基于LabVIEW7 Express技術(shù)的煙田遠程監測系統設計

目前，自動(dòng)化、智能化、網(wǎng)絡(luò )化和數字化已經(jīng)成為農業(yè)發(fā)展的主要方向之一，虛擬儀器技術(shù)正是適應這種現代化農業(yè)的發(fā)展要求而出現的。農業(yè)的生態(tài)環(huán)境對煙葉的生長(cháng)發(fā)育、栽培技術(shù)的實(shí)施、病蟲(chóng)害的預防等，有著(zhù)極其重要的影響。而煙葉的生長(cháng)發(fā)育狀況又同光照度、溫度、濕度等因素息息相關(guān)，因此在農業(yè)經(jīng)濟突顯“多樣化”、“優(yōu)質(zhì)化”、“高效化”的今天，簡(jiǎn)單的依靠人的經(jīng)驗力量來(lái)監測環(huán)境，尤其顯得杯水車(chē)薪。而且傳統的數據采集方法耗時(shí)耗力，容易受到外界的干擾，準確性不高。本設計試圖利用基于LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench，實(shí)驗室虛擬儀器集成環(huán)境)開(kāi)發(fā)平臺的虛擬儀器技術(shù)來(lái)對果樹(shù)園區的生態(tài)環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)數據采集和存儲。

1系統整體設計

煙田生態(tài)環(huán)境系統的構建方案采用PC-DAQ(基于計算機的數據采集卡)系統，由傳感器、信號調理裝置、數據采集卡和執行機構等設備組成。

本監測系統利用數據采集卡的多路選通開(kāi)關(guān)來(lái)完成各硬件數據通道之間的切換，從而實(shí)現計算機和一臺數據采集卡對煙葉生長(cháng)的溫濕度、光照等氣候因子進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和測量的目的。將采集來(lái)的煙田生態(tài)環(huán)境數據經(jīng)分析、處理后，在前面板實(shí)時(shí)顯示和靜態(tài)顯示(日平均數歷史數據)，之后將它們存儲起來(lái)以便日后查詢(xún)和使用。另外，本系統中還增加了網(wǎng)絡(luò )傳輸功能，可以實(shí)現用戶(hù)在本地計算機上開(kāi)啟并操作遠程服務(wù)器端計算機上VI的前面板。

2系統硬件構成

圖1為煙田生態(tài)環(huán)境監測系統的硬件整體框圖。該系統主要完成對生態(tài)環(huán)境的數據采集。數據采集系統一般由數據采集硬件、硬件驅動(dòng)程序和數據采集函數及應用程序幾個(gè)部分組成，其基本任務(wù)就是用于物理信號的產(chǎn)生和測量。



本監測系統的硬件設備主要有溫度傳感器，濕度傳感器，光照傳感器，數據采集卡和計算機等組成。首先溫濕度傳感器及光照傳感器把溫濕度信號及光照信號轉換為電信號，然后經(jīng)數據采集卡的AD轉換后傳遞給計算機，最后計算機在對采集的數據進(jìn)行分析處理后對其進(jìn)行存儲顯示。

對于硬件的選用，應遵循實(shí)用、標準和耐用的原則。在傳感器選擇方面，可以采用LT／W／S室外溫濕度傳感器，其溫度量程是-20～80℃，濕度量程是0～100％；LT／G光照度傳感器，光強測量范圍是0～20萬(wàn)lux。

本系統中使用NI公司的數據采集卡的PCI-6024，此卡基于PCI總線(xiàn)，支持單極性和雙極性模擬信號輸入，信號輸入范圍分別為-5～+5 V和0～10 V?？商峁?6路單端／8路差動(dòng)模擬輸入通道，2路獨立的D／A輸出通道，24線(xiàn)的TTL型數字I／O通道，3個(gè)16位定時(shí)計數器等多種功能。采用NI公司提供的Measurement Automation軟件進(jìn)行簡(jiǎn)單的設置便可完成系統軟件與數據采集卡之間的通訊。

3煙田監測系統軟件設計

本系統的軟件部分是基于LabVIEW7 Express．應用平臺設計的。按照模塊化的思想，該系統共設計為數據采集、數據實(shí)時(shí)顯示、數據存儲和網(wǎng)絡(luò )傳輸四個(gè)模塊。每個(gè)模塊可按功能編寫(xiě)成一個(gè)VI，并可通過(guò)主控模塊來(lái)分別調用。其軟件系統結構框圖如圖2所示。



3.1 主控模塊

主控模塊可以使各模塊之間按照系統的框架協(xié)議來(lái)協(xié)調工作和相互通信，并可實(shí)現人機交互。同時(shí)主控模塊還提供用戶(hù)接口，用戶(hù)可以通過(guò)該接口發(fā)出指令，主控模塊根據指令來(lái)調度各功能模塊。本系統提供的形象逼真的儀器軟面板可使用戶(hù)使用起來(lái)極為方便。

3.2數據采集模塊

數據采集模塊主要完成溫度信號及光照信號的數字信號的轉化，并將其傳遞到計算機。NI公司的數據采集卡的數據采集功能可以由LabVIEW提供的模入模塊中的中級模入函數組合起來(lái)實(shí)現。

圖3是使用中級模入設計的數據采集程序框圖。先用Device Open.vi模塊打開(kāi)數據采集設備；然后用AI Config.vi模塊配置數據采集卡，選擇模擬量輸入通道，并指定輸入信號的范圍來(lái)調節硬件增益，同時(shí)設置采集數據所占用計算機緩沖區的大小及設置掃描間隔；再通過(guò)AI Start.vi啟動(dòng)模入操作，主要用于控制數據采集速率和要獲得的掃描數，這里將Number of scans to acquire (獲得的掃描數)輸入端口值設置為“0”，即選擇連續采集模式，直到清除模入操作為止(如果設置為“-1，’則只要緩沖區滿(mǎn)就停止掃描)；然后通過(guò)AI Read.vi從AI Config分配的緩沖中讀取數據，它能控制每次讀取的點(diǎn)數、讀取數據在緩沖中的位置等，輸出是一個(gè)二維數組，每一列數據對應于通道列表中的一個(gè)通道；最后通過(guò)AI Clear.vi模塊清除模人操作、清除計算機中分配的緩沖及釋放所有數據采集的資源。