河南理工大学物联网组网技术课程设计Word下载.docx
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4.1项目研究与实施的基础条件26
4.2人员分工27
4.3项目设计27
4.4项目实施阶段27
4.5项目总结阶段27
5．创新28
6．参考文献28
1.项目背景
1.1我国水资源现状分析
我国是一个干旱缺水严重的国家。
我国的淡水资源总量为28000亿立方米，占全球水资源的6%，仅次于巴西、俄罗斯和加拿大，名列世界第四位。
但是，我国的人均水资源量只有2300立方米，仅为世界平均水平的1/4，是全球人均水资源最贫乏的国家之一。
然而，中国又是世界上用水量最多的国家。
仅2002年，全国淡水取用量达到5497亿立方米，大约占世界年取用量的13%，是美国1995年淡水供应量4700亿立方米的约1.2倍。
目前全世界的淡水资源仅占其总水量的2.5%，其中70%以上被冻结在南极和北极的冰盖中，加上难以利用的高山冰川和永冻积雪，有86%的淡水资源难以利用。
人类真正能够利用的淡水资源是江河湖泊和地下水中的一部分，仅占地球总水量的0.26%.目前，全世界有1/6的人口、约10亿多人缺水。
专家估计，到2025年世界缺水人口将超过25亿。
1.2校园绿化灌溉研究的必要性分析
2006年3月，《中华人民共和国国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要》提出了节能减排约束性指标，明确提出了节约用水的要求。
同年12月，国家发展和改革委员会、水利部、建设部共同发布了《节水型社会建设“十一五”规划》，提出了节水型社会建设的主要任务。
2008年5月，住房和城乡建设部、教育部共同颁布了《高等学校节约型校园建设管理与技术导则（试行）》，将节能、节水、节地和节材确定为建设节约型校园的任务。
2009年6月，清华大学、同济大学、重庆大学等12所高校被评为首批节约型校园建设重点示范高校。
在《高等学校节约型校园指标体系及考核评价办法》（建科[-2009]163号）中，节水问题被提到与节能相当的地位来实行。
因此，建设以节水和提高非传统水源利用率为重点，保证水资源的可持续发展，是建设节约型校园的重要环节，势在必行。
1.3校园绿化灌溉现状分析
过去的大学教育仅仅局限于教师在教室中的传道授业解惑，上个世纪九十年代以前的大学校园环境建设很少被重视。
随着社会的发展，现代的大学校园建设逐步开始重视教室以外的校园环境建设。
学校是一个传播文化的特定的学习场所，是学生获得知识、价值观，行为养成的重要场所，承担着正规环境教育的基本功能。
在大学这样的环境背景下，校园环境对学生的影响尤为明显，很大程度上决定了学生日后的发展。
因此，校园绿化对于开展有效的环境教育活动，创设环境保护的文化氛围，促进师生、家长和专家参与环保和可持续发展的实际行动，全面提高师生的环境素养，共同为社会的可持续发展作出贡献具有重要而又不可或缺的意义。
一方面，伴随着校园绿化步伐的加快，校园环境得到了很大的改观，同学们的生活环境也有所提升，但是，另一方面校园绿化后的维护问题日益突出，在日常的维护过程中存在一些不足和问题，比如校园绿化灌溉。
不合理的校园绿化灌溉会造成水资源的浪费，从经济学的角度看，还存在经济学方面的问题。
1.4滴灌技术介绍
滴灌（dripirrigation）是利用塑料管道将水通过直径约10mm毛管上的孔口或滴头送到作物根部进行局部灌溉。
它是目前干旱缺水地区最有效的一种节水灌溉方式，水的利用率可达95%。
滴灌较喷灌具有更高的节水增产效果，同时可以结合施肥，提高肥效一倍以上。
可适用于果树、蔬菜、经济作物以及温室大棚灌溉，在干旱缺水的地方也可用于大田作物灌溉。
其不足之处是滴头易结垢和堵塞，因此应对水源进行严格的过滤处理。
滴灌是按照作物需水要求，通过低压管道系统与安装在毛管上的灌水器，将水和作物需要的养分一滴一滴，均匀而又缓慢地滴入作物根区土壤中的灌水方法。
滴灌不破坏土壤结构，
滴灌系统示意图
土壤内部水、肥、气、热经常保持适宜于作物生长的良好状况，蒸发损失小，不产生地面径流，几乎没有深层渗漏，是一种省水的灌水方式。
滴灌的主要特点是灌水量小，灌水器每小时流量为2-12升，因此，一次灌水延续时间较长，灌水的周期短，可以做到小水勤灌；
需要的工作压力低，能够较准确地控制灌水量，可减少无效的棵间蒸发，不会造成水的浪费；
滴灌还能自动化管理。
1.5优点
节水、节肥、省工。
滴灌属全管道输水和局部微量灌溉，使水分的渗漏和损失降低到最低限度。
同时，又由于能做到适时地供应作物根区所需水分，不存在外围水的损失问题，又使水的利用效率大大提高。
灌溉可方便地结合施肥，即把化肥溶解后灌注入灌溉系统，由于化肥同灌溉水结合在一起，肥料养分
滴灌系统展示图片
直接均匀地施到作物根系层，真正实现了水肥同步，大大提高了肥料的有效利用率，同时又因是小范围局部控制，微量灌溉，水肥渗漏较少，故可节省化肥施用量，减轻污染。
运用灌溉施肥技术，为作物及时补充价格昂贵的微量元素提供了方便，并可避免浪费。
滴灌系统仅通过阀门人工或自动控制，又结合了施肥，故又可明显节省劳力投入，降低了生产成本。
控制温度和湿度。
传统沟灌的大棚，一次灌水量大，地表长时间保持湿润，不但棚温、地温降低太快，回升较慢，且蒸发量加大，室内湿度太高，易导致蔬菜或花卉病虫害发生。
因滴灌属于局部微灌，大部分土壤表面保持干燥，且滴头均匀缓慢地向根系土壤层供水，对地温的保持、回升，减少水分蒸发，降低室内湿度等均具有明显的效果。
采用膜下滴灌，即把滴灌管（带）布置在膜下，效果更佳。
另外滴灌由于操作方便，可实行高频灌溉，且出流孔很小，流速缓慢，每次灌水时间比较长，土壤水分变化幅度小，故可控制根区内土壤能够长时间保持在接近于最适合蔬菜、花卉等生长的湿度。
由于控制了室内空气湿度和土壤湿度，可明显减少病虫害的发生，进而又可减少农药的用量。
保持土壤结构。
在传统沟畦灌较大灌水量作用下，使设施土壤受到较多的冲刷、压实和侵蚀，若不及时中耕松土，会导致严重板结，通气性下降，土壤结构遭到一定程度破坏。
而滴灌属微量灌溉，水分缓慢均匀地渗入土壤，对土壤结构能起到保持作用，并形成适宜的土壤水、肥、热环境。
改善品质、增产增效。
由于应用滴灌减少了水肥、农药的施用量以及病虫害的发生，可明显改善产品的品质。
总之，较之传统灌溉方
滴灌系统展示图片
（2）
式，温室或大棚等设施园艺采用滴灌后，可大大提高产品产量，提早上市时间，并减少了水肥、农药的施用量和劳力等的成本投入，因此经济效益和社会效益显著。
设施园艺滴灌技术适应了高产、高效、优质的现代农业的要求，这也是其能得以存在和大力推广使用的根本原因。
1.6缺点
易引起堵塞。
灌水器的堵塞是当前滴灌应用中最主要的问题，严重时会使整个系统无法正常工作，甚至报废。
引起堵塞的原因可以是物理因素、生物因素或化学因素。
如水中的泥沙、有机物质或是微生物以及化学沉凝物等。
因此，滴灌时水质要求较严，一般均应经过过滤，必要时还需经过沉淀和化学处理。
可能引起盐分积累。
当在含盐量高的土壤上进行滴灌或是利用咸水滴灌时，盐分会积累在湿润区的边缘，若遇到小雨，这些盐分可能会被冲到作物根区而引起盐害，这时应继续进行滴灌。
在没有充分冲洗条件下的地方或是秋季无充足降雨的地方，则不要在高含盐量的土壤上进行滴灌或利用咸水滴灌。
可能限制根系的发展。
由于滴灌只湿润部分土壤，加之作物的根系有向水性，这样就会引起作物根系集中向湿润区生长。
另外，在没有灌溉就没有农业的地区，如我国西北干旱地区，应用滴灌时，应正确地布置灌水器。
1.7滴灌技术需水量分析
滴灌不破坏土壤结构,土壤内部水、肥、气、热经常保持适宜于作物生长的良好状况，蒸发损失小，不产生地面径流，几乎没有深层渗漏，是一种省水的灌水方式。
2.项目设计方案及已具备的改造基础
2.1项目实施必需技术工作
草坪喷灌系统规划是通过各设计环节，采取各种措施来确保各技术要求，其主要内容有以下几个方面。
（1）勘测和搜集基本资料。
包括地形、土壤、气象、水源、动力等资料，这些是进行草坪喷灌系统规划设计必不可少的基本资料。
（2）确定喷灌区域，计算其用水量和规划水源工程。
根据地形、土壤、水源等条件，确定喷灌区域的面积和范围。
在总结当地喷灌经验的基础上，参考各地草坪喷灌试验资料，拟定草坪喷灌制度（包括灌溉定额、灌水定额、灌水次数、灌水时间等），并计算灌区的喷灌用水量。
在搞清水源流量的基础上，与当地水利规划统筹安排，因地制宜地规划必要的水源工程，以确保喷灌所需用水量。
（3）选择草坪喷灌系统的类型，并进行技术经济的比较。
喷灌类型很多，各类系统都有其适用的条件，针对草坪喷灌，必须根据当地实际情况，对可能选择的几种类型加以分析比较，因地制宜地选定系统类型，并确定喷洒方式和喷头组合形式。
（4）选择适宜的喷灌设备，布置输水系统。
在系统类型选定之后，开始选择喷灌设备，然后考虑水源位置、地块形状、地形变化、风向风速等因素，对输水系统进行初步布置，并进行水力损失校核计算。
（5）统计工程量及各类设备的型号、用量，编制投资概算，并估计工程效益。
针对规划设计的不同情况，以上的主要内容可以有所变动。
2.喷灌系统设计的基本思路
（1）喷灌系统的组成：
一个完整的喷灌系统一般由喷头、管网、首部和水源
组成。
✓喷头：
喷头用于将水分散成水滴，如同降雨一般比较均匀地喷洒在草坪种植区域。
✓管网：
其作用是将压力水输送并分配到所需灌溉的草坪种植区域。
由不同管径的管道组成，分干管、支管、毛管等，通过各种相应的管件、阀门等设备将各级管道连接成完整的管网系统。
现代灌溉系统的管网多采用施工方便、水力学性能良好且不会锈蚀的塑料管道，如PVC管、PE管等。
同时，应根据需要在管网中安装必要的安全装置，如进排气阀、限压阀、泄水阀等。
✓首部：
其作用是从水源取水，并对水进行加压、水质处理、肥料注入和系统控制。
一般包括动力设备、水泵、过滤器、施肥器、泄压阀、逆止阀、水表、压力表，以及控制设备，如自动灌溉控制器、衡压变频控制装置等。
首部设备的多少，可视系统类型、水源条件及用户要求有所增减。
。
如在利用城市供水系统作为水源的情况下，往往不需要加压水泵。
✓过滤器的选择取决于水源水质及灌水器的过滤要求120—200目过滤，滴灌要求80—120目过滤，微喷要求80目过滤，喷灌要求80—120目过滤。
✓水源井泉、湖泊、水库、河流及城市供水系统均可作为喷灌水源。
在草坪的整个生长季节，水源应有可靠的供水保证。
同时，水源水质应满足灌溉水质标准的要求。
（2）具体选材：
采用的HUNTER产品参数，此工程采用的是HUNTER的PGP和PGJ地埋旋转喷头，其弹出高度均为10cm。
其中具体参数分别是：
PGP-ADJ地埋旋转喷头，工作压力=0.35MPa，射程是R=9.8-13.1m，全圆喷洒流量是Q=0.38-1.47m3/h，设计布置间距是13+-1m。
PGJ-04地埋旋转喷头，工作压力=0.25MPa，射程是R=4.9-11.0m，全圆喷洒流量是Q=0.16-1.11m3/h，设计布置间距是8+-1m。
给水管道是UPVC管道，绿化给水管线采用给水UPVC管，粘接及专用管件连接，De90以上主管埋深≥1.2m（管底），其他管道埋深≥0.8m（管底）。
分别是De90（1.0MPa）、De63（1.0MPa）、De50（1.0MPa）、De32（1.6MPa）的管道。
（3）基本的设计思路：
采用地埋式喷头，以等边三角形布置为主（喷头尽量采用正三角的布置形式，这是最经济、最节约用水和降低造价的一个布置形式），结合正方形布置。
管径≥De63应在三通、弯头处设固定混凝土支撑。
管道沟槽底部应进行夯实，沟底至管顶以上10cm处用细土或原土过筛回填。
过路处的管道须加大于两个规格以上的过路套管。
地埋式喷头和快速取水阀均需铰接接头与支管连接，草坪中喷头顶部应与沉降后的绿地表面平齐或略低于地平面，灌木中喷头顶部应与灌木修剪后的高度齐平，也可在外增加PVC套管。
为保证喷洒效果，安装在绿地边界的喷头安装位置应距离道牙或道路边界在15cm以内。
2.2项目实施可行性
1）本项目研究时没有考虑工人工资等问题，这是合理的。
因为本项目是在
喷灌技术的基础上提出新的灌溉方式—滴灌，原来的喷灌方式也是需要考虑上述问题的。
2）本项目是在高校绿化的基础上进行的，由于高校稳定的环境，故可以忽
略项目风险评估。
2.3项目研究结论
经过以上分析与计算，可以认为滴灌在校园绿化中是切实可行的，应普遍推广。
3.系统说明
3.1系统概述
本项目研究的是基于物联网应用的智慧校园灌溉，能实时的监测校园内各个绿化场所的各种数据参数（温度，湿度，盐碱度），并通过网络将这些信息实时反馈给有关部门及人员，以此保障绿化植物健康的生长。
智慧校园灌溉在不改变绿化植物的基础上，只需增加一些传感器和通信设备，与远程控制接收设备相结合，达到实时监控的目的。
在绿地中布放各种电子设备传感器。
当有意外情况发生时，传感器会准确获取这些信息，并通过网络将这些信息传送给相关人员，。
通过无线、有线相结合的方式，用传感器等前段采集需要的数据（温度、湿度等），以ZigBee、等作为信息传输媒介；
PC、手机作为接收与控制端。
以此达到智慧化校园灌溉的目的。
系统结构示意图如图3.1。
图3.1系统结构示意图
信息传递模块采用ＴＩ公司ZigBee；
ZigBee技术是一种近距离、低功耗、低速率、低成本的双向无线通讯技术。
主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用。
网关模块采用STM32；
STM32系列基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的。
使用它可以实现对于通信协议的转换。
接收端模块采用PC机或智能手机，通过互联网或者局域网，实现对于设备信息的获取与控制。
3.2上位机模块设计
界面设计：
代码说明：
代码是基于.NETC#winform技术编写的界面
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