花園澆水智能控制系統(tǒng)的單片機(jī)設(shè)計(jì)開題報(bào)告

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告電子信息工程花園澆水智能控制系統(tǒng)的單片機(jī)設(shè)計(jì)一、綜述本課題國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)，說明選題的依據(jù)和意義（一）國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)1 .國(guó)外研究動(dòng)態(tài)：世界上智能灌溉工程實(shí)施比較好的國(guó)家有以色列、法國(guó)、美國(guó)等。這些國(guó)家現(xiàn)代溫室的研究起 步早、發(fā)展快，對(duì)綜合環(huán)境控制技術(shù)水平相對(duì)較高。目前，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，監(jiān)測(cè)土壤情況和作物生 長(zhǎng)，開發(fā)了一系列功能強(qiáng)大的數(shù)字式灌溉控制器，并廣泛應(yīng)用。目前，世界上最先進(jìn)的灌溉智能化 技術(shù)是在微灌技術(shù)的基礎(chǔ)上，按照技術(shù)集成和機(jī)械化程度，增加對(duì)土壤、作物長(zhǎng)勢(shì)情況、溫度等生 長(zhǎng)環(huán)境因素等的

2、監(jiān)控和檢測(cè)，用精確的灌溉設(shè)施及技術(shù)實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化監(jiān)控，按需定位、定量精確灌 溉。以色列處于干旱缺水地帶，是世界上灌溉技術(shù)最具代表性的國(guó)家。目前，其全國(guó)農(nóng)業(yè)土地基本 實(shí)現(xiàn)了灌溉管理自動(dòng)化，并且普遍推行自動(dòng)控制系統(tǒng)，按時(shí)按量將水、肥料送入作物根部，水資源 利用率十分的高。北美、韓國(guó)、澳大利亞等地區(qū)和國(guó)家也都已經(jīng)有發(fā)展成熟且形成系列的灌溉產(chǎn)品， 其灌溉方式普遍由計(jì)算機(jī)集中控制，埋在地下的傳感器可以傳回有關(guān)土壤水分的信息來決定植物澆 水的間隔。其內(nèi)部設(shè)施己經(jīng)發(fā)展到比較完備的程度，并形成了一定的標(biāo)準(zhǔn)。用來檢測(cè)的傳感器也比 較齊備，像對(duì)溫室的光照度、濕度、溫度、營(yíng)養(yǎng)液濃度等的檢測(cè)，傳感器基本上能對(duì)各個(gè)輸出電

3、路 進(jìn)行自動(dòng)控制。而且計(jì)算機(jī)對(duì)這些系統(tǒng)的控制己經(jīng)不僅僅是靜態(tài)的、簡(jiǎn)單的、獨(dú)立的直接控制，而 是建立在環(huán)境模型基礎(chǔ)上的監(jiān)督控制，以及建立在專家系統(tǒng)上的智能控制，這樣的系統(tǒng)可以為管理 者提供包括植物病蟲害防治、種植的經(jīng)濟(jì)分析、溫室內(nèi)部管理等信息。2 .國(guó)內(nèi)研究動(dòng)態(tài)：我國(guó)從70年代就開始發(fā)展微灌技術(shù)。 節(jié)水灌溉自動(dòng)化研究處于起步階段，自動(dòng)化程度還比較低。在開發(fā)的產(chǎn)品中，比較有代表性的是中國(guó)農(nóng)業(yè)化研究院聯(lián)合多家企業(yè)研制的2000溫室自動(dòng)灌溉施肥系統(tǒng)。目前，已在大連、北京等地投入應(yīng)用并且有較好的效果，只是成本比較高，比較適合溫室使 用。由中國(guó)灌排技術(shù)開發(fā)公司開發(fā)的集中或分散式微灌自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，以8098

4、單片機(jī)為核心控制部件，能根據(jù)灌溉計(jì)劃自動(dòng)監(jiān)控微灌工程以及對(duì)其進(jìn)行事故處理。核心為8031單片機(jī)的自動(dòng)化灌溉控制系統(tǒng)由北京農(nóng)業(yè)工程大學(xué)研制，可以對(duì)多通道土壤水分進(jìn)行檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)多路通道進(jìn)行自動(dòng)灌溉控制的功能。但這兩種系統(tǒng)所選芯片功能不多，要進(jìn)行電路擴(kuò)展系統(tǒng)就會(huì)復(fù)雜很多，最終導(dǎo)致系統(tǒng) 的運(yùn)行不穩(wěn)定。由福建省水利建設(shè)技術(shù)中心研制的節(jié)水灌溉自動(dòng)化控制系統(tǒng)，可對(duì)作物采取定時(shí)、 恒濕及人工三種模式的灌溉方式，用自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、生態(tài)農(nóng)業(yè)技術(shù)和通訊技術(shù)進(jìn)行集 成優(yōu)化配置。北京奧特思達(dá)科技有限公司研制的WT-02型微噴灌定時(shí)自動(dòng)控制器，是一種供農(nóng)業(yè)，草坪，果園，溫室等一般場(chǎng)合給水的電子灌溉自動(dòng)化控制系

5、統(tǒng)，但他們都定時(shí)定量進(jìn)行灌溉，不能 按照作物所需進(jìn)行的灌溉。國(guó)內(nèi)還有研制的直接以PC機(jī)進(jìn)行控制的自動(dòng)灌溉控制器，不僅使成本增加，而且不易在田間較惡劣的環(huán)境下使用，所以實(shí)用化程度很低。另外，我國(guó)智能化灌溉目前仍 然停留在研究單個(gè)環(huán)境因子調(diào)控技術(shù)的階段，而實(shí)際上，溫室內(nèi)的日射量、氣溫、地溫、土壤濕度 等環(huán)境因素，是在相互影響、相互制約的狀態(tài)中對(duì)作物的生長(zhǎng)產(chǎn)生影響的。（二）選題的依據(jù)眾所周知，我國(guó)是水資源嚴(yán)重短缺的國(guó)家之一，雖然水資源總量約2. 8萬億m1居世界第六位，但因人多地廣，人均水資源不足世界人均占有量的四分之一。每年缺水量近400億m3,其中農(nóng)業(yè)缺水近300億m3。由于傳統(tǒng)、粗放、落后的灌

6、溉方式，我國(guó)灌溉水資源浪費(fèi)情況相當(dāng)嚴(yán)重。另外,隨著人們生活水平的提高，人們對(duì)花卉、樹木等綠色植物的喜愛和種植越來越多，然而以前對(duì)花木 的澆灌、施肥等工作都需要靠人工來實(shí)現(xiàn)，不能根據(jù)植物正常生長(zhǎng)所需要的水分、溫度來實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)植物生長(zhǎng)環(huán)境的參數(shù)，不利于植物的成長(zhǎng)以及資源的高效利用。而目前，我國(guó)農(nóng)業(yè)正處在從傳統(tǒng)農(nóng) 業(yè)向以優(yōu)質(zhì)、高效、高產(chǎn)為目的的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)過渡階段。我國(guó)灌溉技術(shù)與國(guó)外相比，還存在不能對(duì)環(huán) 境狀況進(jìn)行合理的調(diào)節(jié)，設(shè)施結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)陋，內(nèi)部調(diào)控設(shè)備和功能不齊全、不完善，技術(shù)落后以及 總體規(guī)劃不盡合理等一系列問題。并且設(shè)計(jì)的產(chǎn)品多高耗能，品種單一，產(chǎn)品質(zhì)量不過關(guān)。綜上所 述，花園澆水智能控制系統(tǒng)的研

7、究對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展有十分重要的意義，是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)得到可持續(xù)發(fā)展 的必經(jīng)之路。（三）本次研究的意義本課題主要是花園澆水智能控制系統(tǒng)的單片機(jī)設(shè)計(jì)，也就是溫濕度自動(dòng)控制系統(tǒng)，包括系統(tǒng)硬 件和軟件的設(shè)計(jì)。加上附加萬年歷功能，使該系統(tǒng)功能更完善。該系統(tǒng)可以廣泛適用于花園、蔬菜 等大棚種植和對(duì)溫濕度有特殊要求的場(chǎng)合。而且濕度判斷灌溉可以對(duì)植物需水量及時(shí)準(zhǔn)確的做出判 斷和給予控制澆灌，節(jié)水節(jié)能。系統(tǒng)核心部分就是單片機(jī)和溫濕度芯片的選取。本次設(shè)計(jì)選用我比 較熟悉的AT89C51。溫濕度傳感器方面我選擇，集溫度濕度為一體的 AM230包容式數(shù)字型溫濕度傳感 器，它應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，具有極高

8、的可靠性與卓越的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。傳感器包括一個(gè)電容式感濕元件和一個(gè)NTC測(cè)溫元件，并與一個(gè)高性能 8位單片機(jī)相連接。因此具有超快響應(yīng)、抗干擾能力強(qiáng)、性價(jià)比極高等優(yōu)點(diǎn)。本次研究將解決傳統(tǒng)溫室控制系統(tǒng)的控制單一、 控制不夠精確、高成本等一系列問題。二、研究的基本內(nèi)容，擬解決的主要問題：（一）基本內(nèi)容1 .根據(jù)當(dāng)前實(shí)際應(yīng)用環(huán)境選擇合適的溫濕度傳感器，并對(duì)該傳感器有較好的認(rèn)識(shí)；2 .如何選擇合適的驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇、加熱等功能要求，能靈活設(shè)置溫濕度上下限；3 .完成溫濕度顯示、報(bào)警及是否需要灑水、實(shí)時(shí)時(shí)鐘功能。（二）擬解決主要問題1 .溫濕度傳感器種類繁多，國(guó)內(nèi)外均有不同檢測(cè)方法、不同精度檔次，適應(yīng)于各種環(huán)

9、境場(chǎng)合的產(chǎn)品。在對(duì)其認(rèn)識(shí)及選擇上需要經(jīng)過大量資料收集并進(jìn)行性能優(yōu)劣對(duì)比。2 .掌握單片機(jī)編程方法，編寫時(shí)鐘子程序、溫濕度子程序、液晶顯示子程序、系統(tǒng)監(jiān)控主程序。3 .系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)，使溫濕度傳感器、 微處理器、時(shí)鐘芯片DS1302、LCD1602液晶顯示正確連接, 且各部分工作穩(wěn)定。使系統(tǒng)具有具有超快響應(yīng)、抗干擾能力強(qiáng)、性價(jià)比極高等優(yōu)點(diǎn)。4 .將自動(dòng)控制與灌溉系統(tǒng)有機(jī)的結(jié)合起來，自動(dòng)控制外部風(fēng)扇、加熱器和灑水器工作。三、研究步驟、方法及措施：（一）研究步驟1 .確定設(shè)計(jì)方案，上交文獻(xiàn)綜述、開題報(bào)告等。2 .熟悉單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)。3 .掌握單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法和步驟。4 .用C語言和匯編

10、語言編程實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。5 .完成PC酸計(jì)、硬件制作與功能調(diào)試。6 .整理和打印論文。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖如下:(二)研究方法： 資料收集法，試驗(yàn)法，文獻(xiàn)研究法等方法。(三)研究措施以試驗(yàn)操作第一手資料，在結(jié)合網(wǎng)絡(luò)資源、圖書館電子圖書、各種相關(guān)著作以及相關(guān)期刊論文作為研究的主要來源，采用觀察、經(jīng)驗(yàn)總結(jié)、對(duì)比分析等方法和手段，理論與實(shí)踐相結(jié)合地進(jìn)行研究，以實(shí)地試驗(yàn)為支撐，以前人的研究成果為理論支持，最終完成本研究的論文撰寫。四、參考文獻(xiàn)1王長(zhǎng)德，張禮衛(wèi)，馮曉波.灌溉自動(dòng)化的基本原理與技木發(fā)展J.中國(guó)農(nóng)村水利水 電.2002(2):1114.2 B.Z.Yuan, J.Sun, S.Nishiyama.

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