城市绿化自动灌溉系统方案设计.pdf

摘要本设计主要是针对城市绿化带和公园绿地的自动灌溉系统进行分 析和设计的。首先分析了在城市中的绿化带和公园绿地的灌溉技术在 现行生活中出现的问题和不足，阐述了本城市绿化自动灌溉系统开发 的目的和需求分析。通过对现代科技水平的现状和发展、智能系统的 优先选择方案、软件开发工具的挑选的一些不足的分析创立了体系的 开发环境。随后仔细的提出了系统的阐明到总体设计、详细运行的及 尝试的各个环节，最后又对这个系统作了客观的评估，提出了系统的 社会实用性和缺陷。关键词：城市绿地；自动灌溉；This document is produced by free version of Print2Flash.Visit for more information目录第一章 设计背景.第一章 设计背景.11.1城市绿化自动灌溉系统的背景.12.1城市绿化自动灌溉系统的实际意义.1第二章城市绿化自动灌溉系统介绍与分析.32.1设计的目标及内容.32.2系统特点.32.3系统的分析.4第三章系统设计.53.1系统总体设计.53.2系统硬件设置.63.3系统软件设置.113.4系统的安装.13第四章系统的主要代码与实现原理.134.1系统功能设计.134.2系统的实现原理.144.3系统的流程.144.4数据库结构设计.164.5系统部分代码设计.16总结.24致谢.25参考文献.26This document is produced by free version of Print2Flash.Visit for more information第一章设计背景1.1城市绿化自动灌溉系统的背景城市绿化自动灌溉系统的背景由于国家经济的持续增长，国民的生活质量也在持续的提升，城 市化程度越来越高，城市的覆盖面积也越来越广，人类在不断发展的 同时也生态环境的矛盾也越来越突出，所以人们在城市发展的同时也 注意到了发展城市中的绿地，在2006年，在邓小平理论和各级绿化 部门的作用下，在“以人为本，共建绿色家园。”的主旋律下，我国 在大力推进重点生态工程建设和城乡绿化一体化下，我国城市的绿化 面积也在不断的增加，截止到如今我国城市的绿化覆盖率达到 31.86%,城市的覆盖区的绿化覆盖面积超过27.1万公顷。随着绿地 覆盖面的不断扩大，各种问题也就随着出现了。由于绿化面积很大，由人工灌溉的话浪费水资源和人力资源，所以城市绿化自动灌溉系统 也随之产生。2.1城市绿化自动灌溉系统的实际意义城市绿化自动灌溉系统的实际意义因为地球资源不是无限的，生态环境资源和人类发展的平衡关 系，可持续发展的理论就由之产生，从而以最小的资源消耗，取得最 大的建设效果，近年来，城市的绿化地的增多，不方便人工管理，需 要更多的自动化系统，大规模的建筑绿化的产生，其规模和持续时间 放大了建筑绿化中水资源和电力消耗问题在国家的绿色建筑的研究 的努力建设部和科技部的重大攻克的项目。城市绿化自动灌溉系统是由传感器，计算机和电磁阀或水泵三要 素组成的，这些系统在待机的时候和工作的时候都要消耗能源，当前1This document is produced by free version of Print2Flash.Visit for more information城市的绿化面积每增长一平方米的面积，平均一年就要消耗大约2亿 平方米，自动灌溉系统的能源消耗占其中的百分之10左右。而城市 绿化自动灌溉系统则能通过系统的感应器自动感应绿化地植被的干 湿程度，每个灌溉点能自控，用这种精确的灌溉能节约大概百分之三 十的的，因为结构简单，超级节约水，所以这个系统很受欢迎，发展 也很快，前景很好。该系统其先进的可持续发展设计理念和环保技术 的综合利用，使这个项目受很多的国企和私企的欢迎。2This document is produced by free version of Print2Flash.Visit for more information第二章城市绿化自动灌溉系统介绍与分析2.1设计的目标及内容设计的目标及内容2.1.1目标目标创建园林绿化城市，提升人们的居住环境，保持可持续发展和降 低能源消耗是城市建设管理的目标。以前传统的粗放的大水漫溉和人 工灌溉已经逐渐被淘汰，新的园林绿化项目和节水灌溉项目已结合成 为一种固定模式0城市绿化自动灌溉系统的目标就是实现灌溉的节约 水资源和降低能源能耗。城市绿化自动灌溉自动能精确的感应到绿化 区域的干湿程度来灌溉，提高整个灌溉系统的工作效率。2.1.2内容内容该城市自动灌溉系统可以按照自己掌握的某些方面进行补充完 善，该系统拥有湿度感应器、温度感应器和自动开关。系统由水泵、调频装置、湿度传感器、温度感应器和自动开关组成。整套系统与一 般的中央控制器系统的最大区别在于没有中央控制器，每个不同的罐 区开启和关闭都由电磁阀组一体的阀门控制器控制，阀门控制器是具 有防水功能的。对于封闭式的供水系统，为了防止系统憋压，从用水 经济性、安全性方面考虑，必须为水泵配置调频装置。2.2系统特点系统特点该系统有不同的轮灌组，可以根据不同的地形使水的流量任意变 化，可以解决不同轮灌流量之间的矛盾，以满足随机取水的要求。安 装了调频装置的水泵电流工作的频率随着系统流量的变化而变化，从 而很大程度的提高了工作效率，减少了运营成本。3This document is produced by free version of Print2Flash.Visit for more information该自动灌溉系统作为一种新型的灌溉控制方式，体现出简单的就 是科学的硬道理，不仅能大大降低泵站能耗、提高管道运营的安全性,还能够节省项目工程和投资维护成本。2.3系统的分析系统的分析开发本平台要从经济和技术方面来全面考虑，要把经济成本控制 在最低的条件下把系统的功能实现。1.经济方面以某个公园灌溉自动控制的项目为例，该公园灌溉用地大约21公 顷，水泵的供水为299立方毫米压力：5.8公斤平方厘米，在考虑到 材料成本和人工工资费用等方面的问题，该自动灌溉系统比传统的灌 溉方式节约很多的成本。该系统是我结合人们生活的现状，然后再考虑到系统的可行性：方案可行性、技术和经济条件的可行性等因素进行开发的。针对管理 中的实际情况解决一下实际问题，将不同地区的地形结合不同的灌溉 方式以更好的实现精确灌溉。当然，该系统也需要不断的改善。2.技术方面该系统包括温度感应器、湿度感应器和自动开关（adam4150）。在自动灌溉的过程中，控制器作为信息中转和信号转换的中间环节起 到了一个承上启下的作用。每个控制站都配备有土壤湿度传感器和数 据采集传输器，可以实施自动灌溉，实现节水，节能的目的。4This document is produced by free version of Print2Flash.Visit for more information第三章系统设计3.1系统总体设计系统总体设计绿化地要建立灌溉系统，要考虑地形因素，还要根据水源、土质、蓄水、输水等条件来进行灌溉网的规划设计。对灌溉管网进行合理设 计，不但可以提高灌溉效率，还能促进提高灌溉效率，达到节约水资 源，节约人力和降低能耗的目的。主管道和支管道是绿化地的两大输水、配水系统。它的作用是把 水从水源地输送到灌溉渠道。根据城市规划划分小区的布局和方向，结合道路规划，以管道与路平行为好。喷灌系统在设计管网时要考虑 压力，保证把灌溉用水通过管道输送到喷灌喷头，形成有效的喷洒。喷灌系统分为固定式喷灌和半固定式喷灌。固定式喷灌设备在水源附 近建立水泵，通过埋在地下的输水干管、支管和毛管进行灌溉。喷灌 系统的末级输水管道是毛管，沿植被埋设，确保毛管间距、喷头间距 都与喷水范围一致。半固定式喷灌系统干管、支管与固定式系统相同,只是末级输水管可移动。各级管道在后台系统处理各个感应器采集到的数据后，根据使用 者设定的数据值来判断是否需要灌溉，如果达不到设定的值电机自动 启动开始灌溉，达到条件后电机自动关闭完成灌溉。总体设计图如下5This document is produced by free version of Print2Flash.Visit for more information所示:图3-1系统总体设计图3.2系统硬件设置系统硬件设置3.2.1CC2530 技术技术CC2530 是用于 2.4-GHzCC2530 是用于 2.4-GHz IEEE 802.15.4、ZigBee和RF4CE应用的一个真正的片上系统解决方案。它能够以非 常低的总的材料成本建立强大的网络节点.且CC2530具有不同的运 行模式，使得它尤其适应超低功耗要求的系统，运行模式之间的转换 时间段内进一步确保了低消耗。6This document is produced by free version of Print2Flash.Visit for more information功能:极高的接收灵敏度和抗干扰性能、只需要极少的外接元件、只要一个晶振即可满足网络系统的需要。是6-mm X6-mm的QFN 40 封装。微控制器：优良的性能和具有代码预取功能的低功耗8051微控 制器内核32-、64-或128-KB的系统内可编程闪存，8-KB RAM,具备 在各种供电方式下的数据保持能力和支持硬件调试功能引脚图：IRBIAS AVDD4 AVDD1 AVDD2 RF_N RF P AVDD3 XOSC_Q2 XOSC_Q1 AVDD5图3-2硬件调试功能引脚图7This document is produced by free version of Print2Flash.Visit for more information图3-3硬件调试功能引脚图3.2.2单片机的选用单片机的选用结合自己的系统和老师的意见，在市面上有许多种类的单片机，而指导老师让我选择AT89S 52单片机，AT89S 52是一种低能耗、高性 能、6个中断源，具有8K系统可编程Flasho片上Flash允许程 序储存器在系统可编程，也适用于常规的编程器。在单芯片上，拥有 灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash,使得AT89S 52在众多嵌入 式控制应用系统中得到广泛应用。8This document is produced by free version of Print2Flash.Visit for more information8051P1.0VCCPl.lPOOPl8051P1.0VCCPl.lPOOPl。P01Pl.3P02Pl.4P0.3Pl.5P04Pl.6P0.5P01Pl.3P02Pl.4P0.3Pl.5P04Pl.6P0.5P1.7/DCKP0 6P0 6RSTRSTPQ.7P3.0/RXD EA/VPPP3.1fTXDALEP3.2/INT0PSENP33/INT1P2.7P3.4TT0P26P3.5/T1P25P3.6/WRP24P3.7/RDP2.3PQ.7P3.0/RXD EA/VPPP3.1fTXDALEP3.2/INT0PSENP33/INT1P2.7P3.4TT0P26P3.5/T1P25P3.6/WRP24P3.7/RDP2.3XTAL2P2.2XTAL1P21GNDP2039P2.2XTAL1P21GNDP20393S3S3737363635343534333129333129282727；：,-；：,-2524232524232121图3-4单片机引脚图3.2.3温度传感器温度传感器在温度传感器方面我知道的不是很多，按照感应温度的范围，接口方式，使用电压和价格方面考虑，DS I8B20这款温度感应器更加合 适。它通过编程可以实现9到12位的数字读数方式，并且用户可以 自己设定报警上下限值、支持多个点组网功能可以并联。9This document is produced by free version of Print2Flash.Visit for more information图3-5温度传感器图3.2.4干湿传感器干湿传感器感应器我选择的TIN K0160*80 一体式干湿球温湿度控制器变送 器，它的工作温度在TO度到50度之间，且转换的精度高、测量范 围大、使用的寿命长、环境适应性强、性能稳定。输出类型：继电器,S S R,标准模拟量的变送输出，标准模拟信号的控制输出，RS 485通 讯输出，打印输出等。This document is produced by free version of Print2Flash.Visit for more information图3-6干湿传感器图3.2.5 ADAM4150数字量采集器数字量采集器ADAM4150数字量采集器具有7通道输入及8通道输出、高抗噪 性：lkV浪涌保护电压输入，3KV EFT及8KV ES D保护、宽电源输入 范围：+10+48VDC易于监测状态的LED指示灯、数字滤波器功能过 流/短路保护等优点。图3-7 ADAM4150数字量采集器图3.3系统软件设置系统软件设置(1)该系统的平台：Visual S tudio 2012 Microsoft Visual11This document is produced by free version of Print2Flash.Visit for more information S tudio是微软企业开发的产品。VS是一个基本完整的开发工具，它 含有整个运行软件周期中所需要的大部分工具，如代码管理工具和开 发的环境等等。该开发工具的目标适用微软支持的所有平台，包括 Microsoft Windows Windows Mobile Windows CE N ET Compact Framework 和 Microsoft S ilverlight 及 Windows Phone。Visual S tudio是目前使用最普遍的Windows平台应用的集成开发环境。(3)数据库软件：Access Microsoft Office Access 是由微 软公司发布有关于数据库的系统。它拥有Microoooftjet Datubase Engime和使用者界面有图像两个特点，是Microsoft Office的软 件程序之一。(4)运行平台：Win7 方便使用：Windows 7简化了许多设计，如快速最小化，界面的半屏显示，可以持续的互相切换到不同的 列表，系统出现的问题不迟疑地检测修理等。在如今大量的电子产品 中，有许多的电脑都是用的Windows?的系统，所以使用Windows?的 系统很简单。简单：Windows 7将会让查询和调用信息更加简单，包括本地、网络和互联网的查询功能，让使用者的程序体验将更加高 级，还会自动整理这些软件提交和相互交融系统数据的简单化。效 率：Windows 7中，该软件的搜索功能非常的强大，只要使用该系统 用户打开起始菜单界面并开始输入搜索内容，无论想要找到要自己需 要的应用软件、所需要的文件等，搜索功能都会自行操作，使用者不 需要很长的时间等待结果，提高了效率，给用户的操作带来极大的便 利。This document is produced by free version of Print2Flash.Visit for more information3.4系统的安装系统的安装安装流程：管道先放置线路、挖管道路口、安装水管、测试压力、控制电线的铺设、装置阀箱、填满管沟、安装喷水出水口、然后控制 模块安装，最后系统调试。在铺设管道的时候要注意其障碍物，在设计的管道走向的时候要 尽量绕过障碍物，降低障碍物对管道的影响。在绿化区域地区铺设管 道应该人工挖管道，因为在绿化区域使用机械开挖会破坏植被。第四章系统的主要代码与实现原理4.1系统功能设计系统功能设计4.1.1功能特点功能特点因为本系统采用的硬件都是低能耗的，在系统的组装中安装小功 率的太阳能板可以节能和避免布局的不便。通过感应器可以实时监控 绿化地植被土壤的含水量和温度值，来实现自动和人工控制灌溉的功 能。4.1.2参数设定功能参数设定功能在本系统中，使用者可以利用移动手机、遥控器或者计算机对绿 化地的环境参数在不同的地形和天气因素进行设定和修改。用户可以通过手机和遥控器或是计算机对现场的设备的工作模 式进行修改和设定。且系统具有定时或者定量等多种工作模式的选 定。4.1.3警报功能警报功能当本系统中一系列的软件和硬件出现问题后，比如现场的设备损This document is produced by free version of Print2Flash.Visit for more information 害、水管出现裂缝等，会即使停止水泵的运行，并报警。4.1.4显示功能物联网自动灌溉系统在绿化地收集的数据，可以在现场、远程 和手机实现实时的查找。在后台的监控系统可以配备LED显示屏，以图形或者表格的形式显示整个灌溉区的工作情况。4.1.5信息处理功能本系统具有信息处理功能，能够对各种感应器采集的信息转换 为数据进行记录、查询、分析和决策等。4.2系统的实现原理系统的实现原理实现的原理：根据灌溉区不同的植被对环境温度的不同球要，和 对土壤含水量的要求，在单片机里确定一个温度值，随着环境温湿度 的变化，感应器进行实时监测。然后感应器将监测到的模拟信号传递 给单片机，当感应器周围的环境温度和湿度上升或下降到比单片机恒 定的温度和湿度高或者低时，单片机就会取得电动机和电磁阀门的启 动或关闭，然后水泵就抽取灌溉用水到各个管道，打开电磁阀门后灌 溉水就会从喷头喷出，以达到灌溉植被的目的。4.3系统的流程系统的流程该系统的软件设计就是通过编写的程序来驱动硬件的各个部分，相对应的也就分硬件相同的子系统来编辑。系统的流程图绕下图所 示：This document is produced by free version of Print2Flash.Visit for more informationThis document is produced by free version of Print2Flash.Visit for more information4.4数据库结构设计数据库结构设计数据信息采集表序号列名数据类型长度主 键允许 空外键说明1_idInt11VID2TempVarchar20温度3HumitVarchar20湿度4LightVarchar30光照用户信息表序号列名数据类型长度主 键允许 空外键说明1_idInt11VID2N ameVarchar30姓名3PhoneInt11用户电话号 码4PasswordVarchar30密码4.5系统部分代码设计系统部分代码设计4.4.1创建ZigBee的串口控制类public class Globalpublic static ICS.Models.Com.ComS ettingModel _ComS etting=null;III summary/获得Com 口以及通道配置III public static ICS.Models.Com.ComS ettingModelThis document is produced by free version of Print2Flash.Visit for more informationComS ettinggetif(_ComS etting=null)_ComS etting=newICS.Models.Com.ComS ettingModel();/代码直接设置Zigbee串口ComS etting.ZigbeeCom-Coml；return _ComS etting;III summary/ZigBee控制类/public static ZigBee ZigBeeProvidergetThis document is produced by free version of Print2Flash.Visit for more information/使用单例工厂创建ZigBee控制类return(ZigBee)ClassFactory.GetProvider(equipmentcategory.ZigBee,ComS etting);4.4.2调用类库采集传感器数值调用类库采集传感器数值III/检查COM是否打开III/private ICS.Common.ResultEntity CheckS erialPort(ComHelper com)/ResultEntity类用于返回执行状态信息以及要返回的内容ICS.Common.ResultEntity ret=new ResultEntity():/若ComHelper中CurrentS erialPort(当前串口)为空则表示串口 无法打开if(com.CurrentS er i al Port-null)This document is produced by free version of Print2Flash.Visit for more information/将执行状态设置为失败，并添加错误信息用于返回ret.RunFailure（串 口无法打开！）；else/将执行状态设置为成功ret.RunTrue();return ret;/III窗体载入后执行/III/param/paramprivate void WindowLoadedl(object sender,RoutedEventArgs e)/使用 CheckS erialPort(Global.ZigBeeProvider)来判断相应串口是否打开ICS.Common.ResultEntity ret-CheckS erialPort(Global.ZigBeeProvider);/若执行状态(ret.S tatus)为失败(Result.Failure),则表示串口未打开，设置错误信息用于返回if(ret.S tatus=ICS.Enums.RunS tatus.Failure)EThis document is produced by free version of Print2Flash.Visit for more information/弹出错误提示MessageBox.S how(ret.ResultMessage);/请求服务端错误则直接返回，不再执行下面的代 码return;/若串口打开则执行下面代码/将ZigBee控制类赋值给新变量，方便下面的使用ZigBee providerZigBee-Global.ZigBeeProvider;/使用providerZigBee.GetS et()方法获取传感器数值，获取后的数值缓存在ZigBee控制类内的属性变量中 providerZigBee.GetS et();获取ZigBee控制类内的传感器的值，用于控件显示IblTemperatureValue.Content-Convert.ToDecimal(providerZigBee.temperatureValue);/温度IblLightValue.Content-Convert.ToDecimal(providerZigBee.lightValue);光照IblHumidityValue.Content=Convert.ToDecimal(providerZigBee.humidityValue);/湿度This document is produced by free version of Print2Flash.Visit for more information4.4.3电机启动程序设计电机启动程序设计using S ystem;using S ystem.Collections.Generic;using S ystem.Linq;using S ystem.Text:using S ystem.Threading.Tasks;using S ystem.Windows;using S ystem.Windows.Controls;using S ystem.Windows.Data;using S ystem.Windows.Documents;using S ystem.Windows.Input:using S ystem.Windows.Media;using S ystem.Windows.Media.Imaging;using S ystem.Windows.N avigation;using S ystem.Windows.S hapes:using S ystem.10.Ports:using ICS.Acquisition;using ICS.Common;using ICS.Enums:using ICS.Models.Com;2This document is produced by free version of Print2Flash.Visit for more informationnamespace 021.电机控制III III MainWindow.xaml 的交互逻辑/summarypublic partial class MainWindow:Windowpublic MainWindow()InitializeComponent0;ADAM4150 adam=new ADAM4150(new ComS ettingModel()DigitalQuantityCom=COM7”);private void btnOnOffClick(object sender,RoutedEventArgs e)/S erialPort serialport=newS erialPort(C0M7，9600);/serialport.Open();2This document is produced by free version of Print2Flash.Visit for more informationif(btnOnOff.Tag.ToS tringO-0”)adam.OnOff(ADAM4150FuncID.OnS treetLamp);btnOnOff.Tag-1;imgl.S ource=new BitmapImage(newUri(，?images 1 ampon.png”,Ur i Ki nd.Relative);btnOnOff.Content=关闭”；elseadam.OnOff(ADAM4150FuncID.OffS treetLamp);btnOnOff.Tag=0;imgl.S ource=new BitmapImage(newUri(，?images1 amp off.png”,UriKind.Relative);btnOnOff.Content=打开”；/serialport.Close();This document is produced by free version of Print2Flash.Visit for more information总结经过一个多月的不懈努力，此系统“城市绿化自动灌溉系统”已 经告一段落。在本次系统设计的概述中，我通过查阅以及借鉴自动灌 溉系统等方面的相关书籍和资料，了解并且掌握了城市了绿化灌溉的 现状和未来科技快速发展之后的绿化灌溉的前进方向。在这个过程 中，我不仅学习到了许多有关这方面的知识，而且还顺利的完成了此 次毕业设计的系统设计。本系统在设计时主要考虑的是当前人们对城市绿化带和公园植 被灌溉的各种需求现状，结合当前科技的快速发展带动的未来城市植 被灌溉的前进方向，在系统整体功能设施配置时按照实用、可靠、齐 全、方便实用等原则；认真的考虑该系统所需产品的功能、价位和可 靠性，使用的都是主流高新的技术产品。要确保体现本次方案系统的 智能化程度高、性能稳定、操作简单和尽量避免维护次数频繁的原则。我相信随着科学技术的持续创新，城市绿化自动灌溉智能化系统 将会越来越完善。随着自动灌溉技术越来越智能化，运行效率的提高,城市植被灌溉的问题会得到有效的完善，人们的生活质量和生活效率 也会得到提高。2This document is produced by free version of Print2Flash.Visit for more information致谢时间流逝，大学的三年时光已经接近序幕，在这三年里我学习到 了很多，也提高了我的实践能力和自主能力。在此，我要对我的母校 致以最深的感谢。在系统设计的完成之际，我的心里激动不已，从该方案系统的选 题、资料的收集到方案的撰写，整个过程中，我得到了许多热心的帮 助。首先我要感谢的是邹志贤老师，在这一个多月的时间里，老师不 断的对我得到的结论进行总结，并且提出好的建议，使得我的设计方 案能够顺利的进行下去，也让我接触到了很多以前没有遇到过的难 题，扩展了我的视野。邹老师对我进行了悉心的指导和教育，使我在 第一次编写设计方案上少走了许多弯路。每当我遇到自己不熟悉的问 题时，老师都很有耐心的给我解说，让我能够不断的学习提高，在此 我表达崇高的谢意。同时，邹老师渊博的学识、严谨的治学态度也令 我十分敬仰，是我以后在学习和生活中的榜样。其次我还要感谢那些帮助过我的同学们，在我写设计方案的过程 中，会帮助我查找资料并且对我的写作提出宝贵的意见和建议。因为 有了他们的帮助和配合，我才能够克服一个又一个的难关，我的设计 方案才能这么快的顺利完成。最后，对那些关心、帮助我的老师和同学表达我由衷的感谢！2This document is produced by free version of Print2Flash.Visit for more information参考文献1 周世杰 基于RFID电子客票的水运管理平台研究D.科技视界，20162 李江迪 土地流转背景下村镇社区住宅优化设计研究D.重庆大学硕士论文，20123 蒋德平 城市绿化灌溉自动控制浅议J.中国林业，20124 张伟华 面向产业集群区域资源计划系统设计与研究D.沈阳大学，20075 王恩琳关于全民义务植树的思考J.林业经济，20052This document is produced by free version of Print2Flash.Visit for more information