花园浇水智能控制系统的单片机设计【开题报告】

毕业设计开题报告

电子信息工程

花园浇水智能控制系统的单片机设计

一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义

（一）国内外研究动态

1.国外研究动态：

世界上智能灌溉工程实施比较好的国家有以色列、法国、美国等。这些国家现代温室的研究起步早、发展快，对综合环境控制技术水平相对较高。目前，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，监测土壤情况和作物生长，开发了一系列功能强大的数字式灌溉控制器，并广泛应用。目前，世界上最先进的灌溉智能化技术是在微灌技术的基础上，按照技术集成和机械化程度，增加对土壤、作物长势情况、温度等生长环境因素等的监控和检测，用精确的灌溉设施及技术实现全自动化监控，按需定位、定量精确灌溉。以色列处于干旱缺水地带，是世界上灌溉技术最具代表性的国家。目前，其全国农业土地基本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、肥料送入作物根部，水资源利用率十分的高。北美、韩国、澳大利亚等地区和国家也都已经有发展成熟且形成系列的灌溉产品，其灌溉方式普遍由计算机集中控制，埋在地下的传感器可以传回有关土壤水分的信息来决定植物浇水的间隔。其内部设施己经发展到比较完备的程度，并形成了一定的标准。用来检测的传感器也比较齐备，像对温室的光照度、湿度、温度、营养液浓度等的检测，传感器基本上能对各个输出电路进行自动控制。而且计算机对这些系统的控制己经不仅仅是静态的、简单的、独立的直接控制，而是建立在环境模型基础上的监督控制，以及建立在专家系统上的智能控制，这样的系统可以为管理者提供包括植物病虫害防治、种植的经济分析、温室内部管理等信息。

2.国内研究动态：

我国从70年代就开始发展微灌技术。节水灌溉自动化研究处于起步阶段，自动化程度还比较低。在开发的产品中，比较有代表性的是中国农业化研究院联合多家企业研制的2000温室自动灌溉施肥系统。目前，已在大连、北京等地投入应用并且有较好的效果，只是成本比较高，比较适合温室使用。由中国灌排技术开发公司开发的集中或分散式微灌自动监控系统，以8098单片机为核心控制部件，能根据灌溉计划自动监控微灌工程以及对其进行事故处理。核心为8031单片机的自动化灌溉控制系统由北京农业工程大学研制，可以对多通道土壤水分进行检测，实现对多路通道进行自动灌溉

控制的功能。但这两种系统所选芯片功能不多，要进行电路扩展系统就会复杂很多，最终导致系统的运行不稳定。由福建省水利建设技术中心研制的节水灌溉自动化控制系统，可对作物采取定时、恒湿及人工三种模式的灌溉方式，用自动控制技术、计算机技术、生态农业技术和通讯技术进行集成优化配置。北京奥特思达科技有限公司研制的WT-02型微喷灌定时自动控制器，是一种供农业，草坪，果园，温室等一般场合给水的电子灌溉自动化控制系统，但他们都定时定量进行灌溉，不能按照作物所需进行的灌溉。国内还有研制的直接以PC机进行控制的自动灌溉控制器，不仅使成本增加，而且不易在田间较恶劣的环境下使用，所以实用化程度很低。另外，我国智能化灌溉目前仍然停留在研究单个环境因子调控技术的阶段，而实际上，温室内的日射量、气温、地温、土壤湿度等环境因素，是在相互影响、相互制约的状态中对作物的生长产生影响的。

（二）选题的依据

m，居世界第六众所周知，我国是水资源严重短缺的国家之一，虽然水资源总量约2．8万亿3

m，其中农位，但因人多地广，人均水资源不足世界人均占有量的四分之一。每年缺水量近400亿3

m。由于传统、粗放、落后的灌溉方式，我国灌溉水资源浪费情况相当严重。另外，业缺水近300亿3

随着人们生活水平的提高，人们对花卉、树木等绿色植物的喜爱和种植越来越多，然而以前对花木的浇灌、施肥等工作都需要靠人工来实现，不能根据植物正常生长所需要的水分、温度来实时调节植物生长环境的参数，不利于植物的成长以及资源的高效利用。而目前，我国农业正处在从传统农业向以优质、高效、高产为目的的现代农业过渡阶段。我国灌溉技术与国外相比，还存在不能对环境状况进行合理的调节，设施结构比较简陋，内部调控设备和功能不齐全、不完善，技术落后以及总体规划不尽合理等一系列问题。并且设计的产品多高耗能，品种单一，产品质量不过关。综上所述，花园浇水智能控制系统的研究对我国农业发展有十分重要的意义，是现代农业得到可持续发展的必经之路。

（三）本次研究的意义

本课题主要是花园浇水智能控制系统的单片机设计，也就是温湿度自动控制系统，包括系统硬件和软件的设计。加上附加万年历功能，使该系统功能更完善。该系统可以广泛适用于花园、蔬菜等大棚种植和对温湿度有特殊要求的场合。而且湿度判断灌溉可以对植物需水量及时准确的做出判断和给予控制浇灌，节水节能。系统核心部分就是单片机和温湿度芯片的选取。本次设计选用我比较熟悉的AT89C51。温湿度传感器方面我选择，集温度湿度为一体的AM2301电容式数字型温湿度传感

器，它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电容式感湿元件和一个NTC 测温元件，并与一个高性能8 位单片机相连接。因此具有超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。本次研究将解决传统温室控制系统的控制单一、控制不够精确、高成本等一系列问题。

二、研究的基本内容，拟解决的主要问题：

（一）基本内容

1.根据当前实际应用环境选择合适的温湿度传感器，并对该传感器有较好的认识；

2.如何选择合适的驱动电路实现风扇、加热等功能要求，能灵活设置温湿度上下限；

3.完成温湿度显示、报警及是否需要洒水、实时时钟功能。

（二）拟解决主要问题

1. 温湿度传感器种类繁多,国内外均有不同检测方法、不同精度档次,适应于各种环境场合的产

品。在对其认识及选择上需要经过大量资料收集并进行性能优劣对比。

2. 掌握单片机编程方法，编写时钟子程序、温湿度子程序、液晶显示子程序、系统监控主程序。

3. 系统硬件设计，使温湿度传感器、微处理器、时钟芯片DS1302、LCD1602液晶显示正确连接，

且各部分工作稳定。使系统具有具有超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。

4. 将自动控制与灌溉系统有机的结合起来，自动控制外部风扇、加热器和洒水器工作。

三、研究步骤、方法及措施：

（一）研究步骤

1.确定设计方案，上交《文献综述》、《开题报告》等。

2.熟悉单片机的硬件结构和指令系统。

3.掌握单片机系统设计的方法和步骤。

4.用C语言和汇编语言编程实现系统功能。

5.完成PCB设计、硬件制作与功能调试。

6.整理和打印论文。

系统总体结构框图如下：