【正文】 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) Tianjin University of Technology and Education 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 專 業(yè)： 電氣技術(shù)教育 班級(jí)學(xué)號(hào)： 電氣 0714 班 19 號(hào) 學(xué)生姓名： 穆松柏 指導(dǎo)教師： 田立國(guó) 副 教授 二〇 一二 年六月 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 作物缺水檢測(cè)儀的 設(shè)計(jì) Design of the Crop Water Stress Detector 專業(yè)班級(jí)： 電氣 0714 班 學(xué)生姓名： 穆松柏 指導(dǎo)教師： 田立國(guó) 副 教授 系 別：自動(dòng)化與電氣工程學(xué)院 20xx 年 06 月 摘 要 農(nóng)業(yè)水資源利用效率低，短缺與浪費(fèi)現(xiàn)象并存，是當(dāng)前中國(guó)灌溉農(nóng)業(yè)發(fā)展面臨的主要問題，因此發(fā)展高效節(jié)水灌溉農(nóng)業(yè)是我國(guó)農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展的首要條件?；?于作物生長(zhǎng)的缺 水信息來(lái)指導(dǎo)灌溉受到越來(lái)越多的重視，因?yàn)樽魑锉旧硎鞘欠裥枰喔鹊淖罴阎笜?biāo)。實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)作物生長(zhǎng)的水分狀況是以作物本身為指標(biāo) 的灌溉系統(tǒng)的基礎(chǔ)，所以對(duì)作物生長(zhǎng)缺 水信息的檢測(cè) 系統(tǒng)的研究具有重要意義。 作物冠層溫度是由土壤 — 植物 — 大氣連通體內(nèi)的熱量和水汽流決定的 , 它反映了作物和大氣之間的能量交換 , 作物冠層溫度與其能量的吸收和釋放過程有關(guān)。近年來(lái) 隨著紅外測(cè)溫技術(shù)的快速發(fā)展 , 冠層溫度法 正成為判別作物水分狀況的重要手段之一 ,可快速測(cè)定較大范圍的植物水分狀況。因此 , 利用作物冠層溫度法探測(cè)作物的水分狀況已日益被 有關(guān)學(xué)者所關(guān)注 , 冠 氣溫差也成為診斷作物缺水狀況的重要指標(biāo)之一。 本文在研究國(guó)內(nèi)外作物生長(zhǎng)缺水信息的檢測(cè) 基礎(chǔ) 之 上 ，提出了一種簡(jiǎn)單方便的 基于冠層溫度的 作物缺水檢測(cè)儀 。 該作物缺水檢測(cè)儀首先通過非接觸式紅外測(cè)溫方法測(cè)量作物冠層溫度，然后計(jì)算得出作物缺水指標(biāo) (CWSI)，從而反映出作物生長(zhǎng)的缺水狀況，指導(dǎo)灌溉。 本作物缺水檢測(cè)儀以 ATmega16L 單片機(jī)為主控核心，配置 TNR 數(shù)字式 紅外溫度傳感器 ， SHT71 溫濕 度傳感器，用于測(cè)量作物的冠層溫度與空氣中的溫濕度，通過冠 氣溫差來(lái)計(jì)算作物缺水指標(biāo) (CWSI),反映作物生長(zhǎng)的缺水狀況。 實(shí)際試驗(yàn)表明：該 作物缺水檢測(cè)儀 具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、 成本低、 智能化等特點(diǎn) ， 可 應(yīng)用于 作物的缺水檢測(cè)、指導(dǎo)灌溉等 方面 。 關(guān)鍵詞 ： 缺水檢測(cè)； 冠層溫度 ； 紅外測(cè)溫； 作物缺水指標(biāo) (CWSI)； 單片機(jī) ； Abstract Developing efficient watersaving irrigation agriculture is the first and foremost condition for the sustainable development of national agriculture. The main problems that face the development of China irrigated agriculture are low utilization ratio of agricultural water resources and coexistence of shortage and waste at present. Because of the crop itself whether need to be irrigated is the best indicator. Crop canopy temperature is determined by the soil plant atmosphere connectivity of the body heat and water vapor flow, which reflects the energy exchange between the crop and atmospheric. With the rapid development of infrared temperature measurement technology in recent years, the canopy temperature method is being an important means of discrimination of crop water status, rapid determination of a wide range of plant water status. Therefore, the use of crop canopy temperature method to detect crop water status has been growing concern about scholars, canopy temperature air temperature difference has also bee one of the important indicators for diagnosis of crop water stress conditions. This paper designs a simple and convenient instrument of detection of crop water stress based on canopy temperature. The crop water stress detector measure the crop canopy temperature by the noncontact infrared temperature measurement method firstly, and then calculated the crop water stress index (CWSI) to reflect the crop39。s water shortage, guiding irrigation. The crop water stress detector uses ATmega16L microcontroller as master core, and configuration TNR digital infrared temperature sensor, SHT71 temperature and humidity sensors which used to measure crop canopy temperature and air temperature and humidity, canopy temperature air temperature difference calculation of crop water stress index (CWSI), to reflect the crop39。s water shortage. The actual experiments show that: the crop water stress detector has a simple structure, low cost, intelligent, and can be applied to the crop water shortage detection, guidance irrigation. Key words: Detection of Water Shortage。 Canopy Temperature。 Infrared Temperature Measurement。 Crop Water Stress Index (CWSI)。 Microcontroller I 目 錄 1 引 言 .......................................................... 1 課題的研究背景 ............................................ 1 課題的研究目的和意義 ...................................... 2 本課題國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ...................................... 2 本課題的研究目標(biāo)及內(nèi)容 .................................... 6 本章小結(jié) .................................................. 7 2 基于冠層溫度的作物缺水信息檢測(cè)技術(shù) .............................. 8 基于冠層溫度的作物缺水指標(biāo)研究進(jìn)展 ........................ 8 缺水指標(biāo) CWSI ............................................ 10 紅外測(cè)溫原理及特點(diǎn) ....................................... 11 黑體輻射與紅外測(cè)溫原理 .............................. 11 紅外測(cè)溫儀的特點(diǎn) .................................... 13 本章小結(jié) ................................................. 14 3 系統(tǒng)方案的總體設(shè)計(jì) ............................................. 15 系統(tǒng)方案構(gòu)想 ............................................. 15 系統(tǒng)方案 的確定 ........................................... 15 系統(tǒng)組成及框圖 ........................................... 15 系統(tǒng)包括 ............................................. 16 系統(tǒng)功能 ............................................. 16 系統(tǒng)工作原理 ......................................... 16 本章小結(jié) ................................................. 16 4 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) ................................................... 17 單片機(jī)處理模塊 ........................................... 17 紅外測(cè)溫傳感器模塊 ....................................... 19 溫濕度測(cè)溫模塊 ........................................... 21 NOKIA5110 模塊 ............................................ 22 II 電源模塊 ................................................. 22 本章小結(jié) ................................................. 23 5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ................................................... 24 主程序設(shè)計(jì) ............................................... 24 冠層溫度采集程序設(shè)計(jì) ..................................... 24 本章小結(jié) ................................................. 25 6 總 結(jié) ......................................................... 26 參考文獻(xiàn) ......................................................... 27 附錄一 原理圖 .................................................... 28 附錄二 源程序 .................................................... 29 附錄三 實(shí)物圖 .................................................... 36 致 謝 ........................................................... 37 天津 職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 20xx 屆 本科生 畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 1 引 言 課題的 研究背景 20 世紀(jì)是