《自动浇灌控制系统》选题报告

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专业：自动化

班级：B140410

姓名：葛照瑞 B14041014

李勇B14041019

李海松B14041020

一、选题背景及意义

为了节约水资源，及时灌溉并避免中午灌溉植物，设计一种应用于农业与种花业的自动灌溉装置。我国设施农业节水灌溉已成为农业工程领域中重点关注的问题之一，由于国内外的自动灌溉系统造价高、使用复杂而难以推广，开发满足当前设施农业生产需求的灌溉控制系统具有重要意义。本文设计了一种基于单片机的温室自动灌溉系统，实现了作物根系处土壤湿度的监测与自动控制。该系统以CC2430单片机为核心，采用模块化设计思路，主要包含微处理器模块、数据采集模块、控制模块、电源供应模块及人机交互模块。系统将周期采集的土壤湿度数据传送到微处理器模块，由决策算法对数据进行分析后做出是否灌溉的指令，在灌溉过程中由数据采集模块持续监测土壤湿度，并根据监测结果，反馈控制灌溉设备的启停，以此实现土壤湿度维持在预设范围。系统采用人机交互模块实现灌溉阈值的可配置，满足不同设施作物种植的参数定制需求，同时提供实时土壤湿度查看和灌溉设备状态管理功能。系统成本低、可维护性强，从而具有良好的推广应用前景。水是生命的基础，植物正常的生命活动就是建立在不断地吸水、传导与运输、利用和散失的过程之上。在我国水资源却严重不足，使我国成为世界上13个淡水资源最贫乏的国家之一。人均占有淡水资源仅为世界人均占有量的四分之一。水资源的匮乏给我国农业发展带来了极大的障碍和困难。农作物生长的土壤需要保持一定的湿度，人们通常根据种植的经验对农作物进行灌溉，不能及时或不能精确地控制浇水的多少，往往造成大水漫灌，在很大程度上白白地浪费掉一大部分水资源。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。

二、设计研究现状和发展趋势

目前我国现代自动灌溉技术的发展主要是在引进、消化技术的基础上，从

无到有，逐步被人们认识和接受。1985年福建省龙溪地区引进安装了当时达世界先进水平的美国整套微喷灌设备，大大促进了我国微喷灌技术和设备的发展。到1991年，我国微灌使用面积已有2万多公顷，过去的20多年里，在设备研制和经验积累等方面都为我国微灌的进一步发展打下了一定的基础。最近几年，由于国家的重视和实际的需要，各地大力发展节水灌溉，微灌在我国进入了快速增长阶段。尽管设旎栽培灌溉技术近十几年来在我国得到了较快的发展，但是综合环境控制水平还很低，自动灌溉及施肥控制技术的发展目前还只限于引进吸收阶段。

目前，我国的自动灌溉系统相对于先进国家所存在的差距是:

1.还不能实现营养液自动混合控制。营养液混合还停留在使用施肥器完成液体肥和水的混合，然后通过管网送到作物周围的阶段。

2.自动灌溉控制系统，除个别引进国外成套设备以外，国内还没有成型的产品，生产中使用的基本上还是人工操作阀门的设备。

3.灌溉停留在单个因子的调节上，不能实现与其他环境因子的综合控制。

4.不能实现灌溉专家系统。灌溉控制主要还是依照人的经验去进行，离技术先进的国家还有差距。

总之，在现代灌溉的开发与技术方面，我国还落后于国外先进国家，根据我国现代灌溉的现状，需要解决的关键技术问题还很多，尤其是自动控制系统。这些技术在我国还处于研究和待开发阶段，不能满足灌溉的需要。

三、课题研究的主要内容

1、系统的工作原理

系统的工作中，有太阳能电池给电池充电，电池的输出经过稳压模块，避免

电压的较大变化，电池为整个系统提供电能。经过温度、湿度及光照检测的传感器把被测对象的温度、湿度光照转换成电压信号，转换为0-1数字信号后送入单片机中，与给定的所要控制的温度、湿度值进行比较，根据单片机 AT89S52中设置的参数，输出相应温度、湿度值对应的被控对象电机和电磁阀的值，带动动力系统作相应的运动，不断减少与单片机中设置值的差值，温度过高时，单片机控制直流电机驱动器打开窗户，进行自然散热，温度适合时关闭窗户。当土壤湿度过低时，单片机通过继电器控制电磁阀使其打开进行浇水，浇水后湿度适中时关闭电磁阀。光照检测电路将光照强度转换成0-1代码，输入单片机，当光照过强时关闭窗帘，光照适合时打开窗帘。温度湿度不断地检测、控制，使之达到一个动态的平衡。

（1）针对实际需要设计了一套温度、湿度和光照检测与控制系统，保证弄作物在生长的各个时期有适宜的生长环境整个测控系统由传感器、控制器和执行机构三部分构成整个系统的硬件，结构如下图。

（2）硬件电路以AT859S52单片机为核心，系统输入由采集土壤水分传感器、光照传感器和温度传感器及传感器信号处理电路组成，输出控制由继电器执行器构成。

（3）软件用C语言为编程语言，采用模块式结构设计。

AT859S52单片机的内部结构如图所示。

AT859S52外部引脚

2、数据采集电路的设计

传感器主要用于环境参数的获取，根据检测对象分为空气环境和土壤环境，前者包括温度、湿度、二氧化碳、光照度等，后者包括土壤温度、土壤含水量、土壤ph值。

传感器原理框图如图

3、温度传感器的选择

选用集成温度传感器DS18B20合适，由于具有结构简单不需要外接电路，可以用一根I/O数据线既供电又传输数据，并且具有体积小，分辨率高，转换快等优点，被广泛用于测量和控制温度的地方。所测温度由P2.7口输入单片机与给定温度进行比较，当温度大于给定温度时控制步进电机正转一定步数，打开窗帘；当温度低于给定温度时，控制步进电机反转，关闭窗帘。

DS18B20构成测温系统只需外接一个上拉电阻即可实现与单片机之间的通讯线路简单温度检测电路。

4、湿度传感器的选择

有V1和V2及部分外围元件组成土壤水分检测电路，石墨电极的体电阻随温度而变化，当土壤湿度较大时，其体电阻较大，V1因其基极电位高而截止，造成V2也截止，其集电极输出低电平。当土壤水分降低到规定值时，V1因其基