【正文】 摘 要水是一切生命過程中不可替代的基本要素，水資源是國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)資源。我國(guó)是世界上13個(gè)貧水國(guó)之一，人均水資源占有量只有世界人均水平的l/4。生產(chǎn)和生活占了大量用水。其中農(nóng)業(yè)灌溉用水占全國(guó)年總用水量的67％左右，是節(jié)水潛力最大的領(lǐng)域。改變農(nóng)業(yè)灌溉方式是節(jié)約農(nóng)業(yè)用水的主要途徑。農(nóng)業(yè)灌溉方式中，滴灌是目前最為有效的一種。本設(shè)計(jì)包括硬件電路設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩部分。硬件電路部分主要包括時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)，復(fù)位電路設(shè)計(jì)，報(bào)警電路設(shè)計(jì)，土壤濕度傳感器的選用，主控單片機(jī)的選用，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路和數(shù)據(jù)采集電路的設(shè)計(jì)，LED顯示部分和串行通信的設(shè)計(jì)。單片機(jī)選用AT89C51；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路采用外部靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器6264；數(shù)據(jù)采集電路采用A/D轉(zhuǎn)換器AD574實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換；設(shè)計(jì)的顯示部分采用6位LED顯示，74LS138實(shí)現(xiàn)其位選，CD4543實(shí)現(xiàn)其段選。土壤濕度傳感器將采集到的數(shù)據(jù)送入A/D轉(zhuǎn)換器AD574，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到外部靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器6264，最終由LED顯示部分顯示，讀出數(shù)據(jù)。軟件部分包括對(duì)主程序、數(shù)據(jù)采樣子程序、數(shù)據(jù)處理子程序、顯示子程序的簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)的本系統(tǒng)的硬件電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、系統(tǒng)的可靠性高關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)灌溉；單片機(jī)；傳感器；A/D轉(zhuǎn)換；LED顯示AbstractWater is the essential basic factor for all lifecycles. water resource is the important basic resource for social economics and society development. China is one of the 13 countries in the world which have the shortage problem with water resource. the average water distribution is only a quarter of the world. Production industry and every day life usages have taken up the major part of water usage. Agricultural industry uses up about 67% of the total water resource and it is the major stream for water saving. Making changes to the ways of agricultural industry water usage is the main direction of saving agricultural water usage. Drip irrigation is the most effective technique currently in agricultureal irrigation. This design includes hardware ciruit design and software this topic, the hardware circuit design includes clock circuit design, reset circuit design, alarm circuit design, the selection of soil dampness detectors, the selection of single chip microputer, data detection and store design, LED monitor part and serial munication circuit design. Single chip uses AT89C51。 data storage circuit uses external stable data storage 6264。 data detection circuit uses A/D converter AD574 to achieve the conversion。 the display part of the design uses six digits LED monitor, 74LS138 achieves position selection, CD4543 achieves interval selection. Soil dampness detector will transfer detected data to A/D converter AD574。 data is stored to external stable data storage space 6264, in the end, the LED monitor displays parts of the data for interpretation. Software includes the design of main program, data detection subprogram, data interpretation subprogram,and data display subprogram designs. The hardware design has advantage in a simple circuit, and high reliability of the program. Keywords: agricultural irrigation。single chip。detector。A/D converter。LED monitor目 錄摘 要 IAbstract II第1章 引言 1 農(nóng)業(yè)自動(dòng)灌溉 1 國(guó)內(nèi)、外灌溉現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 2 課題研究目的及主要內(nèi)容 4第2章 農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉系統(tǒng) 5 滴灌原理概述 5 土壤濕度傳感器 8 模糊控制 9第3章 基于MCS51單片機(jī)的農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì) 11 單片機(jī)選型 11 時(shí)鐘電路 14 復(fù)位電路 14 A/D轉(zhuǎn)換電路 15 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路 19 LED顯示電路 20 串行通信電路 24 報(bào)警電路 27第4章 基于MCS51單片機(jī)的農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 29 系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì) 30 數(shù)據(jù)采集子程序 33 數(shù)據(jù)處理子程序 34 數(shù)據(jù)顯示子程序 36 數(shù)據(jù)通信子程序 37第5章 結(jié)論 40參 考 文 獻(xiàn) 41致 謝 42附 錄 43 III沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第1章 引言 農(nóng)業(yè)自動(dòng)灌溉水資源緊缺是中國(guó)的基本國(guó)情，特別是北方地區(qū)嚴(yán)重缺水，人均水資源量只占全國(guó)人均水平的1/4，水資源、土地資源、經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的布局嚴(yán)重失衡，生產(chǎn)和生活用水不斷增長(zhǎng)大量擠占了自然生態(tài)用水，已使黃河斷流、華北地區(qū)地下水位大幅度下降、生態(tài)環(huán)境急劇惡化，水資源短缺已成為地區(qū)可持續(xù)發(fā)展的重要制約因素。解決北方地區(qū)缺水有多種途徑，但立足點(diǎn)應(yīng)放在節(jié)約用水上，要建設(shè)節(jié)水型社會(huì)、節(jié)水型城市、發(fā)展節(jié)水型產(chǎn)業(yè)，不論居民生活、城市發(fā)展，還是各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)都要厲行節(jié)水，提高水的利用效率和效益。　　我國(guó)農(nóng)業(yè)灌溉用水占全國(guó)年總用水量的67％左右，是用水大戶，也是節(jié)水潛力最大的領(lǐng)域，節(jié)約灌溉用水對(duì)我國(guó)實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略具有重要意義。因?yàn)椋旱谝?、農(nóng)田灌溉耗水量最多，約占全國(guó)總耗水量的2/3，北方地區(qū)更是高達(dá)80%左右，節(jié)約灌溉用水可有效緩解水的供需矛盾；第二、目前農(nóng)田灌溉無(wú)效耗水的比重很大，發(fā)展節(jié)水灌溉不僅可以減少無(wú)效耗水、提高作物產(chǎn)量，同時(shí)還能減少土地鹽漬化危害和面源污染，改善生態(tài)問題，一舉多得[1]。因而，解決農(nóng)業(yè)灌溉用水的問題，對(duì)于緩解水資源的緊缺是非常重要的。在灌溉領(lǐng)域合理地推廣自動(dòng)化控制，不僅可以提高資源利用率，緩解水資源日趨緊張的矛盾，還可以增加農(nóng)作物的產(chǎn)量，降低農(nóng)產(chǎn)品的成本。灌溉系統(tǒng)的自動(dòng)化水平較低，這也是制約我國(guó)高效農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要原因。以色列、日本、美國(guó)等一些國(guó)家已采用先進(jìn)節(jié)水灌溉制度。由傳統(tǒng)的充分灌溉向非充分灌溉發(fā)展，對(duì)灌區(qū)用水進(jìn)行監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)，實(shí)際動(dòng)態(tài)管理。采用傳感器來(lái)監(jiān)測(cè)土壤的情況和農(nóng)作物的生長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)水管理的自動(dòng)化。高效農(nóng)業(yè)和精細(xì)農(nóng)業(yè)要求我們必須提高水資源的利用率。要真正實(shí)現(xiàn)水資源的高效，僅憑單向節(jié)水灌溉是不可能實(shí)現(xiàn)的。必須將水源開發(fā)、輸配水、灌水技術(shù)和降雨、蒸發(fā)、土壤情況和農(nóng)作物需水規(guī)律等方面統(tǒng)一考慮。做到降水、灌溉水、土壤水和地下水聯(lián)合調(diào)用，實(shí)現(xiàn)按期、按需、按量自動(dòng)供水。自動(dòng)灌溉技術(shù)在發(fā)達(dá)國(guó)家，特別是大面積種植或缺水地區(qū)極其適用。按灌溉方式分為噴灌、地面灌、微灌等。微灌又分為滴灌、微噴灌、涌泉灌、地下滲灌。自動(dòng)灌溉將充分發(fā)揮現(xiàn)有的節(jié)水設(shè)備的作用，優(yōu)化調(diào)度，提高效益；通過自動(dòng)控制節(jié)水技術(shù)的應(yīng)用，更加節(jié)水節(jié)能，降低灌溉成本，提高灌溉質(zhì)量；使灌溉更加科學(xué)、方便，提高管理水平；研制和推廣節(jié)水灌溉控制新技術(shù)是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的需要[2]。 國(guó)內(nèi)、外灌溉現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)地面灌溉技術(shù)研究方面，水平畦灌、階式水平畦灌的研究不斷深入，傳統(tǒng)的畦灌、溝灌也由過去單純研究灌水技術(shù)要素對(duì)灌水均勻性、水分深層滲漏的影響，轉(zhuǎn)向綜合研究灌水技術(shù)要素對(duì)土壤水肥運(yùn)移、對(duì)水肥淋失的影響；同時(shí)，開發(fā)了膜上灌等新型灌水技術(shù)，并得到較大面積推廣。水平畦灌是田面非常平整條件下的畦灌，要求供水流量大、土地平整精度高，必須在進(jìn)行大地測(cè)量后，采用激光平地技術(shù)。該技術(shù)在美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家被稱為是地面灌溉最重要的進(jìn)展之一。波涌灌溉利用了致密層在發(fā)展中不斷減小田面糙率與土壤入滲特性這一客觀規(guī)律，逐次為以后各周期的灌溉水流創(chuàng)造了一個(gè)加速水流推進(jìn)與提高減滲效果的新接口。渾水波涌灌溉則是利用含沙量較高的水進(jìn)行波涌灌溉，能夠起到更加明顯的效果。在噴、技術(shù)研究方面，國(guó)外一直非常重視噴灌水肥需求規(guī)律及水肥耦合高效利用方面的研究，施肥灌溉應(yīng)用十分普遍。在微灌水肥高效利用方面，以色列、美國(guó)、荷蘭等國(guó)家對(duì)不同作物的施肥灌溉制度和微灌施肥灌溉專用液體肥料進(jìn)行了20～30年的研究，取得了豐富的成果，已經(jīng)研制出了針對(duì)多種經(jīng)濟(jì)作物水肥高效利用的專家管理系統(tǒng)。我國(guó)從20世紀(jì)70年代起，就針對(duì)微灌開始了研究和試驗(yàn)示范工作，開展了微灌條件下的土壤水分與溶質(zhì)運(yùn)移規(guī)律、日光溫室和大田經(jīng)濟(jì)作物的灌溉制度、水肥耦合模式、滴灌施肥技術(shù)等研究工作。在噴微灌設(shè)備方面，對(duì)注肥設(shè)備的研制取得了可喜的進(jìn)展，但對(duì)滴灌施肥灌溉條件下養(yǎng)分的運(yùn)移以及施肥灌溉系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)幾乎沒有涉及。施肥灌溉自動(dòng)控制環(huán)節(jié)薄弱，施肥灌溉軟件方面研究嚴(yán)重滯后是造成這一局面的主要原因。國(guó)外現(xiàn)有滴灌施肥灌溉自動(dòng)控制軟件也只能在給定施肥量的情況下控制肥液濃度與施肥歷時(shí)，而未能將作物施肥灌溉制度、土壤特性、氮素運(yùn)移模式相結(jié)合，形成決策、管理一體化的軟件。國(guó)外由于長(zhǎng)期的技術(shù)積累，一些著名公司不斷有新產(chǎn)品推出。在節(jié)水灌溉產(chǎn)品快速開發(fā)平臺(tái)技術(shù)中，提出的高精度快速成型專用設(shè)備是快速成型領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)，但是目前沒有見到開發(fā)成功的報(bào)道。特別是微涂層的實(shí)現(xiàn)是技術(shù)難點(diǎn)，由于受到材料性能的限制，依靠自然流平無(wú)法達(dá)到很小的層厚，并且受到表面浸潤(rùn)性能的影響，必須采取相應(yīng)措施才能實(shí)現(xiàn)，目前正從材料、涂層方法方面力爭(zhēng)有所突破。近幾年，根據(jù)中國(guó)國(guó)情，我國(guó)已研發(fā)出大射程旋轉(zhuǎn)式微噴頭、長(zhǎng)流道新型薄壁微灌帶、帶離心清洗裝置的自動(dòng)反沖過濾器、帶穩(wěn)壓機(jī)構(gòu)的連續(xù)精量水動(dòng)式施肥泵、低壓壓力調(diào)節(jié)器、節(jié)能異形噴嘴、可調(diào)霧化程度及射程的多功能噴頭、新型短流道噴頭、輕小型噴灌機(jī)組、新型中遠(yuǎn)射程噴頭、國(guó)產(chǎn)激光控制精細(xì)平地鏟運(yùn)設(shè)備等節(jié)水灌溉設(shè)備和系統(tǒng)。一批節(jié)水產(chǎn)品初步表現(xiàn)出較強(qiáng)的市場(chǎng)前景和進(jìn)一步開發(fā)的潛力。如蜂窩管滲流集蓄新產(chǎn)品，長(zhǎng)流道新型薄壁微灌帶，帶離心清洗裝置的自動(dòng)反沖過濾器，帶穩(wěn)壓機(jī)構(gòu)的連續(xù)精量水動(dòng)式施肥泵，作物根區(qū)局部控水灌溉裝置，國(guó)產(chǎn)激光控制精細(xì)平地鏟運(yùn)設(shè)備，控制性分根交替灌溉孔口灌灌水器和交替閥等將會(huì)取得較大突破[3]。在工程節(jié)水技術(shù)方面, 國(guó)內(nèi)外的研究主要集中在渠系建筑物建設(shè)技術(shù)方面。相對(duì)來(lái)說(shuō)，技術(shù)正在趨于成熟，主要是探索新型建筑結(jié)構(gòu)形式。而新材料配方及其應(yīng)用技術(shù)的研究卻相對(duì)要活躍得多。國(guó)內(nèi)外都正在較普遍的將高分子材料應(yīng)用在渠道防滲中，尤其是在高分子膜料的應(yīng)用上已取得了不少實(shí)用的研究成果。但薄膜易刺破和凍脹地區(qū)凍融破壞的問題還沒有很好的解決。因此，各國(guó)都正在不斷研究開發(fā)技術(shù)可靠、經(jīng)濟(jì)合理的高分子合成新材料。我國(guó)目前采用的渠道防滲防凍技術(shù)主要是保溫整體剛性防滲防凍脹措施，適應(yīng)性較差、易損壞或成本高。剛?cè)峤Y(jié)構(gòu)具有適應(yīng)凍融變形、脹而不裂和防滲、減輕凍脹的特性，能同時(shí)有效解決滲漏和凍脹的問題，應(yīng)用高分子材料研制技術(shù)可靠、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)合理的剛?cè)峄旌辖Y(jié)構(gòu)或純?nèi)嵝越Y(jié)構(gòu)作為渠道的護(hù)砌結(jié)構(gòu)是我國(guó)科技人員正在努力研究的方向。在灌區(qū)灌溉用水管理中，綜合各種預(yù)測(cè)技術(shù)、優(yōu)化技術(shù)的灌溉用水計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)已開始在我國(guó)灌區(qū)大面積應(yīng)用，使灌區(qū)的灌溉用水實(shí)現(xiàn)了由靜態(tài)用水向動(dòng)態(tài)用水的轉(zhuǎn)變，為提高灌區(qū)水資源的利用率提供了技術(shù)保障。