现代化农业设施节水灌溉控制系统的设计-开题报告.doc

毕 业 设 计（论文）开题报告题 目 现代化农业设施节水灌溉控制系统的设计 论文题目现代化农业设施节水灌溉控制系统的设计导师姓名可行性方案分析包括：研究背景、主要技术指标及要求、关键问题和时间安排。（见附页）参考文献1 罗金耀,李少龙.我国设施农业节水灌溉理论与技术研究进展J,节水灌溉,2003年3期2 张水利,集散型智能节水灌溉控制系统的设计与实现D.中国海洋大学,20083 王芳琴,单片机控制的节水灌溉系统的研究D.华中农业大学,20054 路晶,节水灌溉专家控制系统与土壤水分传感器的研究D.山东科技大学,20035 陈巧莉,智能化设施农业节水灌溉控制系统研究D.南京理工大学,20046 孙威,基于单片机的葡萄节水灌溉自动控制系统的设计与研究D.江苏大学,20077 宫建华,基于远程控制的智能灌溉系统研究D.大连理工大学,20048 任平,节水灌溉远程控制系统的研究D.河南大学,2005开题小组及教研室意见开题小组签名：年 月 日 附页：现代化农业设施节水灌溉控制系统设计可行性方案分析1 研究背景我国传统的灌溉方法是采用大水漫灌，它是一种是作物分布区域的土壤含水量达到饱和，然后逐步下渗补给下层土壤，确保作物根系对水分的需求，通常称为灌溉土壤。其水分利用率仅20%30%，使植物根系处于其理想的水、气组合条件的时间仅有40%50%。灌溉是为了植物生长，节水灌溉是为了提高作物产量和水分利用率，克服灌溉土壤的不足之处。所以，在20世纪90年代，国际上提出了灌溉植物的新概念，其主要内涵：一是把灌溉的水分尽可能地被植物利用，二是通过灌溉确保植物根系尽可能的处于最适宜的土壤湿度范围内，三是借助灌溉手段，调节土壤水、肥、气、热等四大要素，使其达到优化组合，并使土壤肥力达到极大值。灌溉植物的方法是以多次少量的灌溉，能够确保植物根系周围95%以上的时间处于最理想的环境中，水分利用率可达70%80%。灌溉植物概念的提出，改变了我们传统的灌溉思想，是节水灌溉技术发展的重要理论基础，也是我国南方水资源较为优越的地区同样必须实行节水灌溉的理论依据。提高水资源利用率，实现精细灌溉、适时灌溉，发展高效农业，其中重中之重是应用遥感、遥测监测土壤墒情和作物生长等新技术，对灌区灌溉用水进行监测预报，实现水管理的自动遥控，对灌区实行动态管理，实施节水灌溉智能化管理。我国农业节水灌溉自动化研究正处于起步阶段，目前主要依靠人工测量和控制，局限于节水灌溉单项技术的推广和应用，技术集成和自动化水平较低，不利于用水的精细管理和合理化灌溉，尤其是福建省在这方面的研究还是空白。由于各地的实际情况（气象、土壤、作物）有差别，不能采取同一套决策软件对水资源进行优化调度和实时灌溉，有必要根据当地的实际情况进行研发。随着计算机技术、通信技术和自动控制技术的迅速发展，以及各种智能仪表的大量涌现，各种农业生产过程的自动化水平得到了很大的提高。特别是各种智能测量，控制仪表和高可靠性可编程控制器PLC出现以后，设计者可以根据具体的控制要求，选择合适的仪表壳控制单元进行系统集成。这样，系统的设计开发才能周期短，可靠性高，成本低。为此，研发了由“大棚节水灌溉自动化控制系统”、“大田节水灌溉自动化控制系统”、“作物栽培专家咨询系统”3个子系统组成的节水灌溉自动化控制系统，并应用于福建省莆田涵江区显应现代生态农业基地。2 主要内容综合农作物的生长过程对外部环境的主要要求，采用科学控制方法且具备广泛用途的节水灌溉系统，是节水灌溉科学实施的核心问题。基于此，本课题的主要内容是研制开发适合我国国情的、低成本、易推广的、主要应用于温室大棚的节水灌溉自动控制系统，为实现我国农业高效节水灌溉提供技术装备。 由于不同农作物有不同的需水特性，灌水时间、灌水量既影响农产品的产量，也影响农产品的质量，因此，设施农业的高效节水灌溉自动控制技术主要是向适时适量、按需灌溉的方向发展。所以，本课题的研究主要包括两个方面，一是测，即获取土壤水分信息，并根据土壤水分信息及作物需水特性来决定灌溉时间与灌溉量的多少。这将摆脱以往仅凭经验灌溉的灌溉模式，使作物灌溉决策建立在科学的基础之上；二是控，要研究如何根据土壤条件、土壤水分信息及作物需水特性进行合理的灌溉决策，即将传统的凭经验由人工手动阀门控制灌溉方式改为自动进行适时适量、按需精确灌溉控制，从而达到提高水的利用率、优质高产、节省大量人力，实现高效农业的目的。3 设计方案节水灌溉自动控制系统的研究方案是将传感技术与单片机控制相结合，设计一个简单、低成本、易推广的控制系统，能够实时检测土壤及作物的一些灌溉控制参数，根据检测结果按需、精确灌溉，到达高效节水、优质高产的目的。整个控制系统主要应该有四个模块：检测模块、数据处理模块、显示模块及控制模块。4 技术路线本系统通过传感器接受输入信号（温度、湿度），然后对所采集的数据进行比较分析后，单片机控制系统发出是否灌水的指令。系统根据指令来启动电机，实现节水灌溉的自动运行。5 关键问题（1）参数的测量不同的作物对水分的需求量是不一样的。按需、精准灌溉就是要根据作物的需水特性来控制灌溉量，使土壤的含水量能刚好达到作物的需求。这样做的目的不仅仅是节水，还能够促使作物更好的生长，达到优质高产。因为对作物来说，土壤含水量并不是越多越好，对某些作物来说，水分太多反而会抑制生长，适量的水分对作物的生长才是最有益的。要实现按需、精确灌溉，土壤水分是必须测量的最主要的参数。水分是天然土壤的一个重要组成部分，它不仅影响土壤的物理性质，制约着土壤中养分的溶解、转移和微生物的活动，是构成土壤肥力的一个重要因素，而且它本身更是一切植物赖以生存的基本条件。准确及时测定土壤水分含量有利于研究和了解土壤水分动态变化规律和空间立体分布；同时，掌握不同作物在同一时期对土壤水分含量的不同要求，同一作物在不同时期对土壤水分含量的不同要求以及土壤水分含量对作物产量的影响，这在理论和生产上都有着重要的意义，例如，进行耕耘、灌溉、施肥等各种农业措施时，通常都需要考虑土壤水分状况，特别是在进行灌溉、排水规划设计时，更需要掌握土壤水分的状况及其动态。能够准确及时地测定出土壤水分含量，对适时适量地进行灌溉和排水有着重要作用。此外，土壤中过多的有害物质也靠水的淡化来排除。由以上的分析可以看出，对作物生长来说土壤水分是所有参数中最重要的，是必须测量的。（2）传感器的数量针对土壤情况不同，需要的传感器数量是不一样的。有的土壤一致性好，只需一个传感器测量土壤墒情就可，但有的土壤一致性差，就需要多支传感器来测量土壤墒情。同时，土壤的面积有大有小，也决定了需要不同数量的传感器。因此，控制系统在设计时要配备多支传感器。而且，配备多支传感器也能增强控制系统功能，能够同时控制不同作物的灌溉。但是，传感器的数量也不能太多，传感器太多也会增加控制系统的成本。在控制系统设计时要综合考虑所需配备的传感器数量。（3）作物缺水判断不同的作物对水分的需求是不同的；周围环境不同，作物的需水量也会有所不同；即使同一作物，在不同生长阶段对水分的需求也不同。我国的作物有几千种，不同的作物有不同的缺水状况；我国面积广大，气候条件变化无常。怎样才能使控制系统适应不同的作物，在不同气候条件和不同季节都能实现按需灌溉，这是控制系统通用性设计最主要要解决的问题。如果解决不好，控制系统也就失去了其推广的意义。（4）灌溉控制方式目前我国各个设施农业中灌溉系统的水状况不一样，有的采用电机控制水流、有的采用水泵加压后才能进行灌溉，有的采用电磁阀代替阀门控制水流灌溉。因此，控制系统在设计时要考虑到控制信号的通用性，既能控制电机、水泵，又能控制电磁阀。我国面积广大，土壤种类很多，不同的土质渗水能力不一样，比如砂土，渗水能力很强，水分能够很快地渗入作物根部，水分传感器能及时的测出灌溉后的土壤含水量；而粘土渗水能力较弱，灌溉后水分堆积在地表层，要经过一段时间才能渗到作物根部，水分传感器就不能及时正确测出土壤水分含量，就会导致浇水过多，浪费水资源。因此，要提高控制系统的通用性，在设计时就要考虑如何控制系统的灌溉控制满足不同土壤的需求。6 时间安排（1） 2010.2.202010.3.20实习期间，熟悉现场，了解设备。（