基于LabVIEW7 Express技術(shù)的煙田遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

目前，自動(dòng)化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化和數(shù)字化已經(jīng)成為農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要方向之一，虛擬儀器技術(shù)正是適應(yīng)這種現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的發(fā)展要求而出現(xiàn)的。農(nóng)業(yè)的生態(tài)環(huán)境對(duì)煙葉的生長(zhǎng)發(fā)育、栽培技術(shù)的實(shí)施、病蟲(chóng)害的預(yù)防等，有著極其重要的影響。而煙葉的生長(zhǎng)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(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)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(yàn)力量來(lái)監(jiān)測(cè)環(huán)境，尤其顯得杯水車(chē)薪。而且傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集方法耗時(shí)耗力，容易受到外界的干擾，準(zhǔn)確性不高。本設(shè)計(jì)試圖利用基于LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench，實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器集成環(huán)境)開(kāi)發(fā)平臺(tái)的虛擬儀器技術(shù)來(lái)對(duì)果樹(shù)園區(qū)的生態(tài)環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)。

1系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

煙田生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的構(gòu)建方案采用PC-DAQ(基于計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)采集卡)系統(tǒng)，由傳感器、信號(hào)調(diào)理裝置、數(shù)據(jù)采集卡和執(zhí)行機(jī)構(gòu)等設(shè)備組成。

本監(jiān)測(cè)系統(tǒng)利用數(shù)據(jù)采集卡的多路選通開(kāi)關(guān)來(lái)完成各硬件數(shù)據(jù)通道之間的切換，從而實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)和一臺(tái)數(shù)據(jù)采集卡對(duì)煙葉生長(zhǎng)的溫濕度、光照等氣候因子進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和測(cè)量的目的。將采集來(lái)的煙田生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)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(shù)歷史數(shù)據(jù))，之后將它們存儲(chǔ)起來(lái)以便日后查詢(xún)和使用。另外，本系統(tǒng)中還增加了網(wǎng)絡(luò)傳輸功能，可以實(shí)現(xiàn)用戶在本地計(jì)算機(jī)上開(kāi)啟并操作遠(yuǎn)程服務(wù)器端計(jì)算機(jī)上VI的前面板。

2系統(tǒng)硬件構(gòu)成

圖1為煙田生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件整體框圖。該系統(tǒng)主要完成對(duì)生態(tài)環(huán)境的數(shù)據(jù)采集。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一般由數(shù)據(jù)采集硬件、硬件驅(qū)動(dòng)程序和數(shù)據(jù)采集函數(shù)及應(yīng)用程序幾個(gè)部分組成，其基本任務(wù)就是用于物理信號(hào)的產(chǎn)生和測(cè)量。



本監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件設(shè)備主要有溫度傳感器，濕度傳感器，光照傳感器，數(shù)據(jù)采集卡和計(jì)算機(jī)等組成。首先溫濕度傳感器及光照傳感器把溫濕度信號(hào)及光照信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，然后經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡的AD轉(zhuǎn)換后傳遞給計(jì)算機(jī)，最后計(jì)算機(jī)在對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理后對(duì)其進(jìn)行存儲(chǔ)顯示。

對(duì)于硬件的選用，應(yīng)遵循實(shí)用、標(biāo)準(zhǔn)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(qiáng)測(cè)量范圍是0～20萬(wàn)lux。

本系統(tǒng)中使用NI公司的數(shù)據(jù)采集卡的PCI-6024，此卡基于PCI總線，支持單極性和雙極性模擬信號(hào)輸入，信號(hào)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(dú)立的D／A輸出通道，24線的TTL型數(shù)字I／O通道，3個(gè)16位定時(shí)計(jì)數(shù)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(shè)置便可完成系統(tǒng)軟件與數(shù)據(jù)采集卡之間的通訊。

3煙田監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的軟件部分是基于LabVIEW7 Express．應(yīng)用平臺(tái)設(shè)計(jì)的。按照模塊化的思想，該系統(tǒng)共設(shè)計(jì)為數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(diào)用。其軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(tǒng)的框架協(xié)議來(lái)協(xié)調(diào)工作和相互通信，并可實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。同時(shí)主控模塊還提供用戶接口，用戶可以通過(guò)該接口發(fā)出指令，主控模塊根據(jù)指令來(lái)調(diào)度各功能模塊。本系統(tǒng)提供的形象逼真的儀器軟面板可使用戶使用起來(lái)極為方便。

3.2數(shù)據(jù)采集模塊

數(shù)據(jù)采集模塊主要完成溫度信號(hào)及光照信號(hào)的數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)化，并將其傳遞到計(jì)算機(jī)。NI公司的數(shù)據(jù)采集卡的數(shù)據(jù)采集功能可以由LabVIEW提供的模入模塊中的中級(jí)模入函數(shù)組合起來(lái)實(shí)現(xiàn)。

圖3是使用中級(jí)模入設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)采集程序框圖。先用Device Open.vi模塊打開(kāi)數(shù)據(jù)采集設(shè)備；然后用AI Config.vi模塊配置數(shù)據(jù)采集卡，選擇模擬量輸入通道，并指定輸入信號(hào)的范圍來(lái)調(diào)節(jié)硬件增益，同時(shí)設(shè)置采集數(shù)據(jù)所占用計(jì)算機(jī)緩沖區(qū)的大小及設(shè)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(shù)據(jù)采集速率和要獲得的掃描數(shù)，這里將Number of scans to acquire (獲得的掃描數(shù))輸入端口值設(shè)置為“0”，即選擇連續(xù)采集模式，直到清除模入操作為止(如果設(shè)置為“-1，’則只要緩沖區(qū)滿就停止掃描)；然后通過(guò)AI Read.vi從AI Config分配的緩沖中讀取數(shù)據(jù)，它能控制每次讀取的點(diǎn)數(shù)、讀取數(shù)據(jù)在緩沖中的位置等，輸出是一個(gè)二維數(shù)組，每一列數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)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(jì)算機(jī)中分配的緩沖及釋放所有數(shù)據(jù)采集的資源。