基于MSP430的节水灌溉自动控制系统设计
基于MSP430的节水灌溉自动控制系统设计
摘要:针对传统的自动灌溉系统存在的效率低、稳定性差等问题,本文提出了一种新的自动灌溉控制方案。本方案以MSP430为主控芯片,结合CC1101作为无线通讯模块简化布线,上位机辅助判断减轻MCU运算负担。简约的硬件设计配合功能完善的上位机完成自动控制灌溉、历史环境参数记录、环境异常短信警告等功能。该系统稳定、可靠,具有较好的实用性及可延展性。
关键词:MSP430 自动控制上位机轮询方式
当前我国农业灌溉水平低,但是节水潜力巨大,节水灌溉技术的应用和推广,是缓解我国水资源紧缺的战略选择,是建立节水型社会的需要[1]。现有的智能灌溉系统控制器通常采用MCS51等其它微控制器作为控制芯片,并配以较多的模拟电路和逻辑门电路,其设计复杂,功耗、稳定性和可靠性难以得到保证[2]。如今,随着计算机技术的飞速发展,一些复杂的数据处理完全可以交给计算机通过上位机软件完成。
本文将分别从硬件编程和软件上位机两个方面,结合外围电路,介绍一种以MSP430为主控制器的、稳定的农田自动灌溉系统。
1 系统整体构架及工作原理概述
这种农田自动灌溉系统的整体执行思路,本系统采用的是离散型
智能灌溉系统的研究与设计综述
毕业设计(论文)题目智能灌溉系统的研究与设计 教学点 专业 年级 姓名 指导教师 定稿日期：2011 年6月1 日
摘要 本系统系统通过选择合适的传感器将对土壤中含水量以及空气湿度等重要物理量进行采集，通过信号及采集部分将其转化为数字信号，交给单片机系统进行处理，通过智能控制部分，在需要时驱动相关外设，进行自动精确定位地灌溉。具体流程图如下： 工作过程流程图
关键字：智能控制精确定位密封湿度传感器差动放大顺序通电 液晶显示 机械设计部分 整体的机构形式如下所述： 水由出水口接入，经过水泵增压后，经过导水软管，最后从管的另一端喷射出来。机械臂主要由导水软管，套筒，舵机，步进电机和与电机配合的传动装置组成。套筒下端固结有加工上锥齿的圆环，电机通过锥齿轮传动，带动套筒转动。舵机固定在套筒上，当套筒旋转时，舵机也随套筒旋转。导水软管穿过套筒与固定在套筒上端的舵机相固结，当舵机臂摆动时导水软管喷头处完成竖直方向的调整，以使喷出的水能够调整远近。而套筒转动则实现了喷水方向的调整。这样，通过水平旋转及竖直摆动，实现了喷灌的精确定位。考虑到水对电机、齿轮传动部分的腐蚀影响，电机及其与套筒的传动部分通过密封箱密封，导线引出，连接到控制电路部分及电源部分，以实现对机械系统的电力输入及控制。机械臂通过套筒下端深埋入土壤进行固定。这种方案是我们经过多次调整最后确定出来的。下图为我们用机械仿真软件pro/engineer制作的图形（具体见附图）
我们的创新体现在我们的设计过程当中。在喷口的设计中，由于市场上所售的喷头多利用水压将水达到某个固定位置，因此不能实现喷灌位置的可调性要求。因此喷管管口需要重新设计。在喷头处，我们曾试验过多个方案。其中一个就是拟定用钢管作导水管，将水直接引到喷头，而喷头处设计成喷口可以转动的形式，通过增加一个电机并通过细杆与喷头处连实现竖直方向的转动，水平方向的转动还是靠另一个电动机带动套筒来实现（具体见附proe仿真图）。但是这种设计有两个问题我们没能解决。第一个问题就是密封的问题，喷口转动时对其密封要求较高，且此处水压较高，更增加密封难度。第二个问题就是底部的电机如何使上部的喷头进行竖直方向的摆动。此处传动距离较长，增加材料势必增加水平转动电机的负载，且此电机好密封，极易漏水烧毁电机。于是我们直接采用了接导水软管的方法。导水软管是用一种软橡皮材料做成的，我们在进行试验时，一端接从水泵流过的水，一端穿过套筒固定在舵机上，有较好的弹性，使灌溉机械臂在转动时，水管不会产生较大的阻力矩，也不会发生塑性变形影响使用。这种形式的优点是结构简单，使用方便，一根管足以解决喷头出的设计问题。缺点是电机带动套筒的转角不能持续朝一个方向转动，否则水管会打结使水流不通，且从水管浇灌到地面的水流呈柱状，对地面冲击较大。软管长期拉伸压缩会造成水管脱胶，碎裂等问题。 在实际设计计算中，需进行软管的拉压的疲劳强度的校核，及齿轮传动的校核计算。通过查机械设计的手册可以计算出所需的材料及其他要求。 在进行设计的过程中，我们查阅了上市的喷头的基本的工作原理，对其有了初步的了解。在进行结构设计得过程中，我们查阅了相关的机械原理、机械设计方面的书籍，增长了我们
MSP430单片机外围晶振设计选型及参考方案
MSP430单片机外围晶振设计选型及参考方案MSP430系列单片机是美国德州仪器（TI）1996年开始推向市场的一种16位超低MSP430单片机。它的功耗小、具有精简指令集（RISC）的混合信号处理器（Mixed Signal Processor）。称之为混合信号处理器，是由于其针对实际应用需求，将多个不同功能的模拟电路、数字电路模块和微处理器集成在一个芯片上，以提供“单片机”解决方案。 该系列单片机多应用于需要电池供电的便携式仪器仪表中。本文主要讲解MSP430系列芯片外围晶振设计选型及注意事项等。 ---MSP430F149 MSP430系列芯片一般外搭两颗晶振：一颗主频晶振，通常在4~16Mhz中选择；另外一颗时钟晶振，即32.768Khz晶振，早期选用直插封装的，现在大部分采用贴片封装的产品，其一便于贴装，其二追求产品的稳定性和品质的可靠性等。
---应用电路 ---MSP430开发板 一、主频晶振的选择 通常MSP430芯片的主频晶振一般选择4Mhz的整数倍，即
4Mhz、8Mhz、16Mhz、32Mhz等。早期电路设计的时候一般选择成本较低的49S封装产品，现阶段越来越倾向于稳定性更好、体积更小、便于贴装的贴片3225封装产品，上海唐辉电子代理的日本KDS大真空公司推出的DSX321G和DSX320G\DSX320GE产品。 1、工业级、消费类产品用DSX321G8Mhz，如下图： 该型号产品封装为3.2mm*2.5mm，体积不到传统直插型49S封装的1/5，精度可达到20PPM，工作温度达到-40—+85°C的工业级，完全能够满足客户的要求。
智能化灌溉系统的设计与实现
智能化灌溉系统的设计与实现 O 引言 我国农业用水量约占总用水量的80%左右，由于农业灌溉效率普遍低下，水的利用率仅为45%，而水资源利用率高的国家已达70%～80%，因而，解决农业灌溉用水的问题，对于缓解水资源的紧缺是非常重要的。我们的智能灌溉系统在这种背景下应运而生了。智能灌溉系统不仅可以提高源利用率，缓解水资源日趋紧张的矛盾，还可以增加农作物的产量，降低农产品的成本。基于传感器技术的智能灌溉系统是我国发展高效农业和精细农业的必由之路。智能灌溉系统涉及到传感器技术、自动控制技术、计算机技术、无线通信技术等多种高新技术，这些新技术的应用使我国的农业由传统的劳动密集型向技术密集型转变奠定了重要的基础。 我国北方各省水资源缺乏，然而多年来使用传统方式为植株浇水不仅效率低、成本高而且浪费十分来重。对于大面积种植的棉田实现精准灌溉，不仅可以提高源利用率，缓解水资源日趋紧张的矛盾，还可以增加农作物的产量，降低生产的成本。 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，实际动态管理。采用传感器来监测土壤的墒情，实现灌溉管理的自动化。高效农业和精细农业要求我们必须提高水资源的利用率。要真正实现水资源的高效，仅凭单项节水灌溉技术是不可能解决的。必须将水源开发、输配水、灌水技术和降雨、蒸发、土壤墒情以及农作物需水规律等方面做统一考虑。做到降雨、灌溉水、土壤水和地下水联合调用，实现按期、按需、按量自动供水。如何利用有限的水资源，走“节水农业”已经成为农业生产获得最佳的效益和持续稳定发展的增长点。因此使用自来水发电的智能灌溉系统，控制喷灌和微灌系统，能有效地减少田间灌水过程中的渗漏和蒸发损失。现有的灌溉系统都要外接电源，存在一定的安全隐患且较麻烦。本系统可在无供电条件的地区使用，其最大优点为节水、节能、节约劳动力。 1 设计目标与实现方案描述 针对现有的智能化灌溉系统都需要外加电源供电，存在一定安全隐患，而且现有的自动灌溉装置的程序一般固化在系统的程序存储器内，只能简单地设置灌溉时间及循环时间，不能灵活根据季节不同自动调节等缺点，该系统将小型直流发电机接上风叶至于密封特制的盒子中，用水流带动风叶旋转来发电，再将电能储存到蓄电池中以给监控电路和电磁阀供电。该装置是以湿敏电阻和光敏电阻检测信号，自来水发电用作供电的一种无需外接电源的自动灌溉装置。该装置监控电路由信号采集部分，灌溉控制部分，电源部分，执行部分4部分组成。如图1所示。 1．1 信号采集部分 1．1．1 土壤湿度检测 采用硅湿敏电阻作为检测土壤湿度的传感器，它在25℃时响应时间小于5 s，检测土壤含水量范围为O～100％。 当湿敏传感器插入土壤时，由于土壤含水量不同，使得湿敏传感器的阻值也不同。通过湿敏电阻和IC1NE555判断湿度强弱，如果是土壤较干燥，湿敏电阻阻值较大，NE555翻转，输出高电平(约为电源电压)。 调整时，将湿敏电阻插入水内，调Rp1使NE555的3脚输出为12 V，然后将湿敏电阻从水中取出并擦干，调Rp1使输出0 V，这样反复调节多次即可达到要求。 1．1．2 日光强弱检测 通过光敏电阻和NE555判断光线是否强烈，如果是中午光线较强烈，IC2 NE555的3脚输
高效节水灌溉工程实施方案
《高效节水灌溉工程实施方案》编写提纲 目次 1综合说明 2 项目区概况 3工程建设内容、标准和布局 4. 工程管理 5、施工组织设计 6、水土保持设计 7、环境保护设计 8、节能设计 9投资概算及筹资方案 10预期效益 11 附图 附加说明（包括总则）
1 综合说明 1.1 项目背景及依据 1.2 项目区现状 简述项目区农田水利工程现状，包括项目的位置等。 1.3 工程建设内容、标准及布局 简述工程建设的主要内容，工程设计方案，总工期。 1.4 工程管理 简述项目建设的组织形式和建后的管护机制。 1.5 建设费用及资金筹措方案 简要说明高效节水工程总投资，投资构成，筹资方案。 1.6 预期效益 简要说明高效节水工程建后预期产生的经济效益、社会和环境效益。 2 项目区概况 2.1 自然状况 2.1.1 地理位置及范围 2.1.2 水文气象 重点介绍项目区降雨、气温、蒸发、风向风速和日照等水文气象要素。 2.1.3 地形、地貌 2.1.4土壤及作物种植情况 重点介绍项目区的土壤土质、作物种类和种植间距。 2.1.5 水资源 重点介绍项目区现状水源状况。 2.2 社会经济状况 2.2.1 受益人口及劳动力状况 2.2.2 农业生产水平 2.2.3 地方财政和农民收入
2.2.4 水利科技服务体系现状 2.3 项目区水利设施现状 2.3.1 水源工程现状 水源工程包括水库（湖泊）、堰坝、山塘、河流等。 2.3.2 灌溉工程设施现状 说明项目区灌溉工程设施现状，应包括工程类型、规模、分布及完好程度等。 2.3.3 项目区现行小型农田水利工程管理体制与运行机制 说明项目区现行小型农田水利工程管理体制与运行机制。 2.4项目建设必要性和可行性 通过现状自然灾害、农业种植结构、经济发展等方面来说明目实施的必要性。 3 工程建设内容、标准和布局 3.1设计依据 设计依据主要包括： （1）规划的文本及相关的审批依据； （2）中央及省针对现行农田水利专项资金补助的有关文件； （3）相关的节水灌溉技术规范（根据项目类型选用相应规范）； ①《节水灌溉工程技术规范》GB/T 50363-2006；②《微灌工程技术规范》GB/T50485-2009；③《喷灌工程技术规范》GB/T 50085-2007；④《泵站设计规范》GB/T 50265-2010；⑤《灌溉与排水工程设计规范》GB50288-99等 3.2 高效节水灌溉工程设计标准 （1）灌溉设计保证率 喷灌、微灌各类作物采用85~95%，低压管道灌溉采用75%。 （2）灌溉水利用系数 低压管道区、喷灌区不应低于0.80；微喷灌区不应低于0.85；
智能节水灌溉系统的设计原理及使用方法
智能节水灌溉系统的设计原理及使用方法 智能节水灌溉系统也叫智能农业物联网精细农业自控系统，是托普云农物联网为保证农业作物需水量的前提下，实现节约用水而提出的一整套解决方案。智能节水灌溉系统简单的说就是农业灌溉不需要人的控制，系统能自动感测到什么时候需要灌溉，灌溉多长时间；智能节水灌溉系统可以自动开启灌溉，也可以自动关闭灌溉；可以实现土壤太干时增大喷灌量，太湿时减少喷灌量。 一、智能节水灌溉系统的功能设计 智能节水灌溉系统要实现上述功能就要充分利用可编程控制器的控制作用。系统要实现自动感测土壤湿度的功能必须要有土壤湿度传感器。要实现灌溉水量的多与少的调节，必须要有变频器。在可编程控制器内预先设定50%—60%RH为标准湿度，传感器采集的湿度模拟信号经A/D模块转换成数字信号。 针对灌溉水利用系数较低,文中提出一种基于嵌入式智能灌溉控制系统。依托无线传感器网络采集灌区作物需水信息,汇聚到网关节点发送给主控中心,中心主机根据信息确定灌溉状态并计算灌水量,控制灌溉设备工作实现智能灌溉;依托Internet管理员有权对系统远程管理,满足了规模化灌溉的需求。根据示范区观测,灌溉水利用系数由原来的0.6提高到0.9。系统结合了无线传感、计算和网络通信技术,解决了精确农业亟待解决的关键技术问题。 智能节水灌溉系统涉及到传感器技术、自动控制技术、计算机技术、无线通信技术等多种高新技术，这些新技术的应用使我国的农业由传统的劳动密集型向
技术密集型转变奠定了重要的基础。 智能节水灌溉系统可以根据植物和土壤种类，光照数量来优化用水量，还可以在雨後监控土壤的湿度。有研究现实，和传统灌溉系统相比，智能节水灌溉系统的成本差不多，却可节水16%到30%。加州出台的新法案要求2012年起新公司必须使用智能节水灌溉系统。 二、智能节水灌溉系统的设计背景 灌溉造成水资源大量浪费 美国每年浪费掉的水资源高达8,520亿升，而若安装一种智能节水灌溉系统则可有效地控制水流量，达到节水目的。HydroPoint公司负责可持续领域业务的Chris Spain援引美国用水工程协会的报告称，美国住宅区和商业区的草坪、植物灌溉用水浪费了30%到300%。 水资源被浪费的原因是技术不行，美国有4,500万个仅是安有简易计时器的灌溉系统，们在时间控制上还可以，但精准度不高。Spain称，城市灌溉系统占城市用水的58%，这些被浪费的水资源每年生产54.4万吨温室气体。 在中国农业用水量约占总用水量的80%左右，由于农业灌溉效率普遍低下，水的利用率仅为45%，而水资源利用率高的国家已达70%～80%，因而，解决农业灌溉用水的问题，对于缓解水资源的紧缺是非常重要的。我们的智能节水灌溉系统在这种背景下应运而生了。 不仅美国，英国也开始关注节水问题。英国节能信托基金会和能源部警告，随着越来越多的家庭开始节约能源，使用热水可能会超过取暖成为制造二氧化碳的主要途径。 三、智能节水灌溉系统工作原理 灌溉系统工作时，湿度传感器采集土壤里的干湿度信号，检测到的湿度信号
衡星MSP430F5529大作业报告
中国地质大学（北京）本科课程报告《电子电路设计与实践》 学生姓名衡星 院（系）地球物理与信息技术学院 专业测控技术与仪器 学号1010152213 2018 年3 月19 日 中国地质大学（北京）
第一章程序框图 说明： (1)“文字说明”的具体内容为：“当前A0~A7循环采集，串口发送a/b/c/d实现PWM 转换。按键P2.1通道转换，按键P1.1实现A0~A7通道循环采集。” (2)占空比不同的PWM波由P3.6通道输出。 (3)按键P2.1按x下后，“Ax通道循环采集并显示”，其中x取值1~8。当x>8时，x=x%8。 (4)所有显示均在串口助手窗口显示，串口波特率设置为115200。
课堂程序编写过程： 3月6日（周二）：王猛老师在课堂上讲解大作业要求。 3月8日（周四）：分发MSP430F5529单片机，并学习GPIO相关程序编写。 3月10日（周六）：学习定时计数器、时钟功能，并完成“呼吸灯”和“时钟分频”等课堂函数编写。 3月15日（周四）：学习中断、串口和ADC采集功能，完成“中断服务”等课堂函数编写。 3月17日（周六）：完成“串口显示”和“测温环节”等课堂函数编写。 大作业程序编写过程： 3月17日（周六）15:00~16:00：仔细阅读《MSP单片机-验收标准》和相关PPT，确定整个程序的功能框图。 3月17日（周六）16:00~18:00：通过串口中断函数完成PWM波形输出与串口指令的连接功能，并通过串口调试助手验证了程序的准确性。 3月18日（周日）9:00~11:00：通过按键中断函数完成ADC八路循环采集和单路选择采集的切换功能，并通过串口中断函数将采集的数据输出，在串口调试助手页面进行了验证。 3月18日（周日）14:00~15:00：通过按键中断添加LED1与LED2的闪烁功能，为整个实验程序增添创意。 3月18日（周日）15:30~16:00：与钮学长就《MSP单片机验收标准》交换了意见。 3月18日（周日）19:00~21:00：完成《电子电路设计与实践》课程报告程序框图。 3月19日（周一）19:00~21:00：检查大作业程序，完成《电子电路设计与实践》课程报告。
基于单片机的节水灌溉自动控制系统设计
本科生毕业设计 摘要 自动控制节水灌溉技术代表了农业现代化的发展状况，灌溉系统自动化水平比较低下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基于单片机的节水灌溉自动控制系统，系统对土壤湿度进行监控，并按照农作物的要求进行适时适量的灌水，其核心部分是单片机控制部分，主要对灌溉控制技术以及系统的硬件设计，软件编程各个部分进行深入的研究。 控制部分以单片机为核心，研制了一种基于单片机的节水灌溉自动控制系统。介绍了系统总体结构、单片机系统主机电路、数据采集处理电路、I/O口的扩展电路。为了进行大规模灌溉工程的监控，采用分布式控制模式，以提高控制系统的可靠性、降低系统的成本。 该套基于单片机控制的节水灌溉自动控制系统造成本低，体积小、安装方便、抗干扰性强、运行可靠，相比其他控制方式来说，性价比高，更易形成产品，便于推广应用。这是我国灌溉自动控制技术的一种新尝试，为目前农业在较低生产力水平的状况下，向智能化、市场化方向发展开辟了一条新途径。 关键词： AT89C51单片机；湿度传感器；A/D转换；采样；芯片 1
本科生毕业设计 ABSTRACT The 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 water-saving irrigation system that controlled by MCU.This system can supervise humidity.it can irrigate to the demand of the farm crops with right amunt of water at well time.The control part that consists of MCU is its core.Research work had been carried on irrigation control technology,hardware and software program and so . The control that consists of MCU is its core.A set of automatic water-saving system which is controlled by sing-chip controller have been developed in this paper.The overall structure of system、the main circuit of the MCU system、data-collecting circuit、I/O expanding circuit are all the designed.For monitoring large-scale irrigation system,we use distributional control model to enhance stability of the system de reduce the cost. It is small,easy to fit,a strong capability to resist interfere and low-cost.So the control system is more economic compared to other control system such as thuter system and all these demonstrate this production is adept to be popularized.This work is a fresh attempt to bring our agriculture into an advanced stage,which now is relative to be backward greenhouse control technique,especially on the aspect of nutrient liquid supplying when crops cultivated on tissue. Key words: AT89C51 MCU; Humidity Sensor; A/D transform; Sampling; Chip 2
高效节水灌溉工程运行管理办法
***县高效节水灌溉工程运行管理办法 为切实加强我县高效节水灌溉工程建后的运行管理，确保高效节水灌溉工程发挥其应有的效益，促进农业节水增效和农民持续增收，特制定本管理办法。 第一章领导机构 第一条高效节水灌溉项目受益乡镇成立高效节水管理领导小组，具体负责高效节水灌溉工程管理工作的组织领导、协调、检查和监督。 第二条在乡镇高效节水管理领导小组的统一领导下，按照分工明确，责任到人的要求，贯彻落实本规定及相关的各项规章制度。 第三条建立健全一线灌溉管理人员和乡镇、村两级服务人员的岗位责任制及奖罚制度，并将各项责任、制度，落实到每一个工作岗位、每一个人、每一个工作项目、每一个工作环节。 第四条系统管理人员与农户之间要相互配合、密切合作，把灌溉管理措施落实到每个条田、每一地块，切实做到适时、适量供水、施肥，保证各类作物不旱不涝。 第二章用水管理 第五条用水统一由水管部门调配，每年灌水前受益村组对输水管道、设备及蓄水池进行全面检查。并结合实际情况，编制用水计划。水管部门根据用水计划确保供水量和供水时间。 第三章灌溉管理 第六条在高效节水管理领导小组的直接领导下，由乡镇实施统一管理。 第八条各乡镇负责灌溉事项的具体落实；各项目受益村组，必
须全力支持、配合各乡镇的灌溉管理工作。 第九条灌溉系统由各乡镇派出人员负责操作和管理；受益村组负责田间管网系统的回收及管网系统的维修，操作人员负责本系统的技术指导和监督。 第十条每一系统操作管理人员，负责灌溉系统的运行操作、维护与灌溉相关事项。 第四章设备、设施及其管理事项 第十一条首部与管网包含的设备、设施。 1.首部部分指首部井泵到地埋、地面干管接口处的所有设备，包括水泵，启动设备，变压器，高、低压线路，沉淀池，各种过滤器，操作阀门，压力表、计量表、施肥罐、泵房等。 2.管网系统指干管上端首部接口至整个地下与地面管网，包括干管、分干管、出地管、闸阀、支管、附管、毛管、各种阀门及各类连接件。 第十二条首部及管网的管理事项。 首部及管网的管理事项，包括首部及管网的安装、维修与保管。 1.各乡镇负责首部安装、拆卸、保管、检修，同时必须协助项目受益村，在规定时间内，严格按系统设计方案，实施管网安装和调试。 2.管网拆卸在冬灌结束后完成，以保证越冬安全；由项目收益村负责保管，来年安装缺失的材料由保管责任人赔偿。 第五章滴灌系统运行期间必须达到的要求第十三条泵站操作运行管理应符合《泵站技术管理规范》，管道及控制阀门要及时检修，以防管道漏水阀门失灵，电动机启动前应检查电器仪表、接线，转子转动是否灵活，看有无磨擦声和其它杂音。 第十四条电动机正常工作电流不应超过额定电流，定子温度不
基于PLC控制技术的农业自动灌溉系统设计
基于PLC控制技术的农业自动灌溉系统设计摘要： 水是一切生命过程中不可替代的基本要素，水资源是国民经济和社会发展的重要基础资源。我国是世界上13个贫水国之一，人均水资源占有量2300立方米，只有世界人均水平的1/4，居世界第109位。而且时空分布很不均匀，南多北少，东多西少；夏秋多，冬春少；占国土面积50％以上的华北、西北、东北地区的水资源量仅占全国总量的20％左右。近年来，随着人口增加、经济发展和城市化水平的提高，水资源供需矛盾日益尖锐，农业干旱缺水和水资源短缺已成为我国经济和社会发展的重要制约因素，而且加剧了生态环境的恶化。按现状用水量统计，全国中等干旱年缺水358亿立方米，其中农业灌溉缺水300亿立方米。20世纪90年代以来，我国农业年均受旱面积达2000万公顷以上，全国660多个城市中有一半以上发生水危机，北方河流断流的问题日益突出，缺水已从北方蔓延到南方的许多地区。由于地表水资源不足导致地下水超采，全国区域性地下水降落漏斗面积已达8.2万平方公里。 发达国家的农业用水比重一般为总用水量的50％左右。目前，我国农业用水比重已从1980年的88％下降到目前的70％左右，今后还会继续下降，农业干旱缺水的局面不可逆转。北方地区水资源开发利用程度已经很高，开源的潜力不大。南方还有一些开发潜力，但主要集中在西南地区。 我国农业灌溉用水量大，灌溉效率低下和用水浪费的问题普遍存在。目前全国灌溉水利用率约为43％，单方水粮食生产率只有10公斤左右，大大低于发达国家灌溉水利用率70-80%、单方水粮食生产率2.0公斤以上的水平。通过采用现代节水灌溉技术改造传统灌溉农业，实现适时适量的“精细灌溉”，具有重要的现实意义和深远的历史意义。在灌溉系统合理地推广自动化控制，不仅可以提高资源利用率，缓解水资源日趋紧张的矛盾，还可以增加农作物的产量，降低农产品的成本。 本次设计是采用PLC控制多路不同的土壤湿度，浇灌的开启和停止完全由土壤的湿度信号控制，能使土壤的湿度值保持在作物生长所需要的最佳范围之内。这样既有利于作物的生长，又能节约宝贵的水资源。 关键词：自动浇灌; PLC; 湿度传感器；农业自动灌溉系统
MSP430单片机大作业 彩灯电子琴
彩灯电子琴 MSP430 May 27 2010 在MSP430单片机的大地上，上亿条数据急流在宽度仅几个原子的河道中以光速湍急地流着，它们在无数个点上会聚，分支，交错，生成更多的急流，在芯片大地上形成了一个无边无际的复杂蛛网。到处都是纷飞的数据碎片，到处是如箭矢般穿行的地址码；一个主控程序在漂行着，挥舞着无数支纤细的透明触手，把几千万个 飞快旋转着的循环程序段扔到咆哮的数据大洋中；在一个存贮器的一片死寂的电路沙漠中，一个微小的奇数突然爆炸，升起一团巨大的电脉冲的蘑菇云；一行孤独的程序代码闪电般地穿过一阵数据暴雨中，去寻找一滴颜色稍微深一些的雨点。这又是一个惊人有序的世界，浑浊的数据洪流冲过一排细细的索引栅栏后，顷刻变成一片清澈见底的平静的大湖；当排序模块像幽灵似地飘进一场数据大雪时，所有的雪花在千分之一秒内突然按形状排成了无限长的一串……在这0和1组成的台风暴雨和巨浪中，只要有一个水分子的状态错了，只要有一个0被错为1或1被错为0，整个世界就有可能崩溃。这是一个庞大的帝国，在我们眨一下眼的时候，这个帝国已经历了上百个朝代，但从外面看去，它只是一个银色立方箱体。 曹哲0710200310 同组人： 郭宁张颖
目录 1 引言 (1) 2 系统总体设计 (2) 2.2系统各组成部分及功能原理介绍 (2) 2.3系统结构框图 (2) 3 系统硬件设计 (3) 3.1电源模块 (3) 3.2键盘模块 (3) 3.3LED显示模块 (4) 3.4发声模块 (4) 4 系统软件设计 (4) 4.1系统软件结构流程图 (4) 4.2键盘扫描程序设计 (4) 4.3发声程序设计 (7) 4.4亮灯程序设计 (7) 5 系统调试与结果分析 (8) 5.1系统调试步骤 (8) 5.2遇到的问题及解决方案 (8) 5.3实验结果及系统展望 (9) 6 心得体会 (9) 参考文献 (10)
节水灌溉工程
节水灌溉工程复习题 卷一 绪论 简述我国灌溉带的分带。 常年灌溉带：多年平均降雨量少于400mm。包括西北内陆区和黄河中上游部分地区。 不稳定灌溉带：多年平均降雨量大于400mm小于1000mm。包括黄淮海地区和东北地区。 水稻灌溉带：多年平均降雨大于1000mm。主要是长江中下游、珠闽江地区及西南部分地区。 与传统灌溉相比节水灌溉技术的优点有哪些？ 节约用水，提高水利用效率。 增加作物产量，提高农作物品质。 节省劳力。 对土壤地形的适应性强。 调节农田水分状况的水利措施有（灌溉措施）和（排水措施）。 改变和调节地区水情采用的工程措施有（蓄水保水措施）和（调水排水措施）。 我国水资源短缺的主要类型有：（工程型缺水）、（污染型缺水）、（设施型缺水）和（资源 型缺水）。 节水灌溉内涵 在充分利用降水和土壤水的基础上，高效利用灌溉用水，最大限度地满足作物需水，以获取农业生产的最佳经济效益、社会效益和生态效益，即用尽可能少的水投入，取得尽可能多的农作物产量的一种灌溉模式。 节水灌溉 依据作物需水规律及当地供水条件，为了有效地利用降水和灌溉水获取农业的最佳经济效益、社会效益和生态环境效益而采取的多种措施总称。 第一章农田灌溉原理 影响作物需水量的因素有哪些？ 气象条件：气温、大气湿度、风速、日照时间、辐射强度。 作物条件：作物品种、叶面积指数（单位土地面积上的叶片面积）、生育阶段，作物状况 受到气象和土壤条件的限制。如当土壤水分较少时，作物生长受到抑制，叶面积指数较小，同时气孔开度减小，蒸腾和蒸发量减少。 土壤因素：土壤含水量、土壤质地、地下水埋深等。 农业技术措施。 简述作物需水量与作物耗水量的异同？ 作物需水量：生长在大面积上的无病虫害作物，土壤水分和肥力适宜时，在给定的生长环境中能取得高产潜力的条件下为满足植株蒸腾、棵间蒸发、组成植株体所需要的水量。 作物耗水量：就某一地区而言，指具体条件下作物获得一定产量时实际所消耗的水量。 需水量是一个理论值，又称为潜在蒸散量（或潜在腾发量），而耗水量是一个实际值，又称 实际蒸散量。需水量与耗水量的单位一样，常以m3亩-1或mm水层表示。 田间需水量组成有（作物需水量）和（改善田间条件需水量）。 农田的水分主要消耗于（植株蒸腾）、（棵间蒸发）、（深层渗漏）、（地面径流）、（组成植株 体的部分）。
智能农业灌溉系统方案设计
智能农业灌溉系统方案设计 托普物联网认为所谓智能农业灌溉系统就是不需要人的控制，系统能自动感测到什么时候需要灌溉，灌溉多长时间；系统可以自动开启灌溉，也可以自动关闭灌溉；可以实现土壤太干时增大喷灌量，太湿时减少喷灌量。要实现此功能就要充分利用可编程控制器的控制作用。系统要实现自动感测土壤湿度的功能必须要有土壤湿度传感器。要实现灌溉水量的多与少的调节，必须要有变频器。在可编程控制器内预先设定50%—60%RH为标准湿度，传感器采集的湿度模拟信号经A/D模块转换成数字信号。 针对灌溉水利用系数较低,文中提出一种基于嵌入式智能灌溉控制系统。依托无线传感器网络采集灌区作物需水信息,汇聚到网关节点发送给主控中心,中心主机根据信息确定灌溉状态并计算灌水量,控制灌溉设备工作实现智能灌溉;依托Internet管理员有权对系统远程管理,满足了规模化灌溉的需求。根据示范区观测,灌溉水利用系数由原来的0.6提高到0.9。系统结合了无线传感、计算和网络通信技术,解决了精确农业亟待解决的关键技术问题。 智能农业灌溉系统涉及到传感器技术、自动控制技术、计算机技术、无线通信技术等多种高新技术，这些新技术的应用使我国的农业由传统的劳动密集型向技术密集型转变奠定了重要的基础。 智能农业灌溉系统可以根据植物和土壤种类，光照数量来优化用水量，还可以在雨後监控土壤的湿度。有研究现实，和传统灌溉系统相比，智能农业灌溉系统的成本差不多，却可节水16%到30%。加州出台的新法案要求2012年起新公司必须使用智能农业灌溉系统。 智能农业灌溉系统 背景
灌溉造成水资源浪费 美国每年浪费掉的水资源高达8,520亿升，而若安装一种智能农业灌溉系统则可有效地控制水流量，达到节水目的。 HydroPoint公司负责可持续领域业务的Chris Spain援引美国用水工程协会的报告称，美国住宅区和商业区的草坪、植物灌溉用水浪费了30%到300%。 水资源被浪费的原因是技术不行，美国有4,500万个仅是安有简易计时器的灌溉系统，它们在时间控制上还可以，但精准度不高。Spain称，城市灌溉系统占城市用水的58%，这些被浪费的水资源每年生产54.4万吨温室气体。 在中国农业用水量约占总用水量的80%左右，由于农业灌溉效率普遍低下，水的利用率仅为45%，而水资源利用率高的国家已达70%～80%，因而，解决农业灌溉用水的问题，对于缓解水资源的紧缺是非常重要的。我们的智能农业灌溉系统在这种背景下应运而生了。 不仅美国，英国也开始关注节水问题。英国节能信托基金会和能源部警告，随着越来越多的家庭开始节约能源，使用热水可能会超过取暖成为制造二氧化碳的主要途径。 智能农业灌溉系统整体方案图 结构 系统结构
基于无线传感器网络的精细农业智能节水灌溉系统_中文
基于无线传感网络的精细农业智能节水灌溉系统 肖克辉2,1 ，肖德琴 2,1 ，罗锡文 1 (1.华南农业大学南方农业机械与装备关键技术省部共建教育部重点实验室，广州510642； 2.华南农业大学大学信息学院，广州510624） 摘要：在精细农业相关应用和理论研究基础上，自行设计用于检测农业水分含量和水层高度的无线传感器，构建农田水分无线传感器网络体系结构，设计基于水分无线传感网络的智能节水灌溉控制系统，通过实时农田水分数据和农作物水分需求专家数据形成灌溉决策，由灌溉控制系统实施定量灌溉，在水稻生长过程中的实际应用表明，该系统体现出可行性和高效性，有利于精细农业的发展和水资源的可持续利用。 关键词：无线传感网络；智能灌溉控制系统；精细农业；构架 0 前言 通过不同集成微型传感器的相互合作，无线传感网络常用于检测并获取监测对象中的各种信息。利用嵌入式信息处理和随机自组织无线网络，将信息发送到用户终端来实现“无处不在的计算”理念。基于无线传感网络的自动化、自组织和以数据为中心等特点，它能够应用于获取土壤水分数据，然后自动地将这些数据融合传输形成一个高效的田间水分数据采集平台，从而实现智能节水灌溉。 传统的田间灌溉通常由人亲自控制，而且需要大量的人力和物力，这将导致缺乏实时性和精确性，这也有悖于长期农业生产的发展趋势和水资源的可持续利用。无线传感网络被广泛地应用于精细农业和智能灌溉来克服上述存在的问题。 G Vellidis 和他的同事开发了一个典型的实时智能检测的传感器阵列来检测土壤水分，测试土壤水分使用现成的组件。这个阵列由一个位于中间位置的接收机组成，这台接收机连接在一台笔记本电脑和田间的多个传感器节点上。具有精密灌溉技术的集成传感器提供了一个闭环的灌溉系统，能够确定从智能传感器阵列的哪一位置将时间和数量输入到实时定位灌溉应用程序中。
基于单片机节水灌溉系统的设计( 文献综述)
文献综述 前言 本人毕业设计的论题为《基于单片机节水灌溉系统的设计》，随着我国农业技术的高速发展，在进行农业生产的过程中需要大量的水资源，而我国却是一个水资源严重缺乏的国家，水资源的整体利用水平仍还很低,灌溉水的利用率只有30％～40％,水分生产效率不足1 ㎏∕m3,仅为发达国家的一半。灌溉管理自动化是发展高效农业的重要手段,我国目前主要局限于节水灌溉工程措施的推广和应用,而高效农业和精细农业要求必须实现水资源的高效利用,将输配水、灌水技术和降雨、蒸发、土壤墒情、作物需水规律等方面统一考虑,做到降水、灌溉水、土壤水和地下水联合调用,实现按需、按时、按量自动供水。因此,必须采用遥感、遥测等新技术监测土壤墒情和作物生长情况,对灌溉用水进行动态监测预报,实现灌溉用水管理的自动化、节约化、动态管理。而本文就是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，所设计系统的核心是单片机和PC机构成的控制部分，主要对土壤湿度与灌水量之间的关系、灌溉控制技术及设备系统的硬件、软件编程各个部分进行实现。 本文根据目前国内外学者对的基于单片机节水灌溉系统的设计的研究成果，借鉴他们的成功经验，大胆的将单片机和PC机整合在系统中。这些文献给与本文很大的参考价值。本文主要查阅进几年有关基于单片机节水灌溉系统的设计的文献期刊。
张金波、胡钢、张学武、李致金、柯小干（2003）在《自动化控制系统在节水灌溉中的应用》介绍了以组态软件为开发平台,利用继电器输出模块,数字量输入模块等设备开发了农田节水灌溉自动化控制系统,该系统已在农田节水灌溉实际中得到了成功应用. 孙威、毛罕平、左志宇、伍德林（2007）在《基于单片机的节水灌溉自动控制器的设计》中以单片机为核心,研制了一种节水灌溉自动控制器;介绍了系统总体结构、单片机系统主机电路、数据采集处理电路、I/O口的扩展电路、通信接口等以及软件的设计. 王晓健（2010）在《单片机模糊控制节水灌溉系统设计》中介绍了灌溉控制系统的组成及工作原理,以单片机为核心控制芯片,设计了一套节水灌溉控制系统,并对其决策过程进行了具体分析. 张兵、袁寿其、成立、杨春明（2004）在《节水灌溉自动控制器的设计与研究》中论述了一种自动化节水灌溉控制系统的硬件设计、外部连线及其使用功能.系统控制器以与8051完全兼容的GMS90L51单片机为核心,采用计算机分布式管理;系统有传感器自动闭环控制、手动/半手动控制、微机超控等多种工作方式;系统能够实现自动化灌溉,具有排水警示、实时时钟、历史数据查询、数据上传及双向通信等功能. 张兵、袁寿其、成立（2003）在《节水灌溉自动化技术的发展及趋势》中论述了自动化技术在灌溉管理中的重要性,详细介绍了以色列、美国、澳大利亚及我国自动化技术在灌溉中的应用现状及存在的问题,讨论了一些新技术,如模糊控制、神经网络、专家系统等在节水灌溉控制中的应用,并对节水灌溉控制技术的发展趋势进行了探讨. 朱张青、曹成茂（2001）在《多用途节水灌溉控制系统研制》中介绍了一种以单片机控制为核心,能适用于多种农作物的节水灌溉控制系统. 苏崇峰、陈进昌、刘祥金、王永兰（2002）在《节水灌溉自动控制及管理系统研究》从节水灌溉控制与水费管理两个方面介绍了本系统在节水灌溉中的应用,着重介绍了控制过程;对节水灌溉的控制以及计算机、PLC、数字水表、数据采集都进行了详细地介绍;通过本系统的实施,可以从根本上解决节水灌溉重建轻管的弊端. 吴维雄（2004）在《试论计算机在节水灌溉中的应用》中介绍了随着精确农业技术革命的发展,节水灌溉中增加了精确灌溉的内容.通过计算机控制实施相
农田水利节水灌溉工程的建设与运行管理分析 战立珠
农田水利节水灌溉工程的建设与运行管理分析战立珠 发表时间：2019-07-30T08:45:20.610Z 来源：《防护工程》2019年8期作者：战立珠 [导读] 然后以新疆奇台县吉布库水管站建设为例，对如何加强节水灌溉工程的运行管理提出相关建议。 哈尔滨赛瑞建设工程质量检测有限公司 摘要:农田水利节水灌溉工程的建设与运行管理不仅能够提高水资源利用率，缓解水资源紧缺问题，还能提升农业发展的整体水平。基于此，本文首先对节水灌溉工程建设的必要性的必要性进行分析，然后以新疆奇台县吉布库水管站建设为例，对如何加强节水灌溉工程的运行管理提出相关建议。 关键词:节水灌溉；工程建设；运行管理；节水意识 我国淡水资源日益紧缺，但人们对粮食的需求还在不断增加，淡水资源紧缺已经成为我国农业发展中的重要问题。要解决淡水资源紧缺的难题，必须加快农田水利节水灌溉工程的建设。节水灌溉是以最低限度的用水量获得最大的产量或收益，也就是最大限度地提高单位灌溉水量的农作物产量和产值的灌溉措施。 1.探析节水灌溉工程建设的必要性 1.1促进农业发展 目前水资源紧张，但传统灌溉模式水资源浪费严重，农田灌溉效果不理想。基于科学设计和合理规划建设节水灌溉工程，推广节水灌溉技术，能够在一定程度上缓解水资源紧缺问题。科学的灌溉方式能够促进农作物生长，提高农作物的产量和质量，实现增产增收，促进农业发展。 1.2提高水资源利用率 目前我国农业生产在水资源利用方面存在严重的浪费现象，主要是因为大部分地区该在使用传统的灌溉模式，并且大多数农民的节水意识较低，加之简单的灌溉设施不能充分利用雨水，导致水资源利用率极低。建设农田水利节水灌溉工程可以完善农村水利设施，充分利用自然降水，提高水资源利用率。 1.3维护生态平衡 建设农田水利节水灌溉工程不仅能够满足农业生产的基本需求，还能减少对水资源的浪费，缓解水资源紧缺的问题。节水灌溉工程的建设对于地下水资源的开采起到一定的约束作用，能够有效维护地区生态平衡。 1.4加快农村水利建设的步伐 农田节水灌溉工程在科学技术、管理规划的基础上，给农村农田带来了先进科学技术的同时，也满足了农村农业生产方面的灌溉需求，又最大限度地节约了水资源。水利灌溉工程的建设还给农民带来了先进的种植技术，对农作物进行科学高效的用水、施肥、收割、除草，不仅能够完善种植技术，还能提高农产品的质量和产量，增加农民的收益，推动新农村建设的步伐。 2.现阶段农村水利工作面临的问题 2.1经费不足，加大了水利建设的困难 到目前为止，由于我国西北地区地多水少的原因导致在很大程度上直接影响我国水利工程建设的投入，加大了水利建设的困难。水利建设经费主要来源国家政府的专项拨款、群众水费的征收、银行贷款、企业投资等，用于支出水利工程建设，时常会出现不足等情况，导致水利建设不能正常顺利地实行。经费来源单一，而支出费用巨大，就会阻碍农村水利建设工作的进行。 2.2水资源严重匮乏，水量供需矛盾日益锐化 西北地区的自然特点是干旱少雨，水资源短缺，生态环境脆弱。气候特点决定了西北干旱地区没有灌溉就没有农业，也没有林、草业，甘肃地处西北内陆腹地，多年平均降水量280.6mm，人均水资源量为1100平方米，亩均占有量400平方米。随着甘肃经济社会发展对用水需求的增长，再加上水资源严重匮乏，导致水量供需矛盾日益尖锐。 2.3水利建设管理制度不健全 随着水利体制改革的不断深入，水利工程建设管理的主体主要是管水部门，而农田水利工程运行管理的主体主要是农民。由于我国水资源管理法律法规以及规范性文件并不是很完善，没能形成良好的法规体系和管理制度，对水利建设没有法律的保障，虽然颁布了《中华人民共和国水法》，其中对水利建设仍没有明确的规范和制约，并且随着社会经济体制的不断变化，法律法规也需要结合实际情况进行完善，如对税费征收额度，农田水利建设，供水吨数以及价格等方面进行完善，同时也要提高人民群众的法律意识。 2.4农民对水利建设认识不强 农民没有正确认识到农田节水灌溉工程对农业发展的推动作用，对水利建设只持观望态度，没能起到支持参与的辅助作用，农民没能从根本上认识到农田节水灌溉对水资源的高效利用带来的促农增收的社会经济效益，对水利建设专业方面的普及得较少，没能科学利用水利建设带来的好处。 3.如何加强节水灌溉工程的运行管理 3.1完善管理机制 在农田水利节水灌溉工程的运行管理中，需要对所有参建人员进行统一管理，管理者和施工人员必须根据管理要求开展工作。第一，建立分级管理责任制度，对于农田水利节水灌溉工程的运行实施分级管理，明确工程建设各参与方的不同职能，将工程运行管理分为水户管理、乡镇管理和投资方管理。第二，通过将工程运行管理和养护分离提高管理效率，确保工程养护费用只用于养护。实行目标管理，将管理人员和养护人员的职能分开，由养护机构负责工程养护。第三，实行民主决策制，让群众全程参与农田水利节水灌溉工程的运行管理。由群众监督并向群众公开工程管理费用的用处。第四，建立考核制度，根据农田水利节水灌溉工程的运行管理制度，对各级管理人员进行考核，端正管理人员工作态度，督促管理人员主动开展工作。 3.2提高农民高节水意识 水利节水灌溉工程的建设主要服务的对象为农民和田地，提高农民的节水意识，是从根本上提高水资源的利用效率的基本途径，水利