毕业设计（论文）开题报告基于单片机的节水灌溉自动控制系统的设计.doc

毕业设计开题报告设 计 题 目: 基于单片机的节水灌溉自动控制系统设计院 系 名 称: 机电工程学院 专 业 班 级: 机械083 学 生 姓 名: 导 师 姓 名: 开 题 时 间: 2012年3月1日 指导委员会审查意见： 签字： 年 月 日1课题研究的目的和意义1.1设计目的农业足人类社会最古老的行业，是各行各业的基础，也是人类赖以生存的最重要的行业。农业的发展从长远来看非常重要，一是水的问题，二是科技的问题。农业的根本出路在科技，在教育。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，缩短劳动时问和节约水资源，必须发展节水灌溉控制技术。1.2设计意义现代智能型控制器足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最。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。我国先后引进了以色列、美国、法国、德国等国家的部分先进灌溉控制设备，但价格昂贵，维护保养困难，多数用于农业示范区、科研单位或高校，而且不符合我国土壤的应用特点。我国自己的现代灌溉控制器的研制和使用尚处于起步阶段，因此，作为一个农业大国，中国研究开发自己的先进的低成本、使用维护方便、系统功能强且扩展容易的国产化数字式节水灌溉器是一项极有意义的工作。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，实施节水灌溉己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。2、文献综述2.1国内节水农业研究状况和发展趋势国内自20世纪50年代即开始节水灌溉的研究，并对当时主要农作物的需水量和需水规律、灌溉制度进行了许多试验研究，绘制了全国主要农作物的需水量等值线图，建立了全国灌溉试验资料数据库。20世纪70年代主要集中在节水灌溉制度方面的研究。节水灌溉制度包括灌水时期、灌水定额和轮灌周期等内容。根据水与作物生长、发育及产量间的关系，通过有限水量在作物生育期内的最优分配，以提高有限灌溉水屠下作物根系吸收转化和光合作用向经济产量转化的效率为目标，进而达到高产和高水分生产率。但此时期的研究是基于传统的充分灌溉基础上的。2.2国外节水农业研究状况和发展趋势节水农业在国外的发展已有几十年的历史，在西方发达国家，节水灌溉的应用面积和产业化程度很高。目前，约有80多个国家和地区推广应用微灌技术。美国、前苏联的喷灌面积己占其总灌溉面积40以上，英国、德国、奥地利、丹麦、瑞典、日本等国的旱地灌溉面积中90以上采用喷灌。一些发达国家的喷灌系统中广泛使用多功能压力流量控制设备，如法国和日本均开发并使用集给水拴、压力控制、流量显示、水量控制等功能于一体的多功能压力流量控制给水拴。节能效果良好的恒压喷灌技术也得到了广泛的应用，如日本在大多数旱地灌溉系统的五泵站中使用调压罐控制。微灌领域，以色列和美国水平很高。他们对灌溉的新概念是：把含有肥料的水一滴滴的输入作物根系层的土壤中，使土壤中的水、肥、气、热等保持协调关系，达到作物高产的目的。尤其是以色列，在水资源极度缺乏的情况下，通过发展节水农业和节水灌溉工程技术，建立起了高度发达的外向型农业产业。世界著名的耐特费姆(Netfim)灌溉设备和滴灌系统公司生产的微灌系统基本由计算机自动控制运行，可根据作物的生长及水、肥状况进行灌水和施肥，节约大量人力，且管理及时，使作物产量和品质都有较大幅度的提剐161。除了大力推广微灌与喷灌技术外，发达国家发展高效农业的另一个重要途径是灌溉管理的自动化旧。如美国、法国、英国、日本、以色列等发达国家已采用了先进的灌溉系统。他们采用先进的节水灌溉制度，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，实行动态管理，采用遥感技术，监测土4壤墒情和作物生长，开发和制造了一系列用途广泛，功能强大的数字式灌溉控制器，并得到了广泛的应用。仍然以以色列为例，以色列是世界上微灌技术发展最具有代表性的国家，目前全国农业土地基本上实现了灌溉管理自动化，并且普遍推行自动控制系统，按时、按量将水、肥直接送入作物根部，水资源利用率和单方水的粮食产量都相当高。北美、澳大利亚、韩国等国家和地区都已有发展成熟并形成系列的灌溉控制器产品，微灌方式普遍采用计算机控制，埋在地下的湿度传感器可以传回有关土壤水分的信息，还有的传感器系统能通过检测植物的茎和果实的直径变化来决定对植物的灌水间隔。在温室等设施内较多使用小型灌溉管、理程序，浇水时间可按日期设定每次每路灌水起止时闻，操作便于小规模经营。计算机化操作运行精密、可靠、节省人力，对灌溉过程的控制可达到相当的精度，在以色列，已经出现了在家里利用电脑对灌溉过程进行全部控制(无线、有线)的农场主。总之，目前国外灌溉控制器已逐步趋于成熟、系列化，并朝着大型分布式控制系统和小面积单机控制两个方向发展，产品一般都能与微机进行通信，并由微机对其施行控制。3、基本内容、拟解决的主要问题3.1设计内容1)根据喷灌技术的特点，进行节水灌溉控制系统的整体研究与设计。2）基本方案的选择：选择AT89C51微控器作为此次课题的最小控制系统，通过具体技术要求判断是否需要对硬件（程序存储器、数据存储器等硬件的扩展及人机接口）的扩展。对于软件方面的选择，应配合硬件进行设计，并用proteus软件进行绘图。3）单片机系统的硬件设计：单片机硬件设计原则：一个单片机应用系统的硬件电路设计包含两部分内容：一是系统扩展，即单片机内部的功能单元，如ROM、RAM、I/O、定时器/计数器、中断系统等不能满足应用系统的要求时，必须在片外进行扩展，选择适当的芯片，设计相应的电路。二是系统的配置，即按照系统功能要求配置外围设备，如键盘、显示器、打印机、A/D、D/A转换器等，要设计合适的接口电路。 4）单片机系统的软件设计：整个程序包括主程序和子程序两部分。子程序包括BCD码变换子程序、延时子程序、启动子程序、参数扫描子程序、外部中断子程序等。程序编制采用了模块化结构，对各个程序段的出入口、占用内部寄存器或RAM均做了明确规定，可分别调试，具有较强的灵活通性。本程序除了能够实现各阶段的功能外，最大的特点是：输入时，4组数据在0099之间任意可调, 并根据硬件设计需要编写相应程序及制图。 3.2拟解决的主要问题：1）设计节水控制系统装置：主要设计由单片机为系统控制的自动浇灌和自动停止浇灌。2）具有故障报警功能：单片机故障报警系统随时对需检测点儿进行自动检测，一旦出现故障能立即响声报警，并通过声响大小可以判断出大故障和小故障。待故障排除后，声响报警自动撤除。 4、技术路线或研究方法（1）对于硬件部分：根据课题技术要求拟选择Intel公司的AT89C51微控器作为控制与数据处理的核心以构成自动节水的控制系统。根据技术要求判断是否需要外部采用可编程程序存储器以及数据存储器对微控器进行扩展，并实现人机交互功能。（2）对于软件部分：设计硬件时应同时考虑软件的设计方法，争取采用最简单的设计方法使两者相辅相成。设计后期用汇编语言编写程序并用相关绘图软件绘制系统外部接线图、软件流程图、系统框图。5、进度安排2012.2.272012.3.2 ： 接受任务，收集相关资料，撰写开题报告；2012.3.52012.3.16 ： 拟定总体设计方案，绘制系统的方框图；2012.3.192012.3.30： 器件选型；2012.4.22012.5.4 ： 系统硬件设计；解决问题，修改完善；2012.5.72012.6.1： 系统软件设计；2012.6.12012.6.10 ： 撰写设计说明书并用计算机绘图；2012.6.1120121.6.15 ： 完成论文及图纸，准备答辩。6、参考文献1吴景社，李久生，李英能等纪节水农业中的高新技术重点研究领域J。农业工程学报，2008.2 赵德安等.单片机原理与应用M.北京：机械工业出版社,2004. 3涂安富，金诚谦，吴崇友，卢宴，钟伟民几种节水灌溉新技术分析M。中国农机化出版社,2005.4 张有德，赵志英，涂时亮.单片微型机原理、应用与实验M.上海：复旦大学出版社,2006.5 李伯成.基于MCS-51单片机的嵌入式系统设计M.北京：电子工业出版社,2004.7.6魏新平漫灌和喷灌条件下十壤养分运移特征的初步研究J.农业工程程学报，2004.7 群星，张锡恩.MCS-51系列单片机故障自诊断研究J.军械工程学院学报，Vol4，NO.3,1992.8司徒淞，张薇，贾大林2000低压管喷及其节水高产机理研究M. 北京：电子工业出版社,2003.11.9 朱顺华，王成春，邹逢星.单片机系统的硬件抗干扰设计J.微计算机信息，2007（23）.10 朱顺华，王成春，邹逢星.单片机系统的硬件抗干扰设计J.微计算机信息，2007（23）.11 张连华.单片机应用系统设计方法J.科学之友，2010.4.12VERD U S.Multiuser Detection M. UK:Cambridge University Press,1998.13ZHU L,MADHOW U.A daptive interference suppression for DS CDMA over Rayleigh fading chinnelJ.Proc GLOBE COM97,1997.