智能节水灌溉系统设计.docx

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智能节水灌溉系统设计

四川理工学院毕业设计

智能节水灌溉系统设计

学生：

兰云志

学号：

0902*******

专业：

自动化

班级：

2009.3

指导教师：

陈玉梅

四川理工学院自动化与电子信息学院

二O一三年六月

智能节水灌溉系统设计

摘要：

自动控制节水灌溉技术的高低代表着农业现代化的发展状况，灌溉系统自动化水平较低是制约我国高效农业发展的主要原因。

本文就此问题研究了单片机控制的节水灌溉系统，该系统可对不同土壤的湿度进行监控，并按照作物对土壤湿度的要求进行适时、适量灌水，其核心是单片机构成的控制部分，主要对土壤湿度与灌水量之间的关系、灌溉控制技术及各系统的硬件设计、软件编程等各个部分进行了深入的研究。

该系统以AT89C51单片机为核心控制部分，其次主要由土壤湿度传感器，信号处理电路，显示电路，输出控制电路，故障报警电路等组成。

本设计用protues软件绘制了系统原理图，并用汇编语言进行了软件部分的编写。

还对几个主要电路进行了仿真。

用CAD2010软件绘制了曲线图，用WPS表格工具绘制了表格。

系统主要具有以下功能：

土壤传感器检测土壤湿度并发送到单片机。

单片机将土壤湿度传感器检测到的土壤湿度模拟量转换成数字量之后显示到LED显示器上并进行计算。

若需灌水，则单片机系统启动鸣音报警，发出灌水信号，并经放大驱动设备，开启电磁阀进行倒计时定时灌水，若不需灌水，系统不进行灌水。

本系统可实现单路数据采集处理功能，如稍加改变，便可实现对多因子和多输入数据的采集处理功能。

该系统灵活性强，易于操作，可靠性高，将会有更广阔的开发前景。

关键词：

滴灌，节水灌溉，单片机控制，自动化

Intelligentirrigationsystemdesign

Abstract:

Automaticcontrolofwater-savingirrigationtechnologyrepresentsthedevelopmentofagriculturalmodernization,andirrigationsystemstothelowlevelofautomationisthemaincauseofrestrictingourhighefficiencyagriculturaldevelopment.

Thispaperstudyontheissuewithsingle-chipmicrocomputercontrolofdripirrigationwatersavingirrigationsystem,thesystemcanbeofdifferentsoilhumiditymonitor,andtimelyinaccordancewiththerequirementsofthecropsonsoilmoisture,adequatewater,itscoreisasingle-chipmicrocomputercontrolpart,consistingofmainlytherelationshipbetweensoilmoistureandirrigationwater,irrigationcontroltechnologyandsetupthesystemofhardware,software,programmingeachpartcarriedonthethoroughresearch.

ThissystemuseAT89C51microcontrollerasthecorecontrolsection,secondlyismainlycomposedofsoilmoisturesensors,signalprocessingcircuit,displaycircuit,outputcontrolcircuit,faultalarmcircuit,etc.

ThisdesignusingtheProtuessoftwarerenderingthesystemschematicdiagram,usingassemblylanguagetowritethesoftwarepart.Alsoonthemaincircuitsimulation.UsetheCAD20110softwaretodrawthegraph,usetheWPSformtoolcreatetheform.

Systemhasthefollowingmainfunctions:

thesoilsensordetectionofsoilmoistureandsenttoMCU.SCMwillsoilmoisturesensorsdetecttheamountofsoilmoisturesimulationafterconversiontodigitalquantityaccordingtotheLEDdisplayandtocalculate.Ifneedtoinfusewater,thesinglechipmicrocomputersystemstartsingingsoundalarm,signalirrigation,andamplifyingdrivingdevice,openthesolenoidvalveforthecountdowntimertoinfusewater,ifyoudon'tneedtoinfusewater,irrigationsystemisnot.

Thissystemcanbesinglechanneldataacquisitionandprocessingfunctions,suchasalittlechange,canrealizethemultiplefactorsandmultipleinputdatacollectionandprocessingfunctions.Thesystemflexibilityisstrong,easyoperation,highreliability,therewillbemorebroadprospectsfordevelopment.

Keywords:

dripirrigationandwater-savingirrigation,single-chipmicrocomputercontrol,automation

第一章引言

1．1研究背景

1．1．1水危机的严重性

生命之起源，水为必要条件，没有了水，地球上的生命将会枯竭。

随着21世纪的到来，能源危机将接踵而至。

比能源危机更可怕的是，作为人类生命之源的水短缺到了前所未有的程度，这一状况还将随着时间的推移和社会的发展继续恶化。

水资源危机已成为全球性的突出问题，越来越受到国际社会的重视和关注。

专家们曾预言，如果不注意保护水节约水，地球上剩下的最后一滴水将是人类的眼泪。

利用科技手段缓解这一危机，将是人类主要的出路。

1．1．2农业高效节水的必要性

当前，占世界人口总量40％的80个国家缺水，其中26个国家严重缺水。

我国有2．8万亿m3的水资源总量，全世界排第6位，但人均水资源不足世界水1资源的1／4，排在世界人均占有水资源量的第109位，是世界上人均占水资源最贫乏的13个国家之一。

目前，我国每年缺水量近400亿m3，其中农业缺水约300亿m3。

我国用水大户仍然是农业用水，约占70％，而农业用水的90％是灌溉用水，因此节水首先要在农业节水上做文章。

采用传统的灌溉模式，灌溉定额普遍偏高，全国平均每亩实际灌水量达到450--500m3，超过实际需水量的1倍左右，有的地区高达2倍以上。

与一些发达国家相比，我国农业的用水效率还是相当低的，灌溉水资源的浪费情况相当严重，节水的潜力十分巨大。

据统计：

目前我国灌溉水利用率只有40％左右，水分生产率不足1．0kg／m3；而发达国家的灌溉水利用率可达80％～90％，水分生产率在2．0kg／m3以上。

如果采用先进的灌溉技术，将我国的灌水利用率提高到60％～70％，则在目前情况下每年可节约灌溉用水0.10～0.15万亿m3m1。

这样，通过发展节水灌溉，在减少（最起码不增加）农业用水总量的前提下，满足灌溉需要，同时把节约出来的水量用于城市生活、工业生产和生态用水，以水资源的可持续利用促进经济社会的可持续发展。

1．2国内外节水灌溉技术发展概况

微灌是一种现代化的精细高效节水灌溉技术，它是当前世界上诸多节水灌溉

技术中省水率最高、最为先进的一种灌溉方法。

近十年来，微灌作为新兴的灌溉技术在世界各国得到了较快的发展。

从70年代中期到90年代中期，微灌在部分发达国家迅速推广，1983年全世界微灌面单片机控制的节水灌溉系统的研究积达到43万丘m2，其中美国占一半以上。

到90年代中，全世界微灌面积达到291．3万hm2，约占全世界灌溉面积的1．1％，其中美国约150万hm2，占美国总灌溉面积的4％，根据2000年统计，美国微灌面积占全国总灌溉面积2553．6万hm2的5％。

灌溉面积中微灌比例最高的国家是塞浦路斯和以色列，其中以色列农业微灌

面积占到了灌溉总面积的40％，达到10.4万hm2，其余均为喷灌。

西班牙、法国、意大利、希腊、埃及等环地中海国家以及南非、澳大利亚、墨西哥、日本等国应用面积也较多。

而同一时期我国微灌设备与技术进步缓懂，全国微灌面积徘徊在2～3．7万hm2。

90年代以来，我国对节水灌溉越来越重视，据各地资料汇总，到1999年底，全国微灌面积己达到20万hm2，平均每年以20000～27000hm2的速度增加，一年新增面积相当于过去二十年的总和。

尽管至今微灌在世界总灌溉嚣积中所占的比重很小，僵其增长率远高于其它灌溉技术。

在微灌技术发展的同时，自动化灌溉控制技术以及相应的理论研究也得到了高度重视。

1．2．1国外节水灌溉自动化发展状况

发达国家发展高效农业的一个重要途径是灌溉管理的自动化，如美国、法国、英国、日本、以色列等发达国家已采用了先进的灌溉系统。

他们采用先进的节水灌溉制度，由传统的充分灌溉向非充分灌溉发展，对灌区用水进行监测预报，实行动态管理，采用遥感技术，监测土壤墒情和作物生长，开发和制造了一系列用途广泛，功能强大的数字式灌溉控制器，并得到了广泛的应用。

地处干旱缺水地带的以色列，它是世界上微灌技术发展最具有代表性的国家，目前全国农业土地基本上实现了灌溉管理自动化，并且普遍推行自动控制系统，按时、按量将水、肥直接送入作物根部，水资源利用率和单方水的粮食产量都相当高。

北美、澳大利亚，韩国等国家和地区都已有发展成熟并形成系列的灌溉控制器产品，徽灌方式普遍采用计算机控制，埋在地下的湿度传感器可以传回有关土壤水分的信息，还有的传感器系统能通过检测植物的茎和果实的直径交化来决定对植物的灌水间隔。

在温室等设施内较多使用小型灌溉管理程序，浇水时间可按日期设定每次每路灌水起止时阀，操作便于小规模经营。

计算机化操作运行精密、可靠、节省人力，对灌溉过程的控制可达到相当的精度，在以色列，已经出现了在家里利用电脑对灌溉过程进行全部控制（无线、有线）的农场主。

1．2．2国内节水灌溉自动化发展状况我国的微灌技术在70年