东北林业大学本科生创新性实验项目申请书

　滨州学院

　国家级大学生创新训练计划项目申请书

　 项 目 名 称 ：

　智能山地分区精准滴灌及数据处理系统设计 起 止 时 间 ：

　2017 年 12 月——2018 年 12 月

　项目负责人：

　龙耀强 系

　（院）：

　航空工程学院 年 级 专 业：

　15 级光电信息科学与工程 联 系 电 话 ：

　17862071356 指 导 教 师 ：

　王俊平 职

　称：

　讲师 申 请 日 期 ：

　2017 年 4 月

　 滨州学院教务处制 2017 年 3 月 项目编号 201710449027

　明 填表说明

　 1、《滨州学院国家级大学生创新训练项目申请书》（以下简称“申请书”）各项内容填写，必须实事求是，表达要明确严谨，页面不够时可加页，空缺项要填“无”，不得破坏后面表格的完整和美观。对于填写不合要求、内容含糊不清、字迹潦草者，不予受理。

　2、 封面的项目编号由滨州学院大学生创新创业训练计划项目领导小组办公室统一编写。

　3、本表由立顶负责人所在院系初审，签署意见后，一式 1 份，由各院系统一报送主管部门。

　4、“申请书”中涉及到需要签字的地方，请用黑色碳素笔亲笔签名。

　5、“申请书” 一律用 A4 纸双面打印，于左侧装订。格式、大小、内容应与原件相同。

　一、基本情况 项目名称

　 智能山地分区精准滴灌及数据处理系统设计 项目来源 学科竞赛 负 责 人 龙耀强 性别 男 年龄 21 学号 1514080108 所在院系 航空工程学院 年级专业 15 级光电信息科学与工程 联系电话 17862071356 电子邮箱 17862071356@163.com 项 目 成 员 姓名 院系 年级专业 项目分工 宋金桥 航空工程学院 15 级光信息科学与工程 软件调试 张震 航空工程学院 15 级应用电子技术 硬件设计 翟文 航空工程学院 15 级光信息科学与工程 仪器制作 崔云超 航空工程学院 16 级飞行器动力工程 耗材采购 项目组人员获奖及成果情况 获奖者 奖励、成果名称 颁发单位及时间 龙耀强 第八届山东省物理科技创新大赛一等奖 山东省科协等 2016.9 宋金桥 第八届山东省物理科技创新大赛一等奖 山东省科协等 2016.9 翟文 第八届山东省物理科技创新大赛一等奖 山东省科协等 2016.9

　 指导教师 王俊平 性别 女 年龄 36 研究方向 通信与信息系统 职称 讲师 联系电话 15166093398 电子邮箱 wangjunping-99@163.com 承担课程 通信原理，信息论，移动通信，高频电子电路，电工电子学等 近三年指导大学生创新、竞赛、科研或奖励，个人教学科研情况。

　近三年内曾指导学生获得山东省物理科技创新大赛获一等奖 1 项，三等奖 1 项，2016年被评为山东省物理科技创新大赛优秀指导教师，2016 年获全国大学生节能减排大赛一等奖 1 项，本人前期指导的国家级大学生创新训练项目于 2014 年顺利结项。主持滨州市科技发展计划项目 1 项，校级项目 2 项、作为参与人参与国家自然科学基金 1 项，山东省自然科学基金 1 项、山东省高校科研发展计划项目 1 项，滨州市科技发展计划项目 1项，校级项目 2 项。研究成果获滨州市优秀自然成果奖二等奖 1 项，滨州市优秀自然成果奖三等奖 2 项，2016 年度获得滨州市青年学术技术带头人培养人选荣誉称号，在权威期学术刊物上发表论文 30 余篇，其中 7 篇 SCI 收录，11 篇 EI 收录，5 篇 CSCD 收录，核心 3 篇，申请发明专利 1 项，实用新型专利 5 项。

　项目简介（限 200 字）

　针对山区复杂的地貌和节水灌溉工程中能源消耗高、人力资源短缺及水资源浪费等现象，采用太阳能作为系统的主要能源供给，根据山地坡度和高差不同的区域，对应滴灌系统流量、压力设计不同，实时按需精准灌溉。设计了远程控制通讯模块，各分点采集到的土壤含水率由 ZigBee 网络传输到汇聚节点，通过单片机控制；自动进行电磁阀的开启与关闭，同时利用 GSM 网络将提示信息发送到用户手机，达到实时灌溉和监控。

　注：项目来源分为学科竞赛、SRTP 项目、教师研究项目、挑战杯、自选项目等 二、立论依据

　1.项目的研究意义（限 200 字）

　目前山地灌溉系统属于补充灌溉和统一灌溉，在灌溉过程中不能根据山地土壤含水量来进行划分区域精准灌溉，导致农作物减产。为解决在较为复杂的山地坡度和高差不同的区域，能够实现精准灌溉和实时灌溉的问题，针对节水灌溉工程中能源消耗高、人力资源短缺及水资源浪费等现象，研发了一套利用太阳能作为系统的主要能源供给，可根据山地坡度不同进行分区按需实时精准灌溉，同时具有数据处理及远程通信控制功能的智能山地分区灌溉系统。

　2R-CH2 -CH-CH 2 ClCH 3OH+CH 3 -N-CH2 -CH 2 -N-CH 3CH 3R-CH2 -CH-CH 2 -N+ -CH2 -CH 2 -N+ -CH2 -CH-CH 2 -RCH 3OHCH 3CH 3CH 3OH2Cl-2R-CH2 -CH-CH 2 ClCH 3OH+CH 3 -N-CH2 -CH 2 -N-CH 3CH 3R-CH2 -CH-CH 2 -N+ -CH2 -CH 2 -N+ -CH2 -CH-CH 2 -RCH 3OHCH 3CH 3CH 3OH2Cl-

　2.国内外研究现状分析（附主要参考文献，限 1000 字）

　再生能源的开发和利用已逐渐受到人们的重视，农业生产中充分利用再生能源是农业清洁生产的必要趋势，也是我国节能减排战略部署的重要组成部分 [1] 。国外太阳能应用于灌溉领域的研究较早。联合国开发署等国际组织机构早在 1981 年就看到太阳能水利在实际应用中各种优势与前景，这对太阳能进入灌溉领域有非常重要的意义，同时也推动了太阳能水利的自身的技术发展。而在自动灌溉方面，国外技术比较突出的公司有像雨鸟、杰威特等。这些公司的产品基本实现了园林灌概的系统管理，通过对绿地中各种灌溉终端设备实施微机控制，如电磁阀、水泵以及一些相关灌溉设备，从而实现了自动灌溉、智能灌溉 [2] 。2008 年美国国家植物园成功的将太阳能应用于园区的一套滴灌系统中。其优势在于完全脱离了市网用电，实现了太阳能在市网盲区的独立供电。园区灌溉通过计算机系统管理，使得灌水量与灌水过程精量化、科学化。其它应用还有很多，如美国将国会大厦的乔木大楼屋顶装上了太阳能等等。

　我国在自动灌溉系统中引进太阳能始于 20 世纪末，此领域技术发展也相当迅速 [3-5] 。武汉武大云水工程有限公司和上海步特电气公司联合研发的云水牌太阳能无线灌溉控制器。通过无线控制技术解决了绿地中布线难度大的难题。但此控制器的成本较高，太阳能只给控制器供电，无法实现整个灌溉系统的独立供电。搞节水灌溉方案的确定和实施是非常复杂的，需要综合考虑当地的地理、经济和种植习惯，在当地政府和农业产业结构政策的引导下，制定切实可行的节水灌溉方案，才能真正实现节水灌溉的目的和效益。

　参考文献：

　[1]邹晓霞,万运帆,李玉娥,等.我国农村太阳能资源利用节能减排效果研究[J］.可再生能源，2010，28( 3) : 93- 98. [2]何华兴,田甜等.利用太阳能和风能的山地作物灌溉系统及其应用分析[J].福建农林大学学报,2015,44(2):219-223. [3]彭炜峰.智能山地分区精准滴灌及数据处理系统的研究[J].农机化研究 2017,(9):112-117. [4]李宜汀,卢剑锋.基于 PLC 和 GPRS 模块的山地智能灌溉系统设计[J] .现代机械 2016(1):52-54. [5]曹亮,马兰等.西北山区光伏提水灌溉系统蓄水池容积的优化[J] .人民黄河,2017,39(2):146-148. 三、研究方案 1. 研究目标（限 200 字）

　 本系统由滴灌、太阳能电源、土壤含水率检测、ZigBee 无线传感网络、中央处理器及 GSM 无线传输等子模块组成。利用土壤含水率监测子模块实时监测各区域土壤实时含水率数据信息， 采集到的土壤含水率由 ZigBee 无线传感子模块传输到汇聚节点，得到的数据信息通过中央处理器控制和处理； 当土壤含水率低于设置的下限值或高于设置的上限值时，自动进行电磁阀的开启与关闭；利用 GSM 无线传输子模块将提示信息发送到用户手机，达到实时灌溉和监控的目的。

　2.研究内容（限 400 字）

　1．系统硬件设计：（1）太阳能电池发电，发电后存储在蓄电池中，然后蓄电池实现给滴灌设备和电磁阀供电，这部分电路设计。（2）单片机和土壤检测模块、电磁阀、ZigBee 无线传感网络模块等电路的硬件设计。根据山地坡度、高差不一，设定的电磁阀不一样，将滴灌子模块分为东区，南区、西区、北区，一片区域滴灌不一，各区滴灌控制设置参数不一。根据检测水分传感器所测得参数是否低于设定值，决定单片机输出高低电平，从而控制电磁阀的工作状态。

　2．系统软件设计：土壤含水率检测主要由水分传感器参数检测实现，各个传感器节点采集各区域土壤水分的信息，同时与 ZigBee 无线传感网络进行数据交换。为实现实时监测效果，传感器实时检测土壤含水率，传感器上电复位进行初始化，水分传感器进入工作状态，检测土壤水分数据信息，实时与 ZigBee 无线传感网络进行数据交换。在无灌溉需求时，传感器进行休眠状态，等待工作，如此循环达到实时检测目的。

　3. 本项目的特色和创新之处（限 200 字）

　1．根据复杂山地不同区域及坡度、高差不同，设计了不同的流量和压力的滴灌系统，实现精准滴灌，有效地节约了水资源，为我国山地滴灌技术发展提供借鉴作用； 2．优化滴灌系统中太阳能作为主要能源供给，实现了远程传输数据的较小丢包率及土壤含水率精确检测技术；

　 3．利用太阳能电池板供电，实现了能源自给，精准滴灌，有效节约了水资源，起到了良好的节能减排效果。

　4. 拟采取的研究方案（主要指研究方法、技术路线等，限 800 字）

　研究方法：本系统由滴灌、太阳能电源、土壤含水率检测、ZigBee 无线传感网络、中央处理器及 GSM 无线传输等子模块组成。

　太阳能电源：太阳能电源子模块主要由太阳能电池板、太阳能控制器、变换器、逆变器及蓄电池等组成，由太阳能电池板给蓄电池充电，蓄电池输出电压分为两个部分：一部分逆变为交流电，供给负载水泵; 另一部分输出至变换器，为系统直流设备提供电源。

　土壤含水率检测：选用型号为ARN-100的水分传感器作为检测模块的主要检测器件， 将水分传感器埋于土壤表层下 30cm 处，对土壤含水率进行实时测量。水分传感器参数设置由中央处理器控制处理，由太阳能电源子模块提供驱动电能。

　ZigBee 无线传感网络：ZigBee 模块采用的是 microchip 公司型号为 MRF24G40MA 的器件，通过该公司的无线传感网络协议规定使用，即可实现数据的汇聚与传输。该器件将外围器件和天线进行了集成化，有效地提高了系统的可靠性。

　中央处理器：本系统选用的中央处理器是型号为 STM32F103 的单片机，属 Cortex-M3系列，正常工作率为 72MHz，正常工作电压为 2.0-3.6V，工作温度范围为- 40-85℃，且芯片内置高速存储器，其特点是低功耗，低电压，适用范围广等。

　GSM 无线传输：GSM 无线传输子模块选用的是型号为 TC35I 的工业级 GSM 模块，支持中文短信互通，利用ＲS232 串口与 LP2132 和上位机相连接，通过 AT 指令实现双向通信。该通信模块具有通讯成本低、可靠性高、保密性好及抗干扰能力强等优点。

　技术路线：

　1．利用模电和电路的相关知识设计好太阳能电池板发电到蓄电池存储和蓄电池电能的逆变输出的电路。

　2．利用单片机相关知识设计好 ARN-100 的水分传感器、电磁阀、MRF24G40MA 模块硬件电路的连接。

　3．利用单片机相关知识和 C51 语言设计系统的软件控制部分。

　4．做好系统的整体运行和调试。

　5．前期基础（主要指具备的知识基础和设备条件等，限 300 字）

　）

　知识基础：小组成员曾荣获全国大学生节能减排大赛三等奖一项，山东省物理科技创新大赛一等奖一项，同时，组内成员已完成大部分理工科基础课程的学习，如：材料力学，理论力学，光电技术，数字电子技术，单片机原理，模拟电子技术，C 语言程序设计等课程，并且小组成员具有较强的团队意识和协作能力，所以我们小组有能力完成本项目。

　设备条件：物理创新实验室能够提供一些基本的操作器材和一些基本的元器件；电工电子实验中心的电子电路自动控制方面的仪器设备支持；小组成员每人都已经备有了一台计算机，能方便的搜集资料。

　6. 项目研究年度计划 1．2017-10 制定研究项目计划； 2．2017-11----2017-12 确定所购置的原料，仪器功能元件型号编写程序等； 3．2018-01 ---2018-07 根据设计方案进行电路焊接，实物作品制作完成；

　4．2018-08---2018-09

　安装好后进行实验调试，确定最终参数进行设配调试，实现基本功能； 5．2018-10---2018-12

　完成系统最终调试，整理项目研究报告。

　7.项目预期成果（至少包括著作、论文、专利等公开发表的成果，以及项目研究报告、实

　物、软件等）

　1．制作出设计装置实物 1 台，撰写设计报告和项目研究报告； 2．发表高质量论文 1 篇或申请专利 1 项；

　3．参加全国大学生节能减排大赛，并在实际生产生活中投入应用。

　四、经费预算 支 出 科 目 金 额（元）

　计 算 根 据 及 理 由

　合计

　8000

　 1.科研业务费 2100

　论文版面费 1800

　资料复印打印费 200

　相关图书购置费 100

　2.实验材料费 5100

　太阳能电池板 1000 购置太阳能电池板 土壤水分检测传感 1200 购置 4-5 个超声波换能器 电磁阀 400 购置 6-8 个电磁阀 蓄电池 300 购置蓄电池 逆变器 300 购置逆变器 GSM 无线传输模块 600 购置 GSM 无线传输模块

　单片机等其他电子 800 单片机，MPPT 控制器等

　 滴灌设备 500 购买滴灌设备

　 3．其他支出 800 其它支出

　五、申请者承诺 我保证上述填报内容的真实性。如果获得资助，我与本项目组成员将严格遵守《滨州学院“国家级大学生创新创业训练计划”管理办法》的有关规定，切实保证研究工作时间，按计划认真开展研究工作，按时报送有关材料。

　负责人签名：

　年

　月

　日

　六、审批情况：

　指导教师对项目的评价及承诺：

　 项目负责人和参加者年轻、有活力，科研态度端正，专业分布合理，具有较强的团队协作能力和充足的研究时间，各方面的研究条件较好。该项目选题较新颖，在研究方法方面有较好的创新性，研究成果对推动未来商业营销模式的发展具有较大的意义。

　 本人作为该项目指导老师郑重承诺：严格遵守《滨州学院大学生创新创业训练计划管理办法》的相关规定，严格要求，尽心指导，按期保质保量完成项目目标。

　签字：

　年

　月

　日 院系推荐意见：

　 负责人签字：

　（公章）

　年

　月

　日 学校主管部门意见：

　（公章）

　 年

　月

　日

推荐访问:林业大学 本科生 申请书