【摘要】為實(shí)現(xiàn)溫室大棚自動(dòng)化監(jiān)控，提高作物產(chǎn)量，本文設(shè)計(jì)了基于LabView的溫室環(huán)境參量監(jiān)控與遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。利用LabView編程，開發(fā)友好的人機(jī)界面，采用ZigBee無線通信節(jié)點(diǎn)解決繁瑣的傳感器節(jié)點(diǎn)布線問題，結(jié)合web通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)溫室大棚控制系統(tǒng)遠(yuǎn)程internet瀏覽器訪問。實(shí)驗(yàn)表明，本系統(tǒng)可以對多個(gè)環(huán)境參量準(zhǔn)確監(jiān)控，程序運(yùn)行穩(wěn)定可靠，可實(shí)現(xiàn)多個(gè)遠(yuǎn)程端口同時(shí)訪問，符合溫室大棚智能化控制要求。

【關(guān)鍵詞】溫室大棚L(fēng)abView遠(yuǎn)程監(jiān)控?zé)o線組網(wǎng)

A design of glasshouse automatic monitoring system based on LabView

Yang baogui

Liaoning Railway Vocational and Technical college AbstractA glasshouse automatic monitoring system was developed for improving the yeild of glasshouse. Friendly human-machine interface was designed based on LabView. ZigBee wireless communication nodes were established to solve the routing problem of the sensors. In order to access automatic monitoring system form long distance with browser， web communication technology was employed. The tests illustrated the system could monitor multi-factors precisely with high reliability ， and can be access by multi-computers from long-distance at the same time. It is proved the system was suitble for glasshouse automatic monitoring very well. Keywordsglasshouse， LabView， long-distance monitoring， wireless network construction

一、引言

我國是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國，人多地少，因此提高單位面積的作物產(chǎn)量是現(xiàn)階段農(nóng)業(yè)發(fā)展急需解決的問題。溫室是設(shè)施農(nóng)業(yè)的重要組成部分，由于溫室不受氣候和土壤條件的環(huán)境影響，是提高產(chǎn)量的重要措施之一[1-4]。農(nóng)作物在成長過程中需要的環(huán)境因子很多，適宜的溫度、濕度、光照強(qiáng)度以及CO2濃度是作物實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的關(guān)鍵。為加快農(nóng)作物的生長，達(dá)到優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)的目的，需對溫室的環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測，結(jié)合農(nóng)作物的生長規(guī)律，控制溫室環(huán)境，實(shí)現(xiàn)對溫室內(nèi)環(huán)境的檢測與調(diào)控。隨著計(jì)算機(jī)、通信以及傳感器技術(shù)的飛速發(fā)展，現(xiàn)代化溫室環(huán)境參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)的研究己成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的一個(gè)研究熱點(diǎn)[4-7]，研制一套適合我國國情并且具有獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)的蔬菜溫室大棚智能控制系統(tǒng)具有非常重要的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)意義。論文結(jié)合傳感器和通信技術(shù)，設(shè)計(jì)了一種成本較低、集溫室大棚環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)控與記錄于一體的控制系統(tǒng)。

二、硬件電路設(shè)計(jì)

2.1傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

溫室大棚環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)需要采集空氣溫度、空氣濕度、土壤溫度、土壤含水量、空氣中二氧化碳濃度和光照強(qiáng)度等六種環(huán)境因素的參數(shù)，所以需要很多種類的傳感器來采集數(shù)據(jù)。溫度傳感器電路連接圖如圖1所示。

1、溫度型節(jié)點(diǎn)

溫度是提供作物生長的最基本的要素，通過影響酶的活性來可以影響作物的各種生理性活動(dòng)，對作物生理性改變有著很重要的影響。由于溫室大棚溫度上限低于150℃，故本設(shè)計(jì)采用數(shù)字式溫度傳感器，無需校準(zhǔn)和標(biāo)定。

此電路即可以測量空氣溫度，也可以接保護(hù)外殼后測量土壤溫度。為消除溫度漂移的影響，設(shè)計(jì)將穩(wěn)壓二極管，熱敏電阻，可調(diào)電位器接到運(yùn)放電路，該放大電路負(fù)端與電路輸出端相連。采用差溫控制法控制溫度。

2、濕度型節(jié)點(diǎn)

土壤的濕度直接決定著農(nóng)作物在生長過程中的水分供應(yīng)狀況。土壤濕度超過正常范圍，作物的光合作用不能正常進(jìn)行，農(nóng)作物根系呼吸、生長基本活動(dòng)受到阻礙，作物的產(chǎn)量和品質(zhì)下降。本設(shè)計(jì)采用HS1101解決濕度測量方案。

傳感器對土壤水分進(jìn)行定點(diǎn)的長期監(jiān)測。土壤含水量通過自變量為電壓的三次多項(xiàng)式計(jì)算得到：

茲v=0.0337·ΔV3-0.0426ΔV2+0.2008ΔV-0.0041

（2）

其中ΔV=VH-VL，單位：v

3、光照強(qiáng)度型節(jié)點(diǎn)

光照條件直接影響著作物的生長發(fā)育，是作物生長的決定要素之一，尤其是在反季節(jié)生產(chǎn)中，直接影響作物的營養(yǎng)生長，對作物葉片的排列方式、形態(tài)結(jié)構(gòu)以及生理性狀有明顯的作用。

本文選用的是LT/G光照傳感器，可實(shí)現(xiàn)對環(huán)境光照度的測量，測量上限超過1×106lux，測量下限低于0.2lux，安裝方便，線性度好，抗干擾能力強(qiáng)，可輸出電流或者電壓信號(hào)。

4、二氧化碳濃度型節(jié)點(diǎn)

光合作用是綠色植物生命活動(dòng)的基本特征，是種植的作物生長發(fā)育的物質(zhì)和能量的基礎(chǔ)，作物周圍空氣中CO2濃度高低直接影響著作物光合作用的效率也就是有機(jī)物的合成，進(jìn)而影響作物果實(shí)的品質(zhì)。對此，我們選擇了一種高性價(jià)比COZIR紅外二氧化碳傳感器。

為提供電路的抗干擾能力，本設(shè)計(jì)將數(shù)字電路和模擬電路分隔開，并在連接點(diǎn)處加上磁珠。為除去芯片內(nèi)部信號(hào)對電源的干擾，在每個(gè)芯片最靠近電源和地的地方，添加一個(gè)0.luF的電容。為消除瞬間大電流對電路的影響，每8個(gè)芯片配置一個(gè)10uF的充放電電容，保證信號(hào)的穩(wěn)定性。

2.2無線傳輸與組網(wǎng)

ZigBee是一種低成本、低功耗、簡化標(biāo)準(zhǔn)的開放式系統(tǒng)互聯(lián)無線通信技術(shù)[8，9]。每種節(jié)點(diǎn)都有10個(gè)同類型傳感器，并采用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)組成星型網(wǎng)絡(luò)，利用Chipcon CC2430射頻芯片實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線傳輸。

本設(shè)計(jì)將4個(gè)ZigBee模塊組建成一個(gè)星型的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)中有一個(gè)FFD協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)，4個(gè)RFD子節(jié)點(diǎn)。當(dāng)傳感器控制芯片收到來自ZigBee無線通信RFD子節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)的請求標(biāo)志時(shí)，將溫度、濕度、CO2濃度和光照強(qiáng)度數(shù)據(jù)通過SPI串行方式發(fā)送給RFD子節(jié)點(diǎn)，子節(jié)點(diǎn)以無線方式向FFD主協(xié)調(diào)器傳遞數(shù)據(jù)。主協(xié)調(diào)器解析接收數(shù)據(jù)后將信號(hào)打包處理通過UART傳輸給計(jì)算機(jī)，上位機(jī)軟件LabView分析、控制并顯示相應(yīng)環(huán)境參數(shù)。硬件連接框圖如圖2所示。

三、軟件設(shè)計(jì)

LabVIEW是一種程序開發(fā)環(huán)境，由美國NI公司研制開發(fā)，類似于C和BASIC開發(fā)環(huán)境，與C和BASIC一樣，LabVIEW也是通用的編程系統(tǒng)，有一個(gè)完成任何編程任務(wù)的龐大函數(shù)庫。但是與其他計(jì)算機(jī)語言不同，LabVIEW使用G語言編寫程序，通過圖形符號(hào)描述程序的行為，易于實(shí)現(xiàn)友好的人機(jī)交互界面[10-12]。

3.1數(shù)據(jù)解析

計(jì)算機(jī)通過過串口從FFD協(xié)調(diào)器接收數(shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)在對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理前，首先要根據(jù)UART通信協(xié)議對數(shù)據(jù)進(jìn)行解析。但是由于FFD傳送的是字符型數(shù)據(jù)，因此提取數(shù)據(jù)幀之后還需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行字符-數(shù)值轉(zhuǎn)換。程序框圖如圖3所示，為增加程序的可讀性，將數(shù)據(jù)解析過程用子VI的形式表述，并提供輸入輸出接口。

程序的主控制界面如圖5所示。

3.3程序遠(yuǎn)程控制

由于LabView簡潔的控制界面、便捷的操作、內(nèi)嵌web服務(wù)器，因此LabView廣泛的用于系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制研究中[10-15]。為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制，本系統(tǒng)采用基于web技術(shù)的遠(yuǎn)程訪問技術(shù)。訪問過程中直接在瀏覽器內(nèi)輸入服務(wù)器地址，就可以遠(yuǎn)程訪問控制系統(tǒng)前面板。為增強(qiáng)系統(tǒng)安全性，遠(yuǎn)程請求VI控制權(quán)時(shí)首先需要鍵入密碼，密碼匹配后方可遠(yuǎn)程控制服務(wù)器前面板。系統(tǒng)采用8000端口發(fā)送和接收遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)，并遵循h(huán)ttp傳輸協(xié)議，系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制界面圖如圖6所示。

四、結(jié)論

系統(tǒng)采用NI公司LabView軟件編程，實(shí)現(xiàn)了溫室大棚實(shí)時(shí)監(jiān)控，圖形界面友好，可以對多個(gè)參量同時(shí)監(jiān)控，出現(xiàn)異常系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。采用基于internet網(wǎng)頁的遠(yuǎn)程控制模式，無需額外設(shè)備與軟件，該系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)實(shí)用，具有較的應(yīng)用推廣價(jià)值。

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