灌溉施肥自动化控制系统研究

论文摘要

灌溉施肥技术是一种在近代展现出来的新型技术,它是能将灌溉与施肥两者充分结合在一起并从根本上节约灌溉用水、最大程度提高肥料利用率的实用方式。但是在实际操作中灌溉量、施肥量与灌溉和施肥的时机都不容易实现最优化控制。因而在实现节水灌溉系统的自动化基础上、开发适合我国国情的可靠、低成本、高效率、先进的灌溉施肥系统己成为现代农业发展的需要。本文探索性的引入了以田间水分传感器来监视田间水分含量,结合不同作物需要灌溉时田间水分含量临界值和作物不同生理期需水量的不同来实现灌溉作业。并且根据不同作物在不同生理周期需要养分值的量来合理制定施肥计划,伴随灌溉将作物不同时期的需求的养分量施用于田间。在灌溉施肥系统中,通过建立上位机、下位机和执行层的三层结构,初步实现信号转换执行层、控制层、监控管理层的三层系统结构模式。出于对田间水分传感的实际应用需要,自行研发了一种适合实际环境和系统需要的水分传感器。本系统在实现自动控制的情况下,也加入了手动控制环节,两种控制方式既可以单独应用,也可以混合应用和谐统一。对在各种不可预测的环境气候突变情况下,也可以由操作员合理调控。系统还建立了相对独立的数据库,对每次灌溉与施肥都加以记录和存储。通过对灌溉施肥历史记录数据的研究,有利于分析成本效益;有利于跟踪发现最有利的灌溉施肥方法,从而不断地调整各数据,使得自动灌溉施肥更为科学,进而更好的用于农业生产实践。系统总体设计本着(1)实用性:由于本系统是一个面向实际应用的系统,考虑用户多为非专业人员,所以系统的操作简单、易学、易用,界面友好;(2)科学性:所有的灌溉与施肥时间都严格计算与实际经验挂钩,并可以不断的自我完善;(3)可扩充性整个系统的结构设计完全采用模块化,便于系统的扩充和组网;(4)自维护性对于由操作人员的误操作引起的或其他原因产生的对系统的破坏,系统具有较强的自维护能力。出于对系统的粗略检验,还配套制作了一个小的灌溉施肥模型,使系统功能大致得到体现。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 我国水资源状况
• 1.1.2 我国化肥使用情况
• 1.2 灌溉施肥技术的应用意义与研究进展
• 1.2.1 灌溉施肥技术的应用意义
• 1.2.2 灌溉施肥技术的发展经历
• 1.3 现代灌溉施肥技术的特点和应用
• 1.3.1 现代灌溉施肥技术简介
• 1.3.2 现代灌溉施肥技术设备特点
• 1.3.3 现代灌溉施肥中肥料的选用
• 1.3.4 灌溉施肥技术的应用
• 1.4 我国灌溉施肥技术的发展和前景
• 1.4.1 灌溉施肥技术在我国的发展
• 1.4.2 我国灌溉施肥技术的前景
• 2 蔬菜灌溉施肥系统的设计
• 2.1 系统设计的总体思想和灌溉与施肥决策的特点
• 2.2 系统设计软件与硬件的技术路线
• 2.2.1 系统的硬件整体构架设计
• 2.2.2 系统软件自动化逻辑控制的总体方案
• 3 蔬菜灌溉施肥设计
• 3.1 灌溉施肥对水分，养分需求分析应用
• 3.1.1 水分需求分析
• 3.1.2 养分需求分析
• 3.2 肥料的选择和营养液配置要求
• 3.3 灌溉记录和查询
• 4 系统软件实现
• 4.1 系统各软件模块的介绍
• 4.2 自动灌溉与合理施肥环节的设计方案和逻辑架构
• 4.2.1 设计方案与逻辑架构
• 4.2.2 系统工作界面设计
• 4.3 系统数据库的建立
• 4.3.1 系统数据库的建立办法
• 4.3.2 数据库与各部分的逻辑关系
• 4.3.3 历史灌溉施肥记录的实现方法和重要意义
• 5. 系统自动控制硬件实现
• 5.1 MP411板
• 5.1.1 MP411安装与使用
• 5.1.2 MP411原理图
• 5.1.3 MP411库函数使用
• 5.2 湿度传感器的研制
• 5.2.1 湿度传感器简介
• 5.2.2 传感器电压和水分曲线公式的确定
• 5.3 水分电压采集电路板和执行控制电路板电路板的研制
• 5.3 工程控制主机（上位机）和（下位机）
• 6 灌溉施肥模型的制作
• 6.1 灌溉施肥模型制作的意义和总体方案
• 6.2 模型设计的各设计图纸和实物照片
• 6.3 模型实现功能
• 总结
• 参考文献
• 致谢