水灌溉系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告.doc

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畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告 題目： 節(jié)水灌溉系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名： 鄒糧徽 學(xué) 號(hào)： 11L0851339 專(zhuān) 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 指導(dǎo)教師： 孟凡華 2015年4月2日 1．文獻(xiàn)綜述： 1.1 本課題的意義 到2030年，我國(guó)人口將達(dá)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(dá)到6000萬(wàn)噸左右，否則指標(biāo)難從實(shí)現(xiàn)。然而，我國(guó)是缺水國(guó)家，尤其北方廣大地區(qū)水資源供給已嚴(yán)重不足，在未來(lái)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(guó)，由于獨(dú)特的地理環(huán)境及氣候，降雨時(shí)空分布不均，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)水的依賴(lài)性很強(qiáng)，有水才能做到穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)。目前，我國(guó)灌溉用水量的比例在經(jīng)歷明顯的下降過(guò)程后，呈穩(wěn)定態(tài)勢(shì)，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)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(kāi)發(fā)潛力越來(lái)越小，開(kāi)發(fā)代價(jià)越來(lái)越大，因此乃將有一部分灌溉用水轉(zhuǎn)為其他行業(yè)用水。目前，農(nóng)業(yè)用水占全國(guó)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(duì)策之一。如何通過(guò)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(wù)。 近年來(lái)，隨著人口增加，經(jīng)濟(jì)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(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)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(jì)，全國(guó)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(jì)90年代以來(lái)，我國(guó)農(nóng)業(yè)年均受旱面積大2000h㎡萬(wàn)以上，全國(guó)600多個(gè)城市中有一半以上發(fā)生水危機(jī)，北方河流斷流的問(wèn)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(dǎo)致地下水超采，全國(guó)區(qū)域性地下水降落漏斗面積已達(dá)8.2k㎡。 隨著經(jīng)濟(jì)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(zhēng)中，農(nóng)業(yè)用水逐漸被工業(yè)和城鎮(zhèn)用水?dāng)D占。全國(guó)80%的水庫(kù)，近十年來(lái)都不同程度地調(diào)整了供水的范圍，不斷地轉(zhuǎn)向工業(yè)和城市！據(jù)專(zhuān)家統(tǒng)計(jì)，我國(guó)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(shù)問(wèn)題，而是直接關(guān)系到農(nóng)業(yè)發(fā)展的根本是實(shí)現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用戰(zhàn)略和實(shí)現(xiàn)從粗放到集約經(jīng)營(yíng)戰(zhàn)略的具體體現(xiàn)。 目前，我國(guó)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(huì)繼續(xù)下降，農(nóng)業(yè)干旱缺水的局面不可逆轉(zhuǎn)。我國(guó)農(nóng)業(yè)灌溉用水量大，灌溉效率底下和用水浪費(fèi)的問(wèn)題普遍存在。目前全國(guó)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(dá)國(guó)家灌溉水利用率70％～80％，單方水浪費(fèi)生產(chǎn)率2.0kg以上的水平。通過(guò)采用現(xiàn)代節(jié)水灌溉技術(shù)改造傳統(tǒng)灌溉農(nóng)業(yè)，實(shí)現(xiàn)適時(shí)量的“精細(xì)灌溉”，真有重要的現(xiàn)實(shí)意義和深遠(yuǎn)的歷史意義。 1.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 節(jié)水灌溉技術(shù)是比傳統(tǒng)的灌溉技術(shù)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(chēng)。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(gè)環(huán)節(jié)。在各個(gè)環(huán)節(jié)采取相應(yīng)的節(jié)水措施，組成一個(gè)完整的節(jié)水灌溉技術(shù)體系，包括水資源優(yōu)化調(diào)配技術(shù)、節(jié)水灌溉工程技術(shù)、農(nóng)藝及生物節(jié)水技術(shù)和節(jié)水管理技術(shù)。 節(jié)水灌溉技術(shù)體系主要包括以下幾個(gè)方面： （1）灌溉水資源優(yōu)化調(diào)配技術(shù)。主要包括地表水與地下水聯(lián)合調(diào)度技術(shù)、灌溉回歸水利用技術(shù)、多水源綜合利用技術(shù)、雨洪利用技術(shù)。 （2）節(jié)水灌溉工程技術(shù) 。主要包括渠道防滲技術(shù)、管道輸水技術(shù)、噴灌技術(shù)、微灌技術(shù)、改進(jìn)地面灌溉技術(shù)、水稻節(jié)水灌溉技術(shù)及抗旱點(diǎn)澆技術(shù)。直接目的是減少輸配水過(guò)程的跑漏損失和田間灌水過(guò)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(shù) 。包括耕作保墑技術(shù)、覆蓋保墑技術(shù)、優(yōu)選抗旱品種、土壤保水劑及作物蒸騰調(diào)控技術(shù)。 （4）節(jié)水灌溉管理技術(shù)。包括灌溉用水管理自動(dòng)信息系統(tǒng)、輸配水自動(dòng)量測(cè)及監(jiān)控技術(shù)，土壤墑情自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)、節(jié)水灌溉制度等 發(fā)達(dá)國(guó)家節(jié)水灌溉技術(shù)的基本特點(diǎn)是高技術(shù)、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(chǔ)。 自20世紀(jì)60年代“紅火”以來(lái)，噴灌技術(shù)一直被作為機(jī)械化大面積解決灌溉問(wèn)題的最主要技術(shù)。隨著這項(xiàng)技術(shù)在生產(chǎn)中的廣泛應(yīng)用和各類(lèi)噴灌機(jī)在技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、適應(yīng)性等多方面的考核，目前世界上已趨于將軟管卷盤(pán)式自動(dòng)噴灌機(jī)、平移式自動(dòng)噴灌機(jī)及人工移管式噴灌機(jī)作為受歡迎的三大類(lèi)機(jī)型大面積推廣。 近年來(lái)噴灌技術(shù)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(guó)林賽公司在平移式噴灌機(jī)上對(duì)噴頭裝置和噴灑方式進(jìn)行了改進(jìn)，水量損失大大減少，水的利用率可提高到0.9以上。法國(guó)等國(guó)在提高軟管卷盤(pán)式的能量利用率上作了不少工作，使驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)和過(guò)流損失減少了很多，很大程度上改善了這種機(jī)型耗能較多的“先天不足”弊病。在綜合利用機(jī)型上，英國(guó)、美國(guó)等國(guó)將平移式噴灌機(jī)作為田間的綜合作業(yè)機(jī)械，將所有的作物種植環(huán)節(jié)以此一機(jī)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(xiàng)目。 20世紀(jì)80年代發(fā)展起來(lái)的微灌技術(shù)，近10余年來(lái)有了很大的進(jìn)步，隨著設(shè)施農(nóng)業(yè)的發(fā)展，微灌技術(shù)和設(shè)備更是如虎添翼，已趨于完善的地步。微灌技術(shù)的發(fā)展最有典型性的應(yīng)首推以色列，除了大田作物很少應(yīng)用外，他們幾乎將微灌技術(shù)應(yīng)用到有作物的各處，包括林園、陽(yáng)臺(tái)、花園，甚至于室內(nèi)裝飾植物。近幾年微灌設(shè)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(zhuǎn)與折射相結(jié)合的形式，使出水孔口相對(duì)變大不易堵塞；射程相對(duì)增加使噴灌強(qiáng)度變小，均勻度提高；水滴直徑絕大多數(shù)為細(xì)小水滴而不是霧狀使能耗大大減少。 世界各國(guó)如美國(guó)、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(kāi)展渠道防滲工程研究和建設(shè)工作。這些國(guó)家渠道防滲工程建設(shè)發(fā)展快、技術(shù)水平高、節(jié)水效果顯著。如美國(guó)把渠道防滲作為水利工程挖潛措施之一，早在1946年就開(kāi)始研究，到1990年美國(guó)共建防滲渠道9656km。目前已形成統(tǒng)一的設(shè)計(jì)和施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，施工機(jī)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(shí)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(yù)制構(gòu)件，現(xiàn)場(chǎng)施工以機(jī)械施工為主，渠道防滲工程標(biāo)準(zhǔn)高、質(zhì)量好。近10余年來(lái)，世界上興起了研究新型地下灌溉熱潮，地下灌溉不僅在機(jī)理上、技術(shù)上、經(jīng)濟(jì)上而且在生態(tài)環(huán)境保護(hù)上、水資源保護(hù)上都被認(rèn)為是最有發(fā)展前途的節(jié)水灌溉技術(shù)。這種技術(shù)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(guó)、德國(guó)、法國(guó)、日本、俄羅斯及我國(guó)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(guó)灌溉面積達(dá)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(wàn)畝，低壓管灌9933萬(wàn)畝，噴灌4184萬(wàn)畝，微灌932萬(wàn)畝。目前，全國(guó)有效灌溉面積上節(jié)水灌溉工程面積比例為34.8%，全國(guó)灌溉水利用率約為45% 。根據(jù)水利部最近編制的《全國(guó)節(jié)水灌溉規(guī)劃》，為高效利用我國(guó)的水資源，保障國(guó)家糧食安全、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)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(wàn)畝、林果節(jié)水灌溉面積550萬(wàn)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(wàn)畝、林果節(jié)水灌溉面積1700萬(wàn)畝、節(jié)水措施面積1.5億畝。近幾年來(lái)圍繞大中型灌區(qū)節(jié)水改造項(xiàng)目、農(nóng)業(yè)綜合開(kāi)發(fā)水利骨干項(xiàng)目、國(guó)家級(jí)節(jié)水示范市、國(guó)家和省級(jí)節(jié)水增效重點(diǎn)縣、國(guó)家節(jié)水增效示范項(xiàng)目建設(shè)等，建成了400多個(gè)不同規(guī)模的以節(jié)水灌溉技術(shù)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(guó)推廣的節(jié)水灌溉技術(shù)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(shù)也不同，大、中型灌區(qū)適宜推廣渠道防滲技術(shù)，井灌區(qū)和小型灌區(qū)宜推廣低壓管道灌溉技術(shù)，經(jīng)濟(jì)條件好的地方提倡采用噴灌技術(shù)，在果園、菜園及其他經(jīng)濟(jì)作物種植區(qū)適合發(fā)展微、滴灌，西北干旱地區(qū)應(yīng)推廣雨水集流、水窖滴灌技術(shù)，南方水稻產(chǎn)區(qū)則應(yīng)推廣水稻節(jié)水灌溉技術(shù)，各地要根據(jù)其經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平，合理確定技術(shù)方案。結(jié)合水利產(chǎn)權(quán)制度的改革，對(duì)建立適合市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)要求和農(nóng)村特點(diǎn)的“多元化”運(yùn)行管理機(jī)制作了嘗試。其中節(jié)水灌溉工程產(chǎn)權(quán)制度改革和對(duì)灌區(qū)建設(shè)自主管理灌排區(qū)的探索都取得了成功經(jīng)驗(yàn)。在井灌區(qū)推廣應(yīng)用射頻卡控制灌溉，有力地促進(jìn)了管理水平的提高。 目前國(guó)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(jī)控制兩個(gè)方向發(fā)展，產(chǎn)品一般都能與微機(jī)進(jìn)行通信，并由微機(jī)對(duì)其施行控制。而在我國(guó)，雖然有多家研制灌溉控制器．但多數(shù)是小規(guī)模、實(shí)驗(yàn)和理論的探討，面且開(kāi)發(fā)出來(lái)的產(chǎn)品價(jià)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(wú)法普及應(yīng)用。 參考文獻(xiàn)： [1] 劉根深.GPS節(jié)水灌溉系統(tǒng)的研究.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2006，1（2）：24-27 [2] 景東升.單片機(jī)自動(dòng)灌溉控制系統(tǒng)研究.北京農(nóng)業(yè)工程大學(xué)，2004 [3] 武慶生.仇梅.單片機(jī)原理與應(yīng)用.電子科技大學(xué)出版，2009,12 [4] 朱定華.單片機(jī)原理與接口技術(shù).電子工業(yè)出版社，2006.4 [5] 吳景社，李久生，李英能等.紀(jì)節(jié)水農(nóng)業(yè)中的高新技術(shù)重點(diǎn)研究領(lǐng)域.農(nóng)業(yè) 工程學(xué)報(bào)，2008,10(6):16-18 [6] 許一飛.國(guó)外農(nóng)業(yè)高效用水的研究就應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì).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(shè)施.化學(xué)工業(yè)出版社， 2007,5 [8] 張兵.節(jié)水灌溉自動(dòng)化控制器的設(shè)計(jì)與研究，2009.7 [9] 紀(jì)曉華.湯方平.灌區(qū)灌溉自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究.灌溉排水， 2008(2):25-27 [10] 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擬采用的研究手段及途徑 通過(guò)本課題的設(shè)計(jì)，使學(xué)生能夠根據(jù)所學(xué)的測(cè)控知識(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)節(jié)水灌溉控制系統(tǒng)的解決方案。能夠根據(jù)設(shè)計(jì)要求，采用集成電路芯片和電子元器件，設(shè)計(jì)電子電路，并對(duì)電路進(jìn)行分析和理論證明，能夠編程實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的控制。培養(yǎng)學(xué)生編程的能力，實(shí)現(xiàn)軟件和硬件的有機(jī)結(jié)合。 土壤型數(shù)字溫濕度傳感器SHT10 無(wú)線通信模塊 PTR2000 電源 電磁閥1~N 放大驅(qū)動(dòng) 無(wú)線通信模塊 PTR2000 報(bào)警電路 顯示電路 鍵盤(pán) 分機(jī) STC89C52 主機(jī) STC89C52 技術(shù)指標(biāo)為： 土壤濕度范圍：0～100%；檢測(cè)精度：3% 選用STC89C52RC單片機(jī)， STC89C52RC是采用8051核的ISP（In System Programming）在系統(tǒng)可編程芯片，最高工作時(shí)鐘頻率為80MHz，片內(nèi)含8K Bytes的可反復(fù)擦寫(xiě)1000次的Flash只讀程序存儲(chǔ)器，器件兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲(chǔ)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(hù)的程序代碼下載進(jìn)單片機(jī)內(nèi)部，省去了購(gòu)買(mǎi)通用編程器，而且速度更快。STC89C52RC系列單片機(jī)是單時(shí)鐘/機(jī)器周期(1T)的兼容8051 內(nèi)核單片機(jī)，是高速/ 低功耗的新一代8051 單片機(jī)，全新的流水線/精簡(jiǎn)指令集結(jié)構(gòu),內(nèi)部集成MAX810 專(zhuān)用復(fù)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(jìn)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(shí)自動(dòng)化設(shè)備有限公司生產(chǎn)的各類(lèi)變送器或直接連接單片機(jī)使用。具有非常高的一致性，可完全互換，濕度最高可達(dá)到2%RH。銅燒結(jié) 網(wǎng)的防護(hù)加強(qiáng)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(cè)土壤溫濕度的環(huán)境使用。其技術(shù)參數(shù)如下： 全量程標(biāo)定，兩線數(shù)字輸出；濕度測(cè)量范圍：0～100%RH；溫度測(cè)量范圍：-40～+123.8℃；濕度測(cè)量精度： 4.5%RH溫度測(cè)量精度： 0.5℃ 響應(yīng)時(shí)間：8s(tau63%)；低功耗 80μW(12位測(cè)量，1次/s)；可完全浸沒(méi)。 單片機(jī)主系統(tǒng)通過(guò)將 220V 電壓經(jīng)變壓濾波整形轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)所需要的電壓值。顯示采用LCD電路。 主機(jī)位于控制室。分機(jī)位于農(nóng)田現(xiàn)場(chǎng)，不同的時(shí)間，不同的農(nóng)作物對(duì)土壤的濕度要求是不同的，建立土壤濕度與時(shí)間的關(guān)系曲線，將該設(shè)定值曲線存入分機(jī)。通過(guò)濕度傳感器從N個(gè)土壤內(nèi)采集數(shù)字信號(hào)，將數(shù)字信號(hào)傳入分機(jī)，通過(guò)無(wú)線電模塊傳輸入主機(jī)，顯示并進(jìn)行操作。并與分機(jī)設(shè)定值比較，當(dāng)濕度不符合條件時(shí)，發(fā)射數(shù)字信號(hào)，經(jīng)放大驅(qū)動(dòng)N 個(gè)電磁閥，對(duì)應(yīng)數(shù)字信號(hào)的長(zhǎng)短進(jìn)而控制電磁閥的開(kāi)通時(shí)間，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)作物進(jìn)行節(jié)水灌溉。 指導(dǎo)教師意見(jiàn)： 指導(dǎo)教師： 年 月 日