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1、<p><b> 畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告</b></p><p> 設(shè) 計(jì) 題 目: 基于單片機(jī)的節(jié)水灌溉自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p> 院 系 名 稱(chēng): 機(jī)電工程學(xué)院 專(zhuān) 業(yè) 班 級(jí): 機(jī)械08—3 </p><p> 學(xué) 生 姓 名:
2、岳躍宏 導(dǎo) 師 姓 名: 孫玉芳 </p><p> 開(kāi) 題 時(shí) 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(jì)目的</b></p><p> 農(nóng)業(yè)足
3、人類(lèi)社會(huì)最古老的行業(yè),是各行各業(yè)的基礎(chǔ),也是人類(lèi)賴(lài)以生存的最</p><p> 重要的行業(yè)。農(nóng)業(yè)的發(fā)展從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看非常重要,一是水的問(wèn)題,二是科技的問(wèn)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(yíng)向</p><p> 集約經(jīng)營(yíng)轉(zhuǎn)變,必須要求農(nóng)業(yè)科技有一個(gè)大的發(fā)展,進(jìn)行一次新的農(nóng)業(yè)技術(shù)革命。</p>&l
4、t;p> 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(dòng)化水平較低是制約我國(guó)高效農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要原因。傳統(tǒng)的灌溉模式自動(dòng)化程</p><p> 度極低,基本上屬粗放的人工操作,即便對(duì)于給定的量,在操作中也無(wú)法進(jìn)行有</p><p> 效的控制,為了提高灌溉效率,縮短勞動(dòng)時(shí)問(wèn)和節(jié)約水資源,必須發(fā)展節(jié)水灌溉&l
5、t;/p><p><b> 控制技術(shù)。</b></p><p><b> 1.2設(shè)計(jì)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(guò)程的科學(xué)管理,降低對(duì)操作者本身素質(zhì)的要求。除了能</p>
6、<p> 大大減少勞動(dòng)量,更重要的是它能準(zhǔn)確、定時(shí)、定量、高效地給作物自動(dòng)補(bǔ)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(guó)農(nóng)、林、及園藝為數(shù)不多,與發(fā)達(dá)國(guó)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(dòng)化控制系統(tǒng),也是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)法來(lái)確定每天
7、灌溉次數(shù)和每次灌溉最。如果灌</p><p> 溉量與作物實(shí)際需水量相比太少,便不能有效的促進(jìn)作物健康成長(zhǎng);而灌溉量太</p><p> 多,肥水流失,又會(huì)造成資源浪費(fèi)。同時(shí)傳統(tǒng)的灌溉法還需要相關(guān)專(zhuān)家的實(shí)時(shí)觀</p><p> 察并經(jīng)驗(yàn)指導(dǎo)生產(chǎn),勞動(dòng)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>
8、發(fā)展要求同步。</b></p><p> 我國(guó)先后引進(jìn)了以色列、美國(guó)、法國(guó)、德國(guó)等國(guó)家的部分先進(jìn)灌溉控制設(shè)備,</p><p> 但價(jià)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(guó)土壤的應(yīng)用特點(diǎn)。我國(guó)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
9、一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó),中國(guó)研究開(kāi)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(qiáng)且擴(kuò)展容易的國(guó)產(chǎn)化數(shù)字式節(jié)水灌溉器是一項(xiàng)極有意義的工作。</p><p> 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和傳感器技術(shù)的迅猛發(fā)展,計(jì)算機(jī)和傳感器的價(jià)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(shí)施節(jié)水灌溉己成為我國(guó)農(nóng)業(yè)乃至國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展帶戰(zhàn)略性的根本大事。本文
10、旨在設(shè)計(jì)一套能對(duì)作物生長(zhǎng)進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)控的系統(tǒng),它能對(duì)作物進(jìn)行適時(shí)、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(guó)內(nèi)節(jié)水農(nóng)業(yè)研究狀況和發(fā)展趨勢(shì)</p><p> 國(guó)內(nèi)自20世紀(jì)50年代即開(kāi)始節(jié)水灌溉的研究,并對(duì)當(dāng)時(shí)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(yàn)研究
11、,繪制了全國(guó)主要農(nóng)作物的需水量等值線圖,建立了全國(guó)灌溉試驗(yàn)資料數(shù)據(jù)庫(kù)。</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(shí)期、灌水定額和輪灌周期等內(nèi)容。根據(jù)水與作物生長(zhǎng)、發(fā)育及產(chǎn)量間的關(guān)系,通過(guò)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(jì)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(shí)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(guó)外節(jié)水農(nóng)業(yè)研究狀況和發(fā)展趨勢(shì)</p><p> 節(jié)水農(nóng)業(yè)在國(guó)外的發(fā)展已有幾十年的歷史,在西方發(fā)達(dá)國(guó)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(gè)國(guó)家和地區(qū)推廣應(yīng)用微灌技術(shù)。</p><p> 美國(guó)、前.蘇聯(lián)的噴灌面積己占其總灌溉面積40%以上,英國(guó)、德國(guó)、奧地利、丹麥、瑞典、
13、日本等國(guó)的旱地灌溉面積中90%以上采用噴灌。一些發(fā)達(dá)國(guó)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(guó)和日本均開(kāi)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
14、灌領(lǐng)域,以色列和美國(guó)水平很高。他們對(duì)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(guò)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(fèi)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(jì)算機(jī)自動(dòng)控制運(yùn)行,可根據(jù)作物的生長(zhǎng)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(shí),使作物
15、產(chǎn)量和品質(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(guó)家發(fā)展高效農(nóng)業(yè)的另一個(gè)重要途徑是灌溉管理的自動(dòng)化舊。如美國(guó)、法國(guó)、英國(guó)、日本、以色列等發(fā)達(dá)國(guó)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(duì)灌區(qū)用水進(jìn)行監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào),實(shí)行動(dòng)態(tài)管理,采用遙感技術(shù),監(jiān)測(cè)土4壤墑情和作物生長(zhǎng),開(kāi)發(fā)和制造了一系列用途廣泛,功能強(qiáng)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
16、灌技術(shù)發(fā)展最具有代表性的國(guó)家,目前全國(guó)農(nóng)業(yè)土地基本上實(shí)現(xiàn)了灌溉管理自動(dòng)化,并且普遍推行自動(dòng)</p><p> 總之,目前國(guó)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(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</p><p><b> 機(jī)對(duì)其施行控制。</b></p>
17、<p> 3、基本內(nèi)容、擬解決的主要問(wèn)題</p><p><b> 3.1設(shè)計(jì)內(nèi)容</b></p><p> 1)根據(jù)噴灌技術(shù)的特點(diǎn),進(jìn)行節(jié)水灌溉控制系統(tǒng)的整體研究與設(shè)計(jì)。</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(guò)具體技術(shù)要求判斷是否需要對(duì)硬件(程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器等硬
18、件的擴(kuò)展及人機(jī)接口)的擴(kuò)展。對(duì)于軟件方面的選擇,應(yīng)配合硬件進(jìn)行設(shè)計(jì),并用proteus軟件進(jìn)行繪圖。</p><p> 3)單片機(jī)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì):?jiǎn)纹瑱C(jī)硬件設(shè)計(jì)原則:一個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)包含兩部分內(nèi)容:一是系統(tǒng)擴(kuò)展,即單片機(jī)內(nèi)部的功能單元,如ROM、RAM、I/O、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)等不能滿(mǎn)足應(yīng)用系統(tǒng)的要求時(shí),必須在片外進(jìn)行擴(kuò)展,選擇適當(dāng)?shù)男酒?,設(shè)計(jì)相應(yīng)的電路。二是系統(tǒng)的配置,即按照系統(tǒng)功能要
19、求配置外圍設(shè)備,如鍵盤(pán)、顯示器、打印機(jī)、A/D、D/A轉(zhuǎn)換器等,要設(shè)計(jì)合適的接口電路。 </p><p> 4)單片機(jī)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì):整個(gè)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(shí)子程序、啟動(dòng)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(duì)各個(gè)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(qiáng)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
20、特點(diǎn)是:輸入時(shí),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(jì)需要編寫(xiě)相應(yīng)程序及制圖。 </p><p> 3.2擬解決的主要問(wèn)題:</p><p> 1)設(shè)計(jì)節(jié)水控制系統(tǒng)裝置:主要設(shè)計(jì)由單片機(jī)為系統(tǒng)控制的自動(dòng)澆灌和自動(dòng)停止?jié)补唷?lt;/p><p> 2)具有故障報(bào)警功能:?jiǎn)纹瑱C(jī)故障報(bào)警系統(tǒng)隨時(shí)對(duì)需檢測(cè)點(diǎn)兒進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè),一旦出現(xiàn)故障能立即響聲報(bào)警,并通過(guò)聲響
21、大小可以判斷出大故障和小故障。待故障排除后,聲響報(bào)警自動(dòng)撤除。 </p><p> 4、技術(shù)路線或研究方法</p><p> (1)對(duì)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(dòng)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(chǔ)器以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器對(duì)微控器進(jìn)行擴(kuò)展,并實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互功能。</p><p
22、> (2)對(duì)于軟件部分:設(shè)計(jì)硬件時(shí)應(yīng)同時(shí)考慮軟件的設(shè)計(jì)方法,爭(zhēng)取采用最簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)方法使兩者相輔相成。設(shè)計(jì)后期用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)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(xiě)開(kāi)題報(bào)告;</p>
23、<p> 2012.3.5——2012.3.16 : 擬定總體設(shè)計(jì)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(jì);解決問(wèn)題,修改完善;</p><p> 2012.5.7——2012.6.1: 系統(tǒng)
24、軟件設(shè)計(jì);</p><p> 2012.6.1——2012.6.10 : 撰寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)并用計(jì)算機(jī)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
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