水灌溉系統(tǒng)的設計開題報告.doc
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畢業(yè)設計開題報告 題目: 節(jié)水灌溉系統(tǒng)的設計 學生姓名: 鄒糧徽 學 號: 11L0851339 專 業(yè): 電氣工程及其自動化 指導教師: 孟凡華 2015年4月2日 1.文獻綜述: 1.1 本課題的意義 到2030年,我國人口將達到16億,需要糧食7億噸左右,為保證糧食與其他農(nóng)產(chǎn)品的供給,灌溉面積必須達到6000萬噸左右,否則指標難從實現(xiàn)。然而,我國是缺水國家,尤其北方廣大地區(qū)水資源供給已嚴重不足,在未來30年內(nèi),隨著人口的增加,農(nóng)業(yè)供水只能維持在目前的4000億m水平上,唯一的出路只能是節(jié)水灌溉,提高水的利用率,把灌溉水利用率從目前的0.45左右提高到0.65。 在我國,由于獨特的地理環(huán)境及氣候,降雨時空分布不均,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對水的依賴性很強,有水才能做到穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)。目前,我國灌溉用水量的比例在經(jīng)歷明顯的下降過程后,呈穩(wěn)定態(tài)勢,但從長遠看,隨著工業(yè),城市,生活,生態(tài)用水的不斷增加,由于新增加水資源的開發(fā)潛力越來越小,開發(fā)代價越來越大,因此乃將有一部分灌溉用水轉為其他行業(yè)用水。目前,農(nóng)業(yè)用水占全國總有用水量的70%,由于受工程配套狀況和管理水平所限,灌溉用水效率僅有水資源短缺的主要對策之一。如何通過各種節(jié)水措施,有效地提高灌溉水資源的使用效率是發(fā)展農(nóng)業(yè)節(jié)水的根本任務。 近年來,隨著人口增加,經(jīng)濟發(fā)展和城市化水平的提高,水資源供需矛盾日益尖銳,農(nóng)業(yè)干旱缺水與水資源短缺已成為我國經(jīng)濟和社會發(fā)展的重要制約因素,而且加劇了生態(tài)環(huán)境的惡化。按現(xiàn)狀用水量統(tǒng)計,全國中等干早缺水358億m,其中農(nóng)業(yè)灌溉缺水300億m。20世紀90年代以來,我國農(nóng)業(yè)年均受旱面積大2000h㎡萬以上,全國600多個城市中有一半以上發(fā)生水危機,北方河流斷流的問題日益突出,缺水已從北方蔓延到南方的許多地區(qū)。由于地表水資源不足導致地下水超采,全國區(qū)域性地下水降落漏斗面積已達8.2k㎡。 隨著經(jīng)濟的發(fā)展,工業(yè)、城鎮(zhèn)、農(nóng)業(yè)用水矛盾日益尖銳。在這一矛盾斗爭中,農(nóng)業(yè)用水逐漸被工業(yè)和城鎮(zhèn)用水擠占。全國80%的水庫,近十年來都不同程度地調(diào)整了供水的范圍,不斷地轉向工業(yè)和城市!據(jù)專家統(tǒng)計,我國農(nóng)業(yè)用水量從80年代的年用水3912億m,下降到1993年的3850億m,減少了62億m。而同期工業(yè)用卻從每年523億m,增加到1400億m,增加了1.7倍。農(nóng)業(yè)用從占總量的85%下降到72%,今后還將繼續(xù)下降,農(nóng)業(yè)用水總量不但不可能增加,還可能減少。 因此發(fā)展農(nóng)業(yè)的根本出路在于節(jié)水。節(jié)水灌溉已不僅僅是技術問題,而是直接關系到農(nóng)業(yè)發(fā)展的根本是實現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用戰(zhàn)略和實現(xiàn)從粗放到集約經(jīng)營戰(zhàn)略的具體體現(xiàn)。 目前,我國農(nóng)業(yè)用水比重已從1980年的88%下降到目前的70%左右,今后還會繼續(xù)下降,農(nóng)業(yè)干旱缺水的局面不可逆轉。我國農(nóng)業(yè)灌溉用水量大,灌溉效率底下和用水浪費的問題普遍存在。目前全國灌溉水利用率約為43%,單方水糧食生產(chǎn)率只有1.0kg左右,大大低于發(fā)達國家灌溉水利用率70%~80%,單方水浪費生產(chǎn)率2.0kg以上的水平。通過采用現(xiàn)代節(jié)水灌溉技術改造傳統(tǒng)灌溉農(nóng)業(yè),實現(xiàn)適時量的“精細灌溉”,真有重要的現(xiàn)實意義和深遠的歷史意義。 1.2 國內(nèi)外發(fā)展狀況 節(jié)水灌溉技術是比傳統(tǒng)的灌溉技術明顯節(jié)約用水和高效用水的灌水方法,措施和制度等的總稱。灌溉用水從水源到田間,到被作物吸收、形成產(chǎn)量,主要包括水資源調(diào)配、輸配水、田間灌水和作物吸收等四個環(huán)節(jié)。在各個環(huán)節(jié)采取相應的節(jié)水措施,組成一個完整的節(jié)水灌溉技術體系,包括水資源優(yōu)化調(diào)配技術、節(jié)水灌溉工程技術、農(nóng)藝及生物節(jié)水技術和節(jié)水管理技術。 節(jié)水灌溉技術體系主要包括以下幾個方面: (1)灌溉水資源優(yōu)化調(diào)配技術。主要包括地表水與地下水聯(lián)合調(diào)度技術、灌溉回歸水利用技術、多水源綜合利用技術、雨洪利用技術。 (2)節(jié)水灌溉工程技術 。主要包括渠道防滲技術、管道輸水技術、噴灌技術、微灌技術、改進地面灌溉技術、水稻節(jié)水灌溉技術及抗旱點澆技術。直接目的是減少輸配水過程的跑漏損失和田間灌水過程的深層滲漏損失,提高灌溉效率。 (3)農(nóng)藝及生物節(jié)水技術 。包括耕作保墑技術、覆蓋保墑技術、優(yōu)選抗旱品種、土壤保水劑及作物蒸騰調(diào)控技術。 (4)節(jié)水灌溉管理技術。包括灌溉用水管理自動信息系統(tǒng)、輸配水自動量測及監(jiān)控技術,土壤墑情自動監(jiān)測技術、節(jié)水灌溉制度等 發(fā)達國家節(jié)水灌溉技術的基本特點是高技術、高投入和管理現(xiàn)代化,高效益則是維系節(jié)水灌溉能否持續(xù)發(fā)展的基礎。 自20世紀60年代“紅火”以來,噴灌技術一直被作為機械化大面積解決灌溉問題的最主要技術。隨著這項技術在生產(chǎn)中的廣泛應用和各類噴灌機在技術、經(jīng)濟、適應性等多方面的考核,目前世界上已趨于將軟管卷盤式自動噴灌機、平移式自動噴灌機及人工移管式噴灌機作為受歡迎的三大類機型大面積推廣。 近年來噴灌技術又在噴灑農(nóng)藥、降低能耗、施水方式等多用途利用方面取得了很大突破。如美國林賽公司在平移式噴灌機上對噴頭裝置和噴灑方式進行了改進,水量損失大大減少,水的利用率可提高到0.9以上。法國等國在提高軟管卷盤式的能量利用率上作了不少工作,使驅(qū)動旋轉和過流損失減少了很多,很大程度上改善了這種機型耗能較多的“先天不足”弊病。在綜合利用機型上,英國、美國等國將平移式噴灌機作為田間的綜合作業(yè)機械,將所有的作物種植環(huán)節(jié)以此一機包辦,其不僅可完成作物的所有老觀念種植環(huán)節(jié)的耕、耙、播、收等,還可以完成其它許多新作業(yè)項目。 20世紀80年代發(fā)展起來的微灌技術,近10余年來有了很大的進步,隨著設施農(nóng)業(yè)的發(fā)展,微灌技術和設備更是如虎添翼,已趨于完善的地步。微灌技術的發(fā)展最有典型性的應首推以色列,除了大田作物很少應用外,他們幾乎將微灌技術應用到有作物的各處,包括林園、陽臺、花園,甚至于室內(nèi)裝飾植物。近幾年微灌設備有很大突破,80年代僅灌水器(滴頭、微噴頭等)有100余種,現(xiàn)在逐步淘汰,形式變少,品種系列化。滴灌多采用滴灌帶。微噴頭多采用旋轉與折射相結合的形式,使出水孔口相對變大不易堵塞;射程相對增加使噴灌強度變小,均勻度提高;水滴直徑絕大多數(shù)為細小水滴而不是霧狀使能耗大大減少。 世界各國如美國、日本、印度、前蘇聯(lián)、巴基斯坦、伊朗、加拿大等,由于渠道滲漏損失的水量很大,均非常重視并積極開展渠道防滲工程研究和建設工作。這些國家渠道防滲工程建設發(fā)展快、技術水平高、節(jié)水效果顯著。如美國把渠道防滲作為水利工程挖潛措施之一,早在1946年就開始研究,到1990年美國共建防滲渠道9656km。目前已形成統(tǒng)一的設計和施工技術標準,施工機械化程度高,工程質(zhì)量好。防滲材料多采用混凝土,約1/3采用壓實土防滲,塑膜等新型材料目前正在發(fā)展推廣中。日本也十分重視渠道防滲,現(xiàn)有干、支渠道已經(jīng)全部防滲,田間渠道也基本防滲,它們大量使用工廠化生產(chǎn)的鋼筋混凝土預制構件,現(xiàn)場施工以機械施工為主,渠道防滲工程標準高、質(zhì)量好。近10余年來,世界上興起了研究新型地下灌溉熱潮,地下灌溉不僅在機理上、技術上、經(jīng)濟上而且在生態(tài)環(huán)境保護上、水資源保護上都被認為是最有發(fā)展前途的節(jié)水灌溉技術。這種技術主要用在草地、果園、棉田、小麥、玉米、蔬菜、花卉等作物上。地下灌溉在意大利、美國、德國、法國、日本、俄羅斯及我國等研究較多,發(fā)展較快,面積在穩(wěn)定增加。 截止到2005年底,全國灌溉面積達到9.28億畝,有效灌溉面積8.48億畝,非耕地上灌溉面積0.80億畝。節(jié)水灌溉工程面積為3.20億畝,其中耕地上節(jié)水灌溉工程面積2.95億畝;非耕地上約為0.25億畝,主要為林果草節(jié)水灌溉。在耕地上節(jié)水灌溉工程面積中,渠道防滲14454萬畝,低壓管灌9933萬畝,噴灌4184萬畝,微灌932萬畝。目前,全國有效灌溉面積上節(jié)水灌溉工程面積比例為34.8%,全國灌溉水利用率約為45% 。根據(jù)水利部最近編制的《全國節(jié)水灌溉規(guī)劃》,為高效利用我國的水資源,保障國家糧食安全、促進經(jīng)濟社會持續(xù)健康發(fā)展,“十一五”期間需發(fā)展耕地節(jié)水灌溉工程面積1.5億畝、牧草節(jié)水灌溉面積350萬畝、林果節(jié)水灌溉面積550萬畝、節(jié)水措施面積2億畝。到2020年,發(fā)展耕地節(jié)水灌溉工程面積4.7億畝、牧草節(jié)水灌溉面積1300萬畝、林果節(jié)水灌溉面積1700萬畝、節(jié)水措施面積1.5億畝。近幾年來圍繞大中型灌區(qū)節(jié)水改造項目、農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)水利骨干項目、國家級節(jié)水示范市、國家和省級節(jié)水增效重點縣、國家節(jié)水增效示范項目建設等,建成了400多個不同規(guī)模的以節(jié)水灌溉技術為支撐的農(nóng)業(yè)科技示范園,這些科技示范園初步形成了從輸水到灌水、從工程到管理、從微觀到宏觀的立體化、多樣化、系統(tǒng)化農(nóng)業(yè)節(jié)水格局。目前我國推廣的節(jié)水灌溉技術有渠道防滲、管道輸水、噴灌、滴灌、膜上灌、膜下灌等多種形式,不同的地區(qū)宜采用的節(jié)水灌溉技術也不同,大、中型灌區(qū)適宜推廣渠道防滲技術,井灌區(qū)和小型灌區(qū)宜推廣低壓管道灌溉技術,經(jīng)濟條件好的地方提倡采用噴灌技術,在果園、菜園及其他經(jīng)濟作物種植區(qū)適合發(fā)展微、滴灌,西北干旱地區(qū)應推廣雨水集流、水窖滴灌技術,南方水稻產(chǎn)區(qū)則應推廣水稻節(jié)水灌溉技術,各地要根據(jù)其經(jīng)濟發(fā)展水平,合理確定技術方案。結合水利產(chǎn)權制度的改革,對建立適合市場經(jīng)濟要求和農(nóng)村特點的“多元化”運行管理機制作了嘗試。其中節(jié)水灌溉工程產(chǎn)權制度改革和對灌區(qū)建設自主管理灌排區(qū)的探索都取得了成功經(jīng)驗。在井灌區(qū)推廣應用射頻卡控制灌溉,有力地促進了管理水平的提高。 目前國外灌溉控制器已逐步趨于成熟、系列化,并朝著大型分布式控制系統(tǒng)和小面積單機控制兩個方向發(fā)展,產(chǎn)品一般都能與微機進行通信,并由微機對其施行控制。而在我國,雖然有多家研制灌溉控制器.但多數(shù)是小規(guī)模、實驗和理論的探討,面且開發(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用。 參考文獻: [1] 劉根深.GPS節(jié)水灌溉系統(tǒng)的研究.農(nóng)業(yè)工程學報,2006,1(2):24-27 [2] 景東升.單片機自動灌溉控制系統(tǒng)研究.北京農(nóng)業(yè)工程大學,2004 [3] 武慶生.仇梅.單片機原理與應用.電子科技大學出版,2009,12 [4] 朱定華.單片機原理與接口技術.電子工業(yè)出版社,2006.4 [5] 吳景社,李久生,李英能等.紀節(jié)水農(nóng)業(yè)中的高新技術重點研究領域.農(nóng)業(yè) 工程學報,2008,10(6):16-18 [6] 許一飛.國外農(nóng)業(yè)高效用水的研究就應用及發(fā)展趨勢.節(jié)水灌溉,2008,3 (5):(30-31) [7] 吳普特.牛文全,郝宏科.現(xiàn)代化高效節(jié)水灌溉設施.化學工業(yè)出版社, 2007,5 [8] 張兵.節(jié)水灌溉自動化控制器的設計與研究,2009.7 [9] 紀曉華.湯方平.灌區(qū)灌溉自動化監(jiān)控系統(tǒng)的設計與研究.灌溉排水, 2008(2):25-27 [10] 趙負圖.現(xiàn)代傳感器集成電路.人民郵電出版社,2008,10 [11] 張文革.智能化灌溉控制器.噴灌技術,2007 [12] 吳曉光.我國滴灌技術應用發(fā)展若干問題分析.節(jié)水灌溉技術,2004.6 [13] 李銳.單片機實現(xiàn)自動灌溉及施肥系統(tǒng).計算機應用,2008,21(3):219-221 [14] 周長城.數(shù)據(jù)采集與處理技術.信號處理應用,2006.8 [15] 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Flash存儲單元,具有在系統(tǒng)可編程(ISP)特性,配合PC端的控制程序即可將用戶的程序代碼下載進單片機內(nèi)部,省去了購買通用編程器,而且速度更快。STC89C52RC系列單片機是單時鐘/機器周期(1T)的兼容8051 內(nèi)核單片機,是高速/ 低功耗的新一代8051 單片機,全新的流水線/精簡指令集結構,內(nèi)部集成MAX810 專用復位電路。 傳感器的選擇很重要,如選用的土壤濕度傳感器精度太高,則增加了成本,糖度太低,則難以保證把土壤濕度控制在需要的范圍內(nèi),綜合考慮選用土壤型溫濕度探頭采用進口溫濕度傳感器土壤型數(shù)字溫濕度傳感器SHT10為核心部件,可連接上海裕實自動化設備有限公司生產(chǎn)的各類變送器或直接連接單片機使用。具有非常高的一致性,可完全互換,濕度最高可達到2%RH。銅燒結 網(wǎng)的防護加強了探頭的耐溫、耐壓、耐損能力,適合農(nóng)業(yè)溫室大棚,花卉、苗圃、草坪等需要檢測土壤溫濕度的環(huán)境使用。其技術參數(shù)如下: 全量程標定,兩線數(shù)字輸出;濕度測量范圍:0~100%RH;溫度測量范圍:-40~+123.8℃;濕度測量精度: 4.5%RH溫度測量精度: 0.5℃ 響應時間:8s(tau63%);低功耗 80μW(12位測量,1次/s);可完全浸沒。 單片機主系統(tǒng)通過將 220V 電壓經(jīng)變壓濾波整形轉換成系統(tǒng)所需要的電壓值。顯示采用LCD電路。 主機位于控制室。分機位于農(nóng)田現(xiàn)場,不同的時間,不同的農(nóng)作物對土壤的濕度要求是不同的,建立土壤濕度與時間的關系曲線,將該設定值曲線存入分機。通過濕度傳感器從N個土壤內(nèi)采集數(shù)字信號,將數(shù)字信號傳入分機,通過無線電模塊傳輸入主機,顯示并進行操作。并與分機設定值比較,當濕度不符合條件時,發(fā)射數(shù)字信號,經(jīng)放大驅(qū)動N 個電磁閥,對應數(shù)字信號的長短進而控制電磁閥的開通時間,最終實現(xiàn)對農(nóng)作物進行節(jié)水灌溉。 指導教師意見: 指導教師: 年 月 日- 配套講稿:
如PPT文件的首頁顯示word圖標,表示該PPT已包含配套word講稿。雙擊word圖標可打開word文檔。
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