题目

基于PLC技术控制农田灌溉的系统设计

题目来源

1.科研项目；√2.生产（社会）实践；3.教学（含实验）；4.其它

成果形式

1.软件+论文；2.硬件；4.软件；√5.设计图+说明书；6.纯论文

一、选题的目的及意义、本课题研究的基本内容、拟解决的主要问题：

（一）目的及意义（含国内外的研究现状分析）

自古以来农业为人类社会的鼻祖行业，是所有行业的基础，也是人类赖以生存的最重要的行业。农业的发展从长远来非常重要，一是水的问题，二是科技的问题。农业的根本出路在科技，在教育。由传统农业向现代化农业转变，由粗放经营向集约经营转变，必须要求农业科技有一个大的发展，进行一次新的农业技术革命。农业与工业、交通等行业相比仍然比较落后，农业灌溉技术尤其落后。灌溉系统自动化水平较低是制约我国高效农业发展的主要原因。传统的灌溉模式自动化程度极低，基本上属粗放的人工操作，即便对于给定的量，在操作中也无法进行有效的控制，为了提高灌溉效率，缩短劳动时间和节约水资源，必须发展节水灌溉控制技术。现代智能型控制器是进行灌溉系统田间管理的有效手段和工具，它可提高操作准确性，有利于灌溉过程的科学管理，降低对操作者本身素质的要求。除了能大大减少劳动量，更重要的是它能准确、定时、定量、高效地给作物自动补充分，以提高产量、质量，节水、节能。我国是一个水资源缺乏的国家，人均水资源量仅为世界平均水平的1/4；同时我国又是一个农业大国，农业用水量约占总用水量的70%左右。但我国用水效率极低，水资源浪费现象严重。传统的农田灌溉系统大多还是靠人工操作，凭借经验和感觉对农田进行灌溉，既不节省水资源，同时耗费工时，粗放式的灌溉方式也影响果品的产量和品质。我国自己的现代灌溉控制器的研制和使用尚处于起步阶段，因此，作为一个农业大国，中国研究开发自己的先进的低成本、使用维护方便、系统功能强且扩展容易的国产化数字式农田自动灌溉器是一项极有意义的工作。随着计算机技术和传感器技术的迅猛发展，计算机和传感器的价格日益降低，可靠性日益提高，用信息技术改造农业不仅是可能的而且是必要的。用高新技改造农业产业，实施自动灌溉己成为我国农业乃至国民经济持续发展带战略性的根本大事。   国内自20世纪50年代即开始节水灌溉的研究，并对当时主要农作物的需水量和需水规律、灌溉制度进行了许多试验研究，绘制了全国主要农作物的需水量等值线图，建立了全国灌溉试验资料数据库。 20世纪70年代主要集中在节水灌溉制度方面的研究。

（二）研究的基本内容

1、农田灌溉自动控制系统的发展状况；2、农田灌溉自动控制系统的结构及组成， 即选择系统设计的基本方案与硬件及软件等方面的设计；3、 在硬件方面， 需研究整体硬件框图以及各种器件的选型及连接方法；4、在软件方面，要明确主程序及各个主要部分的流程以及相应的程序控制清单；5、均匀性评价指标的实验研究漫灌和喷灌条件下土壤养分运移特征的初步研究，研究了漫灌、喷灌入渗条件下，土壤养分运移的特征；喷灌条件下小气候变化规律的研究，6、研究了最大温差和最大相对湿度与喷灌时间、喷灌工作压力、风力、风向以及光照强度的关系。

（三）拟解决的主要问题和最终目标

1、硬件器材的选型2、器件的连接及电路图的绘制3、编写程序并试调4、相关文献资料的查找5、系统运行时出现的问题6、系统的初始设计最终目标：实现农田的自动灌溉，完成设计

二、研究方法、论文特色或创新点、设计方案或论文撰写提纲：

研究方法：

1、通过相关文献资料阅读分析，2、调查市场的需求，3、现在农业灌溉存在的水资源浪费问题

论文特色或创新点：

利用湿度传感器来检测土壤的含水量并将检测到的信号传给控制器，通过土壤湿度传感器检测到的土壤数据反馈到PLC，PLC经过比较处理。如果需要浇水，则打开电磁阀浇水；如果不需要，PLC停止浇水。该系统能够实时显示当前湿度,可以设定上限和下限。当发现问题时，能触发警报，通知操作人员及时处理问题。

设计方案或论文撰写提纲：

该系统主要由主控PLC、采集器、各类传感器(水分传感器、降水量等)、电缆线、电磁阀、田间微型测量站(大气温度、大气相对湿度、风速、风向、降水量、蒸发量)、控制箱、机井、水泵、主管道、支管、毛管等构成。利用PLC具有速度快，功能强，体积小，功耗低，使用方便，性能可靠，成本小的优势。设计出具有小键盘，数码显示部分器件，在功能上具数据的采集、自动控制、运行监视、报警、运行管理的功能的嵌入式系统，使该系统适宜于各种作物，土壤，气候，地质的相关操作。各类传感器采集的信息传至A/D转换器，再传至PLC处理对比，PLC决定此时是否灌溉，同时实时显示当前土壤湿度。

三、课题研究工作进度：

起止时间

主要工作内容

2018-01-21至2018-02-28

查阅国内外相关文献、资料，了解研究现状和发展动态，完成文献综述、英文翻译和开题报告的撰写

2018-03-01至2018-04-16

了解装置的基本组成部件，完成系统机电设备、元器件选型,绘制控制柜电气原理图、程序流程图，编写PLC程序

2018-04-17至2018-04-30

完成触摸屏设计，上位机程序设计

2018-05-01至2018-05-20

完成系统仿真调试，毕业设计论文

2018-05-21至2018-05-30

准备答辩

四、主要参考文献：

[1] 王淑英．《电气控制与PLC应用》．北京：机械工业出版社，2009[2] 王兆义．《可编程序控制器教程》．北京：机械工业出版社 2005[3] 张万忠. 《可编程控制器应用技术》. 北京：化学工业出版社，2001[4] 钟肇新、范建东. 《可编程控制器原理及应用（第三版）》. 广州：华南理工大学出版社，2003[5] 汪晓平. 《PLC可编程控制器系统开发实例导航》. 北京：高等教育出版社，2005[6] 金彦平. 《可编程控制器及应用》. 北京：机械工业出版社 2010[7] 高春甫. 《三菱可编程控制器原理及应用》. 北京：机械工业出版社 2010[8] 王阿根. 《电气可编程控制原理与应用》．北京：新华大学出版社，2010[9] 刘艳梅. 《三菱PLC基础与系统设计》. 北京： 机械工业出版社 2009 [10] 刘艳梅. 《三菱FX2N系列PLC应用技术》. 北京： 机械工业出版社 2009 [12] 吴启红. 《变频器、可编程控制器及触摸屏综合应用技术》. 北京： 机械工业出版社 2007[13] 杨亚平．《电气控制与PLC》．北京：化学工业出版社，2009[14] 赵华军. 《可编程控制器技术应用》. 广州：华南理工大学出版社，2009[15] 陶永华. 《新型PID控制及其应用》. 北京：机械工业出版社，2002[16] 景东升. 《单片机自动灌溉控制系统研究、设计及应用》.北京农业工程大学，1994[17] 吴普特，牛文全，郝红科.《现代高效节水灌溉设施》.化学工业出版社，2002

五、指导教师意见（研究的意义、创新点、前期基础工作、存在的难点和困难、建议等）：

【指导教师第3次评阅后通过】根据题目要求，查阅了相关资料，基本明确了研究的主要内容，基本达到了毕业设计开题报告的要求，同意开题。

指导教师（签名）：

年        月        日

六、教研室审查意见：

选题是否合适：

课题能否实现：

教研室主任（签名）：

年        月        日