节水灌溉智能控制系统设计.doc

...wd...LANZHOU UNIVERSITY OF TECHNOLOGY毕业设计题 目 节水灌溉智能控制系统设计学生姓名 赵 胜 学 号 08220301 专业班级 自动化〔3〕班 指导教师 成娟娟 学 院 电信工程学院 辩论日期 2012.6.12 摘要节水灌溉智能控制技术的上下代表着农业现代化的开展状况，灌溉系统智能化水平较低是制约我国高效农业开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，该系统对土壤的湿度进展监控，并按照作物对土壤湿度的要求进展适时、适量灌水，其核心是单片机通过采用PID算法对土壤湿度的控制局部，主要对灌溉控制技术及系统的硬件、软件编程各个局部进展了深入的研究单片机控制局部采用AT89C51单片机为核心，主要由土壤湿度传感器，AD转换器，显示电路，输出控制电路，故障报警电路等组成；软件选用C语言编程系统主要具有以下功能：单片机可根据土壤湿度传感器检测到的土壤湿度，自动控制灌溉系统，并且同时显示出当前土壤的湿度值。

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：节水灌溉；湿度传感器；单片机；自动控制AbstractThe level of auto-control water-saving irrigation technology reflects the development condition of agriculture modernization．The low automatic level of irrigation system is the main reason that prevented our agriculture’s development．As to this condition，this paper mainly studies the drip water-saving irrigation system that controlled by MCU(Micro—controller Unit)．This system call supervise and control moisture of different soil．It can irrigate to different farm corps with the right amount of water at the well time．Its core is the MCU through the use of the PID algorithm for soil moisture control section． Research work hand been carried Oil to the relationship between soil moisture and water, irrigate control technology, hardware and software program and so on.It adopts the top and bottom form to realize the control function of drip irrigation system．Based onAT89C5lMCU,the bottom hardware system mainly consists of soil moisture sensor, Signal transfer circuit，monitor display circuit，out port control circuit，malfunction display circuit and the procedure programmed with C language.Part of SCM AT89C51 miscrocontroller as the core, mainly by the soil moisture sensors,AD converter, display circuit,the output confrol circuit,the fault alam circuit and other components;software selection of the C programming language.The system has the following functions:MCU can be detected in soil moisture soil moisture sensor and automatic control of irrigation systems,and also shows the current soil moisture.The system is flexible,easy operation,high reliability,there will be more broad prospects of development.Keywords: Water-saving irrigation;Humidity sensors;MCU(Micro-controller Unit);Automatic control目 录第一章绪论- 1 -1.1 研究的背景- 1 -1.1.1 节水灌溉智能系统的研究背景- 1 -1.1.2 农业高效节水的必要性- 1 -1.2 国内外灌溉智能控制技术研究现状- 2 -1.2.1 国外研究现状- 2 -1.2.2 国内研究现状- 2 -1.3滴灌技术- 3 -1.3.1 滴灌系统的分类- 3 -1.3.2 滴灌系统的组成- 3 -1.3.3 微喷与滴灌的使用- 4 -1.3.4 滴灌技术的特点- 4 -1.4 课题研究的目的和意义- 5 -1.5 课题研究内容- 6 -第二章系统方案设计- 8 -2.1 研究方案的选择- 8 -2.1.1 PLC系统- 8 -2.1.2 微机测控技术- 8 -2.2 节水灌溉自动控制系统的原理- 9 -2.3 系统总体设计- 10 -第三章硬件设计- 11 -3.1 系统硬件介绍- 11 -3.2 硬件选型及介绍- 11 -3.2.1 土壤湿度传感器- 11 -3.2.2 AT89C51单片机- 17 -3.2.3 8155芯片- 21 -3.3 硬件各局部设计- 23 -3.3.1 单片机主机控制电路- 23 -3.3.2 并行I／O口的扩展- 24 -3.3.3 数据采集处理电路- 25 -3.3.4 LED显示电路- 25 -3.3.5 控制电路局部- 27 -3.3.6 报警电路- 28 -3.3.7无线发射模块- 28 -第四章系统软件设计- 31 -4.1主程序- 31 -4.2 PID算法- 32 -4.3 显示局部- 33 -4.4 键盘- 34 -4.5湿度采集- 35 -4.6输出执行局部- 36 -4.7无线发送子程序- 37 -设计总结- 38 -参考文献- 39 -外文文献翻译- 40 -致谢- 56 -附录- 57 -第一章 绪论1.1研究的背景1.1.1节水灌溉智能系统的研究背景水资源是人类赖以存在的根基性资源，我国一方面水资源十分紧缺。

虽然水资源的总量居世界第6位，但人均占有量只有2500m³，约为世界人均水量的1/4，属于全球贫水国家之一另外一方面农业用水浪费又十分严重，就全国范围而言，水资源的利用率仅为45%，而水资源利用率高的国家已达70%~80%，由于农业灌溉用水的利用率低下，因此，提高节水灌溉的利用率，对于解决我国农业灌溉用水，缓解水资源的紧缺非常重要我国的节水灌溉技术，在经过近几十年的快速开展，在总结相关成果的根基上，初步形成了其技术体系，在某些方面已经到达或接近国际先进水平但由于受我国经济开展水平及科研体制的限制，我国的节水灌溉技术与兴旺国家还有很大的差距随着我国水资源供需矛盾日益锋利，农业用水分配额减少的问题势必日益突出，同时为了缓解我国水资源短缺对我国农业开展的压力，假设何快速开展我国的节水灌溉技术及其配套设备，从而缓解我国农业用水压力已经成为一个不容无视的严峻问题在灌溉系统中，合理地推广智能化控制，不仅可以提高水资源的利用率，缓解水资源日趋紧张矛盾，还可以提高农作物的产量，降低农产品的生产本钱，为我国农业的开展提供技术保障是十分必要的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，但人均水资源缺乏世界水1资源的1／4，排在世界人均占有水资源量的第109位，是世界上人均占有水资源最贫乏的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到达450--500 m3，超过实际需水量的1倍左右，有的地区高达2倍以上与一些兴旺国家相比，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，水分生产率缺乏1．0 kg／m 3；而兴旺国家的灌溉水利用率可达80％～90％，水分生产率在2．0 kg／m 3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％，那么在目前情况下每年可节约灌溉用水O．10～O．15万亿m 3m1这样，通过开展节水灌溉，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开展。

1.2国内外灌溉智能控制技术研究现状1.2.1国外研究现状一些西方先进国家，如美国、以色列和加拿大等，运用先进的电子技术、计算机和控制技术，在节水灌溉技术方面起步较早，并日趋成熟这些国家从最早的水力控制、机械控制，到后来的机械电子混合协调模式控制，到当前应用广泛的计算机控制、模糊控制和神经网络控制等，控制精度和智能化程度越来越高，可靠性越来越好，操作也越来越简单在美国，早在1984年，Benami和Offen公司就开发了一套节水灌溉控制器，通过监测土壤水分来确定是否翻开灌水阀门Phene和Howell分别在灌溉系统的控制中使用了土壤湿度传感器，通过土壤水分传感器把湿度反响给控制系统，根据传感器获得的数据决定是否灌溉，是作物根部总跟保持一定的湿度加拿大、澳大利亚和韩国等国家和地区都有发开成功并形成系列的灌溉控制器产品，其中比照有代表性的如澳大利亚的HARDIE IR-RGATION公司的灌溉控制器，已形成了MICRO-MASTER、RAINJET等多个系列，几十种型号的产品1.2.2国内研究现状国内自20世纪70年代以来就非常重视灌溉设备的研制，但引进较多，自主开发且有影响的成果较少灌区灌水自动控制技术在“九五〞期间才真正开场研制，进展示范。

目前我国在灌溉控制系统方面还处于研制、试用阶段，能实际投入应用，且应用广泛的灌溉控制器还不多见节水农业就是以节约用水、提高农业用水效率为核心的。