花園澆水智能控制系統(tǒng)的單片機設(shè)計開題報告

1、畢業(yè)設(shè)計開題報告電子信息工程花園澆水智能控制系統(tǒng)的單片機設(shè)計一、綜述本課題國內(nèi)外研究動態(tài)，說明選題的依據(jù)和意義（一）國內(nèi)外研究動態(tài)1 .國外研究動態(tài)：世界上智能灌溉工程實施比較好的國家有以色列、法國、美國等。這些國家現(xiàn)代溫室的研究起 步早、發(fā)展快，對綜合環(huán)境控制技術(shù)水平相對較高。目前，他們采用先進的節(jié)水灌溉制度，由傳統(tǒng) 的充分灌溉向非充分灌溉發(fā)展，對灌區(qū)用水進行監(jiān)測預報，實行動態(tài)管理，監(jiān)測土壤情況和作物生 長，開發(fā)了一系列功能強大的數(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)集成和機械化程度，增加對土壤、作物長勢情況、溫度等生 長環(huán)境因素等的

2、監(jiān)控和檢測，用精確的灌溉設(shè)施及技術(shù)實現(xiàn)全自動化監(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)最具代表性的國家。目前，其全國農(nóng)業(yè)土地基本 實現(xiàn)了灌溉管理自動化，并且普遍推行自動控制系統(tǒng)，按時按量將水、肥料送入作物根部，水資源 利用率十分的高。北美、韓國、澳大利亞等地區(qū)和國家也都已經(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算機集中控制，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，并形成了一定的標準。用來檢測的傳感器也比 較齊備，像對溫室的光照度、濕度、溫度、營養(yǎng)液濃度等的檢測，傳感器基本上能對各個輸出電

3、路 進行自動控制。而且計算機對這些系統(tǒng)的控制己經(jīng)不僅僅是靜態(tài)的、簡單的、獨立的直接控制，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)濟分析、溫室內(nèi)部管理等信息。2 .國內(nèi)研究動態(tài)：我國從70年代就開始發(fā)展微灌技術(shù)。 節(jié)水灌溉自動化研究處于起步階段，自動化程度還比較低。在開發(fā)的產(chǎn)品中，比較有代表性的是中國農(nóng)業(yè)化研究院聯(lián)合多家企業(yè)研制的2000溫室自動灌溉施肥系統(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。由中國灌排技術(shù)開發(fā)公司開發(fā)的集中或分散式微灌自動監(jiān)控系統(tǒng)，以8098

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

5、統(tǒng)，但他們都定時定量進行灌溉，不能 按照作物所需進行的灌溉。國內(nèi)還有研制的直接以PC機進行控制的自動灌溉控制器，不僅使成本增加，而且不易在田間較惡劣的環(huán)境下使用，所以實用化程度很低。另外，我國智能化灌溉目前仍 然停留在研究單個環(huán)境因子調(diào)控技術(shù)的階段，而實際上，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)中對作物的生長產(chǎn)生影響的。（二）選題的依據(jù)眾所周知，我國是水資源嚴重短缺的國家之一，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，我國灌溉水資源浪費情況相當嚴重。另外,隨著人們生活水平的提高，人們對花卉、樹木等綠色植物的喜愛和種植越來越多，然而以前對花木 的澆灌、施肥等工作都需要靠人工來實現(xiàn)，不能根據(jù)植物正常生長所需要的水分、溫度來實時調(diào)節(jié)植物生長環(huán)境的參數(shù)，不利于植物的成長以及資源的高效利用。而目前，我國農(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。我國灌溉技術(shù)與國外相比，還存在不能對環(huán) 境狀況進行合理的調(diào)節(jié)，設(shè)施結(jié)構(gòu)比較簡陋，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、究對我國農(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)的單片機設(shè)計，也就是溫濕度自動控制系統(tǒng)，包括系統(tǒng)硬 件和軟件的設(shè)計。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 等大棚種植和對溫濕度有特殊要求的場合。而且濕度判斷灌溉可以對植物需水量及時準確的做出判 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和溫濕度芯片的選取。本次設(shè)計選用我比 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期穩(wěn)定性。傳感器包括一個電容式感濕元件和一個NTC測溫元件，并與一個高性能 8位單片機相連接。因此具有超快響應(yīng)、抗干擾能力強、性價比極高等優(yōu)點。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)當前實際應(yīng)用環(huán)境選擇合適的溫濕度傳感器，并對該傳感器有較好的認識；2 .如何選擇合適的驅(qū)動電路實現(xiàn)風扇、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、報警及是否需要灑水、實時時鐘功能。（二）擬解決主要問題1 .溫濕度傳感器種類繁多，國內(nèi)外均有不同檢測方法、不同精度檔次，適應(yīng)于各種環(huán)

9、境場合的產(chǎn)品。在對其認識及選擇上需要經(jīng)過大量資料收集并進行性能優(yōu)劣對比。2 .掌握單片機編程方法，編寫時鐘子程序、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，使溫濕度傳感器、 微處理器、時鐘芯片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、性價比極高等優(yōu)點。4 .將自動控制與灌溉系統(tǒng)有機的結(jié)合起來，自動控制外部風扇、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)計方案，上交文獻綜述、開題報告等。2 .熟悉單片機的硬件結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)。3 .掌握單片機系統(tǒng)設(shè)計的方法和步驟。4 .用C語言和匯編

10、語言編程實現(xiàn)系統(tǒng)功能。5 .完成PC酸計、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，試驗法，文獻研究法等方法。(三)研究措施以試驗操作第一手資料，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)驗總結(jié)、對比分析等方法和手段，理論與實踐相結(jié)合地進行研究，以實地試驗為支撐，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1王長德，張禮衛(wèi)，馮曉波.灌溉自動化的基本原理與技木發(fā)展J.中國農(nóng)村水利水 電.2002(2):1114.2 B.Z.Yuan, J.Sun, S.Nishiyama.

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