基于虛擬儀器技術的煙田遠程監(jiān)測系統(tǒng)設計
加入技術交流群
1系統(tǒng)整體設計
煙田生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的構建方案采用PC-DAQ(基于計算機的數(shù)據(jù)采集卡)系統(tǒng)，由傳感器、信號調理裝置、數(shù)據(jù)采集卡和執(zhí)行機構等設備組成。
本監(jiān)測系統(tǒng)利用數(shù)據(jù)采集卡的多路選通開關來完成各硬件數(shù)據(jù)通道之間的切換，從而實現(xiàn)計算機和一臺數(shù)據(jù)采集卡對煙葉生長的溫濕度、光照等氣候因子進行實時采集和測量的目的。將采集來的煙田生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)經分析、處理后，在前面板實時顯示和靜態(tài)顯示(日平均數(shù)歷史數(shù)據(jù))，之后將它們存儲起來以便日后查詢和使用。另外，本系統(tǒng)中還增加了網絡傳輸功能，可以實現(xiàn)用戶在本地計算機上開啟并操作遠程服務器端計算機上VI的前面板。
2系統(tǒng)硬件構成
圖1為煙田生態(tài)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的硬件整體框圖。該系統(tǒng)主要完成對生態(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、硬件驅動程序和數(shù)據(jù)采集函數(shù)及應用程序幾個部分組成，其基本任務就是用于物理信號的產生和測量。
本監(jiān)測系統(tǒng)的硬件設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，然后經數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)進行分析處理后對其進行存儲顯示。
對于硬件的選用，應遵循實用、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輸入，信號輸入范圍分別為-5～+5 V和0～10 V。可提供16路單端／8路差動模擬輸入通道，2路獨立的D／A輸出通道，24線的TTL型數(shù)字I／O通道，3個16位定時計數(shù)器等多種功能。采用NI公司提供的Measurement Automation軟件進行簡單的設置便可完成系統(tǒng)軟件與數(shù)據(jù)采集卡之間的通訊。
3煙田監(jiān)測系統(tǒng)軟件設計
本系統(tǒng)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(tǒng)共設計為數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)實時顯示、數(shù)據(jù)存儲和網絡傳輸四個模塊。每個模塊可按功能編寫成一個VI，并可通過主控模塊來分別調用。其軟件系統(tǒng)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(tǒng)的框架協(xié)議來協(xié)調工作和相互通信，并可實現(xiàn)人機交互。同時主控模塊還提供用戶接口，用戶可以通過該接口發(fā)出指令，主控模塊根據(jù)指令來調度各功能模塊。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及光照信號的數(shù)字信號的轉化，并將其傳遞到計算機。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模入函數(shù)組合起來實現(xiàn)。
圖3是使用中級模入設計的數(shù)據(jù)采集程序框圖。先用Device Open.vi模塊打開數(shù)據(jù)采集設備；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，并指定輸入信號的范圍來調節(jié)硬件增益，同時設置采集數(shù)據(jù)所占用計算機緩沖區(qū)的大小及設置掃描間隔；再通過AI Start.vi啟動模入操作，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(如果設置為“-1，’則只要緩沖區(qū)滿就停止掃描)；然后通過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數(shù)、讀取數(shù)據(jù)在緩沖中的位置等，輸出是一個二維數(shù)組，每一列數(shù)據(jù)對應于通道列表中的一個通道；最后通過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(shù)據(jù)采集的資源。
評論