簡(jiǎn)介虛擬儀器的煙田遠程監測系統

　　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MeasurementAutomation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DeviceOpen.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Numberof 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。

　　3.3 實(shí)時(shí)顯示模塊

　　在數據實(shí)時(shí)顯示模塊中，采集卡采集來(lái)的三組數據經(jīng)分離處理后，分別和三個(gè)WaveformChart連接，并在前面板的Chart圖形顯示中以三種不同的顏色來(lái)顯示溫度、濕度、光照度三條曲線(xiàn)。刷新模式為默認的Scroll，并設置Show DigitalDisplays，三個(gè)布爾指示器顯示三個(gè)通道是否正在運行，指示器亮，表示數據采集正在進(jìn)行。同時(shí)，當前的數據采集時(shí)間也被顯示在前面板上。

　　數據存儲中有三個(gè)子VI：讀取并計算平均數子VI、文本表頭子VI和表格表頭子VI，系統采用平鋪?lái)樞蚪Y構來(lái)執行整個(gè)數據存儲過(guò)程。首先在程序中設置一定的觸發(fā)時(shí)間（在前面板由用戶(hù)輸入，格式為H：M，如19：00表示晚上7點(diǎn)），然后對一天采集的煙田生態(tài)環(huán)境數據進(jìn)行平均數計算，并保存這個(gè)平均數。同時(shí)，在前面板顯示最近天數的平均值曲線(xiàn)。在觸發(fā)時(shí)間運行中，先對采集保存的文本文件進(jìn)行處理，讀取并計算出平均值，然后把這個(gè)平均值以?xún)煞N開(kāi)式保存：保存成電子表格文件（。xls）時(shí)，得到的表格類(lèi)似報表；保存成文本文件（。txt）時(shí)，得到的是包括對應的時(shí)間信息和數據的文件。

　　3.4 數據存取模塊

　　數據存取模塊主要通過(guò)調用LabVIEW中WriteCharacters To File.VI將經(jīng)過(guò)處理的溫濕度值存人指定的文件中，主要用到獲取系統日期和時(shí)間函數、向文件中寫(xiě)數據的函數數據存儲模塊的框圖程序。

　　文件的讀取必須按照數據保存時(shí)的格式去讀它，因為原來(lái)數據保存為ASCII碼格式，用的是字符串數據類(lèi)型，在讀取數據時(shí)必須用一個(gè)文件I／O函數把數據作為字符串來(lái)讀出。其中主要用到了Read Characters From File.vi （從文件中讀取字符串數據）函數和Extract Numbers.vi （提取非數值符號轉換成數值）函數。

　　3.5 網(wǎng)絡(luò )傳輸模塊

　　本系統利用了LabVIEW的遠程面板（RemotePanel）技術(shù)，用戶(hù)可以用極為簡(jiǎn)單的方式直接在本地（Client端）計算機上打開(kāi)并操作位于遠程（Web Server端）計算機上的VI的前面板，甚至可以將LabVIEW的前面板窗口嵌入到一個(gè)網(wǎng)頁(yè)中并在網(wǎng)頁(yè)中直接操作它。

　　在LabVIEW中使用Remote Panel需要完成在LabVIEW Web Server端的計算機上開(kāi)啟LabVIEWWeb Server服務(wù)和在Client端計算機上連接并運行Remote Panel兩個(gè)步驟。

　　本系統利用在LabVIEW環(huán)境中直接操作Remote Panel的方法來(lái)完成此模塊工作，在Client端使用Remote Panel之前，首先在Server計算機上運行LabVIEW，并且配置Web Server，來(lái)完成文件路徑和網(wǎng)絡(luò )的設置、客戶(hù)機訪(fǎng)問(wèn)權限的設置及VIs訪(fǎng)問(wèn)權限的設置。之后就可以在Client端的LabVIEW環(huán)境中運行一個(gè)Remote Panel了。具體步驟如下：

　?。?）在Web Server端打開(kāi)要進(jìn)行遠程運行的VI的前面板；

　?。?）在Client端的LabVIEW環(huán)境中的菜單欄中選擇Operate→Connect to Remote Panel，彈出Connect to Remote Panel對話(huà)框，輸入IP地址和所打開(kāi)的VI的名字以及端口號。

　?。?）點(diǎn)擊Connect按鈕進(jìn)行連接，當其連接成功后，Remote Panel就會(huì )出現在屏幕之上，此后，在Client端的前面板上就可以進(jìn)行操作控制了。但是應當注意，Client端的前面板和Web Server端的前面板是不同的。

　　4結束語(yǔ)

　　本系統基于LabVIEW7 Express功能軟件，實(shí)現了用一臺計算機和一個(gè)數據采集卡對煙田的生態(tài)環(huán)境進(jìn)行監測。該系統的開(kāi)發(fā)與應用大大克服了傳統基于單片機監測系統的硬件結構復雜、軟件編程麻煩等缺點(diǎn)，提高了測量精度，實(shí)現了遠程數據的傳輸和監測。