【正文】 mperature 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。而且時空分布很不均勻，南多北少，東多西少；夏秋多，冬春少；占國土面積 50%以上的華北、西北、東北地區(qū)的水資源量僅占全國總量的 20%左右。因此，通過現代節(jié)水灌溉技術改造傳統灌溉農業(yè)，提高農業(yè)用水效率，緩解我國水資源的緊缺狀況是十分必要的。同時研制與開發(fā)作物生長需水信息采集系統，對提高節(jié)水效率，改善水資源緊缺的條件及提高水資源的利用率起到積極的作用，而且還可以增加作物的產量，降低作物生產的成本。對作物生長水分信息采集技術國外發(fā)展比國內要快， 電子技術水平較高，已經將空間信息技術、計算機技術和網絡技術等高新技術（如全球定位系統、地理信息系統、遙感監(jiān)測系統）應用到系統當中。迄今為止，不同的灌溉系統各有自己不同的水分評價指標，這些指標各有特色，但大多數具有這樣那樣的 不足，尚沒有形成權威的、標準化的評價指標或指標體系。國內土壤含水量測量研究主要是在 TDR 基礎上開發(fā)經濟實用的基 于駐波比、頻域法原理、近紅外技術的快速測量 ?；谥凶臃夹g的中子土壤水分計不擾動被測土壤，測量深度不限，攜帶方便；基于電磁 波原理的測量方法是產品價格低，但水分測量響應速度較慢。 Mohamed Habib Sellami 等連續(xù)觀測了海棗樹和杏樹的莖流 ,建立了蒸騰量和太陽總輻射與凈輻射之間的關系。這一類指標可分為形態(tài)指標和生理指標兩種。莖直徑變差作為一個可靠的判別指標廣泛用于現代農業(yè)水管理之前 ,尚有許多的研究工作要做。羅錫文用 XCT 成像技術對大豆根系原位形態(tài)進行了可視化研究，為準確、快速、無損地實現植物根系原位形態(tài)的定性觀察和定量測量提供了新思路。此時的葉水勢和土壤水勢可作為防止作物葉片發(fā)生萎蔫的臨界閾值，是作物水分狀況基本的度量天津 職業(yè)技術師范大學 20xx 屆 本科生 畢業(yè)設計 6 指標。但是采用這種方法需將電阻傳感插針刺入植株莖桿，這樣多少會對植物體 造成傷害并影響測試精度同時存在信號不敏感、誤差及變異很大 ,難以正確反映作物的實際需水信息。 (2)系統硬件設計：主要包括嵌入式芯片的選擇、傳感器的選擇；傳感器采集電路的設計與搭建，電源電路的設計等。 半干旱地區(qū)農作物特別是冬小麥經常遭受水分脅迫的影響，為了制定實時補充灌溉 計劃和管理策略需要對水分脅迫的影響進行定量化表面溫度是聯系地表和大氣之間能量交換，藕合組成開放表面 (exposed Surface)能量平衡的輻射、傳導和對流傳輸過程的關鍵變量。植物水分脅迫的發(fā)生，取決于大氣的蒸發(fā)需求 (evaporation demand)和土壤水分有效性 2 個方面。植物冠層溫度與土壤含水量 (Jackson 等 1977a。這些研究結果促進了 CWSI 的應用，例如制定農田灌溉計劃，預測作物產量和監(jiān)測植物疾病 (Jackson 等 1977b:ldso 等 1977b。在生殖生長階段，大豆利用水總量隨 SDD 的增加而降低。比如熱電偶這樣的溫度探頭，對表面溫度的測定依據于熱量平衡原理，通過傳導和對流方式進行熱量傳輸，其問題是要求與被測物體表面緊密接觸，這將影響到接觸處的表面能量平衡，因此也進一步影響到溫度 (Fuchs， 1990)。 CWSI 隨作物水分的消耗而增大 。 直線 AB為作物停止蒸騰時的葉氣溫差 , 稱為上基線 直線 ； CD 為作物發(fā)生潛在蒸騰時葉氣溫差與空氣飽和差之間的關系 , 稱為下基線 。應該指出，自然界中并不存在真正的黑體，但是為了弄清和獲得紅外輻射分布規(guī)律，在理論研究中必須選擇合適的模型，這就是普朗克提出的體腔輻射的量子化振子模型，從而導出了普朗克黑體輻射的定律，即以波長表示的黑體光譜輻射度，這是一切紅外輻射理論的出發(fā)點，故稱黑體輻射定律。 根據斯特藩 — 玻耳茲曼定理黑體的輻出度 Pb(Τ )與溫度Τ的四次方成正比， 即： ? ? 4TTPb ?? (26) 式中， Pb(T)— 溫度為 T 時，單位時間從黑體單位面積上輻射出的總輻射能，稱為總輻射度； σ — 斯特藩 — 玻耳 茲曼常量； T— 物體溫度。因此 ,通過對物體自身發(fā)出的紅外能量的測量 ,便能準確地測出它的表面溫度。 本系統 選用 ATmega16L 單片機作為 缺水檢測儀 的主控核心，采用 TNR 數字式紅外測溫傳感器測量作物的冠層溫度， SHT71 溫濕度傳感器測量大氣中的溫濕度 ， 經過單片機處理后得出作物的缺水信息，并且利用 Nokia5110 液晶屏將信息顯示出來。 系統工作原理 在本系統中， 首先利用傳感器測量作物的冠層溫度、大氣溫濕度，然后通過計算作物缺水指標 (CWSI)得出作物的缺水信息，從而用于指導灌溉 。由于 8051 本身結構的先天性不足和近年來各種采用新型結構和新技術的單片機的不斷涌現，現在的單片機市場是百花齊放。在其他的 CISC 以及類似的 RISC 結構的單片機中，外部振蕩器的時鐘被分頻降低到傳統的內部指令執(zhí)行周期，這種分頻最大達 12 倍 (8051)。 AVR單片機的主要特點如下： (1)片內集成可擦寫 10000次以上的 Flash程序存儲器?？啥啻尾翆懙?FLASH具有多重 密碼保護鎖死 (LOCK)功能，因此可低成本高速度地完成產品商品化，并且可多次更改程序 (產品升級 )而不必浪費 1C或電路板，大大提高了產品的質量及競爭力。 它的測量距離大約為 30米，測量回應時間大約為 。SHT71抗干擾能力強，具有極高的性價比，極低的功耗 ，且所有的技術指標都與本設計的要求吻合。 主程序 設計 主 系統主程序主要完成系統的初始化，通過各功能程序對個傳感器進行數據采集，并通過串行通信的方式控制液晶顯示， 能夠顯示各個傳感器采集的數據以及CWSI 的值。 通過這次畢業(yè)設計，我對自己的專業(yè)知識有了更深刻的認識。 天津 職業(yè)技術師范大學 20xx 屆 本科生 畢業(yè)設計 27 參考文獻 [1]吳普特 ,馮浩 .中國用水結構發(fā)展態(tài)勢與節(jié)水對策分析 [J].農業(yè)工程學報 ,20xx,19(1):1～ 5. [2]石玉林 ,盧良恕 .中國農業(yè)需水與節(jié)水高效農業(yè)建設 [M].北京 :中國水利水電出版社 , 20xx. [3]李國臣 ,馬成林等 .溫室設施的國內外節(jié)水現狀與節(jié)水技術分析 [J].農機化研究，20xx， 4： 811. [4]劉愛民 ,封志明 ,徐麗明 .現代精準農業(yè)及我國精準農業(yè)的發(fā)展方向 [J].中國農業(yè)大學學報 ,20xx,5(2):2225. [5]趙春江 ,薛緒 掌 ,王秀 .精準農業(yè)技術體系的研究進展與展望 [J].農業(yè)工程學報 ,20xx,19(4)： 712． [6]段愛旺 ,孟兆江 .作物水分信息采集技術與采集裝備 [J].中國農業(yè)科技導報 ,20xx，9（ 1）： 614． [7]康紹忠 ,蔡煥杰 ,馮紹元 .現代農業(yè)與生態(tài)節(jié)水的技術創(chuàng)新與未來研究重點 [J].農業(yè)工程學報， 20xx， 20(1)： 1－ 6． [8]汪懋華 .“精細農業(yè)”發(fā)展與工程技術創(chuàng)新 [J].農業(yè)工程學報 ,1999,15(1):18. [9]張寄陽 ,段愛旺 ,孫景生 .作物水分狀況自動監(jiān)測與診斷的研究進展 [J].農業(yè)工 程學報 ,20xx, 22(1):174178. [10]伍德林 ,毛罕平 .溫室作物需水信息指標及濕度控制策略研究進展 [J].中國農村水利水電 .20xx,(1):3540. [11]閆宏印，李志偉 .農作物需水決策控制系統的研究 [J].電腦開發(fā)與應用， 20xx，17（ 3）： 36— 37. [12]鄭榮良等 .植物生理需水信息采集研究 [J].農業(yè)機械學報， 1996， 27（ 4）： 4547. [13]李朝青 .單片機原理及接口技術 [M]. 北京航空航天大學出版社， 20xx. [14]單成祥等 .傳感器的理論與設計基礎及其 應用 [M].北京 :國防工業(yè)出版社 ,20xx [15]沈文 ,詹衛(wèi)前等 . AVR 單片機 C 語言開發(fā)入門指導 [M].北京：清華大學出版社，20xx. [16]袁濤 .單片機 C 高級語言程序設計及應用 [M].北京 :北京航空航天大學出版社 ,20xx. 天津 職業(yè)技術師范大學 20xx 屆 本科生 畢業(yè)設計 28 附錄一 原理圖 作物缺水檢測儀系統 原理圖 天津 職業(yè)技術師范大學 20xx 屆 本科生 畢業(yè)設計 29 附錄二 源程序 主要源 程序 include include include include include include /************************************************************** * 宏定義 * **************************************************************/ define uchar unsigned char define uint unsigned int define PIN_SCK() PINBamp。039。 unsigned char data_temp[5]。039。 天津 職業(yè)技術師范大學 20xx 屆 本科生 畢業(yè)設計 30 //SPI 讀冠層溫度 void SPI_Canopy (void) { uchar sum0。= ~0X01。)。 if(ip == 5) 天津 職業(yè)技術師范大學 20xx 屆 本科生 畢業(yè)設計 31 break。 } } data_temp[ip]=SPDR。 ip=0。 unsigned long delay_data=0。\039。039。.39。(15) unsigned char i_udr=0,k=0。可以說，找出設計方案中存在的一個問題，就是對自己的一次考驗；每解決一個問題就是自己能力的一次提升。 開 始系 統 初 始 化N o k i a 5 1 1 0 初 始 化S P I 初 始 化溫 濕 度 測 量紅 外 測 溫數 據 處 理 及 顯 示完 畢 圖 51 主 程序流程框圖 冠層溫度采集 程序設計 紅外測溫傳感器與微控制器的接口為 SPI 接口，串行數據輸出，利用 Atmega16L天津 職業(yè)技術師范大學 20xx 屆 本科生 畢業(yè)設計 25 的 SPI 接口可以方便的讀出傳感器的溫度值。采用液晶顯示器，雖然成本相對較高一些，但它的優(yōu)越性非常高，適合顯示多個變量，還能給人以直觀的印象，所以我們選用 功耗、成本極低 的 Nokia5110 液晶屏 。其相關資料如下： 紅外測溫傳感器的引腳介紹： (1)紅外測溫傳感器引腳圖如圖 42， 天津 職業(yè)技術師范大學 20xx 屆 本科生 畢業(yè)設計 20 紅 外 測 溫 元 件HJSENSORVDCGA 圖 42 紅外測溫傳感器引腳圖 如圖所示： V為電源引腳 VCC， V