【正文】 的一個常用指標而在部分植被覆蓋 條件下大多數(shù)手持機載或基于衛(wèi)星的紅外傳感器測定的是土壤和植物的混合平均溫度，測定葉溫比較困難，因此阻礙了 CWSI 由農(nóng)田尺度向區(qū)域尺度轉(zhuǎn)換應(yīng)用。等 1986)。Idso 等 1978)和植物蒸散率 (Idso等 1977a:Jaekson等 1983)密切相關(guān)。大量實驗和理論研究表明應(yīng)用植物冠層溫度可獲得土壤和植物特征信息 (Tanner,1963。植物冠層溫 度和水分脅迫是密切相關(guān)的，并受環(huán)境和植物因子的影響，對于后者主要是通過氣孔的關(guān)閉來響應(yīng)環(huán)境的影響。在過去 30 多年，對冠層溫度指標作為監(jiān)測作物水分脅迫指示器的應(yīng)用進行了大量的研究 (Jackson,1982。作物冠層溫度是指作物不同高度莖、葉表面溫度的平均值。這一類指標在點和區(qū)域尺度上均可應(yīng)用。 天津 職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 20xx 屆 本科生 畢業(yè)設(shè)計 7 本章小結(jié) 本章首先介紹了研究本課題的 背景、目的與意義，接著重點介紹了國內(nèi)外關(guān)于本課題的研究現(xiàn)狀與發(fā)展，最后對本課題的研究目標與內(nèi)容進行了簡要概述 。該作物生長缺水信息檢測系統(tǒng)通過非接觸式紅外測溫方法測量作物冠層溫度，采用 SHT71 溫濕度傳感器 測量大氣中的溫濕度 ， 通過冠層溫度 — 氣溫差 計算得出作物缺水指標 (CWSI)，從而反映出作物生長的缺水狀況，指導(dǎo)灌溉。 1993 年，米蘭大學(xué)植物學(xué)家勞恩戈還肯定植物確能發(fā)出“喝水”的“劈啪聲”借助現(xiàn)代儀器完全可變成相應(yīng)的術(shù)語。近期研究表明：水分、養(yǎng)分、光照、溫度、濕度等因素的變化都會引起植株局部電位（ LEP）的變化。張文麗等研究發(fā)現(xiàn) ,葉水勢為 是光合速率和蒸騰速率敏感的臨界點 ,可認為葉水勢 是提高玉米光合速率和水分利用效率的重要閾值之一。土壤水勢的降低，葉水勢的恢復(fù)變慢。 生理指標：生理指標是指一些與水分相關(guān)的生理性狀。 Lobell 和 Asner的實驗證實用測量土壤的反射光譜可以判斷土壤的濕度。 Yang 和 Ling 利用 PROSPECT+SAIL 模型，用葉 面積 (LAI)和平均葉片傾角來判斷作物的需水情況，誤差在177。 Namken 等利用線性變化傳感器和傳感解調(diào)器對棉株直莖微變化來監(jiān)測棉株水分狀況。研究人員分別利用莖直 徑微變化提出日最大收縮量、日增長量等指 標判斷作物缺水情況；利用葉片缺水會發(fā)生萎蔫現(xiàn)象，建立葉片幾何特征 （葉面積指數(shù)、葉片傾角）和葉片含水量之間的關(guān)系判斷作物的需水情況，并可通過光譜反射率測量葉片水勢。 (3)作物指標 作物指標受到越來越多的關(guān)注，因為人們逐漸認識到，歸根到底，作物本身應(yīng)該是是否需要灌溉的最佳指示物，因為只有它們能把控制作物水分平衡的土壤因子和大氣因子整合起來。常被用來計算作物蒸騰量，從而作為反映作物水分狀況的指標之一。通常采用作物需水模型計算公式計算作物需水量，一類采用參考作物 蒸騰 發(fā)量(ET0)乘以作物系數(shù) ,另一類采用能量平衡法如 PenmanMonteith模型來模擬計算作物蒸騰速率。 以土壤為對象時多采用土壤水勢或土壤相對含水量，其優(yōu)點是比較穩(wěn)定，受環(huán)境影響小。 Carter Rhoades 等開發(fā)了車載式基于電磁感應(yīng)原理測量土壤電導(dǎo)率的測量設(shè)備，可在作物生長期進行測量。高國治等根據(jù)不同領(lǐng)域?qū)嶋H測量的具體要求，開發(fā)了智能化中子土壤水分計，但該方法測定結(jié)果與傳統(tǒng)方法 測定結(jié)果之間存在一定的差異性。土壤水分傳感器的種類很多，根據(jù)測量原理不同、目前國際上較為先進的測量方法分為基于時域反射儀（ Time domain reflectometry，TDR）原理的測量方法、頻域反射法（ Frequency domain reflectometry， FDR）、駐波比法（ Standing wave ratio， SWR）、基于中子 法技術(shù)的測量方法、基于電磁波原理的測量方法和基于土壤水分張力的測量方法 4 種。 (1)土壤信息指標 土壤環(huán)境信息是作物需水要素中最重要的部分，由于供給作物生長所需的水分，大部分情況下都需要貯存于土壤中，然后在逐步的供給作物吸收利用，因此它能夠很好的反映作物水分供應(yīng)狀況，屬于間接指標。水分虧缺直接影響作物的生理生化過程和形態(tài)結(jié)構(gòu)，從而影響作物生長、產(chǎn)量和品質(zhì)。以色列、美國、澳大利亞等國家是設(shè)施農(nóng)業(yè)和節(jié)水技術(shù)發(fā)展的典范，對不同作物的灌溉制度進行了深入的研究，已取得了豐富的成果。計算機技術(shù)、信息技術(shù)、空間技術(shù)、生物技術(shù)及新材料的發(fā)展和應(yīng)用，加速了農(nóng)業(yè)技術(shù)革命的步伐。 因此，本文提出采用非接觸式紅外測溫方法測量作物冠層溫度，從而利用作物缺水指數(shù) (CWSI)估測作物生長的缺水信息 ， 進而指導(dǎo)節(jié)水灌溉 。本課題研究的目的是為了適應(yīng)節(jié)水灌溉的需要，更好的對作物生長水分狀況的信息指標進行采集、存儲、處理。根據(jù)作物缺水信息實施精準灌溉已經(jīng)成為提高節(jié)水利用率的重要途徑之一。我國農(nóng)業(yè)灌溉用水量大、灌溉效率低下和用水浪費的問題普遍存在。 20世紀 80 年代初，精準農(nóng)業(yè)成為國際農(nóng)業(yè)領(lǐng)域發(fā)展起來的一門新興的跨學(xué)科綜合技術(shù)，快速有效地采集影響作物生長環(huán)境的空間變量信息，是開展精準農(nóng)業(yè)實踐的重要基礎(chǔ)。 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 本課題國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ...................................... 2 本課題的研究目標及內(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技術(shù) .............................. 8 基于冠層溫度的作物缺水指標研究進展 ........................ 8 缺水指標 CWSI ............................................ 10 紅外測溫原理及特點 ....................................... 11 黑體輻射與紅外測溫原理 .............................. 11 紅外測溫儀的特點 .................................... 13 本章小結(jié) ................................................. 14 3 系統(tǒng)方案的總體設(shè)計 ............................................. 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 ................................................... 17 單片機處理模塊 ........................................... 17 紅外測溫傳感器模塊 ....................................... 19 溫濕度測溫模塊 ........................................... 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 ................................................... 24 主程序設(shè)計 ............................................... 24 冠層溫度采集程序設(shè)計 ..................................... 24 本章小結(jié) ................................................. 25 6 總 結(jié) ......................................................... 26 參考文獻 ......................................................... 27 附錄一 原理圖 .................................................... 28 附錄二 源程序 .................................................... 29 附錄三 實物圖 .................................................... 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 1 1 引 言 課題的 研究背景 20 世紀是人類有史以來發(fā)展速度最快的 100 年 ， 世界人口增加了 4 倍 ， 工業(yè)生產(chǎn)總 值增加了 50 倍 ， 但水資源消耗卻增加了 100 多倍 ！ 這種以資源過度消耗而換來經(jīng)濟快速增長的發(fā)展模式 ， 導(dǎo)致全球用水量已逼近水資源開發(fā)的最大潛力 ! 如何緩解日益嚴重的全球性水資源危機 ， 已成為 21 世紀世界各國普遍關(guān)注的重大戰(zhàn)略性問題。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。 本作物缺水檢測儀以 ATmega16L 單片機為主控核心，配置 TNR 數(shù)字式 紅外溫度傳感器 ， SHT71 溫濕 度傳感器，用于測量作物的冠層溫度與空氣中的溫濕度，通過冠 氣溫差來計算作物缺水指標 (CWSI),反映作物生長的缺水狀況。近年來 隨著紅外測溫技術(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 ,可快速測定較大范圍的植物水分狀況。 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 專 業(yè)： 電氣技術(shù)教育 班級學(xué)號： 電氣 0714 班 19 號 學(xué)生姓名： 穆松柏 指導(dǎo)教師： 田立國 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 作物缺水檢測儀的 設(shè)計 Design of the Crop Water Stress Detector 專業(yè)班級： 電氣 0714 班 學(xué)生姓名： 穆松柏 指導(dǎo)教師： 田立國 副 教授 系 別：自動化與電氣工程學(xué)院 20xx 年 06 月 摘 要 農(nóng)業(yè)水資源利用效率低，短缺與浪費現(xiàn)象并存，是當前中國灌溉農(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)是我國農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展的首要條件。 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)。 該作物缺水檢測儀首先通過非接觸式紅外測溫方法測