水灌溉系统的设计开题报告.doc

毕业设计开题报告题目： 节水灌溉系统的设计 学生姓名： 邹粮徽 学 号： 11L0851339 专 业： 电气工程及其自动化 指导教师： 孟凡华 2015年4月2日毕业设计开题报告1文献综述：1.1 本课题的意义到2030年，我国人口将达到16亿，需要粮食7亿吨左右，为保证粮食与其他农产品的供给，灌溉面积必须达到6000万吨左右，否则指标难从实现。然而，我国是缺水国家，尤其北方广大地区水资源供给已严重不足，在未来30年内，随着人口的增加，农业供水只能维持在目前的4000亿m水平上，唯一的出路只能是节水灌溉，提高水的利用率，把灌溉水利用率从目前的0.45左右提高到0.65。在我国，由于独特的地理环境及气候，降雨时空分布不均，农业生产对水的依赖性很强，有水才能做到稳产高产。目前，我国灌溉用水量的比例在经历明显的下降过程后，呈稳定态势，但从长远看，随着工业，城市，生活，生态用水的不断增加，由于新增加水资源的开发潜力越来越小，开发代价越来越大，因此乃将有一部分灌溉用水转为其他行业用水。目前，农业用水占全国总有用水量的70，由于受工程配套状况和管理水平所限，灌溉用水效率仅有水资源短缺的主要对策之一。如何通过各种节水措施，有效地提高灌溉水资源的使用效率是发展农业节水的根本任务。 近年来，随着人口增加，经济发展和城市化水平的提高，水资源供需矛盾日益尖锐，农业干旱缺水与水资源短缺已成为我国经济和社会发展的重要制约因素，而且加剧了生态环境的恶化。按现状用水量统计，全国中等干早缺水358亿m，其中农业灌溉缺水300亿m。20世纪90年代以来，我国农业年均受旱面积大2000h万以上，全国600多个城市中有一半以上发生水危机，北方河流断流的问题日益突出，缺水已从北方蔓延到南方的许多地区。由于地表水资源不足导致地下水超采，全国区域性地下水降落漏斗面积已达8.2k。随着经济的发展，工业、城镇、农业用水矛盾日益尖锐。在这一矛盾斗争中，农业用水逐渐被工业和城镇用水挤占。全国80%的水库，近十年来都不同程度地调整了供水的范围，不断地转向工业和城市！据专家统计，我国农业用水量从80年代的年用水3912亿m，下降到1993年的3850亿m，减少了62亿m。而同期工业用却从每年523亿m，增加到1400亿m，增加了1.7倍。农业用从占总量的85%下降到72%，今后还将继续下降，农业用水总量不但不可能增加，还可能减少。 因此发展农业的根本出路在于节水。节水灌溉已不仅仅是技术问题，而是直接关系到农业发展的根本是实现水资源的可持续利用战略和实现从粗放到集约经营战略的具体体现。 目前，我国农业用水比重已从1980年的88下降到目前的70左右，今后还会继续下降，农业干旱缺水的局面不可逆转。我国农业灌溉用水量大，灌溉效率底下和用水浪费的问题普遍存在。目前全国灌溉水利用率约为43，单方水粮食生产率只有1.0kg左右，大大低于发达国家灌溉水利用率7080，单方水浪费生产率2.0kg以上的水平。通过采用现代节水灌溉技术改造传统灌溉农业，实现适时量的“精细灌溉”，真有重要的现实意义和深远的历史意义。1.2 国内外发展状况 节水灌溉技术是比传统的灌溉技术明显节约用水和高效用水的灌水方法，措施和制度等的总称。灌溉用水从水源到田间，到被作物吸收、形成产量，主要包括水资源调配、输配水、田间灌水和作物吸收等四个环节。在各个环节采取相应的节水措施，组成一个完整的节水灌溉技术体系，包括水资源优化调配技术、节水灌溉工程技术、农艺及生物节水技术和节水管理技术。 节水灌溉技术体系主要包括以下几个方面：（1）灌溉水资源优化调配技术。主要包括地表水与地下水联合调度技术、灌溉回归水利用技术、多水源综合利用技术、雨洪利用技术。（2）节水灌溉工程技术 。主要包括渠道防渗技术、管道输水技术、喷灌技术、微灌技术、改进地面灌溉技术、水稻节水灌溉技术及抗旱点浇技术。直接目的是减少输配水过程的跑漏损失和田间灌水过程的深层渗漏损失，提高灌溉效率。（3）农艺及生物节水技术 。包括耕作保墒技术、覆盖保墒技术、优选抗旱品种、土壤保水剂及作物蒸腾调控技术。（4）节水灌溉管理技术。包括灌溉用水管理自动信息系统、输配水自动量测及监控技术，土壤墒情自动监测技术、节水灌溉制度等发达国家节水灌溉技术的基本特点是高技术、高投入和管理现代化，高效益则是维系节水灌溉能否持续发展的基础。 自20世纪60年代“红火”以来，喷灌技术一直被作为机械化大面积解决灌溉问题的最主要技术。随着这项技术在生产中的广泛应用和各类喷灌机在技术、经济、适应性等多方面的考核，目前世界上已趋于将软管卷盘式自动喷灌机、平移式自动喷灌机及人工移管式喷灌机作为受欢迎的三大类机型大面积推广。 近年来喷灌技术又在喷洒农药、降低能耗、施水方式等多用途利用方面取得了很大突破。如美国林赛公司在平移式喷灌机上对喷头装置和喷洒方式进行了改进，水量损失大大减少，水的利用率可提高到0.9以上。法国等国在提高软管卷盘式的能量利用率上作了不少工作，使驱动旋转和过流损失减少了很多，很大程度上改善了这种机型耗能较多的“先天不足”弊病。在综合利用机型上，英国、美国等国将平移式喷灌机作为田间的综合作业机械，将所有的作物种植环节以此一机包办，其不仅可完成作物的所有老观念种植环节的耕、耙、播、收等，还可以完成其它许多新作业项目。 20世纪80年代发展起来的微灌技术，近10余年来有了很大的进步，随着设施农业的发展，微灌技术和设备更是如虎添翼，已趋于完善的地步。微灌技术的发展最有典型性的应首推以色列，除了大田作物很少应用外，他们几乎将微灌技术应用到有作物的各处，包括林园、阳台、花园，甚至于室内装饰植物。近几年微灌设备有很大突破，80年代仅灌水器(滴头、微喷头等)有100余种，现在逐步淘汰，形式变少，品种系列化。滴灌多采用滴灌带。微喷头多采用旋转与折射相结合的形式，使出水孔口相对变大不易堵塞；射程相对增加使喷灌强度变小，均匀度提高；水滴直径绝大多数为细小水滴而不是雾状使能耗大大减少。 世界各国如美国、日本、印度、前苏联、巴基斯坦、伊朗、加拿大等，由于渠道渗漏损失的水量很大，均非常重视并积极开展渠道防渗工程研究和建设工作。这些国家渠道防渗工程建设发展快、技术水平高、节水效果显著。如美国把渠道防渗作为水利工程挖潜措施之一，早在1946年就开始研究，到1990年美国共建防渗渠道9656km。目前已形成统一的设计和施工技术标准，施工机械化程度高，工程质量好。防渗材料多采用混凝土，约1/3采用压实土防渗，塑膜等新型材料目前正在发展推广中。日本也十分重视渠道防渗，现有干、支渠道已经全部防渗，田间渠道也基本防渗，它们大量使用工厂化生产的钢筋混凝土预制构件，现场施工以机械施工为主，渠道防渗工程标准高、质量好。近10余年来，世界上兴起了研究新型地下灌溉热潮，地下灌溉不仅在机理上、技术上、经济上而且在生态环境保护上、水资源保护上都被认为是最有发展前途的节水灌溉技术。这种技术主要用在草地、果园、棉田、小麦、玉米、蔬菜、花卉等作物上。地下灌溉在意大利、美国、德国、法国、日本、俄罗斯及我国等研究较多，发展较快，面积在稳定增加。截止到2005年底，全国灌溉面积达到9.28亿亩，有效灌溉面积8.48亿亩，非耕地上灌溉面积0.80亿亩。节水灌溉工程面积为3.20亿亩，其中耕地上节水灌溉工程面积2.95亿亩；非耕地上约为0.25亿亩，主要为林果草节水灌溉。在耕地上节水灌溉工程面积中，渠道防渗14454万亩，低压管灌9933万亩，喷灌4184万亩，微灌932万亩。目前，全国有效灌溉面积上节水灌溉工程面积比例为34.8%，全国灌溉水利用率约为45% 。根据水利部最近编制的全国节水灌溉规划，为高效利用我国的水资源，保障国家粮食安全、促进经济社会持续健康发展，“十一五”期间需发展耕地节水灌溉工程面积1.5亿亩、牧草节水灌溉面积350万亩、林果节水灌溉面积550万亩、节水措施面积2亿亩。到2020年，发展耕地节水灌溉工程面积4.7亿亩、牧草节水灌溉面积1300万亩、林果节水灌溉面积1700万亩、节水措施面积1.5亿亩。近几年来围绕大中型灌区节水改造项目、农业综合开发水利骨干项目、国家级节水示范市、国家和省级节水增效重点县、国家节水增效示范项目建设等，建成了400多个不同规模的以节水灌溉技术为支撑的农业科技示范园，这些科技示范园初步形成了从输水到灌水、从工程到管理、从微观到宏观的立体化、多样化、系统化农业节水格局。目前我国推广的节水灌溉技术有渠道防渗、管道输水、喷灌、滴灌、膜上灌、膜下灌等多种形式，不同的地区宜采用的节水灌溉技术也不同，大、中型灌区适宜推广渠道防渗技术，井灌区和小型灌区宜推广低压管道灌溉技术，经济条件好的地方提倡采用喷灌技术，在果园、菜园及其他经济作物种植区适合发展微、滴灌，西北干旱地区应推广雨水集流、水窖滴灌技术，南方水稻产区则应推广水稻节水灌溉技术，各地要根据其经济发展水平，合理确定技术方案。结合水利产权制度的改革，对建立适合市场经济要求和农村特点的“多元化”运行管理机制作了尝试。其中节水灌溉工程产权制度改革和对灌区建设自主管理灌排区的探索都取得了成功经验。在井灌区推广应用射频卡控制灌溉，有力地促进了管理水平的提高。 目前国外灌溉控制器已逐步趋于成熟、系列化，并朝着大型分布式控制系统和小面积单机控制两个方向发展，产品一般都能与微机进行通信，并由微机对其施行控制。而在我国，虽然有多家研制灌溉控制器但多数是小规模、实验和理论的探讨，面且开发出来的产品价格昂贵，农民尽管知道能节能、节水、增产，但由于一次性投资太大，多数农民承受不起，所以根本无法普及应用。参考文献：1 刘根深.GPS节水灌溉系统的研究.农业工程学报，2006，1（2）：24-272 景东升.单片机自动灌溉控制系统研究.北京农业工程大学，2004 3 武庆生.仇梅.单片机原理与应用.电子科技大学出版，2009,12 4 朱定华.单片机原理与接口技术.电子工业出版社，2006.4 5 吴景社，李久生，李英能等.纪节水农业中的高新技术重点研究领域.农业 工程学报，2008,10(6):16-186 许一飞.国外农业高效用水的研究就应用及发展趋势.节水灌溉，2008,3 （5）：（30-31） 7 吴普特.牛文全，郝宏科.现代化高效节水灌溉设施.化学工业出版社， 2007,5 8 张兵.节水灌溉自动化控制器的设计与研究，2009.7 9 纪晓华.汤方平.灌区灌溉自动化监控系统的设计与研究.灌溉排水， 2008(2):25-27 10 赵负图.现代传感器集成电路.人民邮电出版社，2008,10 11 张文革.智能化灌溉控制器.喷灌技术，2007 12 吴晓光.我国滴灌技术应用发展若干问题分析.节水灌溉技术，2004.613 李锐.单片机实现自动灌溉及施肥系统.计算机应用，2008，21（3）：219-221 14 周长城.数据采集与处理技术.信号处理应用，2006.8 15 袁军.单片机实现自动灌溉及施肥系统.中国电子技术，2009.3 16 冯晓波.灌溉自动化的基本原理.中国农村水利水电，2005.7 17 王洪亮.自动控制器的设计与研究.中国农村水利水电，2005.7 18 汤广民.节水灌溉与农业可持续发展，2007.3 19 张正喜.单片机应用系统的抗干扰软件设计 .计算机信息，2007本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段及途径：2.1 课题任务内容：节水灌溉是节能的研究课题之一，利用单片机对土壤多个点的湿度进行检测，根据湿度要求，设计驱动电路，对灌溉点进行灌溉控制。设计要求：l 设计土壤湿度多点检测电路；l 设计驱动电路实现灌溉；l 设计显示电路实现对土壤的检测和灌溉点的显示；l 实现系统的抗干扰。；2.2 拟采用的研究手段及途径通过本课题的设计，使学生能够根据所学的测控知识实现对节水灌溉控制系统的解决方案。能够根据设计要求，采用集成电路芯片和电子元器件，设计电子电路，并对电路进行分析和理论证明，能够编程实现对电机的控制。培养学生编程的能力，实现软件和硬件的有机结合。土壤型数字温湿度传感器SHT10无线通信模块PTR2000 电源 电磁阀1N放大驱动无线通信模块PTR2000 报警电路显示电路键盘分机STC89C52主机STC89C52技术指标为： 土壤湿度范围：0100%；检测精度：3% 毕业设计开题报告 选用STC89C52RC单片机， STC89C52RC是采用8051核的ISP（In System Programming）在系统可编程芯片，最高工作时钟频率为80MHz，片内含8K Bytes的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，具有在系统可编程（ISP）特性，配合PC端的控制程序即可将用户的程序代码下载进单片机内部，省去了购买通用编程器，而且速度更快。STC89C52RC系列单片机是单时钟/机器周期(1T)的兼容8051 内核单片机，是高速/ 低功耗的新一代8051 单片机，全新的流水线/精简指令集结构,内部集成MAX810 专用复位电路。 传感器的选择很重要，