葡萄节水灌溉自动控制系统的设计本科学生(编辑修改稿)

葡萄节水灌溉自动控制系统的设计本科学生(编辑修改稿)内容摘要：

的重要因素。 传统的灌溉方式自动化程度极度低下，属于粗放式人工劳作，即使对于已经确定的供水量，仍旧没有办法在操纵当中进行有 力的掌管，为了提高农业的灌溉功效，缩短工作时间、节约用水，大力发展节水灌溉的自动控制技术。 自动灌溉系统 的现场管理 的有效途径 及工具 ，是现代智能控制器，它不仅可以提高 操作 精度，自动灌溉过程也具有科学的管理，同时降低对使用者素质的要求。 这样能较大程度的缩减工作量，而且更能准确、适时、适量、高效地给农作物自动给水，来提高产量和质量，同时节水和节能。 现代自动灌溉控制器的研究在农业，林业，渔业，并使用较少，同一些发达国家相比较，有很大的差距，都基本停留在人工劳作上。 即使一些地区使用一些自动灌溉工程的自动化控制系统， 也是靠从前的经验知道灌溉次数和灌溉量。 如果给定数量的灌溉和作物水分利用的比较少，不能有效地促进作物的生长；当给定的灌溉量太大时，土壤肥水流失严重，就会造成大量资源浪费。 同时传统的灌溉方式还不断的需要有关专家的同步观察指导，生产效率较低，不能实现现代化高效农业的发展要。 黑龙江工程学院本科生毕业设 计 5 当时我国前后引进了少许以色列、美国、德国等国度出产的较高端的节水自动灌溉控制设备，可是因价值高昂，维修保养艰难，主要用于农业示范区，科学研究机构和高等院校，也不符合土壤条件。 当前我国的当代节水灌溉自动控制器的研究和利用仍在初始时期。 所以作为一 个农业生产大国，中国的研究开发和设计他们自己的先进成本低，维修方便，使用强大的和易于扩展国内数字自动节水灌溉控制器修复系统是一个严肃的和有意义的工作。 随着计算机通讯技术和传感器应用技术的不断迅猛发展，高性能计算机和传感器的价格日益低廉，运行可靠性不断提升，现在使用信息传感技术改造农业不仅仅成为了可能而是必须做到。 高新技术改造农业上的应用，实现了节水灌溉的自动化将成为一个优先的战略，为我国农业产业的可持续发展乃至国民经济本文设计一个对农作物进行适时、适量的灌水，并且对作物成长发育过程时时自动监控的系统，起到 高效灌溉、节水、节能的作用。 设计内容 本设计主要设计以 AT89S52 为核心构成的节水自动灌溉控制系统，查找作物成长发育与供水量之间的干系、灌溉监控科技，对各部分硬件，控制系统的软件进行了详细设计。 主要内容如下： (1) 根据喷灌技术的要求，对节水灌溉自动控制系统的总体设计。 (2) 根据环境参数（空气温度，土壤含水量）的关系；查出其在夏天结果期的需水曲线：肯定作物目前需水状态和合理的浇灌量。 (3)设计以 AT89S52 为核心构成的智能控制器。 控制器以 ATMEL 公司生产的AT89S52 为核心，采用计算 机分布式管理；可以达成自动浇灌，具有报警、实时时钟、数据上传和双向通信等功能。 该控制器具有成本低、体积小、安装方便、抗干扰性强、运行可靠等优点 (4)分布式控制系统的构成与实现。 采用 RS232 总线技术，将智能控制器衔接到分布式控制系统，使其成为上位机和别的智能控制器一快儿组成集散控制系统，这是该系统扩展通讯接口的意义所在。 黑龙江工程学院本科生毕业设 计 6 第 2 章 系统总体设计 自动节水浇灌控制系统是针对大型农田进行灌溉水 分 供应的智能控制系统。 整个系统的设计主要包括硬件电路设计，传感器的选择和自动灌溉控制系统的软件编程的应用等。 灌 溉系统概述 该系统重要是经过过上、下位机对喷灌的电机、电磁阀进行监控以及对各种信息进行的处理。 控制系统采用的形式是上、下位机，上位机与下位机之间通过 RS232总线连接，一片单片机控制一片地区，系统可以根据实际的情况增减单片机的数量。 当使用得是江河水时，其中含有泥沙和其它各种颗粒，所以在浇灌水引进自动灌溉控制系统以前必须积淀。 在需要进行用水灌溉时，水泵从蓄水池抽水进行灌溉。 为了避免水中未积淀杂质引进自动浇灌控制系统，必须在浇灌输水管上设立过滤装置。 为便于观察系统是否正常工作，还可以在输水管上接压力表 和流量计。 此外由于过滤器使用时间过长之后，可能会发生堵塞，造成输水能力下降，也可以对其工作状况进行观察。 整个区域被划分为多个区域，一个或多个喷嘴在每个区，负责本区灌溉面积。 交替灌溉区，灌溉进入农田，各灌区和分支管，电磁阀安装在连接点，控制系统确定开关。 系统的执行机构主要有三相异步电机以及相应的光耦隔离、电磁阀等构成，电机主要用于启动离心泵将浇灌用水注入输水管道。 电磁阀控制相应的各区域灌溉与否。 方案选择 方案一 在自动节水灌溉控制系统时可以有键盘设置要求控制湿度标准，再由湿度传感器收集模拟信号经过 A/D 转换电路获得数字信号，而后输入到单片机主控系统中，通过单片机进行比较后判断是否供水，土壤水分指标是否超标，并将采集到的指标通过 LED显示模块显示出来，如果需 要供水则输出信号放大驱动打开电磁阀进行供水，如果超过标准采用指数蜂鸣器发出警报声，如果指标的采集符合标准转到下一个传感器。 这类自动节水 灌溉 控制系统由硬件和软件两部分所构成。 软件控制系统是全部控制系统的中心，担当调节各部分之间的相关的纽带，同时保障整个控制系统的正常运行。 硬件负责信息的收集处理。 可以在任何时间修改 PC 操作系统参数，使 系统在不同的环境中完成的工作。 节水灌溉自动控制器系统设计方案一 如图 所示： 黑龙江工程学院本科生毕业设 计 7 单片机土 壤 水 分 检 测 模 块电 源 模 块存 储 模 块定 时 模 块键 盘 模 块显 示 模 块驱 动 模 块 电 机 图 节水灌溉自动控制器系统设计方案一 该系统灵活性较强、操作简单、可靠性高，发展前景广泛。 系统结构复杂，成本低，效率高，系统的稳定性高，整体价格高。 方案二 该系统以可编程控制器作为控制核心， PID 功能指令和它的扩展功能模块使用它自己的实现对作物系统的自动喷灌控制。 首先，设计了系统的硬件结构，详细的分析了 PID 的控制原理，提出了整体的设计 方案、目标以及功能要求；其次，实时监控 PLC和计算机的通讯，而且把农作物的生命曲线存入计算机中，并按其各个阶段所需求的水分和养分修正 PID 的设定参数。 节水灌溉自动控制器系统设计方案二 如图 所示： 主 机 P L C湿 度 传 感 器启 动 按 钮电 磁 阀声 音 报 警 器太 阳 能 辅 助 加 热电源R S 2 3 2控 制 计 算 机 图 节水灌溉自动控制器系统设计方案二 该系统是由上位机和下位机所构成，并且能经过对泥土的含水量、降水量、天气温度黑龙江工程学院本科生毕业设 计 8 变化和土壤成份完成对作物喷灌时间、灌溉量的自 动化控制。 该智能控制器利用 起来运转可靠，操纵容易，即能节省水资源 ，同时还适合作物成长发育用水规律的目标，提升产量。 两个方案相互比较，方案 一 具有灵活性高，成本低，效率高的优点，有广阔的发展前景，整体性价比高。 结构复杂的缺点，软件编程更加困难。 方案二具有稳定性高的优点，结构相对简单，成本高，灵活性低的缺点。 所以此次设计选择方案一。 本章小结 在本章节中，我最初对浇灌控制系统做了个简短的概括，而后讲述了以 AT89S52为核心的葡萄节水自动浇灌控制系统及其框图，在然后讲述了以可编程控制器为核心的节水浇灌控制系统及其框图，并且进行了比较，最后确定方案。 黑龙江工程学院本科生毕业设 计 9 第 3 章 系统硬件的 设计 该系统硬件主要由两部分组成的控制计算机与下位机，其上有一个电脑控制计算机，该机是以单片机为核心的。 主模块设计 单片机便是在一个硅芯片上用微处理器，存储器和各类 I/O 接口组成的，拥有一台计算机的性能，于是单片微型计算机，也叫单片机。 单片机自 1970 的到来，单片机的以其体积小，重量轻，抗干扰性强，适应性强，成本低，运行可靠，使用容易，开发简单为优点，具有极高的性价比备受关注，所以应用广泛，发展很快。 如今在各个领域得到了广泛的应用和发展，目前已渗透到人们工作和生活的各个空间，几乎无处不在。 单片机最早 是以嵌入式微型控制器的面貌出现的。 在嵌入式系统中，单片机是应用最多的核心元器件。 在当今的计算机 LED 工业生产而且进入家庭生活，从家用电器，工业控制，医疗设备到军事领域，到处都是它的存在。 当前全球有不少的单片机生产厂家，如英特尔，摩托罗拉公司，美国的 Zilog；德国 SIENES 公司；荷兰的 PHILIP 公司等。 他们相继推出了各种各样类型的单片机，英特尔公司推出的一款高性能的 8 位单片机 MCS51 系列单片机优越的性能，成熟的技术和更高的性价比迅速占领了工业控制和自动化工程的主要市场领域，已成为供应链管理领域的主 流产品。 除英特尔公司之外，飞利浦， ATMEL， ADM， SIEMES 等公司也一个个的生产出与 MCS51 系列兼容的单片机，他们当中的 ATMEL 公司的 89 系列的单片机也称 Flash的单片机由 8031 为核心组成的，它和英特尔公司生产的 MCS51 系列单片机兼容度很高，这种单片机不但继承了 MCS51 系列原有的所有功能，同时又扩展了它的一些功能。 对于现在的使用者来讲， 89 单片机有如下明显的优点： (1)包含快闪存储器； (2)有静态的时钟方式： (3)编程可擦写，错误编程没有废品产生； (4) 可用于系统测试的重复。 使用十分方便，是使该公司的 89 系列单片机被广泛使用的一个重要因素。 OTP产品一般，一旦做错了编程已经成为一种浪费，但是 89 系列单片机因为用于闪速存储器的内部使用的机器，这样的错误后，程序仍然可以再继续写的程序，直到程序正确截止。 其次利用 89 系列的单片机设计的自控系统，能够重复的实行系统实验，每一次的试验都能够编入不一样的程序，如此不仅能够保障使用者系统的设计最优，并且还可以随着用户的需求和发展不断进行修改，可以使系统能不断追随用户的最新的需求。 综上所述的优点，通过 ,剖析对比，按照本课题的特征，采用 ATMEL 公司 89 系列黑龙江工程学院本科生毕业设 计 10 的标准型单片机 AT89S52。 集成在 AT89S52 的 256 字节的程序的操作空间， 8K 字节的闪存，支持 64K 的外部存储器的扩展。 按照有差别的运转速度和损耗的需求，时钟频率能够在 033M 之间。 单片机内含有 4 组 I/O 端口、 3 个定时器、 8 个中断、软件设立低损耗形式、看门狗和断电保护。 能够在。 持续发展的半导体工艺也让该单片机的功耗不断下降。 同时，该片支持计算机并口下载，简易的数字芯片就能够制成下载线，只是几元钱的价钱让该型号单片机热销 10 年不衰。 按照场所差别的需要 ，这中单片机供应了多种拼装，本次设计按照最小系统有更换单片机必要的具体情况；利用双列直插 DIP40 的封装。 单片机最小系统电路 如 图 所示 ： 30pFC1Cap30pFC2Cap1212M10uFC3Cap Pol3S10KR1Res2GNDGND(T2)1(T2EX)2345(MOSI)6(MOSO)7(SCK)8(INT0)12(INT1)13(T0)14(T1)15EA/VPP31XTAL218XTAL119RST9(RD)17(WR)16(AD0)39(AD7)32(AD6)33(AD5)34(AD4)35(AD3)36(AD2)37(AD1)38(A8)21(A9)22(A10)23(A11)24(A12)25(A13)26(A14)27(A15)28(RXD)10(TXD)11VCC40GND20ALE/PROG30PSEN29U1AT89S52+5+5GND~RXDTXDALEINT0 图 单片机最小系统 外部时钟电路 思考到控制系统需求较长期间无人看管运转，必须进行时间判别，假如选用单片机计时，期中一是需要使用计数器，使用其更多硬件资源，二是又必须设立中断、查找等功用，一样也消耗硬件资源，因此外部增添时钟 DSl2C887 芯片可以更好更容易的处理单片机的资源不够的情况。 DSl2C887 的连接图如图 所示 ： GNDGNDGNDC910KR2+5~INT0RDWRALEMOT1NC2NC3ADO4AD15AD26AD37AD48AD59AD610AD711GND12CS13AS14RW15NC16DS17RESET18IRQ19NC20NC21NC22SQW23Vcc24DS12C887U5 图 DSl2C887 外部时钟电路 黑龙江工程学院本科生毕业设 计 11 主要的特点是：直接取代了 PC 机的时钟 /日历芯片；和 DSl287 的芯片管脚兼容；在掉。