单片机控制的室内绿色植物分块自动浇灌系统设计开题报告

1．研究的背景、目的及意义

随着科技的进步，人们对农业的重视度以及人民生活水平的提高，越来越多的室内植物，大棚蔬菜水果出现在我们生活中。但由于我国在农业灌溉技术上相较于西方国家有很大差距，并且我国还是一个人均水资源匮乏的国家，所以为了提高灌溉效率，缩短劳动时间和节约水资源，必须发展节水灌溉系统。作为一个农业大国，中国研究开发自己的先进低成本，使用维护方便，系统功能强且扩展容易的国产化数字式自动灌溉系统是一项极有意义的工作。随着计算机技术和传感器技术的迅猛发展，计算机的可靠性日益提高，价格降低，用信息技术改造农业不仅成为可能而且是必要的。高新技术改造农业，实施自动灌溉已成为我国农业乃至全民经济持续发展带战略性的根本大事。

近年来，我国许多学者开展了温室自动化控制系统的研究，取得了一些成果。例如，潘荣敏等［2］综合利用传感器技术、MESH自组网络技术、无线互联网等嵌入式技术设计了一套基于物联网技术的温室智能灌溉系统。陈晓燕等基于LabVIEW软件和ZigBee网络技术设计了一种温室节水灌溉系统。刘俊岩等^[2]设计了一套基于ZigBee的温室自动灌溉系统，该系统采用太阳能供电，具有节能环保的特点。梁月云^[3]等根据温室环境复杂且很难建立精确数学模型的特点，设计了基于模糊控制的温室节水灌溉系统。部分灌溉管理系统研究成果 已经在一些规模化果园和温室中得以应用，但存在传感器节点多、线路复杂、成本高、环境适应能力差等问题，导致自动灌溉的研究成果没有得到大范围应用。

而基于单片机的控制系统，选用AT89C51作为控制系统的核心模块、外接温湿度信号采集模块，控制驱动模块，和通讯接口模块，设计一种温室自动灌溉系统。该系统会根据实际情况及系统的技术要求，通过信息采集获取土壤湿度信息和室内温度信息，送至中央模块进行处理，由中央模块给出灌溉控制信息，执行机构收到此灌溉控制信息后进一步转化为水泵的通断来实现智能灌溉，以达到准确，定时，定量，高效地给作物自动补充水分的目的。单片机是整个控制系统的核心^[5]。单片机可将土壤湿度传感器检测到的土壤湿度和室内温度模拟量通过芯片转换成数字量，并传输给控制系统，单片机根据检测到的数据进行运算处理，进而控制继电器的通断，继电器控制水泵的启停，从而实现智能灌溉。自动灌溉制度包括灌水时期，灌水定额和轮灌周期等内容。根据水与作物生长，发育及产量间的关系，通过有限水量在作物生育期内的最优分配，以提高有限灌溉水下作物根系吸收转化和光合作用向经济产量转化的效率为目标，进而达到高产和高水分生产率，这也是基于传统灌溉的基础。

总的概括起来，基于单片机的自动灌溉系统有以下的功能

(1)数据采集。(2)可自动采集，处理温度，湿度等环境参数。

(3)灌溉控制功能。具有自动灌溉，定时灌溉，周期灌溉等多种模式，也可实现多种控制方式

(4)参数设置功能。系统可以对现场的温湿度限值进行设置和修改，通过控制器完成灌溉起止时间，喷灌时间等参数设置。

(5)显示功能。控制器上配有小型显示器，现场采集数据可以直接显示。

在当下自动灌溉系统还没有普及，发展基于单片机的自动灌溉系统可以很好推动农业高效的发展，也很适合环保节水这个理念，符合社会主义核心价值观，无疑会带来良好的社会，经济效益。

2．主要研究内容和预期目标

（1）设计一个基于单片机控制的室内绿色植物分块自动浇灌系统；

（2）利用MCS-51系统和编程语言来进行编写程序和调试系统；

（3）用系统对绿色植物进行测试，根据不同植物的种类在不同的分块区域内进行不同的温、湿度检测及控制，从而实现各种植物生长的最佳配置；

（4）通过记录的数据检验系统的可行性。

3．拟采用的研究方法、步骤

本课题研究方法：

本课题熟悉MCS-51系统指令的相关理论，了解MCS-51系统的运行方式，能够在短时间内运用相关的硬件进行实际的调试工作。该系统采用AT89C51单片机来实现，单片机是整个控制系统的核心。单片机可将土壤湿度传感器检测到的土壤湿度模拟量通过芯片ADC0832转换成数字量，并传输给控制系统，单片机根据温湿度传感器监测到的数据进行运算处理，进而控制继电器的通断，继电器控制水泵的启停，从而实现智能灌溉。

本课题主要分为以下几个具体实现步骤：

（1）了解MCS-51系统指令的相关理论。

（2）查阅资料，熟悉MCS-51系统的运行方式。

（3）根据课题要求设计硬件电路、编写程序，运用相关的软件进行调试。

（4）搭建实物硬件系统，模拟室内绿色植物分块自动浇灌，对于出现的问题不断地调试，最终做出可靠的分块自动浇灌系统。

4．主要参考文献

［1］李洪建.基于臭氧水的温室灌溉系统研制与试验［D］ . 泰安：山东农业大学，2017.

［2］刘俊岩，张海辉，胡瑾，等.基于ZigBee的温室自动灌溉 系统设计与实现［J］ .农机化研究，2012（1）：111-114.

［3］梁月云，崔天时，何亚非.温室节水灌溉系统模糊控制 器设计及MATLAB仿真［J］ .农机化研究，2014（6）：202-205.

［4］张争刚，熊刚.单片机技术在温室灌溉系统中的应用 ［J］ .自动化与仪器仪表，2016（7）： 33-35.

［5］吴爱萍，李嘉琪.智能灌溉控制系统设计［J］ .工业控制 计算机，2015（6）：142-143.

［6］张洪润，孙悦.单片机原理及应用[M].清华大学出版社，2008.

［7］吴国经.单片机应用技术[M].中国电力出版社，2004.

［8］沈红卫.基于单片机的智能系统设计与实现[M].电子工业出版社，2005.

［9］冯建华.单片机应用的系统设计与产品开发[M].人民邮电出版社，2004.

［10］马忠梅，籍顺心，张凯.单片机的C语言程序设计（第三版）[M].北京航空航天大学出版社，2003.

［11］张友德等.单片机原理应用与实验[M].复旦大学出版社，1992.

［12］余永权.ATMEL89 系列单片机应用技术[M].北京航空航天大学出版社，2002.

［13］张萌湘，姜斌.单片机应用系统开发综合实例[M].清华大学出版社，2007.

［14］韩颖.Proteus在单片机技术实训教学中的应用［J］.中国科教创新导刊，2008:33-35

［15］陈海宴.51单片机原理及应用[M].北京:北京航空航天大学出版社.2010：62-65.

［16］李平等.单片机入门与开发[M].北京:机械工业出版社.2008：33-37.

［17］冯建华.单片机应用的系统设计与产品开发［M］.人民邮电出版社.2004：68-70

5．具体进度安排（包括序号、起迄日期、工作内容）

（1）2020.2.26—2020.3.12 查阅资料，撰写开题报告；（2）2020.3.12—2020.4.17 硬件功能分析，熟悉MCS-51系统指令及编程语言；（3）2020.4.17—2020.5.18 设计电路原理图、编制应用程序；（4）2020.5.18—2020.5.25 系统调试及改进；（5）2020.5.25—2020.6.08 整理设计文档，撰写毕业论文；（6）2020.6.16 提交毕业论文，毕业答辩。