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1. 课题研究背景现状
1.1 课题的产生背景
我国作为一个农业大国，农业用水是农业发展中必不可缺的一环。当前，水资源严重缺乏是制约我国农业进一步发展的主要因素。我国的水资源储备总量达2.8×1013 ，居世界第6位，但由于人口基数庞大，导致人均占有量仅为2.2×103 ，尚不足世界人均标准的1/4，在世界水资源人均占有量排名中位居第121位。另一方面我国水资源分布极不均衡，以长江为界来看，长江流域及其以南地区分布有81%的水资源；长江流域及其以北地区仅分布有19%的水资源，水资源占有量与各地区生产发展状况极不相符。水资源短缺，正在对我国社会的和谐稳定建设、生态环境的合理性构造及经济的持续健康发展构成严重威胁[3]。
在遭受用水短缺困扰的同时，我国农业用水浪费的情况也不容忽视。浪费问题主要表现在“两低”：
（1）农业用水的生产率低；
（2）农业用水的利用率低。
解决我国农业用水短缺问题目前最好的办法就是发展智能浇水技术。我国传统的农业浇水灌溉是为了解决人口对食物的需求问题而不惜以破坏生态系统、消耗水资源为代价的粗放型浇水模式。智能浇水则是以遵循不同作物在不同生长阶段的需水规律为前提而进行的适量、适时浇水，是在保证或提升作物产量、质量的同时减少用水损耗的一种新型浇水模式。
智能浇水系统的优点主要体现在以下3方面：
（1）最大可能地发挥水泵等设施的功用，优化调度，提高效益；
（2）应用自动控制技术，节能节水，降低浇水成本，提升浇水效果；
（3）实现集中的供水方式和用水计量，使浇水更加科学、方便，提高管理水平。
因此，大力推广和应用智能浇水技术是解决我国农业用水难题的一个重要措施。发展智能浇水系统不仅是文护国家供水稳定性、粮食质量产量和可持续发展的需要，也是建设良好生态系统的需要，还将有助于调整农业结构，增加农民收入，实现农业现代化。
1.2 智能浇水系统的发展现状
上个世纪751十年代以来，随着电力电子技术与计算机控制技术在全球的迅猛发展和实践应用，利用电力电子器件、计算机设备和编程软件控制的农业自动化浇水工程得到了快速发展。美国、德国、日本等一些发达国家已经成为该领域的技术领先者，取得了较为显著的实践效果，所使用的控制方式也由早期的当地控制方式发展到了能够远程遥测、遥控的集中控制方式。而且随着科技的持续发展，对浇水灌溉要求系统化、现代化，智能浇水系统正在向精细化、自动化、可控化发展。
经过几十年来的努力，我国在智能浇水技术上的研究和工程实践已具备一定的基础，国产智能浇水装置也从无到有，并形成一定的生产能力，但与发达国家相比，我国在此领域起步较晚，整体技术水平与世界同类产品相比，还存在很大差距。目前我国的智能浇水系统还处于试用阶段，自动化程度较低，技术和设备并不成熟，主要是示范应用。且由于当下国内已有的浇水系统投资、运行和文护所需的费用较高以及系统操作繁琐复杂，尚未被广大农户接受。因此，加速开发适用我国国情的低成本、高效率、稳定可靠的智能浇水系统是十分紧迫和必要的。
2. 总体方案分析
目前常见的智能浇水系统设计方案大多是基于以下4种技术：物联网、GPRS（General Packet Radio Service）通讯、Zigbee、单片机等。比较而言，国内的物联网技术还不是很成熟，建设成本较高，网络架构和标准体系也尚不完善；基于GPRS通讯的方案虽然技术上已十分成熟，但只能应用在有通讯信号覆盖的区域，系统建设过程中还要使用GSM（Global System for Mobile communication）卡，会产生较大的通讯花费，且后期文护成本很高；基于Zigbee的方案往往组网方便，但通讯速率低，通讯范围小，价格昂贵，功耗高；综合考虑后决定采用单片机控制的方案来完成本次设计任务。该方案成本低，功耗小，技术成熟，性能可靠，不用依赖网络或通讯连接，是进行设计的最佳选择。
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