǎn)量轉(zhuǎn)化的效率為目標(biāo)，進(jìn)而達(dá)到高產(chǎn)和高水分生產(chǎn)率。但此時期的研究是基于傳統(tǒng)的充分灌溉基礎(chǔ)上的。<

12、;/p><p>　　2.2國外節(jié)水農(nóng)業(yè)研究狀況和發(fā)展趨勢</p><p>　　節(jié)水農(nóng)業(yè)在國外的發(fā)展已有幾十年的歷史，在西方發(fā)達(dá)國家，節(jié)水灌溉的應(yīng)</p><p>　　用面積和產(chǎn)業(yè)化程度很高。目前，約有80多個國家和地區(qū)推廣應(yīng)用微灌技術(shù)。</p><p>　　美國、前．蘇聯(lián)的噴灌面積己占其總灌溉面積40％以上，英國、德國、奧地利、丹麥、瑞典、日本等

13、國的旱地灌溉面積中90％以上采用噴灌。一些發(fā)達(dá)國家的噴灌系統(tǒng)中廣泛使用多功能壓力流量控制設(shè)備，如法國和日本均開發(fā)并使用集給水</p><p>　　拴、壓力控制、流量顯示、水量控制等功能于一體的多功能壓力流量控制給水拴。</p><p>　　節(jié)能效果良好的恒壓噴灌技術(shù)也得到了廣泛的應(yīng)用，如日本在大多數(shù)旱地灌溉系</p><p>　　統(tǒng)的五泵站中使用調(diào)壓罐控制。微灌領(lǐng)域

14、，以色列和美國水平很高。他們對灌溉的新概念是：把含有肥料的水一滴滴的輸入作物根系層的土壤中，使土壤中的水、肥、氣、熱等保持協(xié)調(diào)關(guān)系，達(dá)到作物高產(chǎn)的目的。尤其是以色列，在水資源極度缺乏的情況下，通過發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)和節(jié)水灌溉工程技術(shù)，建立起了高度發(fā)達(dá)的外向型農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)。世界著名的耐特費姆(Netfim)灌溉設(shè)備和滴灌系統(tǒng)公司生產(chǎn)的微灌系統(tǒng)基本由計算機自動控制運行，可根據(jù)作物的生長及水、肥狀況進(jìn)行灌水和施肥，節(jié)約大量人力，且管理及時，使作物產(chǎn)量和

15、品質(zhì)都有較大幅度的提剮161。除了大力推廣微灌與噴灌技術(shù)外，發(fā)達(dá)國家發(fā)展高效農(nóng)業(yè)的另一個重要途徑是灌溉管理的自動化舊。如美國、法國、英國、日本、以色列等發(fā)達(dá)國家已采用了先進(jìn)的灌溉系統(tǒng)。他們采用先進(jìn)的節(jié)水灌溉制度，由傳統(tǒng)的充分灌溉向非充分灌溉發(fā)展，對灌區(qū)用水進(jìn)行監(jiān)測預(yù)報，實行動態(tài)管理，采用遙感技術(shù)，監(jiān)測土4壤墑情和作物生長，開發(fā)和制造了一系列用途廣泛，功能強大的數(shù)字式灌溉控制器，并得到了廣泛的應(yīng)用。仍然以以色列為例，以色列是世界上微灌技術(shù)

16、發(fā)展最具有代表性的國家，目前全國農(nóng)業(yè)土地基本上實現(xiàn)了灌溉管理自動化，并且普遍推行自動</p><p>　　總之，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</p><p>　　制系統(tǒng)和小面積單機控制兩個方向發(fā)展，產(chǎn)品一般都能與微機進(jìn)行通信，并由微</p><p><b>　　機對其施行控制。</b></p>&l

17、t;p>　　3、基本內(nèi)容、擬解決的主要問題</p><p><b>　　3.1設(shè)計內(nèi)容</b></p><p>　　1)根據(jù)噴灌技術(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。</p><p>　　2）基本方案的選擇：選擇AT89C51微控器作為此次課題的最小控制系統(tǒng)，通過具體技術(shù)要求判斷是否需要對硬件（程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器等硬件的擴

18、展及人機接口）的擴展。對于軟件方面的選擇，應(yīng)配合硬件進(jìn)行設(shè)計，并用proteus軟件進(jìn)行繪圖。</p><p>　　3）單片機系統(tǒng)的硬件設(shè)計：單片機硬件設(shè)計原則：一個單片機應(yīng)用系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計包含兩部分內(nèi)容：一是系統(tǒng)擴展，即單片機內(nèi)部的功能單元，如ROM、RAM、I/O、定時器/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)等不能滿足應(yīng)用系統(tǒng)的要求時，必須在片外進(jìn)行擴展，選擇適當(dāng)?shù)男酒?，設(shè)計相應(yīng)的電路。二是系統(tǒng)的配置，即按照系統(tǒng)功能要求配置

19、外圍設(shè)備，如鍵盤、顯示器、打印機、A/D、D/A轉(zhuǎn)換器等，要設(shè)計合適的接口電路。 </p><p>　　4）單片機系統(tǒng)的軟件設(shè)計：整個程序包括主程序和子程序兩部分。子程序包括BCD碼變換子程序、延時子程序、啟動子程序、參數(shù)掃描子程序、外部中斷子程序等。程序編制采用了模塊化結(jié)構(gòu)，對各個程序段的出入口、占用內(nèi)部寄存器或RAM均做了明確規(guī)定，可分別調(diào)試，具有較強的靈活通性。本程序除了能夠?qū)崿F(xiàn)各階段的功能外，最大的特點是

20、：輸入時，4組數(shù)據(jù)在00～99之間任意可調(diào), 并根據(jù)硬件設(shè)計需要編寫相應(yīng)程序及制圖。 </p><p>　　3.2擬解決的主要問題：</p><p>　　1）設(shè)計節(jié)水控制系統(tǒng)裝置：主要設(shè)計由單片機為系統(tǒng)控制的自動澆灌和自動停止?jié)补唷?lt;/p><p>　　2）具有故障報警功能：單片機故障報警系統(tǒng)隨時對需檢測點兒進(jìn)行自動檢測，一旦出現(xiàn)故障能立即響聲報警，并通過聲響大小可

21、以判斷出大故障和小故障。待故障排除后，聲響報警自動撤除。 </p><p>　　4、技術(shù)路線或研究方法</p><p>　?。?）對于硬件部分：根據(jù)課題技術(shù)要求擬選擇Intel公司的AT89C51微控器作為控制與數(shù)據(jù)處理的核心以構(gòu)成自動節(jié)水的控制系統(tǒng)。根據(jù)技術(shù)要求判斷是否需要外部采用可編程程序存儲器以及數(shù)據(jù)存儲器對微控器進(jìn)行擴展，并實現(xiàn)人機交互功能。</p><p>

22、;　?。?）對于軟件部分：設(shè)計硬件時應(yīng)同時考慮軟件的設(shè)計方法，爭取采用最簡單的設(shè)計方法使兩者相輔相成。設(shè)計后期用匯編語言編寫程序并用相關(guān)繪圖軟件繪制系統(tǒng)外部接線圖、軟件流程圖、系統(tǒng)框圖。</p><p><b>　　5、進(jìn)度安排</b></p><p>　　2012.2.27——2012.3.2 ： 接受任務(wù)，收集相關(guān)資料，撰寫開題報告；</p>&

23、lt;p>　　2012.3.5——2012.3.16 ： 擬定總體設(shè)計方案，繪制系統(tǒng)的方框圖；</p><p>　　2012.3.19——2012.3.30： 器件選型；</p><p>　　2012.4.2——2012.5.4 ： 系統(tǒng)硬件設(shè)計；解決問題，修改完善；</p><p>　　2012.5.7——2012.6.1： 系統(tǒng)軟件設(shè)

24、計；</p><p>　　2012.6.1——2012.6.10 ： 撰寫設(shè)計說明書并用計算機繪圖；</p><p>　　2012.6.11——20121.6.15 ： 完成論文及圖紙，準(zhǔn)備答辯。</p><p><b>　　6、參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]吳景社，李久生，李英能等．紀(jì)節(jié)水農(nóng)業(yè)中的高新

25、技術(shù)重點研究領(lǐng)域[J]。農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2008.</p><p>　　[2] 趙德安等.單片機原理與應(yīng)用[M].北京：機械工業(yè)出版社,2004. </p><p>　　[3]涂安富，金誠謙，吳崇友，盧宴，鐘偉民．幾種節(jié)水灌溉新技術(shù)分析[M]。中國農(nóng)機化出版社,2005.</p><p>　　[4] 張有德，趙志英，涂時亮.單片微型機原理、應(yīng)用與實驗[M].上海：復(fù)旦

26、大學(xué)出版社,2006.</p><p>　　[5] 李伯成.基于MCS-51單片機的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計[M].北京：電子工業(yè)出版社,2004.7.</p><p>　　[6]魏新平．漫灌和噴灌條件下十壤養(yǎng)分運移特征的初步研究[J].農(nóng)業(yè)工程程學(xué)報，2004.</p><p>　　[7] 群星，張錫恩.MCS-51系列單片機故障自診斷研究[J].軍械工程學(xué)院學(xué)報，Vol4

27、，NO.3,1992.</p><p>　　[8]司徒淞，張薇，賈大林．2000低壓管噴及其節(jié)水高產(chǎn)機理研究[M]. 北京：電子工業(yè)出版社,2003.11.</p><p>　　[9] 朱順華，王成春，鄒逢星.單片機系統(tǒng)的硬件抗干擾設(shè)計[J].微計算機信息，2007（23）.</p><p>　　[10] 朱順華，王成春，鄒逢星.單片機系統(tǒng)的硬件抗干擾設(shè)計[J].微

28、計算機信息，2007（23）.</p><p>　　[11] 張連華.單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計方法[J].科學(xué)之友，2010.4.</p><p>　　[12]VERD U S.Multiuser Detection [M]. UK:Cambridge University Press,1998.</p><p>　　[13]ZHU L,MADHOW U.A dapt