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        虛擬儀器大棚溫室環(huán)境遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

        2014-11-22 04:19:52徐小華等
        江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué) 2014年10期
        關(guān)鍵詞:遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)虛擬儀器濕度

        徐小華等

        摘要:CO2濃度、溫度、濕度等因素制約著農(nóng)作物生長(zhǎng)和產(chǎn)量。采用虛擬儀器和Actives技術(shù)設(shè)計(jì)了遠(yuǎn)程溫室監(jiān)測(cè)系統(tǒng),試驗(yàn)結(jié)果表明該系統(tǒng)能較好監(jiān)測(cè)植物的生長(zhǎng)環(huán)境,對(duì)提高農(nóng)作物產(chǎn)量具有重要意義。

        關(guān)鍵詞:虛擬儀器;溫室;遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè);傳感器;CO2濃度;溫度;濕度

        中圖分類號(hào): TP277.2文獻(xiàn)標(biāo)志碼: A文章編號(hào):1002-1302(2014)10-0389-03

        收稿日期:2014-03-31

        基金項(xiàng)目:云南省教育廳科學(xué)研究基金 (編號(hào):2011C042)。

        作者簡(jiǎn)介:徐小華(1980—),男,四川南充人,碩士,講師,主要從事模式識(shí)別和計(jì)算機(jī)智能系統(tǒng)研究。 E-mail:969287340@qq.com。農(nóng)作物生長(zhǎng)在很大程度上受遺傳性、地域性、季節(jié)性等多種因素影響。大部分時(shí)間的自然環(huán)境都不能滿足農(nóng)作物的正常生長(zhǎng),往往影響農(nóng)作物產(chǎn)量增加,勢(shì)必會(huì)造成一定的物力、人力、財(cái)力浪費(fèi)。使用科學(xué)的大棚栽培技術(shù)來達(dá)到對(duì)作物生長(zhǎng)有利的環(huán)境因素,有利于提高作物產(chǎn)量和緩解農(nóng)作物季節(jié)矛盾。本研究將計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)等多種技術(shù)融為一體,研制開發(fā)成本低廉、操作簡(jiǎn)單的溫室遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng),旨在為推進(jìn)我國(guó)農(nóng)業(yè)智能化進(jìn)程提供借鑒。

        1虛擬儀器技術(shù)

        在測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域,美國(guó)國(guó)家儀器公司首先提出“軟件即儀器”的口號(hào),即虛擬儀器,推出了LabVIEW(laboratory virtual instrument engineering workbench),其直觀的流程圖編程風(fēng)格和運(yùn)行程序平臺(tái),開啟了虛擬儀器的先河[1]。虛擬儀器代表了當(dāng)時(shí)儀器發(fā)展的新方向,是儀器領(lǐng)域的一個(gè)突破,如今虛擬儀器技術(shù)發(fā)展到遠(yuǎn)程虛擬儀器階段。將虛擬儀器應(yīng)用范圍拓展到整個(gè)Internet/Intranet網(wǎng)上,使信號(hào)采集、傳輸、處理一體化,而且不受地域、環(huán)境限制[2-4]。本研究采用LabVIEW、Access、LabSQL軟件和數(shù)據(jù)采集卡、PC機(jī)、傳感器等硬件相結(jié)合來實(shí)現(xiàn)溫室環(huán)境遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。

        2大棚溫室環(huán)境遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)的實(shí)現(xiàn)

        大棚溫室環(huán)境遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)見圖1。

        2.1傳感器選擇

        根據(jù)溫室環(huán)境,須使用3種類型的傳感器。

        一般來說農(nóng)作物生長(zhǎng)所需溫度為16~28 ℃,故選用三線制Pt100熱電阻作為溫度傳感器,經(jīng)過溫度變送器處理后,轉(zhuǎn)換成4~20 mA直流電流輸出。圖2是溫度傳感器和變送器接線方式。

        溫室相對(duì)濕度要求因季節(jié)、農(nóng)作物種類不同有所不同,一般為50%~85%,故選用JYTM-02型濕度傳感器作為系統(tǒng)的濕度傳感器,測(cè)定結(jié)果是相對(duì)濕度。其主要電氣特性電器參數(shù)如下:5 V DC 5%的供電電壓,10%~95% RH 濕度范圍,2 mA工作電流。

        植物生長(zhǎng)要進(jìn)行光合作用,溫室里必須有合適的CO2濃度。本系統(tǒng)選用美國(guó)FIGARO公司生產(chǎn)TGS4160型CO2傳感器來測(cè)量CO2濃度,系統(tǒng)采用控制鋼瓶裝的液態(tài)CO2氣源,用繼電器的啟閉和控制開啟來實(shí)現(xiàn)CO2的釋放。

        2.2系統(tǒng)主要模塊

        根據(jù)系統(tǒng)需求,共設(shè)計(jì)了5個(gè)主要模塊,各模塊實(shí)現(xiàn)方法如下。

        2.2.1數(shù)據(jù)采集模塊結(jié)合待測(cè)參數(shù)特征,以及數(shù)據(jù)采集板的可靠性、精度、性價(jià)比等因素,選擇美國(guó)NI公司生產(chǎn)的數(shù)據(jù)采集卡USB-6008。它是一種小型、輕便的數(shù)據(jù)采集設(shè)備,其采集單端輸入方式、2.5 kHz的采樣頻率。

        2.2.2實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示模塊測(cè)試數(shù)據(jù)和時(shí)間有重要關(guān)系。圖3是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示模塊。其實(shí)現(xiàn)步驟是:設(shè)置曲線開始時(shí)間;設(shè)置x軸的最小值為0,最大值為10,即顯示10 s內(nèi)的數(shù)據(jù);輸入空數(shù)組到趨勢(shì)圖的History屬性將趨勢(shì)圖清空,并通過XScale.Format[5]屬性設(shè)置x軸顯示格式為相對(duì)時(shí)間,并分別輸入到相應(yīng)的實(shí)時(shí)曲線屬性中。在While循環(huán)中通過 XScale.Multiplier 屬性設(shè)置x軸間隔時(shí)間。

        2.2.3報(bào)警模塊報(bào)警模塊用來顯示溫度、濕度、CO2濃度是否超過設(shè)定報(bào)警值的上限或下限。當(dāng)超限時(shí),前面板相應(yīng)的燈亮且相應(yīng)控件閃爍,并通過聲音傳輸給用戶。圖4是報(bào)警模塊。

        2.2.4數(shù)據(jù)庫管理模塊根據(jù)LabSQL和Access數(shù)據(jù)庫的特點(diǎn)和開發(fā)速度,本研究選取免費(fèi)的LabSQL軟件和Access軟件的無縫連接,實(shí)現(xiàn)了對(duì)數(shù)據(jù)庫管理模塊的程序設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)模塊主要是完成對(duì)各測(cè)試數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)儲(chǔ)存。圖5是程序存儲(chǔ)模塊。

        系統(tǒng)采用LabSQL軟件與Access軟件結(jié)合的方式完成數(shù)據(jù)儲(chǔ)存模塊的設(shè)計(jì),其實(shí)現(xiàn)步驟為:首先使用“ADO Connection Create. vi”創(chuàng)建1個(gè)連接數(shù)據(jù)庫對(duì)象,然后使用“ADO Connection Open.vi”打開數(shù)據(jù)源,與數(shù)據(jù)庫文件建立連接;使用“ADO SQL Execute.vi”執(zhí)行“Insert into測(cè)試(時(shí)間,濕度,溫度,CO2)values” 語句,寫入到數(shù)據(jù)庫中;最后用“ADO Connection Close.vi”把LabVIEW和ODBC數(shù)據(jù)源斷開。其數(shù)據(jù)查詢和刪除的實(shí)現(xiàn)方式同添加模塊的方式相同。

        2.2.5遠(yuǎn)程傳輸模塊網(wǎng)絡(luò)模式有C/S模型、B/S模型2種。本研究根據(jù)系統(tǒng)需求在B/S網(wǎng)絡(luò)模型下采用DataSocket Actives技術(shù)[6-8],結(jié)合開發(fā)ActiveX軟件和IIS 5.0服務(wù)器,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸。通信過程見圖6。

        服務(wù)器網(wǎng)頁設(shè)計(jì)主要步驟如下。

        (1)新建工程。選擇VB編程軟件菜單“Project/Components”,在“Components”對(duì)話框中選擇“National Instruments CW DS 4.0”和“National Instruments CW UI 6.0”,點(diǎn)擊“OK”,這些控件就出現(xiàn)在工具箱上。

        (2)設(shè)計(jì)用戶界面。

        (3)編寫代碼。以下是控件的部分源代碼。

        Private Sub Command1_Click()

        CWDS1.ConnectTo “dstp://xxh/ceshi”,cwdsReadAutoUpdate

        End Sub

        Private Sub CWDS1_OnDataUpdated(ByVal Data As CWDSLib.CWData)

        ‘Dim a(0 To 4)

        CWSlide1.Value = Data.Value(0)-106

        Text1.Text = Format(Data.Value(0))-106

        CWSlide2.Value = Data.Value(1)-106

        Text2.Text = Format(Data.Value(1))-106

        CWSlide3.Value = Data.Value(2)-106

        Text3.Text = Format(Data.Value(2))-106

        CWSlide4.Value = Data.Value(3)-106

        Private Sub CWDS1_OnStatusUpdated(ByVal status As Long,ByVal Error As Long,ByVal Message As String)

        Label6.Caption = Message

        End Sub

        Private Sub disconnectclick()

        CWDSl.Disconnect

        CWButtonl.Value = False

        End Sub

        Private Sub UserControl_Initialize()

        End Sub

        End Sub

        (4)編譯成ActiveX控件。保存程序,編譯ActiveX控件并命名。

        (5)利用VBA建立網(wǎng)頁。

        制作好網(wǎng)頁后,在服務(wù)器端配置好IIS,在運(yùn)行客戶端時(shí)輸入服務(wù)器端地址,自動(dòng)下載ActiveX控件。其客戶端運(yùn)行效果見圖7。

        3結(jié)語

        當(dāng)系統(tǒng)調(diào)試后進(jìn)行大棚溫室環(huán)境監(jiān)測(cè)時(shí),采集和傳輸?shù)臄?shù)據(jù)都能滿足要求,表明該系統(tǒng)具有一定的實(shí)用價(jià)值,能帶來一定效益。

        參考文獻(xiàn):

        [1]殷章桃,坎雜,江英蘭,等. 基于虛擬儀器的加工番茄自動(dòng)分選試驗(yàn)臺(tái)輸送系統(tǒng)[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué),2013,41(3):374-377.

        [2]易馳,文小玲,李鳳旭. 基于LabVIEW的溫度壓力采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J]. 微型機(jī)與應(yīng)用,2013,32(17):5-8.

        [3]顧亞雄,朱翠英,許方華. 基于LabVIEW的單片機(jī)多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J]. 自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用,2009,28(10):46-48,60.

        [4]徐子荔,陳明,鐘周威. 基于DataSocket技術(shù)的大氣數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)化測(cè)控系統(tǒng)研究[J]. 計(jì)測(cè)技術(shù),2006,26(1):65-67.

        [5]張新榮,張宇林,周紅標(biāo),等. 基于電子鼻和LabVIEW的魚類新鮮度檢測(cè)系統(tǒng)開發(fā)[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué),2012,40(2):315-318.

        [6]莫慧芳,饒明輝. 基于DataSocket技術(shù)的電機(jī)聲頻遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)[J]. 自動(dòng)化與儀器儀表,2013(3):175-176.

        [7]Ren W,Ma Q,Lv J. Design on monitored control system of vessel dynamic cyclone oily water separator[J]. Advanced Materials Research,2013,614:608-612.

        [8]張晟,董榮勝,冷文浩,等. 分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的通信模型優(yōu)化[J]. 計(jì)算機(jī)工程,2013,39(4):276-279.

        (2)設(shè)計(jì)用戶界面。

        (3)編寫代碼。以下是控件的部分源代碼。

        Private Sub Command1_Click()

        CWDS1.ConnectTo “dstp://xxh/ceshi”,cwdsReadAutoUpdate

        End Sub

        Private Sub CWDS1_OnDataUpdated(ByVal Data As CWDSLib.CWData)

        ‘Dim a(0 To 4)

        CWSlide1.Value = Data.Value(0)-106

        Text1.Text = Format(Data.Value(0))-106

        CWSlide2.Value = Data.Value(1)-106

        Text2.Text = Format(Data.Value(1))-106

        CWSlide3.Value = Data.Value(2)-106

        Text3.Text = Format(Data.Value(2))-106

        CWSlide4.Value = Data.Value(3)-106

        Private Sub CWDS1_OnStatusUpdated(ByVal status As Long,ByVal Error As Long,ByVal Message As String)

        Label6.Caption = Message

        End Sub

        Private Sub disconnectclick()

        CWDSl.Disconnect

        CWButtonl.Value = False

        End Sub

        Private Sub UserControl_Initialize()

        End Sub

        End Sub

        (4)編譯成ActiveX控件。保存程序,編譯ActiveX控件并命名。

        (5)利用VBA建立網(wǎng)頁。

        制作好網(wǎng)頁后,在服務(wù)器端配置好IIS,在運(yùn)行客戶端時(shí)輸入服務(wù)器端地址,自動(dòng)下載ActiveX控件。其客戶端運(yùn)行效果見圖7。

        3結(jié)語

        當(dāng)系統(tǒng)調(diào)試后進(jìn)行大棚溫室環(huán)境監(jiān)測(cè)時(shí),采集和傳輸?shù)臄?shù)據(jù)都能滿足要求,表明該系統(tǒng)具有一定的實(shí)用價(jià)值,能帶來一定效益。

        參考文獻(xiàn):

        [1]殷章桃,坎雜,江英蘭,等. 基于虛擬儀器的加工番茄自動(dòng)分選試驗(yàn)臺(tái)輸送系統(tǒng)[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué),2013,41(3):374-377.

        [2]易馳,文小玲,李鳳旭. 基于LabVIEW的溫度壓力采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J]. 微型機(jī)與應(yīng)用,2013,32(17):5-8.

        [3]顧亞雄,朱翠英,許方華. 基于LabVIEW的單片機(jī)多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J]. 自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用,2009,28(10):46-48,60.

        [4]徐子荔,陳明,鐘周威. 基于DataSocket技術(shù)的大氣數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)化測(cè)控系統(tǒng)研究[J]. 計(jì)測(cè)技術(shù),2006,26(1):65-67.

        [5]張新榮,張宇林,周紅標(biāo),等. 基于電子鼻和LabVIEW的魚類新鮮度檢測(cè)系統(tǒng)開發(fā)[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué),2012,40(2):315-318.

        [6]莫慧芳,饒明輝. 基于DataSocket技術(shù)的電機(jī)聲頻遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)[J]. 自動(dòng)化與儀器儀表,2013(3):175-176.

        [7]Ren W,Ma Q,Lv J. Design on monitored control system of vessel dynamic cyclone oily water separator[J]. Advanced Materials Research,2013,614:608-612.

        [8]張晟,董榮勝,冷文浩,等. 分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的通信模型優(yōu)化[J]. 計(jì)算機(jī)工程,2013,39(4):276-279.

        (2)設(shè)計(jì)用戶界面。

        (3)編寫代碼。以下是控件的部分源代碼。

        Private Sub Command1_Click()

        CWDS1.ConnectTo “dstp://xxh/ceshi”,cwdsReadAutoUpdate

        End Sub

        Private Sub CWDS1_OnDataUpdated(ByVal Data As CWDSLib.CWData)

        ‘Dim a(0 To 4)

        CWSlide1.Value = Data.Value(0)-106

        Text1.Text = Format(Data.Value(0))-106

        CWSlide2.Value = Data.Value(1)-106

        Text2.Text = Format(Data.Value(1))-106

        CWSlide3.Value = Data.Value(2)-106

        Text3.Text = Format(Data.Value(2))-106

        CWSlide4.Value = Data.Value(3)-106

        Private Sub CWDS1_OnStatusUpdated(ByVal status As Long,ByVal Error As Long,ByVal Message As String)

        Label6.Caption = Message

        End Sub

        Private Sub disconnectclick()

        CWDSl.Disconnect

        CWButtonl.Value = False

        End Sub

        Private Sub UserControl_Initialize()

        End Sub

        End Sub

        (4)編譯成ActiveX控件。保存程序,編譯ActiveX控件并命名。

        (5)利用VBA建立網(wǎng)頁。

        制作好網(wǎng)頁后,在服務(wù)器端配置好IIS,在運(yùn)行客戶端時(shí)輸入服務(wù)器端地址,自動(dòng)下載ActiveX控件。其客戶端運(yùn)行效果見圖7。

        3結(jié)語

        當(dāng)系統(tǒng)調(diào)試后進(jìn)行大棚溫室環(huán)境監(jiān)測(cè)時(shí),采集和傳輸?shù)臄?shù)據(jù)都能滿足要求,表明該系統(tǒng)具有一定的實(shí)用價(jià)值,能帶來一定效益。

        參考文獻(xiàn):

        [1]殷章桃,坎雜,江英蘭,等. 基于虛擬儀器的加工番茄自動(dòng)分選試驗(yàn)臺(tái)輸送系統(tǒng)[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué),2013,41(3):374-377.

        [2]易馳,文小玲,李鳳旭. 基于LabVIEW的溫度壓力采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J]. 微型機(jī)與應(yīng)用,2013,32(17):5-8.

        [3]顧亞雄,朱翠英,許方華. 基于LabVIEW的單片機(jī)多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J]. 自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用,2009,28(10):46-48,60.

        [4]徐子荔,陳明,鐘周威. 基于DataSocket技術(shù)的大氣數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)化測(cè)控系統(tǒng)研究[J]. 計(jì)測(cè)技術(shù),2006,26(1):65-67.

        [5]張新榮,張宇林,周紅標(biāo),等. 基于電子鼻和LabVIEW的魚類新鮮度檢測(cè)系統(tǒng)開發(fā)[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué),2012,40(2):315-318.

        [6]莫慧芳,饒明輝. 基于DataSocket技術(shù)的電機(jī)聲頻遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)[J]. 自動(dòng)化與儀器儀表,2013(3):175-176.

        [7]Ren W,Ma Q,Lv J. Design on monitored control system of vessel dynamic cyclone oily water separator[J]. Advanced Materials Research,2013,614:608-612.

        [8]張晟,董榮勝,冷文浩,等. 分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的通信模型優(yōu)化[J]. 計(jì)算機(jī)工程,2013,39(4):276-279.

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