【正文】 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。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。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。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。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)。按灌溉方式分為噴灌、地面灌、微灌等。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。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。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(wèn)題，一舉多得[1]。A/D converter。 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。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)包括硬件電路設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩部分。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。摘 要水是一切生命過(guò)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。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。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)。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 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。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。因而，解決農(nóng)業(yè)灌溉用水的問(wèn)題，對(duì)于緩解水資源的緊缺是非常重要的。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。必須將水源開(kāi)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。微灌又分為滴灌、微噴灌、涌泉灌、地下滲灌。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。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(zhuān)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(zhuān)家管理系統(tǒng)。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。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(guò)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?chē)婎^、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)。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。因此，各國(guó)都正在不斷研究開(kāi)發(fā)技術(shù)可靠、經(jīng)濟(jì)合理的高分子合成新材料。為實(shí)現(xiàn)渠系優(yōu)化配水的要求，應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)的渠道水量、流量實(shí)時(shí)調(diào)控的研究也在國(guó)內(nèi)外逐步興起。 課題研究目的及主要內(nèi)容節(jié)水灌溉技術(shù)及其配套設(shè)備，在我國(guó)經(jīng)過(guò)近30多年的快速發(fā)展，在總結(jié)相關(guān)成果的基礎(chǔ)上，初步形成了其技術(shù)體系，在某些方面已達(dá)到或接近國(guó)際先進(jìn)水平。改進(jìn)地面灌溉技術(shù)，提高地面灌溉的灌水效果對(duì)緩解我國(guó)水資源短缺、保持灌溉農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。和傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)灌溉設(shè)備相比成本大大降低，而且抗干擾性好、安裝維護(hù)方便、測(cè)量精度高，具有較高的性能和價(jià)格比。國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的節(jié)水灌溉設(shè)備、配套器材制造廠多為一些轉(zhuǎn)產(chǎn)的小企業(yè)，生產(chǎn)技術(shù)裝備落后、專(zhuān)業(yè)化生產(chǎn)程度低，生產(chǎn)與科研脫節(jié)，這是國(guó)產(chǎn)節(jié)水灌溉設(shè)備成本高，性能不穩(wěn)定、質(zhì)量差、不耐用的根本原因。微灌技術(shù)大都用于經(jīng)濟(jì)作物，是目前農(nóng)民比較關(guān)心的一種節(jié)水灌溉技術(shù)，它是在滴灌的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)一種節(jié)水灌溉技術(shù)，微灌包括滴灌、微噴灌、滲灌、小管涌流灌等多種方式。 微灌具有以下優(yōu)點(diǎn)： (1)高效省水微灌系統(tǒng)全部由管道輸水，因此損失少，灌水時(shí)只濕潤(rùn)作物根部附近的部分土壤，灌水量小，灌水均勻度可達(dá)80～90％，水的利用率高。 (4)對(duì)土壤和地形的適應(yīng)性強(qiáng)微灌的灌水速度可快，可慢。 (6)利用咸水、污水咸水、污水經(jīng)過(guò)處理后，當(dāng)水質(zhì)達(dá)到要求時(shí)可進(jìn)行微灌灌溉[4]。這是一種先進(jìn)的灌溉方法。運(yùn)用灌溉施肥技術(shù)，為作物及時(shí)補(bǔ)充價(jià)格昂貴的微量元素提供了方便，并可避免浪費(fèi)。采用膜下滴灌，即把滴灌管（帶）布置在膜下，效果更佳。而滴灌屬微量灌溉，水分緩慢均勻地滲入土壤，對(duì)土壤結(jié)構(gòu)能起到保持作用，并形成適宜的土壤水、肥、熱環(huán)境。在農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉中，描述土壤中水含量的概念有：體積百分?jǐn)?shù)，重量百分?jǐn)?shù)，水層厚度，田間持水量，相對(duì)含水量，水儲(chǔ)量，土壤濕潤(rùn)層深度。水層厚度是指在一定厚度的土層中，水分的厚度毫米數(shù)；用它表示土壤含水量的優(yōu)點(diǎn)在于與氣象資料和作物耗水量所用的水分表示方法一致，便于互 相比較和互相換算。但它是一個(gè)理想化的概念，嚴(yán)格說(shuō)不是一個(gè)常數(shù)。土壤濕度傳感器A/D轉(zhuǎn)換器AT89C51單片機(jī)RS232LED顯示報(bào)警放大驅(qū)動(dòng)PC機(jī)數(shù)據(jù)顯示電磁閥圖21 單片機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 土壤濕度傳感器傳感器是檢測(cè)系統(tǒng)中與被測(cè)對(duì)象直接發(fā)生聯(lián)系的部分，是信息輸入的窗口，它為檢測(cè)系統(tǒng)提供必要的原始信息。當(dāng)被測(cè)量不隨時(shí)間變化或變化很慢時(shí)，可用一系列靜態(tài)參數(shù)來(lái)描述和表征傳感器的靜態(tài)特性。 模糊控制在傳統(tǒng)的控制領(lǐng)域里，控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模式的精確與否是影響控制優(yōu)劣的最主要關(guān)鍵，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)的信息越詳細(xì)，則越能達(dá)到精確控制的目的。模糊理論(Fuzzy Theory)是為解決真實(shí)世界中普遍存在的模糊現(xiàn)象而發(fā)展的一門(mén)學(xué)問(wèn)，是積極承認(rèn)主觀性問(wèn)題的存在，進(jìn)而以模糊集合理論來(lái)處理不易量化的問(wèn)題，以便能適當(dāng)而可靠的處理人們主觀評(píng)估問(wèn)題的方法。模糊控制是指基于模糊邏輯描述一個(gè)過(guò)程的控制算法。(2)它不依賴于對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，對(duì)無(wú)法建模或很難建模的的復(fù)雜對(duì)象，也能利用人的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)來(lái)設(shè)計(jì)模糊控制器完成控制任務(wù)；而傳統(tǒng)的控制方法都要已知被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，才能設(shè)計(jì)控制器。模糊控制的基本思想:把人類(lèi)專(zhuān)家對(duì)特定的被控對(duì)象或過(guò)程的控制策略總結(jié)成一系列以IF(條件)THEN(作用)形式表示的控制規(guī)則,通過(guò)模糊推理得到控制作用集,狀態(tài)語(yǔ)句和控制作用均為一組被量化了的模糊語(yǔ)言集,如“正大”,“負(fù)大”,“正小”,“負(fù)小”,零等。現(xiàn)流行的單片機(jī)有很多種，8位單片機(jī)的控制功能較強(qiáng)，品種最為齊全。AT89C51功能特性如下所述：(1)8位CPU； (2)內(nèi)含4KBytes的程序存儲(chǔ)器；(3)內(nèi)含256KBytes的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；(4)程序存儲(chǔ)器可外部擴(kuò)展至64Kbytes；(5)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器可外部擴(kuò)展至64Kbytes；(6)一組全雙工的串行口；(7)兩組16位計(jì)時(shí)/計(jì)數(shù)器；(8)五個(gè)具有可編程為2層中斷優(yōu)先權(quán)的中斷源；(9)具有邏輯運(yùn)算能力；(10)32條雙向且可被獨(dú)立尋址的I/O；(11)具有時(shí)鐘振蕩電路。當(dāng)P1口的管腳第一次寫(xiě)1時(shí)，被定義為高阻輸入。P1口管腳寫(xiě)入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。(