基于Arduino的智能灌溉系统设计开题报告

1. 研究目的与意义

1.1 研究背景

我国是一个水资源严重缺乏，水旱灾害频繁的国家。虽然水资源的总量居世界第6位，但是按人均水资源量计算，人均占有量只有2500 立方米，约为世界人均水量的1/4， 在世界排110 位，已被联合国列为13个贫水国家之一。另一方面，我国水资源的分布很不平衡。北方有些地区水资源的占有量仅为900立方米，低于国际公认的1000 立方米的水资源下限。有些地区的人均占有量甚至低于世界最贫水的国家埃及和以色列的水平。 我国农业用水量约占总用水量的80%左右，由于农业灌溉用水的利用率普遍低下，就全国范围而言，水的利用率仅为45%，而水资源利用率高的国家已达70% -80% ，因而，解决农业灌溉用水的问题，对于缓解水资源的紧缺是非常重要的。我国的农业部明确了“一控两减三基本”的基本目标，即要控制农业用水的总量，划定总量红简线和利用系数率红线，因此节水灌溉技术是我国农业发展的重点。“十三五”规划计划全国新增高效节水灌溉面积1亿亩，溉水利用系数提高到0.55以上。

我国的灌溉一般分为畦灌、沟灌、喷灌、滴灌、渗灌、微喷灌等六种方式，这些灌溉方式若是人工控制的话，无论哪一种都会耗费大量的水资源，所以说节水智能灌溉的产生与发展是万众期待的。我国经过多年的发展与推广，节水智能灌溉相较于过去可以说是有了长足的进步，但是智能灌溉的发展仍受部分问题的制约。其中水资源分布不均是制约智能灌溉的重要因素之一，水资源分布不均导致一些农户对用水成本不够敏感，节水所带来的利益根本无法抵消节水设备的投资。除此之外，经济因素也是制约智能灌溉的一大因素，智能灌溉的研究成本和使用成本都较高所以对很多人来说，是拒绝对此进行设备投资的。目前，我国灌溉系统自动化的水平较低，这也是制约我国高效农业发展的主要原因。以色列、日本、美国等一些国家已采用先进的节水灌溉制度，由传统的充分灌溉向非充分灌溉发展，对灌区用水进行监测预报，实施动态管理。采用传感器来监测土壤情况和农作物的生长，实现水管理的自动化。高效农业和精细农业要求我们必须提高水资源的利用率。要真正实现水资源的高效利用，仅凭单项节水灌溉技术是不可能解决的。必须将水源开发、输配水、灌水技术和降雨、蒸发、土壤和农作物需水规律等方面统一考虑。做到降雨、灌溉水、土壤水和地下水联合调用，实现按期、按需、按量自动供水。

2. 研究内容和预期目标

随着我们的社会经济的飞速发展，工业越来越多，水资源几乎扬中的匮乏，因此，了解以及发展我们的智能灌溉系统显得更加的重要。

本课题的主要研究内容和目标是设计一个智能农业灌溉系统。使其稳定电源供电下，通过土壤湿度传感器来实时监测土壤和作物的情况，核心处理器Arduino将传感器得到的信息进行判断处理，并及时给出控制系统信号，从而控制水泵的开启与关闭，实现按需灌溉。该系统与传统的农业灌溉系统相比具有结构简单、安全可靠、实时性好、灵敏度高、功耗低、操作简便等优点。测量数据能够在显示屏上实时显示出来，结果直观。和传统的农业灌溉设备相比成本大大降低，而且抗干扰性好、安装维护方便、测量精度高，具有较高的性价比。该系统可对不同土壤的适度进行监控，并进行适时、适量的灌溉。

3. 研究的方法与步骤

1.认真进行调研，收集智能灌溉系统相关资料、阅读相关文献，学习了解智能灌溉系统国内外发展现状，研究目的和意义。

2.有针对性的学习相关学科的基础知识，学习实验所需的相关软硬件知识，在此基础上设计实验方案，采集实验数据，撰写开题报告。

3.将理论知识与实践结合，操作实物进行硬件电路调试仿真，编写代码，开发相关软硬件系统。

4. 参考文献

[1]基于发布/订阅的推模式服务调用[j].刘军霞,熊选东,付建丹.计算机系统应用.2012(12)

[2]陈玮,秦会斌,曹曙光,秦利红.基于android平台的智能家居系统设计[j].电子技术应用,2015,41(10):158-160 164.

[3]任亨,马跃,杨海波,贾正锋.基于mqtt协议的消息推送服务器[j].计算机系统应用,2014,23(03):77-82.

5. 计划与进度安排

2022年2月24日-2022年3月5日，有针对性的学习课题相关资料，学习相关学科的基础知识，学习实验所需软硬件的相关知识。

2022年3月6日-2022年3月20日，设定实验方案，采集实验数据。查阅资料，撰写并提交开题报告。

2022年3月21日-2022年4月25日，进一步理论分析，进行实验，开发相关软硬件系统。