1、 节水灌溉自动测控系统2012 年 4 月 10 日2目 录绪论1.1 研究现状61.1.1 研究背景61.1.2 研究发展史61.1.3 国内研究展情况71.1.4 研究价值91.2 课题设计的任务和要求91.2.1 课题设计要求91.2.2 评分标准92. 方案论证392.1 方案选择92.2 硬件设计思想112.1.1 温度传感器的选择112.1.2 湿度传感器的选择122.1.3 放大器电路选择122.1.4A/D 转换122.15 电平转换132.1.6 键盘电路132.1.7LED 显示电路133. 系统模块电路及主要器件4143.1 主控电路的设计143.1.1 核心控制器153
2、.2 电源电路设计173.3 A/D 转换173.3.1 A/D 转换器183.4 温度检测电路设计193.4.1 ILC7650 前置放大器203.5 湿度检测电路设计203.5.1 湿度传感器203.6 显示电路5213.6.1 显示芯片LCD1602223.7 驱动电路的设计223.7.1 继电器233.8 电平转换233.8.1 MAX232 芯片243.9 复位电路253.10 时钟电路253.11 蜂鸣器警报264. 软件设计264.1 软件的主流程图设计6264.2 读取当前状态子程流程图274.3 显示子程流程图274.4 控制输出子程流程图27参考文献28附录一30附录二31
3、7摘 要当今世界普遍关注水危机问题，其中最突出的矛盾就是干旱缺水。19 世纪世界矛盾的交点是煤，20 世纪世界矛盾的交点是石油，21 世纪世界矛盾的交点是水，因此，21 世纪被称之为水的世纪。专家们认为，我们正进入一个新的水源紧缺时代，水将成为 21 世纪可持续发展的严重制约因素。今年 8 月 28 日在南非约翰内斯堡举行的联合国可持续发展首脑会议上，全体与会代表一致通过将水危机列为未来 10 年人类面临的最严重挑战之一。我国是世界上人口最多、粮食消耗量最大的国家，又是世界上人均水资源量最贫乏的国家之一，人均占有水资源量仅为世界平均水平的 1/4。随着人口的增长、城镇化和经济社会的快速发展，我
4、国用水矛盾日益尖锐，缺水问题更加突出。而农业作为我国的用水大户，用水量约占水资源总量的 65，农业用水浪费十分严重，主要表现在：灌溉水利用系数低，平均仅为 45左右；自然降水利用率低，仅达到 56；农业用水的效率不高，其中农田灌溉水的利用效率仅有 1.0kg/m3 左右；初步改造的节水灌溉工程面积仅占全国灌溉面积的30，因此，发展节水农业势在必行。 另外，发展节水灌溉，对生态环境建设和保护有十分重要的意义。我国生态环境建设是一项长期艰巨的任务，用节约农业用水量支持生态环境建设用水，从源头节水，严格控制上游用水，不仅可以缓解下游用水紧张矛盾，而且遏制下游生态环境恶化趋势，为逐步恢复和保护生态提供
5、支持，同时减少灌溉用水量，有利于遏制地下水进一步超采和减少地质灾害等。关键词：水资源； 灌溉工程； 节水灌溉； 农业节水8ABSTRACTNow the world universal attention to the water crisis problem, among them the most outstanding contradiction is arid.Nineteenth Century world contradiction nodal is coal, the twentieth Century world contradiction nodal is oil, the
6、twenty-first Century world contradictory point is water, therefore, twenty-first Century is called the century of water.Experts think, we are entering a new time of water scarcity, water will become in twenty-first Century the sustainable development the serious restriction factor.In August 28th thi
7、s year in South Johannesburg at the United Nations Summit on sustainable development, all delegate attending the meeting agreed to label water crisis in future 10 years one of the most serious challenges to human.China is the worlds largest population, food consuming country, is also the worlds per
8、capita water resource quantity in one of the poorest countries, the per capita water resources is only the world average of 1/ 4.With the increase of population, urbanization and rapid development of economy and society, our country water contradiction is increasingly acerb, shortage issue is more o
9、utstanding.While agriculture in China as the large family that use water, water consumption accounted for about65% of total water resource, agricultural water waste is very serious, mainly displays in: the utilization coefficient of irrigation water is low, the average is around 45%; the low utiliza
10、tion rate of natural precipitation, reaching only 56%; agricultural water efficiency is not high, which farmland irrigation water use efficiency is only 1.0kg / m3 left and right sides; the initial transformation of the water saving irrigation area irrigation area takes the throughout the country on
11、ly30%, therefore, the development of water saving agriculture be imperative.In addition, the development of water-saving irrigation, the ecological construction and environmental protection are very important. The construction of ecological environment in China is a long-term and formidable task, by
12、 saving agricultural water use in support of ecological environment construction from the source of water, water saving, strict control of upstream water, not only can alleviate downstream water contradiction, and curb the downstream trend of ecological environment deterioration, to gradually restor
13、e and protect zoology provides support, while reducing the amount of irrigation water, conducive to curb groundwater overexploitation and further reducing geological disasters.Key words:Water resources; Irrigation engineering; Water saving irrigation; Agricultural water saving9绪论1.1 研究现状1.1.1 研究背景生命
14、之起源，水为必然条件。没有了水，地球上的生命将会枯竭。人类文明之数千年历史，为水而奋斗是极其重要的篇章。如我国的郑渠、灵渠及都江堰，埃及尼罗河两岸历史悠久的灌溉工程都是很好的例证。随着国民经济的发展及人民生活的提高，对水的需求将越来越大，水资源的紧缺将制约着区域国民经济的发展，对农村经济、生态环境等将造成严重影响。目前，农业用水量在总用水量中还是占较高比例，但由于灌溉的方式落后，灌溉水的利用率较低。因此应尽快改变传统落后的灌溉方式，采用先进适用的灌溉技术，发展节水灌溉，不断提高灌溉水德利用效率。农业发展进入了从传统农业向现代农业转化的新阶段，优质、高产、高效已成为现代农业的发展方向。在这一过程
15、中，设施农业发挥着重要作用。我国设施农业面积虽居世界首位，目前全国设施园艺面积已超过210 万公顷，但产量仅为世界先进水平的1/3。其中的一个重要原因是设施内灌溉技术落后，严重影响设施内的环境状况，使其未能充分发挥节水增产的巨大作用。设施内的水分调控必须依据作物种类、品种和各生育期对设施内空气湿度和土壤湿度的要求进行适时、适量的调节控制。节水灌溉理论研究的根本目的并非单纯节约用水，而是通过供水和其它环境变量的优化提高劳动生产率。从这个意义上，国外更多把节水灌溉称为如何高效用水。节水农业的最终目的是提高单位水资源的农业产出效率，在农田尺度上就是提高作物对土壤水分的利用效率，即消耗单位土壤水量而获
16、得的经济产量。1.1.2 研究发展史20 世纪以前，经过数个世纪的探索，人类学会了拦河蓄水，筑渠引水，开畦灌溉的技术。但用水效率低下，局限了灌溉面积的扩大。生产足够的粮食，为迅猛增长的人口提供食品，怎样提高水的利用率成了 20 世纪一大难题。 二次世界大战以后，美国的经济、技术飞速发展，以皮尔斯(Pierce)为先导的灌溉企业制造出多种快速连接铝合金接头，与薄壁铝管连接，诞生了半固定及固定式薄壁喷灌系统，使得大面积采用喷灌系统成为可能。半固定系统的优点是造价低廉，对田间耕作无影响。10缺点是人工搬动劳动强度大。固定式喷灌系统的优点是劳动强度小，但造价高，对田间耕作有影响，适合于多年生作物灌溉。
17、 为充分利用半固定式喷灌系统造价低的优点，克服其劳动强度高的缺点，一种由机械驱动的类似于半固定系统的喷灌机在 30 年代晚期由一位叫哈里法里斯通(Harry. Firestone)的人发明并投入使用。现在仍有数家公司，如美国的维德(Wade Co.)，莱克(Lake)、皮尔斯(Pierce)等在制造这种被称为滚移式喷灌机(Side Roll 或 Wheel Moving)的机器。其优点是造价比固定式喷灌系统低，劳动强度比半固定式、手工搬管系统低，维修方便。这种机器结构简单，由一台小马力汽油机驱动。滚动轮由薄壁镀锌钢板做成，管道为薄壁铝合金管。适用于低干作物，如棉花、小麦、蔬菜、草皮、草场等的灌
18、溉。 进入 50 年代，由于经济的快速发展，美国的劳务成本迅速上升。农场主迫切需要劳动成本比滚移式喷灌机还要低廉的机器。1952 年，一位名叫弗兰克(Frank)的科罗拉多州的农民发明了一种水力驱动，自动转圈，上边悬挂喷头的喷灌机具，取名为中心支轴式喷灌机(Center Pivot)。后来这种机器的生产权售给内巴拉斯加州的伐利公司（即现在的维蒙特）。这种机器在 70 年代前多配置雨鸟公司生产的摇臂喷头。其优点是自动化程序高，灌溉劳务成本非常低；地形适应性强，不需要平地。缺点是土地利用率低（约 78%）。60 年代后，这种机器在地广人稀、地势不平坦的美国中部农业区科罗拉多、内巴拉斯基、堪萨斯广泛
19、推广开来。 70 年代，由于石油危机的影响，中心支轴式喷灌机的喷头由摇臂喷头改为低压微喷喷头，以达到节约能源的目的。此后，水力驱动也逐渐改变为电力驱动，可靠性越来越高。目前，美国总灌溉面积中，约 31%采用中心支轴式系统灌溉。为提高土地利用率，后来又开发出平移式喷灌机(Lateral Moving)，但使用并不多。因为成本较高，维修不方便，能耗高。还有一种叫卷盘式喷灌机的灌溉机具，广泛流行于欧洲各地，起源于法国，适合于中、小农场。整套机具配一支大喷枪，流量及射程非常大。这种机器使用灵活、方便，劳务成本低。但能耗高，喷水均匀度不好，对土壤侵蚀严重，对作物打击强度太大。 1.1.3 国内外研究情况20 世纪，喷灌、滴灌技术除在农业上得到空前发展之外，城市园林绿化上也广泛采用。草坪灌溉多用地埋式喷灌技术，采用地埋式，主要出于景观美化的目的。著名的制造商有美国雨鸟公司、Toro 公司及 Hunter 公司。 80 年代以来，不少企业及研究人员开始探讨地下滴灌技术（简称 SDI），将滴灌技术
