农田节水灌溉系统设计毕业设计论文

前 言
生命之起源，水为必要条件，没有了水，地球上的生命将会枯竭。
随着21世纪的到来，作为人类生命之源的水的短缺到了前所未有的程度，这一状况还将随着时间的推移和社会的发展继续恶化。水资源危机已成为全球性的突出问题，利用科技手段缓解这一危机，将是人类主要的出路。农业是人类社会最古老的行业，是各行各业的基础，也是人类顿以生存的最重要的行业，由传统农业向现代化农业转变，由粗放经营向集约经营转变，必须要求农业科技有一个大的发展，进行一次新的农业技术革命。农业与工业、交通等行业相比仍然比较落后，农业灌溉技术尤其落后。灌溉系统自动化水平较低是制约我国高效农业发展的主要原因。传统的灌溉模式自动化程度极低，基本上属粗放的人工操作，即便对于给定的量，在操作中也无法进行有效的控制，为了提高灌溉效率和节约水资源，必须发展节水灌溉控制技术。
现代智能型控制器是进行灌溉系统田间管理的有效手段和工具，它可提高操作准确性，有利于灌溉过程的科学管理，降低对操作者本身素质的要求。除了能大大减少劳动量，更重要的是它能准确、定时、定量、高效地给作物自动补充水分，以提高产量、质量，节水、节能。现代灌溉控制器的研究使用在我国农、林、及园艺为数不多，与发达国家相比，有较大的差距，还基本停留在人工操作上，即使有些地方搞了一些灌溉工程的自动化控制系统，也是根据经验法来确定每天灌溉次数和每次灌溉量，如果灌溉量与作物实际需水量相比太少，便不能有效的促进作物健康成长;而灌溉量太多，肥水流失，又会造成资源浪费，同时传统的灌溉法还需要相关专家的实时观察并经验指导生产，劳动生产率低，这也不能与现代化农业向优化、高效化方向发展要求同步。
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2.1
根据题目要求和单片机的工作原理，以AT89C51单片机系统为核心来控制继电器对田间进行排水或灌水的操作。系统主要由传感器测量电路，信号处理电路，数据传输电路、显示电路，输出控制电路，超限报警电路等组成，软件选用C语言编程。总体结构框图如图1：
图1总体结构框图
数数据经单片机处理后，由315M无线传输到监控室单片机并转化为可显示、可比较的数据。采集的湿度数据可以经过与阈值比较后输出驱动信号，用以驱动报警电路报警和控制继电器进行田间灌水或排水。
本文中单片机控制的节水灌溉系统可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、适量自动灌水。并且，当土壤湿度超出设定范围时还能控制报警电路鸣音报警，以防系统出现故障而导致不必要的损失。本系统能起到高效灌溉，节水、节能的作用。
该系统的核心是由单片机构成的控制部分，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。本文主要研究内容如下:
随着技术的发展和实际生产的需要，节水灌溉中的自动控制系统主要向智能化、系列化、专家系统和网络化方向发展。对于小面积的节水灌溉应用，如家庭庭院、小型温室、塑料大棚等，自动控制系统要做成小型化、智能化，使用要方便。对于大面积，要与各种传感器相结合，配合农艺专家系统，编制软件，达到精确控制灌水和施肥，再与无线遥控技术相结合，就可在办公室或家中控制灌溉系统。根据监测到的数据通过无线传输对水泵和管道阀门实施定时定量自动控制，对系统中出现的故障实施报警与控制。
随着计算机技术和传感器技术的迅猛发展，计算机和传感器的价格日益降低，可靠性日益提高，用信息技术改造农业不仅是可能的而且是必要的。用高新技术改造农业产业，实施节水灌溉已成为我国农业乃至国民经济持续发展带战略性的根本大事。本文旨在设计一套能对作物生长的土壤湿度进行自动监控的系统，它能对作物进行适时、适量的灌水，起到高效灌溉，节水、节能的作用。
1.进行节水灌溉控制系统的整体研究与设计。
2.利用按键设定植物所需水分的范围值。
3.利用数字温湿度传感器DHT11测量土壤湿度。
4.利用315M无线传输系统进行农田与监控室之间的数据传输。
5.LCD1602显示土壤湿度值。
6.当土壤湿度值超出设定范围值时，系统可自动报警，并输出驱动信号控制继电器对农田进行灌水或排水。
1
1.1
来源于生产/社会实际
1.2
国外由于节水灌溉发展时间长，电子技术水平较高，所以与节水灌溉配套的自动控制系统也较完善和先进。节水灌溉发达国家已普遍采用计算机控制灌溉系统，用埋在地下的湿度传感器可以测得土壤湿度信息，还有的智能系统能通过检测植物茎、果的直径变化，来决定对作物的灌溉计划和灌溉量。在温室等设施内较多使用小型灌溉控制器，这种设备通常能控制几路或十几路电磁阀，内有若干套灌溉管理程序，可预先设定灌水开始、结束时间和灌水时间隔时间，操作方便，自动化、智能化控制运行精密、可靠，节省人力，对灌溉过程的控制可达到相当精度。以色列已出现了在家利用电脑对灌溉过程进行全部控制的农场主，其中还有无线控制。以色列开发出了多种系列的自动灌溉配套设备，如电动和水动遥控电磁阀、减压阀、调压阀、安全阀和流量控制阀等。发达国家为满足对灌溉系统管理的灵活、准确、快捷的要求，非常重视空间信息技术、计算机技术和网络技术等高新技术的应用。
我国的节水灌溉技术和设备自20世纪50年代从国外引进后，在很长一段时间内，主要是示范应用，再加上设计、管理及设备上的一些问题，没有得到大面积的应用， 相配套的自动控制系统就更少了。到20世纪80年代，特别是90年代后，随着经济的发展、水资源的紧张及国家的重视，节水灌溉得到了迅猛地发展，同时电子技术也日新月异，其它行业中的自动控制技术也逐步地在节水灌溉中得到应用。但是我国目前自动控制系统从国外进口的居多，国内自行研制的还很少，虽然从简易型到中央计算机型均有产品并得到应用，但大多还是单板机和小型控制器，与国外产品相比，在技术上还比较落后，有些方面设计还不太合理，制造也比较粗糙，使用不太方便，仍需进一步完善。
1.3
我国是农业大国,农田灌溉建设有着悠久的历史,但现代化水平不高。我国农业引水到田的传统灌溉过程中无法知道农作物需水量的大小，盲目频繁灌溉、过量灌溉造成了水的极大浪费。节水灌溉已不仅仅是技术问题，而是直接关系到农业发展的根本是实现水资源的可持续利用战略和实现从粗放到集约经营战略的具体体现。自动控制节水灌溉技术的高低代表着农业现代化的发展状况，灌溉系统自动化水平较低是制约我国高效农业发展的主要原因。