【正文】 、理程序，澆水時間可按日期設(shè)定每次每路灌水起止時聞，操作便于小規(guī)模經(jīng)營。仍然以以色列為例，以色列是世界上微灌技術(shù)發(fā)展最具有代表性的國家，目前全國農(nóng)業(yè)土地基本上實現(xiàn)了灌溉管理自動化，并且普遍推行自動控制系統(tǒng)，按時、按量將水、肥直接送入作物根部，水資源利用率和單方水的糧食產(chǎn)量都相當(dāng)高。如美國、法國、英國、日本、以色列等發(fā)達國家已采用了先進的灌溉系統(tǒng)。世界著名的耐特費姆 (Netfim)灌溉設(shè)備和滴灌系統(tǒng)公司生產(chǎn)的微灌系統(tǒng)基本由計算機自動控制運行，可根據(jù)作物的生長及水、肥狀況進行灌水和施肥，節(jié)約大量人力，且管理及時，使作物產(chǎn)量和品質(zhì)都有較大幅度的提剮 161。他們對灌溉的新概念是：把含有肥料的水一滴滴的輸入作物根系層的土壤中，使土壤中的水、肥、氣、熱等保持協(xié)調(diào)關(guān)系，達到作物高產(chǎn)的目的。節(jié)能效果良好的恒壓噴灌技術(shù)也得到了廣泛的應(yīng)用，如日本在大多數(shù)旱地灌溉系統(tǒng)的／； H／五泵站中使用調(diào)壓罐控制。美國、前．蘇聯(lián)的噴灌面積己占其總灌溉面積 40％以上，英國、德國、奧地利、丹麥、瑞典、日本 等國的旱地灌溉面積中 90％以上采用噴灌。 節(jié)水農(nóng)業(yè)在國外的發(fā)展已有幾十年的歷史，在西方發(fā)達國家，節(jié)水灌溉的應(yīng)用面積和產(chǎn)業(yè)化程度很高。然而，這些試點僅限于試驗階段，沒有得到廣泛應(yīng)用，而且也沒有采用自動化控制的思想。我國最早的滲灌工程是山西臨汾的龍子祠引泉工程和河南省濟源的合瓦地灌排工程。福建省水利建設(shè)技術(shù)中心研制的節(jié)水灌溉自動化控制系統(tǒng)，其應(yīng)用計算機技術(shù)，通訊技術(shù)，自動控制技術(shù)和生態(tài)農(nóng)業(yè)技術(shù)進行集成化與優(yōu)化配置，可對大田作物采取三種模式灌溉方式，即定時、恒濕及人工模式。北京農(nóng)業(yè)工程大學(xué)研制的自動化灌溉控制系統(tǒng)是以 8031單片機為核心，可對多通道土壤水分進行檢測，實現(xiàn)對多路通道進行自動灌溉控制的 功能。在開發(fā)的產(chǎn)品中有代表性的如中國農(nóng)業(yè)機械化研究院聯(lián)合多家單位研制的 2021型溫室自動灌溉施肥系統(tǒng)，具有手動控制、程序控制和自動控制等黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 5 多種灌溉系統(tǒng)模式，可按需要靈活應(yīng)用，在大連，北京等地已經(jīng)投入應(yīng)用，效果良好，但其成本較高，適用于溫室內(nèi)作物。然而，這些試點僅限于試驗階段，沒有得到廣泛應(yīng)用，而且也沒有采用自動化控制的思想。我國最早的滲灌工程是山西臨汾的龍子祠引泉工程和河南省濟源的合瓦地灌排工程。噴灌硬件設(shè)施方面的研究有：低壓管噴及其節(jié)水高產(chǎn)機理研究；水 田自動給水灌溉系統(tǒng)中非均勻出流問題的研究；田間噴管結(jié)合灌水技術(shù)體系的 研究 ；灌區(qū)灌溉中的模糊控制； GPS節(jié)水灌溉系統(tǒng)的研究。應(yīng)用最為廣泛的灌溉方法，目前研究很多。隨后，調(diào)虧灌溉技術(shù)發(fā)展很快。但此時期的研究是基于傳統(tǒng)的充分灌溉基礎(chǔ)上的。節(jié)水灌溉制度包括灌水時期、灌水定額和輪灌周期等內(nèi)容。 節(jié)水灌溉控制系統(tǒng) 國內(nèi)外的 研究現(xiàn)狀 及存在問題 國內(nèi)自 20世紀(jì) 50年代即開始節(jié)水灌溉的研究，并對當(dāng)時主要農(nóng)作物的需水量和需水規(guī)律、灌溉制度進行了許多試驗研究，繪制了全國主要農(nóng)作 物的需水量等值線圖，建立了全國灌溉試驗資料數(shù)據(jù)庫。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 4 研究內(nèi)容 本設(shè)計需研究的內(nèi)容為： 節(jié)水灌溉自動控制 系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r ； 節(jié)水灌溉自動 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及組成，即選擇系統(tǒng)設(shè)計的基本方案與硬件及軟件等方面的設(shè)計。用高新技術(shù)改造農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)，實施節(jié)水灌溉己成為我國農(nóng)業(yè)乃至國民經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展帶戰(zhàn)略性的根本大事。我國自己的現(xiàn)代灌溉控制器的研制和使用尚處于起步階段，因此，作為一個農(nóng)業(yè)大國，中國研究開發(fā)自己的先進的低成本、使用維護方便、系統(tǒng)功能強且擴展容易的國產(chǎn)化數(shù)字式節(jié)水灌溉器是一項極有意義的工作。同時傳統(tǒng)的灌溉法還需要相關(guān)專家的實時觀察并經(jīng)驗指導(dǎo)生產(chǎn)，勞動生產(chǎn)率低，這也不能與現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)向優(yōu)化、高效化方向發(fā)展要求同步。即使有些地方搞了一些灌溉工程的自動化控制系統(tǒng)，也是根據(jù)經(jīng)驗法來確定每天灌溉次數(shù)和每次灌溉最。除了能大大減少勞動量，更重要的是它能準(zhǔn)確、定時、定量、高效地給作物自動補充分，以提高產(chǎn)量、質(zhì)量，節(jié)水、節(jié)能。傳統(tǒng)的灌溉模式自動化程度極低，基本上屬粗放的人工操作，即便對于給定的量，在操作中也無法進行有效的控制，為了提高灌溉效率，縮短勞動時問和節(jié)約水資源，必須發(fā)展節(jié)水灌溉控制技術(shù)。農(nóng)業(yè)與工業(yè)、交通等行業(yè)相比仍然比較落后，農(nóng)業(yè)灌溉技術(shù)尤其落后。農(nóng)業(yè)的根本出路在科技，在教育。 研究的目的與意義 農(nóng)業(yè) 是 人類社會最古老的行業(yè)，是各行各業(yè)的基礎(chǔ)，也是人類賴以生存的最重要的行業(yè)。用高新技術(shù)改造農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)，實施節(jié)水灌溉已成為我國農(nóng)業(yè)乃至國民經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展帶戰(zhàn) 略性的根本大事。而灌溉量太多，肥水流失，又會造成資源浪費，同時傳統(tǒng)的灌溉法還需要相關(guān)專家的實時觀察并經(jīng)驗指導(dǎo)生產(chǎn)，勞動生產(chǎn)率低，這也不能與現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)向優(yōu)化、高效化方向發(fā)展要求同步。除了能大大減少勞動量，更重要的是它能準(zhǔn)確、定時、定量、高效地給作物自動補充水分，以提高產(chǎn)量、質(zhì)量，節(jié)水、節(jié)能。傳統(tǒng)的灌溉模式自動化程度極 低，基本上屬粗放的人工操作，即便對于給定的量，在操作中也無法進行有效的控制，為了提高灌溉效率，縮短勞動時間和節(jié)約水資源，必須發(fā)展節(jié)水灌溉控制技術(shù)。農(nóng)業(yè)與工業(yè)、交通等行業(yè)相比仍然比較落后，農(nóng)業(yè)灌溉技術(shù)尤其落后。農(nóng)業(yè)的根本出路在科技，在教育。 農(nóng)業(yè)是人類社會最古老的行業(yè)，是各行各業(yè)的基礎(chǔ)，也是人類頓以生存的最重要的行業(yè)。比能源危機更可怕的是，作為人類生命之源的水的短缺到了前所未有的程度，這一狀況還將隨著時間的推移和社會的發(fā)展繼續(xù)惡化。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 2 現(xiàn)代灌溉控制器的研究使用在我國的農(nóng)林及園藝為數(shù)不多，與發(fā)達國家相比，有較大的差距，還基本停留在人工操作上，即使有些地方搞了一些灌溉工程的自動化控制系統(tǒng)，也是根據(jù)經(jīng)驗法來確定每天灌溉次 數(shù)和每天灌溉量，如果灌溉量與作物實際需水量相比較少，便不能有效的促進作物健康成長；而灌溉量太多，肥水流失，又會造成資源浪費，同時傳統(tǒng)的灌溉法還需要相關(guān)的專家實時觀察并經(jīng)驗指導(dǎo)生產(chǎn)，勞動生產(chǎn)率低，這也不能與現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)向優(yōu)化，高效化方向發(fā)展要求同步 選題背景及研究的目的與意義 選題背景 生命之起源，水為必要條件，沒有了水，地球上的生命將會枯竭。 現(xiàn)代智能型控制器是進行灌溉系統(tǒng)田間管理的有效手段和工具，他可提高操作準(zhǔn)確性，有利于灌溉過程的科學(xué)管理，降低對操作者本身素質(zhì)要求。而國內(nèi)在灌溉控制器的研制方面還沒有形成規(guī)模大，應(yīng)用范圍廣的成套控制產(chǎn)品。綜上所述，西方發(fā)達國家在節(jié)水灌溉 控制器的開發(fā)上已越來越成熟，而且發(fā)展趨勢是研制大型分布式控制系統(tǒng) 和小面積單片機控制系統(tǒng)，并能有通訊功能，能與上位機進行通信，并可由危機對其編程操作。究其原因一則是開發(fā)性能完善的灌溉控制系統(tǒng)需要大量的人力和物力的投入，需要多部門，多學(xué)科的融合，這在一定程度上限制了性能的完善，適應(yīng)性強的控制器的開發(fā)。雖然國外生產(chǎn)的灌溉控制器性能越來越高， 但沒有考慮我國特殊的自然氣候土地資源農(nóng)業(yè)經(jīng)濟狀況等因素，因而國外引進的灌溉控制器在國內(nèi)應(yīng)用并不普及。但從長遠的利益考慮，新的只能化技術(shù)，傳感技術(shù)和農(nóng)業(yè)科技的引入應(yīng)用和普及，將會有智能化程度更高，性能更穩(wěn)定可靠的灌溉控制器出現(xiàn)。黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 1 第 1 章 緒 論 引言 隨著中國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進程的加快，農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整以及我國加入 WTO 等因素，農(nóng)業(yè)灌溉自動化技術(shù)的要求越來越高，灌溉控制器在我國有著巨大的市場。節(jié)水灌溉控制器近期在中國應(yīng)朝著價格低，性能可靠操作簡便的方向發(fā)展。 經(jīng)過多年的發(fā)展，國外灌溉控制器已逐步趨于成熟系列化，但價格昂貴，國內(nèi)雖引進一些，大多數(shù)是農(nóng)業(yè)示范區(qū)，單位。國內(nèi) 雖 然有多家研制灌溉器，但多數(shù)是小規(guī)模，試驗和理論的探究應(yīng)用不夠普及。其次是現(xiàn)在開發(fā)出來的灌溉控制器價格昂貴，農(nóng)民盡管知道能節(jié)省人力和灌溉用水提高產(chǎn)量，但由于一次性投入太大，多數(shù)農(nóng)民承受不起，這也在一定程度上限制了灌溉控制器的普及。同時隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，模糊控制，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)為節(jié)水灌溉控制器的研制開辟了 廣闊 的應(yīng)用前景。國內(nèi)的一些高爾夫球場等大面積場地灌溉控制，一般引用國外現(xiàn)成的成套灌溉控制產(chǎn)品，而廣大農(nóng)村可根據(jù)我國國情和各地經(jīng)濟和技術(shù)發(fā)展的實際情況，采取簡單可行的節(jié)水灌溉控制措施及相應(yīng)的排灌機械和設(shè)備，大力發(fā)展 可靠實用和操作簡便的節(jié)水灌溉控制器，這樣做不僅具有廣闊的市場，而且有巨大的社會和經(jīng)濟效益。除了能大大減少勞動量，更重要的是他能準(zhǔn)確，定時，定量高效地給作物自動補充水分，以提高產(chǎn)量，質(zhì)量，節(jié)水和節(jié)能。 隨著 21 世紀(jì)的到來，能源危機將接踵而至。水資源危機已成為全球性的突出問題，利用科技手段緩解這一危機，將是人類主要的出路。農(nóng)業(yè)的發(fā)展從長遠來看很重要，一是水的問題，二是科技的問題。由傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)變，由粗放經(jīng)營向集約經(jīng)營轉(zhuǎn)變，必須要求農(nóng)業(yè)科技有一個大的發(fā)展，進行一次新的農(nóng)業(yè)技術(shù)革命。灌溉系統(tǒng)自動化水平較低是制約我國高效農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要原因。 現(xiàn)代智能型控制器是進行灌溉系統(tǒng)田間管理的有效手段和工具，它可提高操作準(zhǔn)確性，有利于灌溉過程的科學(xué)管理，降低對操作者本身素質(zhì)的要求。 現(xiàn)代灌溉控制器的研究使用在我國農(nóng)、林、及園藝為數(shù)不多，與發(fā)達國家相比，有較大的差距，還基本停留在人工操作上，即使有些地方搞 了一些灌溉工程的自動化控制系統(tǒng)，也是根據(jù)經(jīng)驗法來確定每天灌溉次數(shù)和每次灌溉量，如果灌溉量與作物實際需水量相比太少，便不能有效的促進作物健康成長 。 隨著計算機技術(shù)和傳感器技術(shù)的迅猛發(fā)展，計算機和傳感器的價格日益降低，可靠黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 3 性日益提高，用信息技術(shù)改造農(nóng)業(yè)不僅是可能的而且是必要的。本文旨在設(shè)計一套能對作物生長的土壤濕度進行自動監(jiān)控的系統(tǒng)，它能對作物進行適時、適量的灌水，起到高效灌溉，節(jié)水、節(jié)能的作用。農(nóng)業(yè)的發(fā)展從長遠來看非常重要，一是水的問題，二是科技的問題。由傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)變，由粗放經(jīng)營向集約經(jīng)營轉(zhuǎn)變，必須要求農(nóng)業(yè)科技有一個大的發(fā)展，進行一次新的農(nóng)業(yè)技術(shù)革命。 灌溉系統(tǒng)自動化水平較低是制約我國高效農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要原因。 現(xiàn)代智能型控制器進行灌溉系統(tǒng)田間管理的有效手段和工具，它可提高操作準(zhǔn)確性，有利于灌溉過程的科學(xué)管理，降低對操作者本身素質(zhì)的要求。 現(xiàn)代灌溉控制器的研究使用在我國農(nóng)、林、及園藝 為數(shù)不多，與發(fā)達國家相比，有較大的差距，還基本停留在人工操作上。如果灌溉量與作物實際需水量相比太少，便不能有效的促進作物健康成長；而灌溉量太多，肥水流失，又會造成資源浪費。 我國先后引進了以色列、美國、法國、德國等國家的部分先進灌溉控制設(shè)備，但價格昂貴，維護保養(yǎng)困難，多數(shù)用于農(nóng)業(yè)示范區(qū)、科研單位 或高校，而且不符合我國土壤的應(yīng)用特點。隨著計算機技術(shù)和傳感器技術(shù)的迅猛發(fā)展，計算機和傳感器的價格日益降低，可靠性日益提高，用信息技術(shù)改造農(nóng)業(yè)不僅是可能的而且是必要的。本文旨在設(shè)計一套能對作物生長進行自動監(jiān)控的系統(tǒng)，它能對作物進行適時、 適量的灌水，起到高效灌溉、節(jié)水、節(jié)能的作用 。在硬件方面，需研究整體硬件框圖以及各種器件的選型及連接方法；在軟件方面，要明確主程序及各個主要部分的流程以及相應(yīng)的程序控制清單。 20世紀(jì) 70年代主要集中在節(jié)水灌溉制度方面的研究。根據(jù)水與作物生長、發(fā)育及產(chǎn)量間的關(guān)系，通過有限水量在作物生育期內(nèi)的最優(yōu)分配，以提高有限灌溉水屠下作物根系吸收轉(zhuǎn)化和光合作用向經(jīng)濟產(chǎn)量轉(zhuǎn)化的效率為目標(biāo)，進而達到高產(chǎn)和高水分生產(chǎn)率。 20世紀(jì) 80年代開始，許多研究者放棄了充分灌溉的研究，轉(zhuǎn)向節(jié)水型劣態(tài)或亞劣態(tài)試驗，結(jié)果表明與充分灌溉相比，節(jié)水灌溉條件下的產(chǎn)量降低并不 嚴(yán)重。噴、微灌技術(shù)是當(dāng)今世界上節(jié)水效果最明顯的技術(shù)，是當(dāng)前諸多現(xiàn)代灌溉技術(shù)中省水率最高。如：噴灌水量分布均勻性評價指標(biāo)的實驗研究漫灌和噴灌條件下土壤養(yǎng)分運移特征的初步研究川，研究了漫灌、噴灌入滲條件下，土壤養(yǎng)分運移的特征；噴灌條件下小氣候變化規(guī)律的研究，研究了最大溫差和最大相對濕度與噴灌時間、噴灌工作壓力、風(fēng)力、風(fēng)向以及光照強度的關(guān)系；噴灌條件下冬小麥生理特征及生態(tài)環(huán)境特點的實驗研究。我國的微灌技術(shù)在 70年代就有所研究發(fā)展。 1975年以后，山西省萬榮縣、河南省許昌市及江蘇省的常熟、雌寧、南通、啟東、徐州等地進行了滲灌試點。 我國節(jié)水灌溉自動化研究處于起步階段，自動化程度低，目前開發(fā)的自動灌溉控制系統(tǒng)還處于研制、試用階 段。由中國灌排技術(shù)開發(fā)公司開發(fā)的集中或分散式微灌自動監(jiān)控系統(tǒng)，根據(jù)灌溉計劃能自動對微灌工程進行監(jiān)視，控制和事故處理，其核心控制部件為 8098單片機。但以上兩種系統(tǒng)選用的芯片功能較少，由于電路擴展而使系統(tǒng)復(fù)雜化，而且系統(tǒng)運行不穩(wěn)定。北京奧特思達科技有限公司研制的我國的微灌技術(shù)在 70年代就有所研究發(fā)展。 1975年以后，山西省萬榮縣、河南省許昌市及江蘇省的常熟、雌寧、南通、啟東、徐州等地進行了滲灌 試點。 總之，在我國，雖然有多種灌溉控制器，但多數(shù)規(guī)模較小，局限于實驗和理論的探討，而且開發(fā)出來的產(chǎn)品價格昂貴，農(nóng)民盡管知道能節(jié)能、節(jié)水、增產(chǎn)， 但由于一次性投資太大，多數(shù)農(nóng)民承受不起，所以根本無法普及應(yīng)用。目前，約有 80多個國家和地區(qū)推廣應(yīng)用微灌技術(shù)。一些發(fā)達國家的噴灌系統(tǒng)中廣泛使用多功能壓力流量控制設(shè)備，如法國和日本均開發(fā)并使用集給水拴、壓力控制、流量顯示、水量控制等功能于一體的多功能壓力流量控制給水拴。微灌領(lǐng)域，以色列和美國水平很高。尤其是以色列，在水資源極度缺乏的情況下，通過發(fā)展 節(jié)水農(nóng)業(yè)和節(jié)水灌溉工程技術(shù)，建立起了高度發(fā)達的外向型農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)。除了大力推廣微灌與噴灌技術(shù)外，發(fā)達國家發(fā)展高效農(nóng)業(yè)的另一個重要途徑是灌溉管理的自動化舊