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1、湖南农业大学课程论文学院：工学院班级：08机制二班姓名：朱仕钦学号：200840614426课程论文题目：农田自动灌溉系统课程名称：单片机原理及应用评阅成绩：评阅意见：成绩评定教师签名：日期： 年 月 日农田自动灌溉系统学生：朱仕钦（工学院08级机制二班，学号：200840614426）摘要：“单片机原理及应用”是一门理论性实践性强的专业技术基础课程， 根据该课程的性质、目的、和要求，结合专业特色、教学时数和高职高专教育的 特点，就该门课课程设计的选题和实施过程进行了新的探讨，搞好单片机课程 设计这一环节对掌握单片机技术在生产实践中的应用，对后续专业课程的学习 及对培养造就应用型、创造型的一线
2、工程技术人才将起到较大的促进作用。关键词：灌溉 自动温度 湿度 传感 电源（导入语）世界各国越来越认识到水已成为21世纪可持续发展的一个关键 问题。中国水资源已处于相当紧缺的程度，加上全国90%的废、污水未经处理 或处理未达标就直接排放的水污染，11%的河流水质低于农田供水标准。水是农 业的命脉，是生态环境的控制性要素，同时又是战略性的经济资源，因此采用水 泵抽取地下水灌溉农田，实现水资源合理利用，发展节水供水，改善生态环境， 是我国目前精确农业的关键。采用节水和节能的灌水方法是当今世界供水技术发展的总趋势。智能供水系 统在国外发达国家推广得比较快，技术发展也比较成熟，起步也比较早，特别是 以
3、色列、美国和加拿大等国，先进的电子技术、计算机和控制技术运用到了农业 供水中，大大提高了用水效率和生产力。而随着我国经济和科技的发展，节水供 水系统发展得很快，但大多停留在单片机控制为核心技术基础上，与国外发达国 家有一定的差距。农田供水的任务是适时适量地将水自水源送至农田，满足作物生长的需要。 供水从天然状态到被作物吸收最终形成产量可归结为以下三大环节：（1）通过供水取、输、配水系统将水引全田间；（2 ）然后以适当的灌水技术将水变成可供作物吸收的土壤水；（3）作物根系自土壤中吸收水分（包括养分），经过光合作用将辐射能转化为 化学能最后形成十物质（碳水化合物）。前两个环节可依靠一系列工程技术和
4、管理措施来实现。节水供水增产的目标 应是极大地提高上述两个环节中水的转化及产出效率。本设计论文是针对第一个 环节而研究设计的。如果再根据作物农田实际情况结合滴灌、喷洒、施肥、除害 等技术合理运用，我国农业的前景将非常乐观。1系统工作原理与硬件结构1.1系统工作原理单片机系统通过多个传感器对湿度、温度、降雨量、酸碱度、水分蒸发量（风 速）和空气温度等多种信息的采集来实现对农田的精确自动灌溉控制，输出A的 信号信息通过无线全双工数传收发模块传送给控制中心（嵌入式系统）来确定是 否启动水泵为农田供水，同时将此供水与否信息由GPRS通信通过Internet传送 到远方控制中心实现远程监控，并通过计算机
5、中的一些模型来处理信息，作出供 水计划。1.2系统的硬件结构该系统由两个子系统组成，其一为控制中心：一个控制主机和无线传感器网 络节点组成。其二是远程控制系统：GPRS通信模块、Internet网络传输与监控 中心主机。图1是系统的总体结构简图，图中的无线通讯模块结构完全相同。控 制主机由基于MiniARM嵌入式微控制器的开发平台和无线通讯模块组成。主机与 无线传感器网络节点构成星型拓扑无线网络；远程控制系统由GPRS模块 Mini-WG23实现Internet接入（本系统可以扩展，使GPRS通信网络成星型拓扑 接入）后传到远程控制中心。1.3无线传感器网络硬件设计无线传感器网络模型（如图1所
6、示）是不同于传统无线网络的基础设施网，通 过在监测区域内随意布撤大量传感器节点（简称节点），由各节点自行协调并迅速 组建通信网络，在能量利用率优先考虑原则下进行工作任务划分以获取监视区域 信息。网络的自组织特性体现在当节点失效或新节点加入时网络能够自适应重新 组建，以调整全局的探测精度，充分发挥资源优势，即网络中的各节点除具备数 据采集功能外兼有数据转发实现多跳的路由功能。无线传感器网络馥类节点的组 成一般都由数据采集、数据处理、数据传输和电源这四部分组成。其中每一个单 片机系统的硬件设计和软件设计都是一样。本设计的研究设计方案是只针对一个 单片机系统的。被监测物理信号的形式决定了传感器的类型
7、。处理器通常选用嵌 入式CPU，如MOTOROLA公司的68HC16、C51系列单片机等。数据传输单元可以 选择由低功耗、短距离的无线通信模块组成，但考虑防盗与自然损坏，本系统选 择功耗较大、传输距离较远的SA68D21DL，农民可以在办公室或家中安放主控制 器。图2描述了节点的组成，其中，箭头的方向表示数据在节点中的流动方向。 1.4无线通信模块选择对于移动或便携式数据采集测控系统而言，采用无线数据传输是一种较好的 选择方案。由北京捷麦通信器材有限公司生产的SA68D21DL无线数据报警收发模 块就是一款可在微机与微机之间，或微机与单片机之间进行全双工远距离无线通 信的收发模块。该模块还可组
8、成最多65535点的单发多收或多发单收形式无线局 域网。其上位机硬件接线电路如图3所示。1.5电源在该系统中，SA68D21DL为较高电压器件，电压要求为6 V，为了与之接口， AT89S51也工作在6 V（AT89C2051是宽电压器件）电压下。该系统用+6 V电源供 电，可以通过支流稳压电源得到，考虑干扰与系统稳定，建议用十电池供电。2灌溉自动化控制系统要实现灌水的自动化，必须有自动灌溉控制器，该装置由土壤湿度传感 器、控制器和电磁阀组成，能够按土壤墒情和作物需水特性实施自动灌溉（沟 灌、喷灌、滴灌、渗灌），达到高产、高效、和节水的目的。适用于庭院花 圃、苗圃、果园、菜地和农地。随着经济发
9、展，庭院花圃、苗圃水分的自动 灌溉倍受欢迎。它能省水省事，使花木生长更好。一亩庭院花圃、苗圃地投 资1.0 1.5万元，可以建立自动灌溉控制系统。自动灌溉控制系统可以实 现科学灌溉，节能、省水，使菜地和农地产量和质量明显提高。智能化，精 准化灌溉技术是伴随着计算机应用技术、传感器制造技术、塑料工业技术的 提高而逐步实现的自动化计算机灌溉控制系统大约在80年代初由雨鸟公司、摩托罗拉等 几家公司开发、研制成功，并投入使用。由于技术复杂、应用难度大，价格 高昂，这种控制设备最早应用于高尔夫球场灌溉系统的控制上。90年代，计 算机工业的硬件、软件飞速发展，使得灌溉系统中央计算机系统操作难度越 来越小，
10、功能越来越丰富，价格也逐渐降了下来。这种系统在园林绿化上用 得也越来越多了起来，雨鸟公司针对不同用途，研制、开发出了中央计算机 控制系统：Maxicom智能化灌溉中央计算机控制系统具有如下功能： 动采集各种气象数据，计算并记录蒸发蒸腾量 ET ； 根据前一天的ET值自动编制当天灌溉程序并实施灌溉； 可由连接的土壤湿度传感器、风速传感器、雨量传感器等干涉程序， 启动、关闭、暂停灌溉系统； 连接流量传感器可自动监测、记录、警示由于输水管断裂引起的漏 水及电磁阀故障；最大限度利用管网输水能力； 运行程序而不起动灌溉系统（干运行），测试程序合理性，不合理时 预先修改； 自动记录、显示、储存各灌溉站的运
11、行时间；自动记录、显示、储 存传感器反馈数据，以积累资料，修改程序，修改系统等。 频繁灌溉功能：可将设计好的灌水延续时间分成若干时段，以便提 供足够的土壤入渗时间，减少坡地或粘性土地地面径流损失。 一套中央计算机系统可控制无数台田间控制系统（称为卫星站），一套中央计算机控制系统可控制小到一个公园，大到上百个公园，甚至全城的所有灌溉系统。 储存数百套灌溉程序；一台田间控制器（卫星站）可使 4个轮灌区 独立灌溉或同时灌溉。控制主机作为连接Internet网和无线传感器网络之间的协议转换网关。其硬件采用致远电子公司MiniARM嵌入式工控模块。MinilSA系列采集板卡 采用智能型板卡结构，即在板卡
12、上内置MCU。板载MCU对板卡上I / O端口进 行控制，实现I / O数据的缓存，从而降低板卡对于MiniISA接口主机的依 赖，节省主机处理数据的时间，保证MiniISA系统更加高效的运行。此外板 载MCU可以对采集的数据或者输出数据进行进一步的处理。4结束语基于嵌入式系统而设计出来的智能广域农田供水系统，当检测到农田缺水信 息时能够通过自动控制继电器来启动供水水泵，而且实现了远程GPRS通信，可 以通过PC机来了解系统的运行状况并可对其控制，能够自动采集土壤信息来自 行确定是否启动水泵为农田供水，这正符合我国农村的基本国情。本系统操作简单，对系统改造一下，可以设计成庭院自动供水系统、温室自 动供水系统和花园自动供水系统等，故本系统的可扩展性比较好，前景比较广阔。 5参考文献1、单片机原理及其应用2、朱定华、戴汝平.单片微机原理与应用
