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摘 要
近年来,随着农业灌溉技术的迅速发展,现代农业灌溉技术的发展趋势已经由传统的人力灌溉输水过程和田间引渠灌水过程转移到农作物精量控制灌溉以及自动化控制系统的科学管理。节水灌溉己经成为我国农业发展过程中重点关注的问题之一,水资源的节约利用、合理分配是我国农业能否继续可持续健康发展的重要前提依据。
本文在对盆栽自动灌溉控制技术研宄的基础上,论述了系统的软硬件设计,系统以STC12C5A60S2单片机为主控制器,土壤水分检测传感器为土壤湿度检测装置,LCD1602为显示器,电磁阀为灌溉执行机构,用C语言对系统进行编程,提出了实施方案:利用土壤水分检测传感器,将采集到的盆栽农作物根系周围土壤湿度数据传送到单片机,由决策算法将检测到的数据与土壤田间持水量和凋萎系数进行分析对比,做出是否对盆栽农作物进行自动启停灌溉,并且使盆栽土壤湿度保持在最佳土壤湿度范围之内。初步试验表明,系统运行稳定,功能完善,可完全实现无人自动化控制管理,在名贵花卉、珍稀药材盆栽种植领域有广泛的应用推广前景。
关键字:单片机;土壤湿度;自动灌溉;盆栽作物
Abstract
In recent years with the rapid development of agricultural irrigation technology, the development trend of modem agricultural irrigation technique has been developed by human process and field irrigation water diversion canal irrigation process of traditional irrigation and transferred to the automatic control system of the scientific management of crop precision control. Water saving irrigation has become one of the key issues in the process of agricultural development in China. The rational utilization of water resources is an important prerequisite for the sustainable and healthy development of agriculture in china.
Based on the pot research on control technology of automatic irrigation, discusses the hardware and software design of the system, system uses STC12C5A60S2 MCU as the main controller, the soil moisture detection sensor for soil moisture detection device, LCD 1602 display, electromagnetic valve actuator for irrigation, the programming of the system using the C language, puts forward the scheme of using: the soil moisture sensor, the collected pot root crops around the soil humidity data sent to the microcontroller, the data is analyzed and compared with the soil field capacity and wilting coefficient by the decision algorithm will be detected, whether to make potted crops automatic start stop irrigation and the pot soil moisture remained within the optimum soil humidity range. Preliminary tests show that the system runs stably and has perfect functions. It can completely realize unmanned automatic control management, and has wide application and popularization foreground in rare flowers, rare medicinal herbs and potted cultivation fields.
Key words:Single chip microcomputer; Soil moisture; Automatic irrigation; Potted crops
随着我国经济的腾飞以及综合国力的提高,农业发展也日趋成熟。农业大国一直以来就是中国的标签,即便是处在高科技迅速发展的今天,农业永远都是中国能够继续发展的前提基础和坚实条件，我国一直在不断地探寻农业发展道路,在漫长的发展道路中虽然取得了巨大的成就,但同时也面临着许多风险和挑战I人口增长所带来的压力是当今社会发展所面临的棘手问题,人口与资源的矛盾己经成为我国农业发展所面临的巨大挑战，而现代农业在生态、社会、经济等方面也都存在问题,中国农业发展普遍面临农产品生产成本高、质量差、肥料利用率低、环境污染严重、劳动效率低等问题,这些都严重制约着中国农业的发展W。中国虽然是农业大国,但却不是农业强国,受到传统农业方式的影响,我国农业生产水平相较世界发达国家还有一定的差距。农业生产效率低、劳动力水平不足、农业机械化程度不高、资源配置不合理、灌溉水资源浪费现象严重等原因一直限制着我国农业的可持续发展,加快推进中国农业现代化发展,全面深化农业生产技术改革,使传统农业逐步向现代农业转变是我国农业发展面临的巨大问题和挑战，农业的发展需要高科技的支持,将高端科学技术应用于农业领域,人类要充分利用自己的智慧和能力与大自然和谐相处,遵循大自然的客观规律,将人文与科技,传统与现代相结合走可持续农业发展道路，按照西方发达国家因农业工程技术所带来的劳动生产效率和粮食单产量提高的经验,中国有必要加大农业工程技术设备的增加投入,用来提高土地利用率、劳动生产率和农业产出率m。因此,我国农业发展的途径和方式,既要充分有效地利用资源,不断改革创新夯实技术力量,又要节约、保护和合理的分配利用资源,大力发展中国特色的可持续现代化农业则可以有力地解决中国农业发展道路中所面对的各种矛盾。
中国的水资源总量为2.8万亿立方米,看似惊人的数据背后却隐藏着人均分配问题。我国人口众多,人均水资源占有量不及世界人均占有量的四分之一,是人均水资源占有量最贫瘠的国家之一，中国虽然是农业大国,但却是水资源最为短缺的农业大国,随着我国农业经济的迅速发展,对水资源的需求也是愈发的显现。中国农业缺水量约为300亿立方米,其中农业用水中的90°/。用于农作物的灌溉由于经济条件的限制以及认知水平不足等原因,农业现代化灌溉技术普及程度低,我国中西部地区大多仍旧采用传统的农业灌溉方式,水资源得不到合理的分配和利用,农业灌溉用水利用率不高,浪费现象非常严重。因此节约农业用水,合理分配水资源是我国目前农业发展所必须面临的问题和挑战。
(1)根据实际情况,设计一套盆栽自动灌溉控制系统,对盆栽农作物根系周围土壤湿度进行检测,并根据检测到的相关数据对农作物进行智能自动浇灌。
(2)选定盆栽自动灌溉控制系统各硬件部分组件,制定各硬件相互配合最优使用方案,建立一套功能完善的自动灌溉控制系统。
(3)使用C语言对盆栽自动灌溉控制系统进行编程,控制系统可根据检测到的土壤湿度值与田间持水量和凋萎系数进行比较,根据比较的结果判断是否进行自动启停灌溉,并且控制系统能够实现声光报警;在数据显示功能上可以实时显示盆栽农作物根系周围土壤湿度值。
(4)选定粘壤土作为盆栽土壤并进行试验分析,探究盆栽粘壤土田间持水量、凋萎系数以及最佳土壤含水量范围,设定盆栽自动灌溉控制系统的灌溉上限和灌溉下限。
(5)对盆栽自动灌溉控制系统进行模拟试验,验证控制系统土壤湿度检测性能、土壤含水率精准控制以及自动启停灌溉等相关功能,以达到设计的要求。
盆栽自动灌溉控制系统实验数据：
土体微观物理结构
不同类型土壤水分特征曲线
盆栽粘壤土第一天含水率变化情况
盆栽粘壤土第六天含水率变化情况
小型盆栽自动灌溉控制系统实物图
土壤水分检测传感器置于空气中
土壤水分检测传感器浸没在水杯中
盆栽粘壤土24小时内土壤含水率变化情况
盆栽自动灌溉控制系统9:00工怍状态
盆栽自动灌溉控制系统13:00工作状态
盆栽自动灌溉控制系统14时:00作状态
电磁阀手动开关打开
电磁阀手动开关闭合
目录
1 绪论
1.1 选题的目的及意义
1.1.1 选题背景
1.1.2 选题的意义
1.2 国内外发展概况
1.2.1 国外发展概况
1.2.2 国内发展概况
1.3 存在的问题
1.4 研究内容
2 总体设计
2.1 设计概况
2.1.1 控制方式的选择
2.1.2 控制系统的选择
2.1.3 传感器的选择
2.1.4 灌溉方式的选择
2.2 整体结构布局
2.3 工作原理
3 硬件部分设计
3.1 最小系统模块
3.2 湿度采样模块
3.3 LCD显示模块
3.4 蜂鸣器和LED声光报警模块
3.5 继电器、电磁阀模块
3.6 灌溉喷头
4 软件部分设计
4.1 软件总体设计说明
4.2 主程序软件实现
4.2.1 主程序流程图
4.2.2 土壤水分检测传感器流程图
4.2.3 LCD1602子程序流程图
5 盆栽土壤含水量试验分析
5.1 田间持水量与凋萎系数
5.1.1 田间持水量
5.1.2 凋萎系数
5.2 土壤含水量测试分析
5.2.1 土体结构
5.2.2 土壤含水量
5.2.3 测试分析
6 实验验证
6.1 试验环胃
6.2 试验仪器设备
6.3 实验目的
6.4 试验结果
7 结论
8 展望
致谢
参考文献
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