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目次

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第一章 绪论 ............................................................... 3 1.1 引言 .................................................................. 3 1.2 选题背景及研究的目的与意义 ............................................ 4 1.2.1 选题背景 ............................................................ 4 1.2.2 研究的目的与意义 .................................................... 5 1.3 研究内容 .............................................................. 6 1.4 节水灌溉控制系统国内外的研究现状及存在问题 ............................ 6 第2章 灌溉系统总体设计方案 ............................................... 9 2.1 计算机控制系统的基本形式 .............................................. 9 2.2 系统总体方案 .......................................................... 9 2.2.1 AT89C51微控器构成的最小系统 ....................................... 10 2.2.2 数据采集部分 ....................................................... 10 2.2.3 显示部分 ........................................................... 11 2.2.4 供电电源单元 ....................................................... 11 2.3 本章小结 ............................................................. 12 第3章 系统硬件电路设计 .................................................. 13 3.1 本系统的硬件设计概述 ................................................. 13 3.2 单片机的选择及分析 ................................................... 13 3.2.1 单片机的定义和特点 ................................................. 13 3.2.2 单片机的发展概况 ................................................... 14 3.2.3 本系统单片机的选择 ................................................. 14 3.3 本系统硬件电路部分 ................................................... 18 3.3.1 系统的工作原理 ..................................................... 18 3.3.2 单片机主系统电路 ................................................... 19 3.3.3 时钟电路 ........................................................... 19 3.3.4 数据存储的扩展电路 ................................................. 20 3.3.5 数据采集处理电路 ................................................... 21 3.3.6 LED显示电路 ....................................................... 22 3.4 电磁离合器异步电动机 ................................................. 23 3.4.1 电机概念介绍 ....................................................... 23 3.4.2 电磁离合器电机结构及原理 ........................................... 23 3.5 本章小结 ............................................................. 24 第4章 系统软件设计 ...................................................... 24 4.1 本系统的主程序设计 ................................................... 24

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4.2 采样子程序设计 ....................................................... 27 4.3 数据处理 ............................................................. 28 4.3.1 采集数据转换 ....................................................... 28 4.3.2 坐标变换 ........................................................... 29 4.3.3 BCD转换 ........................................................... 32 4.4 LED动态显示程序 ..................................................... 32 4.5 本章小结 ............................................................. 34 结 论 ................................................................... 35 致 谢 ................................................................... 36 参考文献 ................................................................. 37

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第一章 绪论

1.1 引言

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随着中国农业现代化进程的加快，农业结构的调整以及我国加入WTO等因素，农业灌溉自动化技术的要求越来越高，灌溉控制器在我国有着巨大的市场。节水灌溉控制器近期在中国应朝着价格低，性能可靠操作简便的方向发展。但从长远的利益考虑，新的只能化技术，传感技术和农业科技的引入应用和普及，将会有智能化程度更高，性能更稳定可靠的灌溉控制器出现。

经过多年的发展，国外灌溉控制器已逐步趋于成熟系列化，但价格昂贵，国内虽引进一些，大多数是农业示范区，单位。虽然国外生产的灌溉控制器性能越来越高，但没有考虑我国特殊的自然气候土地资源农业经济状况等因素，因而国外引进的灌溉控制器在国内应用并不普及。国内虽然有多家研制灌溉器，但多数是小规模，试验和理论的探究应用不够普及。究其原因一则是开发性能完善的灌溉控制系统需要大量的人力和物力的投入，需要多部门，多学科的融合，这在一定程度上限制了性能的完善，适应性强的控制器的开发。其次是现在开发出来的灌溉控制器价格昂贵，农民尽管知道能节省人力和灌溉用水提高产量，但由于一次性投入太大，多数农民承受不起，这也在一定程度上限制了灌溉控制器的普及。综上所述，西方发达国家在节水灌溉控制器的开发上已越来越成熟，而且发展趋势是研制大型分布式控制系统和小面积单片机控制系统，并能有通讯功能，能与上位机进行通信，并可由危机对其编程操作。同时随着人工智能技术的发展，模糊控制，神经网络等技术为节水灌溉控制器的研制开辟了广阔的应用前景。而国内在灌溉控制器的研制方面还没有形成规模大，应用范围广的成套控制产品。国内的一些高尔夫球场等大面积场地灌溉控制，一般引用国外现成的成套灌溉控制产品，而广大农村可根据我国国情和各地经济和技术发展的实际情况，采取简单可行的节水灌溉控制措施及相应的排灌机械和设备，大力发展可靠实用和操作简便的节水灌溉控制器，这样做不仅具有广阔的市场，而且有巨大的社会和经济效益。

现代智能型控制器是进行灌溉系统田间管理的有效手段和工具，他可提高操作准确性，有利于灌溉过程的科学管理，降低对操作者本身素质要求。除了能大大减少劳动量，更重要的是他能准确，定时，定量高效地给作物自动补充水分，以提高产量，质量，节水和节能。

现代灌溉控制器的研究使用在我国的农林及园艺为数不多，与发达国家相比，有较大的差距，还基本停留在人工操作上，即使有些地方搞了一些灌溉工程的自动化控制系

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统，也是根据经验法来确定每天灌溉次数和每天灌溉量，如果灌溉量与作物实际需水量相比较少，便不能有效的促进作物健康成长；而灌溉量太多，肥水流失，又会造成资源浪费，同时传统的灌溉法还需要相关的专家实时观察并经验指导生产，劳动生产率低，这也不能与现代化农业向优化，高效化方向发展要求同步

1.2 选题背景及研究的目的与意义

1.2.1 选题背景

生命之起源，水为必要条件，没有了水，地球上的生命将会枯竭。

随着21世纪的到来，能源危机将接踵而至。比能源危机更可怕的是，作为人类生命之源的水的短缺到了前所未有的程度，这一状况还将随着时间的推移和社会的发展继续恶化。水资源危机已成为全球性的突出问题，利用科技手段缓解这一危机，将是人类主要的出路。

农业是人类社会最古老的行业，是各行各业的基础，也是人类顿以生存的最重要的行业。农业的发展从长远来看很重要，一是水的问题，二是科技的问题。农业的根本出路在科技，在教育。由传统农业向现代化农业转变，由粗放经营向集约经营转变，必须要求农业科技有一个大的发展，进行一次新的农业技术革命。农业与工业、交通等行业相比仍然比较落后，农业灌溉技术尤其落后。灌溉系统自动化水平较低是制约我国高效农业发展的主要原因。传统的灌溉模式自动化程度极低，基本上属粗放的人工操作，即便对于给定的量，在操作中也无法进行有效的控制，为了提高灌溉效率，缩短劳动时间和节约水资源，必须发展节水灌溉控制技术。

现代智能型控制器是进行灌溉系统田间管理的有效手段和工具，它可提高操作准确性，有利于灌溉过程的科学管理，降低对操作者本身素质的要求。除了能大大减少劳动量，更重要的是它能准确、定时、定量、高效地给作物自动补充水分，以提高产量、质量，节水、节能。

现代灌溉控制器的研究使用在我国农、林、及园艺为数不多，与发达国家相比，有较大的差距，还基本停留在人工操作上，即使有些地方搞了一些灌溉工程的自动化控制系统，也是根据经验法来确定每天灌溉次数和每次灌溉量，如果灌溉量与作物实际需水量相比太少，便不能有效的促进作物健康成长;而灌溉量太多，肥水流失，又会造成资源浪费，同时传统的灌溉法还需要相关专家的实时观察并经验指导生产，劳动生产率低，这也不能与现代化农业向优化、高效化方向发展要求同步。

随着计算机技术和传感器技术的迅猛发展，计算机和传感器的价格日益降低，可靠性日益提高，用信息技术改造农业不仅是可能的而且是必要的。用高新技术改造农业产

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业，实施节水灌溉已成为我国农业乃至国民经济持续发展带战略性的根本大事。本文旨在设计一套能对作物生长的土壤湿度进行自动监控的系统，它能对作物进行适时、适量的灌水，起到高效灌溉，节水、节能的作用。 1.2.2 研究的目的与意义

农业是人类社会最古老的行业，是各行各业的基础，也是人类赖以生存的最重要的行业。农业的发展从长远来看非常重要，一是水的问题，二是科技的问题。农业的根本出路在科技，在教育。由传统农业向现代化农业转变，由粗放经营向集约经营转变，必须要求农业科技有一个大的发展，进行一次新的农业技术革命。农业与工业、交通等行业相比仍然比较落后，农业灌溉技术尤其落后。灌溉系统自动化水平较低是制约我国高效农业发展的主要原因。传统的灌溉模式自动化程度极低，基本上属粗放的人工操作，即便对于给定的量，在操作中也无法进行有效的控制，为了提高灌溉效率，缩短劳动时问和节约水资源，必须发展节水灌溉控制技术。

现代智能型控制器进行灌溉系统田间管理的有效手段和工具，它可提高操作准确性，有利于灌溉过程的科学管理，降低对操作者本身素质的要求。除了能大大减少劳动量，更重要的是它能准确、定时、定量、高效地给作物自动补充分，以提高产量、质量，节水、节能。

现代灌溉控制器的研究使用在我国农、林、及园艺为数不多，与发达国家相比，有较大的差距，还基本停留在人工操作上。即使有些地方搞了一些灌溉工程的自动化控制系统，也是根据经验法来确定每天灌溉次数和每次灌溉最。如果灌溉量与作物实际需水量相比太少，便不能有效的促进作物健康成长；而灌溉量太多，肥水流失，又会造成资源浪费。同时传统的灌溉法还需要相关专家的实时观察并经验指导生产，劳动生产率低，这也不能与现代化农业向优化、高效化方向发展要求同步。

我国先后引进了以色列、美国、法国、德国等国家的部分先进灌溉控制设备，但价格昂贵，维护保养困难，多数用于农业示范区、科研单位或高校，而且不符合我国土壤的应用特点。我国自己的现代灌溉控制器的研制和使用尚处于起步阶段，因此，作为一个农业大国，中国研究开发自己的先进的低成本、使用维护方便、系统功能强且扩展容易的国产化数字式节水灌溉器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，计算机和传感器的价格日益降低，可靠性日益提高，用信息技术改造农业不仅是可能的而且是必要的。用高新技术改造农业产业，实施节水灌溉己成为我国农业乃至国民经济持续发展带战略性的根本大事。本文旨在设计一套能对作物生长进行自动监控的系统，它能对作物进行适时、适量的灌水，起到高效灌溉、节水、节能的作用。

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