51单片机智能微灌系统设计+源程序+文献综述+任务书+开题报告 第2页
DESIGN OF THE INTELLIGENT MICRO-IRRIGATION SYSTEM (SOFTWARE DESIGN) Abstract
The hardware layout and software development for single chip microprocessor intelligent micro-irrigation system and system programming are presented in detail in this paper. Based on the AT89S51 single chip microcomputer, the micro-irrigation system consists of humidity moisture sensors, signal gathering circuit, keyboard and monitor display circuit, out port control circuit, serial communication circuit,E2PROM reading-writing circuit and irrigating equipments and so on. The system is able to automatically detect the humidity of environment and control the irrigating equipment. Thus, the setting humidity can be modified. The humidity modified will be saved to prevent from that the data is lost when the power is cut off .Then, the gathering humidity of environment and setting humidity will be sent serially to the computer . On the other hand, the computer can modify the setting humidity of the micro-irrigation system by the serial communication. So we can use the computer to manage the micro-irrigation system.
As far as the design of the hardware is concerned, here chose the S302H5V5 capacitive humidity sensor as the humidity sensor, ADC0809 as the A/D conversion, the touching style key as the keyboard, LCD as the monitor display. The out port circuit is consists of triode, NOR gate, relay, light-emitting diode and so on. The development of software adopts the popular modularized structure and the modularized debug facilities. The design of software adopts assembly language entirely. The primary program is 原文请找腾讯752018766辣,文|论~文/网
http://www.751com.cn , displaying subroutine of LCD and so on.
The successive debug experiments prove that the system is characterized by high reliability, capable control function, controlling by automation and simple operations. In addition, there are some suggestions about the further development and improvement of the micro-irrigation system in this paper.
Key words: intelligence, micro-irrigation, single chip microcomputer
摘要本论文主要阐述了以单片机为处理器的智能微灌系统的硬件、软件设计、系统编程等方面的问题。本微灌系统采用ATMEL公司的AT89S51单片机作为核心处理器控制整个系统的工作，系统由湿度传感器，信号采集电路、键盘、显示电路、输出控制电路、串行通信电路、E2PROM读写电路、灌溉设备等构成。本系统可以实现自动检测土壤周围空气湿度，自动控制微灌设备；同时，系统的参考湿度值可修改，并有断电保存功能；采集到的湿度值和参考湿度值可以通过串行通信电路传给上位机，上位机可以通过串行通信去修改微灌系统的参考湿度值，从而实现对整个系统的管理。
硬件方面，土壤周围湿度的测量采用先进的S302H5V5电容式湿度传感器，信号采集的A/D转换模块采用了ADC0809芯片；键盘、显示分别采用了点触式按键和LCD显示；输出控制电路由三极管、或非门、继电器、发光二极管等组成。软件设计采取了流行的模块化编程方法和模块调试，软件程序的开发全部采用了汇编语言。其主要包含的程序有：主程序、键盘扫描子程序、A/D采样子程序、串行接收和发送子程序、LCD显示子程序等。
经过实验室的连续调试证明：该控制器具有可靠性高、功能强、自动化控制、操作简单等特点。另外，本文对整个智能微灌控制系统今后的进一步发展和完善提出了几点建议。关键词：智能，微灌，单片机
一、课题国内外现状
在所有的自然资源中，水是最重要的有限资源，必须合理开发和利用。水资源危机被公认为未来 10 年人类共同面临的最严重挑战之一[1]。联合国环境与发展大会通过的《21世纪议程》强调：“水是一种有限的资源，不仅为文持地球上的一切生命所必需，而且对一切社会经济部门都具有生死攸关的重要意义”[2]。随着世界性水资源、能源的日趋紧张，水资源有可能成为一些地区不稳定的因素，采用更加节水、节能的灌水方法已成为全世界灌溉技术发展的总趋势，推广节水灌溉也已成为世界各国为缓解水资源危机和实现农业现代化的必然选择，同时其也是人类生存和发展的必然选择。
微灌即微量灌溉，属节水灌溉农业中的高新技术。它是通过一套低压管道系统将灌溉水和作物需要的养分直接送到作物根部附近，使作物根区土壤经常保持适宜于作物生长的水分、通气和营养状况[3]。
20世纪80年代发展起来的微灌技术[4]，近10余年来有了很大的进步，随着设施农业的发展，微灌技术和设备更是如虎添翼，已趋于完善的地步。微灌溉技术的发展最有典型性的应首推以色列，除了大田作物很少应用外，他们几乎将微灌技术应用到有作物的各处，包括林园、阳台、花园，甚至于室内装饰植物。微灌设备近几年有很大突破，80年代仅灌水器（滴头、微喷头等）有100余种，现在逐步淘汰，形式变少，品种系列化[2]。
我国从70年代开始发展微灌技术，主要经过引进、消化和试制，设备和理论和规范等三个发展阶段[5]。通过多年努力和攻关，改进和研制出一批新的微灌设备，建立了一批微灌技术示范基地，但与欧美发达国家还存在较大的差距。我国的农田灌溉面积由1600万hm2 增加到5333万hm2，在占全国总耕地面积近50%的灌溉面积上生产了占总产量近2/3的粮食[6]。但我国灌溉水的利用率只有40%，即60%灌溉水在输水、配水和田间灌溉过程中白白被浪费掉，而发达国家的灌溉水利用率可达80%～90%[7]。特别是以色列、约旦等国，他们严重缺水，所以特别重视微灌技术的发展，我国的一些地区也面临与他们一样的形势，我们是完全可以借鉴他们的发展经验。
随着科学技术的日益发展，特别是是智能技术的发展，其应用范围越来越广泛。智能化的微灌系统可以实现大面积的作物田间灌溉，在很大程度上节约人力、物力，实现作物生长大面积的管理，实时掌握作物的生长环境。开发简单、快速、实用的微灌智能化设计具有重要意义。
同时，在水资源日趋匮乏和农业日趋现代化的今天，农业的高度集约化种植方式(耕作、种植、灌溉、施肥、施药、收获等) 和“工厂化”特征越来越显著[8]。在精准农业生产中，运用高科技和高新技术装备是当今国外发达国家发展现代农业的主要手段。在灌溉技术上对农作物生长全过程的智能化控制要求也越来越高。很多发达国家的农业灌溉系统都采用计算机控制技术，基本实现了系统智能化。微灌技术和设备在我国还处于研究和待开发阶段，系统的成套性还较差，主要部件品种少，质量不稳定。因此，加速开发成套、适用、可靠、先进的灌溉系统是我国今后节水灌溉设备发展的主要方向。自动控制灌溉系统，基本上还是手动阀门来操作。自动控制器等方面还有待于进一步开发和应用。微机和单片机等自动控制监测系统装置，已在某些微灌工程中试验和应用，初步显示出微灌采用自动化管理系统的优越性和先进性[9-10]。
二、研究主要成果
众所周知，微灌不仅可以提高肥料和农药的使用效率，减少化学物质的施用量，有效防止地下水污染，同时还可以利用污水(地下滴灌)或微咸水灌溉，并且微灌在防止沙漠化、生态改良等方面也具有重要的作用。
自动化灌溉是指灌溉系统在无人干预的情况下，通过控制器按规定的程序或指令自动进行灌溉。通常人们将自动控制系统分为全自动控制系统和半自动控制系统。全自动化灌溉系统不需要人直接参与，而是根据预先编制好的控制程序和反映作物需水的某些参量，长时间地自动启闭水泵和自动按一定的轮灌顺序对作物进行灌溉[11]。人的作用只是调整控制程序和检修控制设备。在这种系统中，除灌水器) 喷头、滴头等，管道、管件及水泵、电机外，还有中央控制器、自动阀、传感器)土壤水分传感器、温度传感器、压力传感器、水位传感器和雨量传感器等，及电线等[12原文请找腾讯752018766辣,文|论~文/网http://www.751com.cn 控制的。由于影响作物灌溉的因素众多，不同作物、不同生育期及不同土壤气候条件下的灌溉模型均不同，要准确地监测、传输这些数据，对传感器的技术要求较高，就目前而言，全自动化灌溉系统还很难实现对作物进行精确灌溉。因此，各地大量采用的多为半自动化灌溉系统。
目前微灌技术的自动化程度发展较快，主要的研究成果如下：
（1）采用高度电脑智能化管理
较为高级的控制系统一般都采用这种方法，该系统可根据现有的基质水资源状况、外部的气候等条件自动实施灌水与施肥[13]。这类设备由于投资高、每个控制软件只能应用于一种花卉，控制软件的开发研制成本高，虽然使用操作系统比较简单，但控制软件性能与花卉栽培农艺还存在一定的差异，故在花卉生产中难以推广，目前主要应用在科研单位。
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