草坪智能喷灌系统设计毕业设计

精品文档 1欢迎下载 毕 业 设 计 说 明 书 题 目 草坪智能喷灌系统设计毕 业设计 姓 名 李 佳 敏 学 号 20145000119 平顶山工业职业技术学院 2019 年 5 月 20 日 精品文档 1欢迎下载 平顶山工业职业技术学院 毕 业 设 计 任 务 书 姓名 李佳敏 专业班级 14 级机电一体化五年制 2 班 任务下达日期 2019 年 2 月 25 日 设计开始日期 2019 年 3 月 14 日 设计完成日期 2019 年 5 月 10 日 设计题目 草坪智能喷灌系统设计毕业设计 指 导 教 师 堵 会 晓 院 部 主 任 郭 宗 跃 2019 年 2 月 25 日 精品文档 1欢迎下载 平顶山工业职业技术学院 毕业设计答辩委员会记录 电力工程 学院 机 电 一 体 化 专业 学生 李佳敏 于 2019 年 6 月 9 日进行了毕业设计答辩 设计题目 草坪智能喷灌系统设计毕业设计 指导老师 堵 会 晓 答辩委员会根据学生提交的毕业设计材料 根据学生答辩情况 经答辩委 员会讨论评定 给予学生 李佳敏 毕业设计成绩为 答辩委员会 人 出席 人 答辩委员会主任 签字 答辩委员会副主任 签字 答辩委员会委员 精品文档 2欢迎下载 精品文档 1欢迎下载 平顶山工业职业技术学院 毕业设计评语 第 页 共 页 学生姓名 李佳敏 专业班级 五年制机电一体化二班 年级 14 级 毕业设计题目 草坪智能喷灌系统设计毕业设计 评 阅 人 指导教师 签字 2019 年 6 月 12 日 成 绩 系 主 任 签字 2019 年 6 月 13 日 毕业设计及答辩评语 精品文档 2欢迎下载 精品文档 第 1 页1欢迎下载 摘摘 要要 水是一切生命过程中不可替代的基本要素 水资源是国民经济和社会发展重要基 础资源 我国是一个水资源严重缺乏 水旱灾害频繁 水资源的分布很不平衡的国家 在这样水资源严重短缺的情形下 目前我国大部分地区还仍然停留在人工检测旱情 决定灌溉与否凭个人经验 这样就会造成更严重的水资源浪费 近年来 随着现代农 业的发展 农业经营模式正在向大型化 集约化方向发展 这样就推广全面 统一 大型 智能化灌溉系统提供了必要条件 现在已经实现大面积种植的就是农田农业 因此我设计了和实现了一套针对农田的智能化监测和灌溉系统 采用农业智能浇灌系 统 可以根据各种农作物对水量的要求 以及土壤的水情合理配置各个供水设置设备 运行情况 另外 通过自动化控制 可以使相关人员及时了解整个系统的相关资源信 息 通过统计分析 进行合理使用 从而达到省水节能 省工省地的效果 以及发展 节水农业的目的 关键词 智能喷灌 喷头关键词 智能喷灌 喷头 精品文档 2欢迎下载2欢迎下载2欢迎下载2欢迎下载2欢迎下载2欢迎下载 目目 录录 第一章 绪论 3 1 1 设计背景 3 1 2 园林草坪喷灌的特点 3 第二章 设计方案 5 2 1 灌溉系统的基本组成 5 2 2 智能喷灌 8 第三章 机械设计部分 9 3 1 喷头选型 10 3 1 1 固定式喷头 11 3 1 2 旋转式喷头 11 3 2 布置喷头 12 3 2 1 喷头的水利性能 12 3 2 2 喷头布置方式 13 第四章 单片机智能喷灌系统 17 4 1 主界面控制流程 17 4 2 液晶显示程序 18 4 2 1 LCD1602 地址 19 4 2 2 LCD1602 指令 20 4 2 3 LCD1602 字符集 21 4 2 4 LCD1602 程序 21 4 3 时钟芯片程序 22 4 4 按键程序 22 4 4 1 ADC0832 芯片接口程序 24 致谢 25 参考文献 26 精品文档 3欢迎下载3欢迎下载3欢迎下载3欢迎下载3欢迎下载3欢迎下载 第第 1 1 章章 绪论绪论 1 11 1 设计背景设计背景 灌溉是弥补自然降水在数量上的不足与时空上的不均 保证适时适量的满足草坪 生长所需水分的重要措施 以往的草坪绿化工程 很多没有配套完整的灌溉系统 灌 水时只能采用大水漫灌或人工洒水 不但造成水的浪费 而且往往由于不能及时灌水 过量灌水或灌水不足 难以控制灌水均匀度 对草坪的正常生活产生不良影响 随着 城镇建设的不断发展 城市人口大量集中 工业和生活用水迅速增加 旅游 休闲 运动场 及居民小区等各种绿地面积越来越大 城市供水的紧张状况日益突出 传统 的地面大水漫灌已不能满足现代草坪灌溉的要求 采用高效的灌溉方式势在必行 现代园林草坪灌溉的方法主要是有喷灌和微灌技术 如果我们想使整个面积都得 到相同的水量 通常用喷灌 如草坪喷灌 如果我们想让某一特定区域湿润而使周围 干燥时 可采用微喷灌或滴灌 如灌木灌溉 滴灌有时也用于草坪地下灌溉 园林草 坪喷灌技术以及节水 节能 省工和灌水质量高等优点 越来越被人们所认识 1 21 2园林草坪喷灌的特点园林草坪喷灌的特点 园林草坪为改善环境 增加美感 陶冶性情等目的而栽植的 因此 要求它们最 好长年生长皆绿 每年只需剪而不必种植 另外 草坪使土壤渗吸速度降低 要求采 用少量频灌法灌溉 而且为了节约劳力和资金 提高喷灌质量的要求 园林草坪灌溉 大多采用自动化控制固定式喷灌系统 要求水质和喷洒质量较为严格 特别是对高级观赏植物和高尔夫球场的草皮 要 求喷灌均匀度较高 如有漏喷或喷洒过量 都会造成严重损失 草坪喷灌多数在夜间进行 其原因之一是草坪白天喷灌 蒸发损失大 一般夜晚 喷灌时能比白天少消耗 10 以上的水量 原因之二是有些草坪白天不允许喷洒 如高尔 夫球场进行比赛 公园娱乐区进行文娱活动等 精品文档 4欢迎下载4欢迎下载4欢迎下载4欢迎下载4欢迎下载4欢迎下载 喷灌系统不能影响草坪的维护作业 草坪需要经常性的修剪 植保 施肥等 这 些作业往往有机械完成 因此 需要选择特殊的设备 喷灌系统在满足草坪需水要求的同时 需充分注意景观环境效果 精心设计的喷 灌系统 通过正确选择喷头和喷点的布置 不仅能满足草坪需水 而且在灌水时可以 形成水动景观效果 园林喷灌能够有效提高劳动效率 传统灌溉方式费时 费工 甚至无法完成大面 积绿地的养护工作 特别是在炎热的高温季节 浇灌作业成为绿地养护工作中的重中 之重 传统方式的浇灌多采用人拿皮管浇灌为主 无法在大面积范围内同时灌溉 而 且费时 喷灌在很短的时间内 就可以完成几百或几千平方米绿地的灌溉 以 1 个标 准足球场为例 没有喷灌系统 至少需 3 人才能完成所有的养护工作 而具有自动喷 灌系统的足球场 通常 1 人就可完成所有养护作业 配备有施肥泵的喷灌系统 还可 在喷灌洒水的同时完成施 肥 打药等养护作业 另外喷灌时间由专业人士设定 可雇 用非熟练的工人进行操作 在一定程度上降低管理的人工费用 园林喷灌是一种模拟天然降水的灌溉方式 可以使喷灌范围内的植物得到均匀 致 的降水 采用自动控制的喷灌系统 均由专业的灌溉和绿地管理人员根据不同的种植 区及植物需水来编程设定灌水制度 这就保证了不同植物都能得到最佳的水分条件 使植物生长状态达到最佳且基本一致 特别是草坪 颜色均匀一致的草坪更能给人以 美的享受 另外水流经喷头喷射出后形成细小的水滴 不会对土表造成冲刷 这样就 能够保持土壤结构 为植物根系创造良好生长的土壤环境 1 31 3 设计目的设计目的 伴随着人们快节奏的生活 工作 学习 人们已没有很多时间去精心照顾自己种 的花卉植物等 因此市场上急需一种可以代替人类劳动的产品 由于现在市场上很多的喷灌设备主要是是针对温室 露天农作物 森林等大面积 植物喷灌 而对于家庭小面积喷灌系统设备几乎没有 也没有达到自动化的水平 现代生活中 随着人们生活水平的提高 人们对花卉 树木等绿色植物的喜爱和 精品文档 5欢迎下载5欢迎下载5欢迎下载5欢迎下载5欢迎下载5欢迎下载 种植越来越多 然而以前对花木的浇灌 施肥等工作都需要靠人工来实现 由于现代 生活节奏的加快 人们往往忙于工作而忘记定期 及时地为花卉补充水分及养料 或 者由于放假回家而将花放在办公室没有人管理导致花木枯死 已有的浇水器需要有人 控制或者定时的浇灌 不能根据植物正常生长所需要的光照 水分 温度来实时调节 植物生长环境的参数 不利于花木的成长 而且现在的名贵花如果因为以上原因而死 亡得不偿失 鉴于以上情况 市场上急需提供一种能够根据光照 温度 湿度及光照 的变化自动将水分和及光补充给花木 达到定期 及时浇灌花木自动灌溉器 所以本 文就指智能灌溉系统来设计研究 精品文档 6欢迎下载6欢迎下载6欢迎下载6欢迎下载6欢迎下载6欢迎下载 第第 2 2 章章 设计方案设计方案 2 12 1 灌溉系统的基本组成灌溉系统的基本组成 一个完整的喷灌系统一般由水源 首部枢纽 管网和喷头等组成 1 水源 一般多用城市供水系统作为喷灌水源 另外 井泉 湖泊 水库 河流 也可作为水源 在草坪的整个生长季节 水源应有可靠的供水保证 同时 水源水质 应满足灌溉水质标准的要求 2 首部枢纽 其作用是从水源取水 并对水进行加压 水质处理 肥料注入和系统 控制 一般包括动力设备 水泵 过滤器 施肥器 泄压阀 逆止阀 水表 压力表 以及控制设备 如自动灌溉控制器 衡压变频控制装置等 首部设备的多少 可视系 统类型 水源条件及用户要求有所增减 当城市供水系统的压力满足不了喷灌工作压 力的要求时 可建专用水泵站或加压水泵室或专用水塔 有时可在自来水管路上加装 一台管道泵即可 3 管网 其作用是将压力水输送并分配到所需灌溉的草坪种植区域 由不同管径的 管道组成 如干管 支管 毛管等 通过各种相应的管件 阀门等设备将各级管道连 接成完整的管网系统 现代灌溉系统的管网多采用施工方便 水力学性能良好且不会 锈蚀的塑料管道 如 PVC 管 PE 管等 同时 应根据需要在管网中安装必要的安全装 置 如进排气阀 限压阀 泄水阀等 4 喷头 喷头用于将水分散成水滴 如同降雨一般比较均匀地喷洒在草坪种植区域 下图为灌溉系统基本组成示意图 精品文档 7欢迎下载7欢迎下载7欢迎下载7欢迎下载7欢迎下载7欢迎下载 图 2 1 灌溉系统基本组成示例图 精品文档 8欢迎下载8欢迎下载8欢迎下载8欢迎下载8欢迎下载8欢迎下载 典型的地灌系统应该包括 1 水源及控制首部 2 主管道 将水输送到各灌溉小区 3 田间首部 4 支管道 将主管道的水分配给滴灌管 5 滴头 毛管 滴灌管及其接头 水源水源水泵水泵 首部控制首部控制 逆止阀 泄压阀 过滤逆止阀 泄压阀 过滤 系统 施肥系统 水表 系统 施肥系统 水表 减压持压阀 流量限制减压持压阀 流量限制 阀 控制器 压力表 阀 控制器 压力表 空气阀空气阀 主管路系统主管路系统 田间首部田间首部 支管路系统 多孔连接管 支管路系统 多孔连接管 滴头滴头 精品文档 9欢迎下载9欢迎下载9欢迎下载9欢迎下载9欢迎下载9欢迎下载 精品文档 10欢迎下载10欢迎下载10欢迎下载10欢迎下载10欢迎下载10欢迎下载 2 22 2 智能喷灌智能喷灌 智能喷灌系统要求能够实现以下要求 1 自动执行喷灌任务 既能够自动控制喷头在制定的时间段内定量的喷水 2 天气监测 即随时监测降雨情况 自动在降雨开始时停止喷灌 在降雨结束后 根据降雨量大小决定是否补喷一定的水量 3 只能水量控制 即如发现降雨量满足需求则不再补喷 如不能满足需求则补喷 一定水量直到满足需求 4 喷灌计划预制 既可以输入名项喷灌任务 可以在不同时间进行工作 智能化灌溉系统有如下优势 1 自动根据现场实时的气候 植物和土壤情况进行适时 适量地灌溉 2 通过智能控制技术的应用 更加节水节能 降低灌溉成本 提高灌溉质量 3 将使灌溉更加科学 方便 提高管理水平 4 减少灌溉中人员用量 更加合理的提高水源的利用率推广和使用智能化灌溉技 术是实现节能型社会的需要 例如 根据站点可选择植物类型 如乔木 灌木 一年生植物等 不同的植物需水量不 同 根据站点选择喷头类型 如齿轮旋转喷头 散射喷头 涌泉头等 或者直接设定 灌水器的喷灌强度 让参数更加贴合实际 根据站点选择土壤类型 如壤土 粘土 沙土 和地形的坡度 控制器可根据土 壤和地形计算运行 入渗周期 以防出现地表径流 精品文档 11欢迎下载11欢迎下载11欢迎下载11欢迎下载11欢迎下载11欢迎下载 第第 3 3 章章 机械设计部分机械设计部分 整体的机构形式如下所述 水由出水口接入 经过水泵增压后 经过导水软管 最后从管的另一端喷射出来 机械臂主要由导水软管 套筒 舵机 步进电机与电机配合的传动装置组成 套筒下 端固结有加工上锥齿的圆环 电机通过锥齿轮传动 带动套筒转动 舵机固定在套筒 上 当套筒旋转时 舵机也随套筒旋转 导水软管穿过套筒与固定在套筒上端的舵机 相固结 当舵机臂摆动时导水软管喷头处完成竖直方向的调整 以使喷出的水能够调 整远近 而套筒转动则实现了喷水方向的调整 这样 通过水平旋转及竖直摆动 实 现了喷灌的精准定位 考虑到水对电机 齿轮传动部分的腐蚀影响 电机及其套筒的 传动部分通过密封箱密封 导线引出 连接到控制电路部分及电源部分 以实现对机 械系统的电力输入及控制 机械臂通过套筒下端深埋入土壤进行固定 在喷口的设计中 由于市场上所售的喷头多利用水压将水达到某个固定的位置 因此不能实现喷灌位置的可调性要求 因此喷管管口需要重新设计 可以在喷口处用 钢管做导水管 将水直接引导喷头 而喷头处设计成可以转动的形式 通过增加一个 电机并通过细杆与喷头处连接实现竖直方向的转动 水平方向的转动还是靠另一个电 机带动套筒来实现 其中要注意密封问题 喷口转动时对其密封要求较高 且此处水 压较高 更增加密封难度 还有 底部的电机如何使上部的喷头进行竖直方向的摆动 此处传动距离较长 增加材料势在必增加水平转动电机的负载 且此电机好密封 极 易漏水烧毁电机 于是我们直接采用了接导水软管的方法 导水软管是一种橡皮材料 做成的 一端接过水泵流过的水 一端穿过套筒固定在舵机上 有较好的弹性 使灌 溉机械臂在转动时 水管不会产生较大的阻力矩 也不会发生塑性变形影响使用 这 种形式的优点是结构简单 使用方便 一根管足以解决喷头处的设计问题 缺点是电 机带动套筒的转角不能持续朝一个方向转动 否则水管会打结使水流不通 且从水管 浇灌到地面的水流成柱状 对地面冲击较大 软管长期拉伸压缩会造成水管脱胶 破 碎等问题 在实际设计计算中 需要进行软管的拉压的疲劳强度的校核 及齿轮传动的校核 精品文档 12欢迎下载12欢迎下载12欢迎下载12欢迎下载12欢迎下载12欢迎下载 计算 通过查机械设计手册可以计算出所需材料及其他要求 在进行设计的过程中 我查阅了上市的喷头的基本工作原理 对其有了初步的了解 在进行结构设计的过程中 我查阅了相关的机械原理 机械设计方面的书籍 增 长了我在机械方面的知识及解决机械设计问题的能力 3 13 1 喷头选型喷头选型 喷头种类很多 每种喷头都有自己特有的使用范围 选择喷头时 应考虑以下 一些因素 用户对喷头形式的要求 灌区大小和地形 植物类型 现有水压和流量 当地环境条件 风 温度和降雨量 土壤类型和入渗率 喷头的一致性 灌区大小和地形 灌溉植物的种类影响喷头的选择 例如 草坪 灌木 树林可 能需要不同类型的喷头 在 水力学基础 中我们已经知道 水压和流量是设计者首先要考虑的因素 每一种喷头都有其自己的工作压力 如果不增加水泵 而直接使用自来水管网的水 压 所选择的喷头应满足现场可提供水压力和流量要求 特殊气候条件的地区需要特殊的喷头 例如 有风地区需要低角度喷头 使 水流紧贴地面以防被风吹走 炎热干旱地区需要大流量的喷头 精品文档 13欢迎下载13欢迎下载13欢迎下载13欢迎下载13欢迎下载13欢迎下载 在 收集资料 中 我们已经谈到 喷灌强度不能大于土壤入渗率 低灌溉强度 的喷头在坡地喷灌中常用 这样可以减少地表径流和水土流失 在布置支管或把喷头按不同的控制阀分组时 最重要的原则是尽可能不要在 同一阀所控制的管路上把不同类型的喷头混在一起使用 即灌水强度不同的喷头 应该分开布置在不同的控制阀管路上 如果灌水强度不同的喷头放在一起 用户或 系统维护人员就可能对某一个小区过量灌溉 才能使另一小区的灌水量合适 精品文档 14欢迎下载14欢迎下载14欢迎下载14欢迎下载14欢迎下载14欢迎下载 3 1 13 1 1 固定式喷头固定式喷头 一般用于四周有障碍物和有阻挡旋转喷头工作的浓密树丛的情形 当植物混合种 植和需要不同的灌水量时 也需要采用固定式喷头 固定式喷头工作时喷出的水流或是一束 或是多束 或是呈扇形 以固定的模 式 最常见的形式是全圆型 3 4 圆弧型 2 3 圆弧型 半圆型 1 3 圆弧型和 1 4 圆 弧型 除弧度喷洒外 还有一些特殊形式的喷洒方式 如带状 另外 另外 还有喷 洒角可调节的喷嘴 VAN 即用于特殊形状的小区 其喷洒角度的调节范围一般为 0 到 360 度 固定式喷头的工作压力较低 大约在 100 200 kPa 之间 工作半径一般为 1 5 7m 所以它们一般用在灌溉小块草坪和水源水压较低的情况 扇形喷洒的喷头的喷灌强度达 25 100 mm h 不宜用在在细质土壤或坡地上 这 种情况采用 8 38mm h 灌水强度的多束固定式喷头较为合适 道路边的灌木丛可以用弹出高度为 15cm 和 30cm 地埋式固定喷头 灌溉结束后 喷头降到地面以下 可减少对它恶意破坏的可能性 并增加行人的安全 3 1 23 1 2 旋转式喷头旋转式喷头 地埋式旋转喷头一般用于灌溉草坪 一般来说 每个旋转式喷头都有一个或两个 喷嘴 其喷洒角度一般从 20 度到 240 度可调 许多还可以作全圆喷洒 与固定式喷头比较 旋转式喷头一般工作压力较高 绝大多数喷头的工作压力 在 150 700 kPa 这种喷头的射程范围比固定式喷头大的多 小的大约为 6m 大的 可大于 30m 这种喷头的流量也较大 一般为 90 450 L min 尽管流量很大 但与固定式喷头比较 旋转式喷头的灌水强度要小 因为它的 喷洒面积较大 其喷灌强度一般为 6 50 mm h 因此旋转式喷头适合于坡地灌溉 细 精品文档 15欢迎下载15欢迎下载15欢迎下载15欢迎下载15欢迎下载15欢迎下载 质土壤以及其它低入渗率的土壤 在进行大面积喷灌时 选用大射程旋转式喷头是比较经济的 各种喷头的工作压力 射程 喷灌强度可从制造厂家获得 3 23 2 布置喷头布置喷头 喷灌系统中喷头的布置包括喷头的组合形式 喷头沿支管上的间距及支管间距等 喷头布置的合理与否 直接关系到整个系统的灌水质量 3 2 13 2 1 喷头的水利性能喷头的水利性能 在讨论喷头间距布置之前 我们先了解一下单个喷头的水量分布 将喷头置于 一个固定的点上 沿着湿润面积的半径等间距地放上盛水容器 图 3 1 喷洒一定 时间完后 测量每个容器中水的深度 即可绘出水量分布图 图 3 1 喷头水量分布特性的测定 精品文档 16欢迎下载16欢迎下载16欢迎下载16欢迎下载16欢迎下载16欢迎下载 图 3 2 单个喷头土壤中的水分分布 喷头的水量分布图可从制造厂家获得 该图反映了喷头的水量分布特性 是表 征一个喷头好与坏的重要指标 单个喷头的水量分布 从喷头处向两边象一个 30 度的斜坡 即象一个楔形 对于 全圆喷头 其图形象一个锥体 喷头在中间 向四周倾斜的斜坡 随着距喷头距离的 增大 盛水容器中得到的水量越来越少 最后 在喷灌半径的最远段的容器 由于距 喷头比较远 几乎没有收集到水 图 3 3 喷头射程的 60 的位置 在喷灌半径 50 60 的范围内 即使各喷头水量不重叠 灌水量也能充分满足植 株生长 而在 60 以外 即喷头射程的后 40 部分 随着距离的增大 水量越来越小 便不能满足植物的生长需要 图 2 3 需要用相邻的喷头重叠喷灌的方法来增加灌 水量 提高灌水均匀度 精品文档 17欢迎下载17欢迎下载17欢迎下载17欢迎下载17欢迎下载17欢迎下载 图 3 4 喷头间距为喷洒直径的 60 所以建议相邻喷头的最大间距是各自喷洒半径的 60 之和 图 2 4 在土壤质 地粗糙 风速大 低湿度 高温等情况下 建议喷头间距要更小一些 在草坪灌溉中 喷灌头间距常选用喷射直径的 50 当有风时 可以用更小一些的 间距 如 40 当喷头间距过大时 草坪上会有灌溉不到的干地 这些灌溉不到的地 方草坪会出现缺水的症状 枝叶暗绿或枯死 3 2 23 2 2 喷头布置方式喷头布置方式 有三种主要的喷头布置方式 正方形 这种方式中相邻四个喷头组成的四条边距离相等 用于灌溉正方形的区 域或有 90 度角的区域 尽管该方式有时均匀度欠佳 但四周有围栏的地区常使用这 种方式 正方形布置方式灌水覆盖度较差 其原因是因为对角线上两个喷头间距比边线上 的要长 当边线上两个喷头间距为喷头的射程时 即 50 法 对角线上两个喷头间距 则为射程的 70 使得正方形中心喷水量偏少 图 3 5 精品文档 18欢迎下载18欢迎下载18欢迎下载18欢迎下载18欢迎下载18欢迎下载 图 3 5 正方形布置时的水量偏少区域 在风速小和没风的情况下可以使用 55 的间距 有风时建议用更小的间距 这取决于风的大小 下面给出风速和最大间距的对照表 灌溉地点的风速 km h 使用的最大间距 直径 0 5 55 6 10 50 11 20 45 三角形 该模式常用于边界不规则的地区 正三角形布置是指三个相邻喷头之间 间距相等 与正方形布置方式相比 三角形布置不存在象正方形布置中的水量偏少 地带 因此工程设计多数使用三角形布置 图 2 6 S 代表喷头间距 L 代表支管间距 在一个正三角形布置时 L 是 S 的 0 866 倍 例如喷头间距为 24m 支管间距则为 20 8m 可以看出 这种模式没有正方形模式中对角线间距比边线间距大的问题 由于 精品文档 19欢迎下载19欢迎下载19欢迎下载19欢迎下载19欢迎下载19欢迎下载 这个原因 在有风的情况下 允许喷头之间有更大的间距 如下表 图 3 6 三角形布置方式 灌溉地点的风速 km h 最大间距 直径的 0 5 60 6 11 55 11 20 50 矩形 矩形布置方式具有抗风的优点 并且适合灌溉有直线边界和角落的地区 其喷头和支管间距如下表 灌溉地点风速 km h 最大间距 直径的 0 5 L 60 S 50 6 11 L 60 S 45 11 20 L 60 S 40 为适应特殊的工程条件 同一地域可以用上述各种不同模式的组合 例如 为适 应特殊的工程条件 同一地域可以用上述各种不同模式的组合 例如 交错型间距布置 方 式 曲线边界喷头布置方式 精品文档 20欢迎下载20欢迎下载20欢迎下载20欢迎下载20欢迎下载20欢迎下载 如果一块较大草坪既有草坪又有树和灌木丛 就需交错使用不同的模式 遇到树 或灌木丛我们可以交错使用正方形或矩形 平行四边形或三角形模式 绕过或穿过 障碍物后 其它地方仍可以使用原来的喷头间距模式 图 2 7 图 3 7 交错型间距布置方式 对于曲线边界 可采用从正方形或矩形模式变到平行四边形或三角形模式布置喷 头 如图 2 8 还可以再变到原来的布置模式 这样既灌溉整个区域 同时避免在 曲线边界以内喷头过于集中和灌溉区域超出边界 图 3 8 曲线边界喷头布置方式 精品文档 21欢迎下载21欢迎下载21欢迎下载21欢迎下载21欢迎下载21欢迎下载 第第 4 4 章章 单片机智能喷灌系统单片机智能喷灌系统 上面是我们设计的硬件的部分 的确硬件部分很重要 但是软件部分的系 统设计也是本系统的核心 也是非常重要的一个部分 软件的编程部分也会关 系到系统的稳定性 以及效率 为了让系统更好的运行 稳定 我们采用了最 为基础的语言 C 语言 它具有稳定性 软件我们用 Keil 软件 4 14 1 主界面控制流程主界面控制流程 主界面如图 4 1 所示 从程序控制的硬件来看 智能灌溉系统被启动时 单片机进行复位 液晶显示屏也开始显示启动 晶振电路在单片机控制下复位 并工作 LCD1602 显示屏在最开始的内容就是系统默认的初始值 还有当前土 壤的湿度值 这时候的默认值为百分之四十和百分之二十 在最上面的显示的 是传感器传回来的湿度值 启动并且有显示后 可以通过四个按键开始分别进 行湿度的上限值和下限值以及复位设置 通过按键的调整 得到我们所需要的 湿度控制范围 再点击按键中的开始 这样 灌溉系统就可以启动了 图 4 1 是由程序控制的大体流程图 各模块的详细控制将在讲解各模块时做详细介绍 精品文档 22欢迎下载22欢迎下载22欢迎下载22欢迎下载22欢迎下载22欢迎下载 图 4 1 程序流程图 4 24 2 液晶显示程序液晶显示程序 对于时钟的设计 我们就是要看到显示出来的信息 所以在本设计中 显 示这一部分是最重要的 在这一部分程序中 主要有 LCD 显示的初始化 读 取数据 写入指令 查状态和在指定位置显示字符等程序 下面我们来介绍关 于 LCD1602 的地址和指令 15 精品文档 23欢迎下载23欢迎下载23欢迎下载23欢迎下载23欢迎下载23欢迎下载 4 2 14 2 1 LCD1602LCD1602 地址地址 HD44780 内置了 DDRAM 显示数据存储 RAM CGROM 字符存储 ROM 和 CGRAM 用户自定义 RAM 显示数据就储存在 DDRAM 中 它来寄存将要显示的 字符代码 一共 80 个字节 地址与屏幕的对应关系见下表 4 1 表 4 1 DDRAM 地址和屏幕的关系 显示位 置 1234567 40 第一行 00H01H02H03H04H05H06H 27HDDRAM 地址 第二行 40H40H41H42H43H44H45H46H67H 打个比方要在 LCD 上面一个地方显示 K 我们要输入命令 在哪个地方输 入这个字符就对了 至于详细的写入我们要在下面讲到 在 LCD 中有四十个地 址 我们用前十六个满足了就 应见下表 4 2 表 4 2 DDRAM 地址与显示位置的对应关系 1234 13141516 第一行 00H01H02H03H 0CH0DH0EH0FH 第二行 40H41H42H43H 4CH4DH4EH4FH 在这里我们要强调一个注意事项 在显示中我们在第一个位置输入一个数 字 2 我们不能直接把 2 输入进去 这样做是一个容易出错的 所以我们 要拿出来讲解下 如果要输入字 我们要在这个地址上面加上 80H 也就是你 想要输入的地址都要加上 80H 这样就能正确的显示了 精品文档 24欢迎下载24欢迎下载24欢迎下载24欢迎下载24欢迎下载24欢迎下载 4 2 24 2 2 LCD1602LCD1602 指令指令 表 4 3 LCD1602 指令集 精品文档 25欢迎下载25欢迎下载25欢迎下载25欢迎下载25欢迎下载25欢迎下载 指令如表 4 3 想要看到什么样的信息 就输入对应的指令 上表说了十一 条指令 1602 液晶的操作有 4 种 状态读操作 输入 RS 0 R W 1 E 1 输出 DB0 DB7 的状态字 数据读操作 输入 RS 1 R W 1 E 1 输出 DB0 DB7 的数据 指令写操作 输入 RS 0 R W 0 E 1 输出 无 数据写操作 输入 RS 1 R W 1 E 1 输出 无 4 2 34 2 3 LCD1602LCD1602 字符集字符集 在 LCD 显示屏的内部有个储存器 记忆器 在这个记忆器可以生产出字符 这些字符可以输出一个图 大致的目标就是下面这样的 阿拉伯数字 字母 包括大小写和符号每个字符能够针对一段代码 打比方一个字母 C 对应 43H 这个就是用十六进制来表示的 最后的显示就是把对应的地址中的数据拿出来 就会显示在 LCD 屏上了 这个对应是由 ASCII 码识别的 只能够用它来识别 所以在设计中我们用 精品文档 26欢迎下载26欢迎下载26欢迎下载26欢迎下载26欢迎下载26欢迎下载 的都会被转化成 ASCII 码 ASCII 可以直接显示 也可以由 LCD 内部的记忆器 转换 这个过程不需要我们人为的去转换 4 2 44 2 4 LCD1602LCD1602 程序程序 那么我们简单说下 LCD 的初始化和在一个固定地方显示字符 初始化的流 程图如图 4 2 所示 包括液晶显示开始启动 显示模式设置初始化 关闭显示 清屏显示 显示光标移动设置 显示开以及光标设置 退出等 LCD 屏的初始化是有关显示器的机制 和原理的相关操作 我就不多说了 下面是在一个固定位置显示的代码 如下 void DLC uchar X uchar Y uchar code DData uchar ListLength j ListLength strlen DData Y X 限制 X 不能大于 15 Y 不能大于 1 if X 0 xF X 坐标应小于 0 xF for j 0 j ListLength j DOC X Y DData j 显示单个字符 X 精品文档 27欢迎下载27欢迎下载27欢迎下载27欢迎下载27欢迎下载27欢迎下载 上面这些代码 很简单主要是在 LCD 屏上的固定的位置显示一堆字符 我 们可以看到代码中定义了一个 unchar 的变量 X Y 他们的值分别小于等于十五 小于等于一 这里他们表示了 LCD 中显示的位置 为什么用这样的限制 这里 我们还要看上面对 LCD 的介绍 上面说了 LCD 的屏幕大小只有 16 长度 2 列宽 度 所以对 X Y 的值做了这样的限制 4 34 3 时钟芯片程序时钟芯片程序 这里呢首先我们要从 DS1302 这个里面读取它内部的信息 给了单片机 接 着呢在 LCD 的屏中显示出来 还有呢就是在它的时间需要对准的时候 外部按 键更正时间 然后在存入芯片里面 4 44 4 按键程序按键程序 机械性质是一般按键都有的性质 问题在按键点下的时候 不会很好的连 接 还有问题是我们按下的时候来回弹跳 时间极快 我们人体感知是不会体 会到的 但是我们都知道单片机的运行时上百万次的 所以这个在我们按下来 回弹跳时间对单片机来说时间是极长的 单片机会接受到非常多的高低电流 如果不适当控制下 会影响性能 所以我们做了个判断具体流程下图 4 4 所示 精品文档 28欢迎下载28欢迎下载28欢迎下载28欢迎下载28欢迎下载28欢迎下载 图 4 2 按键流程图 下面为按键程序 unsigned char v readkey f void 延时程序 unsigned char key if P17 0 delay 30 延时 30ms if P17 0 key 1 while P17 等待释放 else 精品文档 29欢迎下载29欢迎下载29欢迎下载29欢迎下载29欢迎下载29欢迎下载 key 0 4 4 14 4 1 ADC0832ADC0832 芯片接口程序芯片接口程序 为了能够使信息传输得更快和稳定 由于 C 语言的模块化接口比较好用 所以 本设计利用 C 语言进行接口编程是非常好的 数模转换装置是非常快的 其转换时间一般只有短短的 32us 所以 A D 转换的周期小 频率非常快 这也 有利于在一些特定的需要中使用 数据是在子程序中被赋予的 屏蔽了外面函 数模块中的信息 尽量减少了全局变量的使用 因为全局变量在各个模块函数 中都能够被使用 在这样的情况下 如果在一个子程序中使用了全局变量 又 在另外一个子程序中使用了此全局变量 那变量数据就有可能达不到我们所要 的要求 数据也有可能被某个模块中的函数破坏掉了 这样对于整个设计是非 常不利的