智能灌溉装置(大学生创新).doc

重庆科技学院优秀创新人才培养资助计划项 目 申 报 书项目名称 智能灌溉装置 项目负责人 学 院 电气与信息工程学院 专业班级 自动化1001班 联系电话 13658355657 指导教师 郭利霞老师 2011 年 11 月 25 日项目名称智能灌溉装置申请经费10000元起止时间2011年 12月 2013年 12 月项目组成员姓 名学 号所在院系联系电话项目分工电气与信息工程学院负责人电气与信息工程学院要运通电气与信息工程学院齐世文电气与信息工程学院张玉平电气与信息工程学院指导教师姓 名职称/职务联系电话郭利霞副教授15520037710立项依据现状分析：水是生命之源，是包括人类在内的各种生物生存的必要元素。而我国是联合国认定的“水资源紧缺”国家，人均淡水资源占用量仅为世界人均水平的1/4。所以对水资源的有效利用及节水成为一个重要课题。随着人们生活质量提高和对健康生活的追求，对花卉、树木等绿色植物的种植越来越多，然而以往对花木的浇灌、施肥等工作都需要靠人工来实现。一方面，人工灌溉不能准确把握浇灌量，不仅造成了水资源的较大浪费，不符合当前对“节约用水”的倡导，同时也损害了花木的健康生长；另一方面，由于现代生活节奏的加快，人们往往因忙于工作或长期外出而无暇顾及对花木照料。已有的浇水器大多局限于定时浇灌，不能根据植物正常生长所需要的湿度、温度、PH来实时调节植物生长环境的参数。 针对这些现象，我组成员设计了此款浇灌装置，它是一款集雨水收集装置、配料装置、土壤湿度、温度、PH传感器、旋转浇灌装置等多种传感和控制装置为一体的基于单片机的自动、智能浇灌装置。用以达到对植物进行定时、合理的智能灌溉和节水目的。项目意义： 1.利用学校提供的资源给学生以更广阔的发挥空间，提高学生的自主创新能力，增加动手实践能力，把专业理论知识转化为实际应用产品；。 2.以自动控制、自动检测研究、单片机开发技术等热点和前沿课题相结合，以问题法、探究式教育法培养学生运用知识和拓展研究能力。 3本着节水利国利民和着眼于市场缺少廉价高效的智能节水浇灌装置，本设计将填补这一市场的空白，为家庭小区甚至是大中型园艺栽培市场提供更经济、更高效、更节能、更易操作的智能浇灌装置。自身具备的知识条件、自己的特长、兴趣：作为此项目的申报团队，我们对科技创新有着执着的追求，极力想通过各种创新活动用以增强自身在科技创新方面的经验和素养。我们热爱科学，希望通过自身的努力，创造出自己的作品。对于知识条件，我相信我们具备知识方面的优势，我们已完成了C语言、电路原理和单片机技术的学习，以后还要陆续学习电机拖动基础、电子技术、单片机原理、自动控制原理、电力电子技术等课程，通过本专业知识的学习将提升我们完成此项目的能力。我们也有能力学好本专业知识，因为在学习上我们从未落后。我们善于接受新的知识，热衷实践探索，在知识储备和后天发展中，我们有着极大的自信。项目方案具体方案:在老师的指导下以及自己学习自动检测和自动控制，借助于多功能单片机、电机拖动等技术，自主完成多功能智能浇灌装置。提高自己对知识灵活应用的水平,将所学课程的内容融会贯通到实际应用领域,并为可能开发的新技术新产品提供坚实的理论实践基础。一、硬件整体框图1数据采集模块数据采集的主要功能是采集外界环境的参数:温度、湿度、PH值等一系列的与植物生长有密切关系的因素。这些因素对植物的生长有很大的影响，只有当这三者达到适当比例时，植物才能达到最好的生长状态。1.1 温度采集温度的采集采用的DS18B20温度传感器，通过温度传感器来检测空气的温度来判断当前的天气状况，以此温度作为参考是否灌溉的一个标准。DS18B20温度传感器有超小的体积，超低的硬件开消，抗干扰能力强，精度高，附加功能强等优点，而且全数字温度转换及输出，最高12位分辨率，精度可达土0.5摄氏度。检测温度范围为55C +125C (67F +257F)，完全适用于本产品的开发与要求。 1.2 湿度采集湿度采集采用的是AM1001湿度传感器，一方面可以实时检测土壤中的湿度，土壤过湿或者过干，通过湿度传感器检测的土壤湿度来判断植物是否缺水。另一方面，通过采集大气中水分的多少来判断当前天气的情况（如，是否将要下雨），进而结合土壤的湿度考虑是否灌溉。湿度传感器AM1001具有低功耗，小体积、带温度补偿、单片机校准线性输出、使用方便、成本低、完全互换、超长的信号传输距离、精确校准等优点。采集外界的模拟信号，传给单片机处理。1.3 土壤PH的采集PH值的采集主要采用的是HI9125N传感器，通过HI9125N传感器检测土壤项目方案的酸碱度，酸碱度对植物的影响很大，过酸过碱对作物的伤害都是很大的。采用PH值的采集可以有效地预防过酸过碱情况的发生，有效地保护植物。不同的植物对PH的要求也各有差异。HI9125N具有良好的防水性，即使在恶劣的环境中也有很好的精度和准确度。内置5个校准点（PH4.01，6.86,7.01,9.18，10.01）当电量过低时将自动关机避免测量误差。2. 模数转化模块通过数据采集到的信号有两种：数字信号和模拟信号。对于数字信号，单片机可以直接的进行处理，但是对于模拟信号，单片机不能直接处理，就必须要一个模数转化的模块。模数转换(ADC)亦称模拟-数字转换，与数/模(D/A)转换相反，是将连续的模拟量（如象元的灰阶、电压、电流等）通过取样转换成离散的数字量。项目中的数据采集到的湿度、PH等信号都是模拟信号，要使单片机能直接进行控制，必须要加相应的模数转化的模块，同时，系统对每一个参数的要求不一样，就需要精度不同的模数转化装置。针对要求精度高的特性，采用ADS8412模数转化芯片，ADS8412是一款2Msps采样速率的16位逐次逼近模数转化芯片。它具有功耗小、精度高、安全性好等优点。完全能达到理想的要求。3. 液晶显示模块数据采集到的信号通过模数转化传送给单片机，单片机把数据以数字的形式在液晶屏上显示出来，便于人工观测、比对，能更好的控制浇灌系统。4. 灌溉控制模块4.1 智能灌溉模块启动电机，单片机综合各种传感器传送过来的数据有针对性的发出浇灌指令，通过电机带动目的。当湿度传感器检测到土壤水分过少或者温度偏高时，启动电机进行灌溉，时刻检测水分，当湿度达到最适值时，关闭电机停止灌溉，以达到智能控制的效果。4.2 手动控制手动控制也是灌溉系统必不可缺的一部分。在自动控制不方便或出现某些故障（如，温度感应器失灵）的情况下，可以启动手动控制灌溉。同时，通过手动控制还可以检测到水管堵塞等一系列的故障。5. 配料装置5.1 作用作用一：使土壤中的保持在正常范围内，当值过酸或者过碱时，配料装置开启，添加相应所需的酸或碱；作用二：按照人工设定的植物生长所需营养液比例，将肥料（液体肥）和项目方案浇灌水进行合理配置。5.2 配制方法加料输送管与自来水管相接，通过控制 自来水导入水速与加料流速的比率来实现水与肥料的合理比例配比。（如下图所示）酸性液碱性液液体肥料符合比例的混合液自来水与加料混合区自来水区自来水管加料导管附：软件控制流程图（如下图所示）项目方案三、可行性分析：本装置是通过单片机实现和完成的。利用各种湿度和温度传感器、电机和自检装置辅助实现。而这一系列的知识和技术将会在我的大学里全部学习到。该装置通过上述的一系列方法让自动智能浇灌变成了可能。满足了忙于生活而无暇顾及对花木进行浇灌的人的需求，因此，此类装置拥有广阔的市场前景。因本款智能浇灌装置具有雨水收集、温度湿度检测、PH检测、自检等功能，所以它比其他同类产品更具优势。是一个很实用的家庭、园林小助手，所以此项目具有很强的可行性，实用价值高、市场前景更加广阔。二、实施计划：第一阶断：(2012.012012.05)智能浇灌装置项目的调研：完成对花木正常生长条件数据和项目所需元件资料的搜集与整理。第二阶断：(2012.052012.09)数据采集模块和模数转化模块：完成温度、湿度和PH模块、液晶显示模块的硬件组装和程序编写。第三阶断：(2012.092012.012)配料装置：完成对配料装置的硬件设计和程序编辑。第四阶断：(2012.122013.06) 灌溉控制模块：完成数据采集模块、液晶显示模块、电机装置与单片机的连接，手动控模块的设计，单片机整体控制程序的编写。第五阶断：(2013.062013.12)1. 组装调试各模块，将其统一成一个完善的整体。2. 完成装置结题报告书和论文发表。成果形式1设计完整的硬件模型，完整的软件，实现预期各项功能；2争取进一步推广，实现其实用价值；3公开发表创新实验开发研究论文一篇；4争取将其广泛利用在校园中；5. 努力争取申请专利。特色与创新装置特色：1. 立足单片机技术，实现湿度、温度、PH值测定、简易时钟于一体的多功能装置；2. 本装置外形简洁美观，安装方便；3. 智能调节浇灌，最大限度的节约了水资源；4. 采用自动、手动两种操作模式，防止了因感应器失灵等故障引起的不能浇灌的现象。创新之处：1. 能分析植物所处生长土壤的参数，并与植物适宜的生长土壤参数进行对比，以浇灌的方式对土壤作出合理的调解；2. 智能配料装置，可根据植物正常生长所需PH环境，自动向自来水中添加酸或碱盐溶液，调节土壤PH；根据主人设定的肥料与自来水比例，精确将肥料调和入自来水中；3. 采用两套湿度感应器，一套用于对土壤湿度的检测，控制浇灌程度；另一套用于检测大气湿度，自动分析是否降雨。避免了在降雨前浇灌对水源的浪费；4. 可以通过感应装置检测实时温度，必要时，实施浇水降温，实现对植物的最好保护。特殊条件要求1. 主要用于浇灌面积较小的区域，如，植物盆栽、花坛、草坪等；2. 要注意防火防止线路老化；3. 定时对装置进行检查，对故障进行及时处理。经费预算支 出 科 目金额（元）计 算 根 据 及 理 由 实验材料费（湿度，温度，PH等）传感器1000 电机与喷头1000模具材料800配料装置500数据显示装置300灌溉控制模块2000连接装置购买600电线及相关耗材300其他预计费用资料费用500项目资料查询、下载、打印论文发表1000综合数据处理300通过后期数据等进行分析，修改项目内容 交通费用500小组成员分工分目的的调研 其 它1000作为资金储备，以备不时之需合 计 9800元指导教师意见：指导教师（签字）： 年 月 日学院专家组成员姓名性别年龄职务工作单位签字学院初评意见：主管院长 (签字)：（公章） 年 月 日学校专家组成员姓名性别年龄职务工作单位签字学校专家组评审意见：专家组组长(签字)： 年 月 日主管校长审批意见： 主管校长(签字)： 年 月 日