目录
摘要 ......................................................................................................................................... I ABSTRACT ............................................................................................................................... II 1 绪论 (1)
1.1 研究背景及意义 (1)
1.2 智能灌溉技术的国内外发展现状 (2)
1.3 本文的主要工作 (4)
2 智能农业灌溉系统总体方案设计 (5)
2.1 系统设计需求分析 (5)
2.2 系统整体方案设计 (5)
2.2.1 数据感知模块 (5)
2.2.2 通信传输模块 (6)
2.2.3 中央处理模块 (7)
2.2.4 机械控制模块 (7)
2.2.5 视频监控模块 (7)
2.2.6 用户交互模块 (7)
2.3 基于湿度分布特征的小尺度空间采样策略 (8)
2.3.1 土壤湿度的空间分布研究 (8)
2.3.2 子区域的划分 (8)
2.3.3 计算子区域采样点数量 (9)
2.3.4 设置采样点部署策略 (9)
2.4 本章小结 (9)
3 智能农业灌溉系统的硬件设计 (10)
3.1 系统硬件方案设计 (10)
3.2 系统硬件电路设计 (11)
3.2.1 供电模块 (11)
3.2.2 检测模块 (11)
3.2.3 数据采集模块 (14)
3.2.4 主控模块 (15)
III
3.2.5 驱动执行模块 (16)
3.2.6 数据显示模块 (16)
3.2.7 太阳能供电模块 (17)
3.3 本章小结 (19)
4 智能农业灌溉系统的软件设计 (20)
4.1 单片机软件系统 (20)
4.2 数据分析方法 (21)
4.2.1 作物生长信息分析 (21)
4.2.2 作物缺水状况分析 (22)
4.3 土壤温湿度测量控制算法 (23)
4.3.1 测量控制问题建模 (23)
4.3.2 利用压缩感知进行测量控制 (24)
4.3.3 土壤温湿度的时域分段测量控制算法 (24)
4.4 数据采集程序控制设计 (25)
4.4.1 空气温湿度采集子程序设计程序 (26)
4.4.2 节点采集数据转换公式程序设计 (28)
4.4.3 智能节点与监控中心的无线通信程序设计 (29)
4.4.4 WebService交互接口设计 (30)
4.5 本章小结 (31)
5 系统实现与分析 (32)
5.1 系统部署 (32)
5.2 智能灌溉控制系统 (32)
5.3 系统调试 (33)
5.4 本章小结 (35)
6 总结与展望 (36)
6.1 结论 (36)
6.2 展望 (36)
参考文献 (37)
致谢 (40)
IV
1绪论
1 绪论
中国是世界文明的发源地，早在5000年前就开始了农业的种植，是世界上从事农业、种植业，并且兴修水利最早的国家，按古书记载，孔子曾经赞美大禹治水时说过 “卑宫室而尽力于沟洫”，居住在低矮的宫室但尽力于沟渠水利；《国语·周语下》中也有记载“陂障九泽、丰殖九薮”；而到了夏商时期更有在井田中布置沟渠，进行灌溉排水的设施；西周时在黄河中游的关中地区已经有较多的小型灌溉工程，这种治水的精神是中华民族宝贵的精神财富。
新中国成立后，党和国家十分关注水利工程设施，截止2010年，全国共建设规模超过万亩（667公顷）的灌区有5873处，整体灌溉面积超过2400万公顷，占全国农田面积的48%。到2012年底，全国已发展节水灌溉面积1970多万公顷，其中喷灌280多万公顷，微灌40多万公顷，低压管道输水灌溉820多万公顷,渠道防渗控制面积820多万公顷。
我国是一个农业大国，人口多、耕地少、水资源紧缺、水旱灾害频繁，特殊的气候、地理等自然条件以及社会条件决定了中国农业必须走灌溉农业的发展道路。虽然我国灌排事业取得了很大的成就，但也面临着严重的挑战，由于自然条件的限制，降水量在时间和空间上的不足或分布的不均匀，传统的浇灌方式不能最大限度的优化作物对水分要求，水资源的相对短缺已经成为中国社会经济可持续发展的主要制约因素。
1.1 研究背景及意义
为了更有效的节约水源和发展农业生产，早在20世纪末，国内外相关专家及组织提出了一个全新的概念——精细化灌溉，近年来又有很多农业专家提出了精准农业，都体现了通过精准的数据采集、数据加工，并结合植物生长的需要，计算出一套科学的灌溉方案。具体表现为：首先，在植物灌溉的过程中其水分要尽可能地被吸收；其次，利用灌溉尽可能保证植物根部位于最合适的土壤湿度范围内[1-2]。按照这些理论，如何多次少量的灌溉方式，成为了目前最新的灌溉思路，在这种思路的指导下，目前以色列已有技术可以使植物达到95%的水分利用率[3-4]。
在满足植物生长体系方面，维持合适土壤的温湿度是进行植物灌溉的主要目的。生物学的研究表明，土壤湿度值是影响植物对水分、矿物质营养物质的吸收以及植物的生长发育最直接的因素，与此同时，土壤湿度还间接影响到土壤内各种营养成分的利用率[5-6]。近年来，由于厄尔尼诺的影响，多地极端自然气候频发，造成了全国很多地方都不同程度地遭受着干旱灾害带来的危害，干旱胁迫造成了大量农作物枯燥死亡，给农民带来了严重的经济损失[7-10]。因此，如何在有限水资源可利用的前
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