【正文】 的一個(gè)常用指標(biāo)而在部分植被覆蓋 條件下大多數(shù)手持機(jī)載或基于衛(wèi)星的紅外傳感器測(cè)定的是土壤和植物的混合平均溫度，測(cè)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(shí)驗(yàn)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(duì)于后者主要是通過(guò)氣孔的關(guān)閉來(lái)響應(yīng)環(huán)境的影響。在過(guò)去 30 多年，對(duì)冠層溫度指標(biāo)作為監(jiān)測(cè)作物水分脅迫指示器的應(yīng)用進(jìn)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(biāo)在點(diǎn)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(jì) 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(diǎn)介紹了國(guó)內(nèi)外關(guān)于本課題的研究現(xiàn)狀與發(fā)展，最后對(duì)本課題的研究目標(biāo)與內(nèi)容進(jìn)行了簡(jiǎn)要概述 。該作物生長(zhǎng)缺水信息檢測(cè)系統(tǒng)通過(guò)非接觸式紅外測(cè)溫方法測(cè)量作物冠層溫度，采用 SHT71 溫濕度傳感器 測(cè)量大氣中的溫濕度 ， 通過(guò)冠層溫度 — 氣溫差 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。 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(yǔ)。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(huì)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(shì)為 是光合速率和蒸騰速率敏感的臨界點(diǎn) ,可認(rèn)為葉水勢(shì) 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(shì)的降低，葉水勢(shì)的恢復(fù)變慢。 生理指標(biāo)：生理指標(biāo)是指一些與水分相關(guān)的生理性狀。 Lobell 和 Asner的實(shí)驗(yàn)證實(shí)用測(cè)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(lái)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(duì)棉株直莖微變化來(lái)監(jiān)測(cè)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(zhǎng)量等指 標(biāo)判斷作物缺水情況；利用葉片缺水會(huì)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(guò)光譜反射率測(cè)量葉片水勢(shì)。 (3)作物指標(biāo) 作物指標(biāo)受到越來(lái)越多的關(guān)注，因?yàn)槿藗冎饾u認(rèn)識(shí)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?yàn)橹挥兴鼈兡馨芽刂谱魑锼制胶獾耐寥酪蜃雍痛髿庖蜃诱掀饋?lái)。常被用來(lái)計(jì)算作物蒸騰量，從而作為反映作物水分狀況的指標(biāo)之一。通常采用作物需水模型計(jì)算公式計(jì)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(lái)模擬計(jì)算作物蒸騰速率。 以土壤為對(duì)象時(shí)多采用土壤水勢(shì)或土壤相對(duì)含水量，其優(yōu)點(diǎn)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(cè)量土壤電導(dǎo)率的測(cè)量設(shè)備，可在作物生長(zhǎng)期進(jìn)行測(cè)量。高國(guó)治等根據(jù)不同領(lǐng)域?qū)?shí)際測(cè)量的具體要求，開發(fā)了智能化中子土壤水分計(jì)，但該方法測(cè)定結(jié)果與傳統(tǒng)方法 測(cè)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(cè)量原理不同、目前國(guó)際上較為先進(jìn)的測(cè)量方法分為基于時(shí)域反射儀（ Time domain reflectometry，TDR）原理的測(cè)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(cè)量方法、基于電磁波原理的測(cè)量方法和基于土壤水分張力的測(cè)量方法 4 種。 (1)土壤信息指標(biāo) 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(zhǎng)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(biāo)。水分虧缺直接影響作物的生理生化過(guò)程和形態(tài)結(jié)構(gòu)，從而影響作物生長(zhǎng)、產(chǎn)量和品質(zhì)。以色列、美國(guó)、澳大利亞等國(guó)家是設(shè)施農(nóng)業(yè)和節(jié)水技術(shù)發(fā)展的典范，對(duì)不同作物的灌溉制度進(jìn)行了深入的研究，已取得了豐富的成果。計(jì)算機(jī)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(cè)溫方法測(cè)量作物冠層溫度，從而利用作物缺水指數(shù) (CWSI)估測(cè)作物生長(zhǎng)的缺水信息 ， 進(jìn)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(duì)作物生長(zhǎng)水分狀況的信息指標(biāo)進(jìn)行采集、存儲(chǔ)、處理。根據(jù)作物缺水信息實(shí)施精準(zhǔn)灌溉已經(jīng)成為提高節(jié)水利用率的重要途徑之一。我國(guó)農(nóng)業(yè)灌溉用水量大、灌溉效率低下和用水浪費(fèi)的問(wèn)題普遍存在。 20世紀(jì) 80 年代初，精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)成為國(guó)際農(nóng)業(yè)領(lǐng)域發(fā)展起來(lái)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(zhǎng)環(huán)境的空間變量信息，是開展精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)實(shí)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(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)是人類有史以來(lái)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(guò)度消耗而換來(lái)經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)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(yán)重的全球性水資源危機(jī) ， 已成為 21 世紀(jì)世界各國(guó)普遍關(guān)注的重大戰(zhàn)略性問(wèn)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(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(guò)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。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。 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(wèn)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。 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(guò)程有關(guān)。 該作物缺水檢測(cè)儀首先通過(guò)非接觸式紅外測(cè)溫方法測(cè)