1、毕业设计文献综述 电子信息工程 花园浇水智能控制系统的单片机设计 一、前言 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 3m ，居世界第六位，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 3m ，其中农业缺水近 300 亿 3m 。 1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。据统计，目前我国灌溉 水利用率只有 40%左右，个别省份只有 20%，而发达国家的灌溉水利用率可达到 80%-90%。对比可知，农业节水势在必行。各国实践研究也证明，农业节水切实可行且潜力巨大。另外，随着人们生活水平的提高，人们对花卉、树
2、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，不利于花木的成长以及资源的高效利用。综上所述， 当前加大技术投入，使 环境控制高度自动化与智能化是现代 浇水系统 发展的必然 趋势。 二、前人花园浇水智能控制 系统研究成果 灌溉自动化始于 20世纪 30年代，二次世界大战前，法国研制了一系列用以实行渠系自动化运行的水力自动闸门，并提出了一套比较完整的自动化灌溉控制方法，开了自动化灌溉的先河。 20世纪 50年代以来，随着电子学和计算机技术的应用和发展，利用电子设备、计算机设备和程序控制的灌溉
3、智能化技术也得到了同步发展，并在法国、美国、日本等发达国家乃至一些发展中国家得到了日益广泛的应用和发展。 2 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
4、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
5、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。 3-6 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
6、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
7、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 7-11。 三、本次研究的意义 灌溉自动化管理是进行田间灌溉管理的有效工具，是中国现在发展高效农业的重要手段。目前发 达国家的田间灌溉已经普遍采用自动化管理，还开发和研制了一系列功能强大、用途广泛的智能信息化的灌溉控制系统，并且己广泛地应用到实际中。然而目前我国则主要局限
8、于节水灌溉工程的应用和推广，系统的灌溉自动化水平比较低，人工参与较多，且灌溉单项技术多为单因子控制。这些都制约着我国高效农业发展。 12 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。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。使用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。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。另外 ,本次设计利用时钟芯片 DS1302 破除以往的花园自动节水灌溉系统只具有温湿度测量这一单一
9、功能，附加上万年历显示，具有年、月、日、时、分、秒、星期的准确显示，还具有实时校准功能，通过外部按键来设置进入和跳出 校准模式。使用方便，使系统功能更加完善。 13-19 参考文献 : 1 李世英，对我国节水灌溉技术发展的几点思考 J. 节水灌溉 , 2001(1):68. 2 王长德 , 张礼卫 , 冯晓波 . 灌溉自动化的基本原理与技木发展 J. 中国农村水利水电 .2002(2):1114. 3 B.Z.Yuan, J.Sun, S.Nishiyama. Efect of Drip Irrigation on Strawberry Growth and Yield inside a pl
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