自動(dòng)澆花系統(tǒng)的設(shè)計(jì)文獻(xiàn)綜述

1、<p><b>　　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　?。ㄎ墨I(xiàn)綜述）</b></p><p>　　題 目 自動(dòng)澆花系統(tǒng)的設(shè)計(jì) </p><p>　　姓 名 </p><p>　　專 業(yè)

2、 </p><p>　　學(xué) 號(hào) </p><p>　　指導(dǎo)教師 </p><p><b>　　二○一四年五月</b></p><p>　　自動(dòng)澆花系統(tǒng)的設(shè)計(jì)文獻(xiàn)綜述</p><p>&l

3、t;b>　　1 前言</b></p><p>　　現(xiàn)在生活中，隨著人們生活水平的提高，人們對(duì)花卉、樹木等綠色植物的喜愛和種植越來越多，在家里養(yǎng)盆花能夠陶冶情操，使生活多姿多彩。而且，盆花通過光合作用能吸收二氧化碳，凈化空氣，在有花草的地方空氣中陰離子聚積較多，所以空氣也會(huì)特別清新，另外，有許多花木還可吸收空氣中的有害氣體，因此，如今許多的人喜愛養(yǎng)盆花。隨著我國房地產(chǎn)的發(fā)展，近年來出現(xiàn)高檔住宅社區(qū)

4、和別墅區(qū)，一部分擁有了私家花園，家庭式的澆灌在國內(nèi)也沒正式的起步，和人們現(xiàn)在的生活壓力大，沒有時(shí)間來照看自己家的花卉和小草，但是人們現(xiàn)在生活的環(huán)境中太多的電子產(chǎn)品，影響我們的身體健康，所以我們不得不養(yǎng)些花花草草的，還可以陶冶一下情操。[1]然而以前對(duì)花木的澆灌、施肥等工作都需要人工來實(shí)現(xiàn)，由于現(xiàn)代生活節(jié)奏的加快，人們往往忙于工作而忘記定期、及時(shí)的為花卉補(bǔ)充水分及養(yǎng)料，或者由于放假回家而將花放辦公室等處沒人管理導(dǎo)致花木枯死。水是植物生存、

5、生長的最基本的需要.花卉生長所需的水分，大部分是從土壤中吸收來的，保持土壤適當(dāng)?shù)暮浚腔ɑ苷０l(fā)育和獲得更高觀賞品質(zhì)的必要條件。常見的花卉按其需水習(xí)性和對(duì)不同水分環(huán)境的適應(yīng)能力，可分為水生花卉、濕生花卉、中生</p><p>　　隨著自動(dòng)化設(shè)備的不斷完善，各種自動(dòng)澆花裝置也不時(shí)的涌入社會(huì)。根據(jù)土壤濕度傳感器設(shè)計(jì)的花卉自動(dòng)澆水系統(tǒng)能根據(jù)作物及其不同生長階段對(duì)環(huán)境條件的具體需要，隨時(shí)調(diào)整控制花卉土壤濕度，讓花卉能

6、良好生長。</p><p>　　2 自動(dòng)澆花系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求</p><p>　　能夠檢測土壤濕度，當(dāng)濕度小于設(shè)定值時(shí)，進(jìn)行澆水。對(duì)土壤濕度的檢測要能夠靈敏的反應(yīng)出土壤中的含水量變化并快速做出反應(yīng)，當(dāng)土壤中的含水量小于按鍵設(shè)定的設(shè)定值時(shí)對(duì)花卉進(jìn)行澆水。上下限濕度值通過按鍵設(shè)定。</p><p><b>　　3 土壤檢測技術(shù)</b></p&g

7、t;<p><b>　　3.1 烘干法 </b></p><p>　　烘干法也即土鉆法(SA)是一直被公認(rèn)的最經(jīng)典和最精確的方法，因操作簡單曾得到廣泛應(yīng)用，是直接測定的方法。 </p><p>　　3.1.1 測定方法 </p><p>　　經(jīng)典的方法是烘箱烘干法，即取土樣放入烘箱，在105-110℃條件下，烘至恒重，為烘干土重，

8、以此為基礎(chǔ)計(jì)算水分重(蒸發(fā)損失量)的百分比(%)，從而獲得土壤水分含量。[3] </p><p>　　烘干法通常還有所謂的快速測定法，其程序與常規(guī)法相同，實(shí)質(zhì)仍是采用一些手段使土樣烘至恒重的時(shí)間盡可能縮短，如酒精燃燒法、紅外線法、爐烤法等。 </p><p>　　3.1.2 方法的應(yīng)用及優(yōu)缺點(diǎn)</p><p>　　烘干法是測定土壤含水量最普遍的方法，也是目前國際上的

9、標(biāo)準(zhǔn)方法。烘干法的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)設(shè)備要求不嚴(yán)，就樣品本身而言結(jié)果可靠。缺點(diǎn)是費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，綜合費(fèi)用并不低；取樣會(huì)破壞土壤，深層取樣困難，定點(diǎn)測量時(shí)不可避免由取樣換位而帶來誤差，在很多情況下不可能長期定點(diǎn)監(jiān)測，受土壤空間變異性影響也比較大，采用酒精燃燒法，由于需要翻炒多次，極為不便，不適合用于細(xì)粒土和含有有機(jī)物的土，且容易掉落土粒或燃燒不均勻而帶來較大誤差，如果測量目的是用于灌溉，還必須知道土壤各層次的水容量。[4] </p>&l

10、t;p><b>　　3.2 中子儀法 </b></p><p>　　中子法測定土壤含水量是七十年代中期興起的一種新的土壤水分測試技術(shù)，八十年代中期在我國的一些科研院所和高等學(xué)校開始使用。這種技術(shù)主要應(yīng)用于農(nóng)田灌溉管理的田間水分測定，以及工程地質(zhì)工作中土壤深層水分的野外測定等方面。 </p><p>　　3.2.1 測定方法</p><p>

11、;　　中子儀測定土壤水分的基本原理是：將中子源埋入待測土壤中，中子源不斷發(fā)射快中子，快中子進(jìn)入土壤介質(zhì)與各種原子離子相碰撞，快中子損失能量，從而使其慢化。當(dāng)快中子與氫原子碰撞時(shí)，損失能量最大，更易于慢化，土壤中水分含量越高，氫就越多，從而慢中子云密度就越大。中子儀測定水分就是通過測定慢中子云的密度與水分子間的函數(shù)關(guān)系來確定土壤中的水分含量。</p><p>　　3.2.2 方法的應(yīng)用及優(yōu)缺點(diǎn) </p>

12、<p>　　中子法在20世紀(jì)50年代就被用于測定土壤含水量，此后，世界上很多國家對(duì)此進(jìn)行研究，使中子法日趨完善。利用中子儀測定土壤水分含量不必采土，不破壞土壤結(jié)構(gòu)；可定點(diǎn)連續(xù)監(jiān)測，從而得到該樣點(diǎn)土壤水分動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)規(guī)律；不受土壤水分物理狀態(tài)影響且快速準(zhǔn)確，無滯后現(xiàn)象，測深不限；中子儀還可與自動(dòng)記錄系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)連接，因而成為田間原位測定土壤含水量較好的方法，并得到廣泛應(yīng)用。但中子儀測定時(shí)，室內(nèi)外曲線差異較大，且田間不同的土壤物理

13、性質(zhì)，如容重不同、土壤質(zhì)地不同都會(huì)造成曲線較大的移動(dòng)，研究表明中子儀垂直分辨率較差；沒有特殊措施時(shí)不能測定地表(0-20cm)土壤含水量；同時(shí)中子儀價(jià)格昂貴，存在潛在的輻射危害，因此不能廣泛應(yīng)用。</p><p>　　3.3 時(shí)域反射儀法（TDR）法 </p><p>　　TDR法(Time Domain Reflectometry，時(shí)域反射法)是新近發(fā)展起來的一種測定土壤含水量的方法，具

14、有不破壞樣本、快速、容易操作等優(yōu)點(diǎn)，并可做到信息轉(zhuǎn)換而達(dá)到數(shù)據(jù)自動(dòng)采集的目的，因而很快為人們所接受。[7]</p><p>　　3.3.1 測定方法 </p><p>　　TDR法是依據(jù)電磁波在土壤介質(zhì)中傳播時(shí)，其傳導(dǎo)常數(shù)如速度的衰減取決于土壤的性質(zhì)，特別是取決于土壤中含水量和電導(dǎo)率。與土壤中的固體顆粒和空氣相比，水的介電常數(shù)在土壤中處于支配地位，因此土壤水分含量越高，介電常數(shù)值就越大，沿

15、波導(dǎo)棒的電磁波傳播時(shí)間就越長，通過測定土壤中高頻電磁脈沖沿波導(dǎo)棒的傳播時(shí)間后再計(jì)算出傳播速度，進(jìn)而就可以確定出土壤容積含水量。 </p><p>　　3.3.2 方法的應(yīng)用及優(yōu)缺點(diǎn) </p><p>　　TDR法是20世紀(jì)60年代末出現(xiàn)的一種確定介電特性的測定方法。用TDR測定了脈沖波的傳播時(shí)間，并得出該傳播時(shí)間在大部分土壤中與土壤含水量成比例的結(jié)論。TDR儀測定的土壤表層的含水量比中子儀

16、所測定的精度要高得多。即它的垂直分辨率高，并以其快速、準(zhǔn)確、安全(無任何輻射)、方便、一般不需標(biāo)定、便于自動(dòng)控制等特點(diǎn)受到極大的推崇。 </p><p>　　其實(shí)土壤水分檢測技術(shù)還有很多，有張力計(jì)法和電測法，計(jì)算機(jī)斷層掃描法，探地雷達(dá)法，核磁共振法，分離示蹤劑法，遙感法等等。 </p><p><b>　　4 自動(dòng)澆水技術(shù) </b></p><p

17、>　　4.1基于PC機(jī)技術(shù)的研究 </p><p>　　隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)日新月異的發(fā)展，PC機(jī)不僅能用于科學(xué)計(jì)算、數(shù)據(jù)處理等方面，也廣泛地用于工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)控制，花卉的自動(dòng)澆水就需要實(shí)時(shí)檢測土壤濕度。所謂“實(shí)時(shí)”是指及時(shí)響應(yīng)隨機(jī)發(fā)生的外部事件的請(qǐng)求，并且以足夠快的速度完成對(duì)外部事件的處理，控制所有實(shí)時(shí)設(shè)備和實(shí)時(shí)任務(wù)協(xié)調(diào)一致地運(yùn)行。實(shí)時(shí)系統(tǒng)的主要特征就是實(shí)時(shí)性和可靠性。隨著PC機(jī)性能和可靠性的不斷提高，PC機(jī)廣

18、泛地應(yīng)用于實(shí)時(shí)系統(tǒng)中，而現(xiàn)行基于PC的通用操作系統(tǒng)(例如WINDOW S系統(tǒng))均不具備較好的實(shí)時(shí)性，不能滿足大多數(shù)實(shí)時(shí)系統(tǒng)的時(shí)間性指標(biāo)。為了能夠?qū)崿F(xiàn)主控PC機(jī)和任務(wù)PC機(jī)之間的數(shù)據(jù)交換，必須開發(fā)WINDOWS和實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)不同平臺(tái)下數(shù)據(jù)交換的通信協(xié)議，它可以基于串口，并口，網(wǎng)卡和USB等I/O設(shè)備。[9]</p><p>　　4.2基于PIC系列單片機(jī)技術(shù)的研究 </p><p>　　PI

19、C系列單片機(jī)是由美國Microchip公司生產(chǎn)的，其中運(yùn)用最為廣泛的是PIC16C57系列單片機(jī)，關(guān)于該單片機(jī)的應(yīng)用有很多。該單片機(jī)采用簡潔的RISC 結(jié)構(gòu)，兩級(jí)指令流水線，結(jié)構(gòu)可在一個(gè)周期內(nèi)同時(shí)完成一條指令的執(zhí)行和下一條指令的取指；采用哈佛雙總線的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，使數(shù)據(jù)和指令傳輸總線完全分開，避免了瓶頸問題的出現(xiàn)；本身帶有8位的A/D轉(zhuǎn)換部件，具有同步串行口模塊。解決了傳感器因結(jié)垢而檢測不準(zhǔn)，顯示器顯示亂碼，因干擾而造成電磁閥等執(zhí)行機(jī)構(gòu)誤操

20、作等一些問題，能較好的運(yùn)用與花卉自動(dòng)澆水系統(tǒng)，但是編程和傳統(tǒng)51單片機(jī)有一定區(qū)別，不能較快的掌握。 </p><p>　　4.3基于MCS-51單片機(jī)技術(shù)的研究 </p><p>　　MCS-51系列單片機(jī)是眾人較為熟悉的單片機(jī)，就是運(yùn)用了AT89C51單片機(jī)，該單片機(jī)是在一塊芯片中集成了CPU、RAM、ROM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器和多功能I/O等一臺(tái)計(jì)算機(jī)所需要的基本功能部件，編程較為簡單[1

21、8]?；诖讼盗袉纹瑱C(jī)的智能控制系統(tǒng)通過合理配置硬件, 設(shè)計(jì)軟件, 設(shè)計(jì)出一套價(jià)格低廉、自動(dòng)化程度高的花卉自動(dòng)澆水系統(tǒng)，操作方便，控制靈活的控制器性價(jià)比高、使用方便、市場貨源充足，有較大的發(fā)展前景。 </p><p>　　5 花卉自動(dòng)澆水系統(tǒng)的主要應(yīng)用 </p><p>　　花卉自動(dòng)澆水系統(tǒng)的應(yīng)用是很廣泛的。它不僅僅可以用在家養(yǎng)的盆花，經(jīng)過改造之后還可以用在農(nóng)田等地。我們平時(shí)常見的滴灌技術(shù)

22、其實(shí)也是花卉自動(dòng)澆水系統(tǒng)的變相用法。最近10年，滴灌技術(shù)在我國發(fā)展速度已居世界前列，滴灌目前主要應(yīng)用在大田(棉花、玉米、葡萄、辣椒等)溫室大棚果園及綠化帶等近年來，滴灌應(yīng)用領(lǐng)域出現(xiàn)了一些新的變化勢頭，由溫室大棚室內(nèi)小單元滴灌向室外露地的大單元滴灌擴(kuò)展；由平地大面積滴灌向山區(qū)陡地發(fā)展；由蔬菜滴灌向多種經(jīng)濟(jì)作物滴灌延伸；由農(nóng)場集中大面積向農(nóng)村小面積分散發(fā)展；滴灌由原來的高附加值作物向一般經(jīng)濟(jì)作物普及。此外，公路鐵路沿線和荒漠風(fēng)沙治理綠化也開

23、始陸續(xù)采用滴灌滴灌還進(jìn)一步應(yīng)用在城市綠地林木屋頂花園等非農(nóng)領(lǐng)域，盡管用量較少，但卻為滴灌的今后推廣提供了更為廣闊的市場切入點(diǎn)，相信伴隨社會(huì)主義新農(nóng)村建設(shè)的推進(jìn)和建設(shè)節(jié)約型社會(huì)的發(fā)展要求，滴灌技術(shù)的應(yīng)用會(huì)更加普及。 </p><p>　　自動(dòng)化滴灌系統(tǒng)是世界先進(jìn)國家發(fā)展高效農(nóng)業(yè)節(jié)水的重要舉措，以色列、日本、美國等一些國家都已采用先進(jìn)的節(jié)水灌溉制度。由傳統(tǒng)的充分灌溉向非充分灌溉發(fā)展，通過采用遙感，傳感器來監(jiān)測土壤墑情

24、和作物生長，對(duì)灌溉區(qū)用水進(jìn)行監(jiān)測預(yù)報(bào)，實(shí)現(xiàn)水管理的自動(dòng)遙控，對(duì)灌溉區(qū)實(shí)行動(dòng)態(tài)管理，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)灌溉用水管理的自動(dòng)化。在農(nóng)業(yè)灌溉區(qū)域合理地推廣自動(dòng)化控制系統(tǒng)，尤其在干旱、半干旱地區(qū)，不僅可以提高水資源利用率、緩解水資源日趨緊張的矛盾，還可以增加農(nóng)作物的產(chǎn)量，降低農(nóng)產(chǎn)品的成本。高效農(nóng)業(yè)和精細(xì)農(nóng)業(yè)要求我們必須提高水資源的利用率，將水源開發(fā)、輸配水、灌溉技術(shù)、水資源合理利用和降雨、蒸發(fā)、土壤墑情和農(nóng)作物需水規(guī)律等方面統(tǒng)一考慮，綜合多種因素合理調(diào)配水

25、資源。因此，研制和推廣農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉控制新技術(shù)是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的迫切需要。[10]</p><p>　　6 花卉自動(dòng)澆水系統(tǒng)的發(fā)展前景 </p><p>　　隨著社會(huì)的不斷發(fā)展自動(dòng)化設(shè)備已經(jīng)是越來越普遍，當(dāng)然花卉自動(dòng)澆水系統(tǒng)也會(huì)得到廣泛應(yīng)用。人們總會(huì)因?yàn)榉泵ν俗约盒膼鄣呐杌ǎ蚴且驗(yàn)檎疹櫜粔蛑苋灾禄菸?，自?dòng)化澆水系統(tǒng)就很好地解決了這一問題?；ɑ茏詣?dòng)澆水系統(tǒng)可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)濕度范圍，這

26、也是根據(jù)不同植物的需水習(xí)性設(shè)計(jì)的。在今后的生活中，它將不再局限于花卉方面的應(yīng)用，還可以用于農(nóng)田的農(nóng)作物中。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 王凌.淺談盆花澆水[J].陜西農(nóng)業(yè)科學(xué),2006,(09):65-68.</p><p>　　[2] 張曉虎,李新平.幾種常用土壤含水量測定方法的研究發(fā)展[J]

27、.陜西農(nóng)業(yè)科學(xué),2008(06):114-117.</p><p>　　[3] 揚(yáng)文進(jìn),馮志彪.一種基于PC機(jī)的實(shí)時(shí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)[J].微型電腦應(yīng)用,2003,(04):33-35.</p><p>　　[4] 張?jiān)粕?實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)原理及應(yīng)用[M].國防工業(yè)出版社,1998,(07):25-28.</p><p>　　[5] 蔡德聰,周德澤.工業(yè)控制計(jì)算機(jī)

28、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)[M].清華大學(xué)出版社,1999,(07):25-28.</p><p>　　[6] 李秉玉.單片機(jī)控制的土壤濕度電路[J].武漢工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2003,(03):54-55.</p><p>　　[7] 李華.MCS-51系列單片機(jī)實(shí)用接口技術(shù)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社，1993,(09):35-40.</p><p>　　[8] 張婷,白安