基于虛擬儀器技術(shù)的煙田遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

1、基于虛擬儀器技術(shù)的煙田遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計目前，、智能化、網(wǎng)絡(luò)化和數(shù)字化已經(jīng)成為農(nóng)業(yè)進(jìn)展的主要方向之一，技術(shù)正是適應(yīng)這種現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的進(jìn)展要求而浮現(xiàn)的。農(nóng)業(yè)的生態(tài)環(huán)境對煙葉的生長發(fā)育、栽培技術(shù)的實施、病蟲害的預(yù)防等，有著極其重要的影響。而煙葉的生長發(fā)育情況又同光照度、溫度、濕度等因素休戚相關(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”的今日，容易的依賴人的閱歷力氣來監(jiān)測環(huán)境，尤其顯得杯水車薪。而且傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集辦法耗時耗力，簡單受到外界的干擾，精確性不高。本設(shè)計試圖利用基于(laboratory virtual instrument engineering workbench，試驗室虛擬儀

2、器集成環(huán)境)開發(fā)平臺的虛擬儀器技術(shù)來對果樹園區(qū)的生態(tài)環(huán)境舉行實時數(shù)據(jù)采集和存儲。1系統(tǒng)整體設(shè)計煙田生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的構(gòu)建計劃采納pc-daq(基于計算機(jī)的數(shù)據(jù)采集卡)系統(tǒng)，由、信號調(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)測系統(tǒng)利用數(shù)據(jù)采集卡的多路選通開關(guān)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(jī)和一臺數(shù)據(jù)采集卡對煙葉生長的溫濕度、光照等氣候因子舉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(jīng)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用法。另外，本系統(tǒng)中還增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)傳輸功能，可以實現(xiàn)用戶在本地計算機(jī)上開啟并操作遠(yuǎn)程服務(wù)器端計算機(jī)上v

3、i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)普通由數(shù)據(jù)采集硬件、硬件驅(qū)動程序和數(shù)據(jù)采集函數(shù)及應(yīng)用程序幾個部分組成，其基本任務(wù)就是用于物理信號的產(chǎn)生和測量。本監(jiān)測系統(tǒng)的硬件設(shè)備主要有，濕度傳感器，光照傳感器，數(shù)據(jù)采集卡和計算機(jī)等組成。首先溫濕度傳感器及光照傳感器把溫濕度信號及光照信號轉(zhuǎn)換為電信號，然后經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡的ad轉(zhuǎn)換后傳遞給計算機(jī)，最后計算機(jī)在對采集的數(shù)據(jù)舉行分析處理后對其舉行存儲顯示。對于硬件的選用，應(yīng)遵循有用、標(biāo)準(zhǔn)和耐用的原則。在傳感器挑選方面，可以采納ltws室外溫濕度傳感器，其溫度量程是-2080，濕度量程是0

4、100；ltg光照度傳感器，光強(qiáng)測量范圍是020萬lux。本系統(tǒng)中用法ni公司的數(shù)據(jù)采集卡的pci-6024，此卡基于pci，支持單極性和雙極性模擬信號輸入，信號輸入范圍分離為-5+5 v和010 v?？商峁?6路單端8路差動模擬輸入通道，2路自立的da輸出通道，24線的ttl型數(shù)字io通道，3個16位定時計數(shù)器等多種功能。采納ni公司提供的measurement automation軟件舉行容易的設(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)測系統(tǒng)軟件設(shè)計本系統(tǒng)的軟件部分是基于labview7 express應(yīng)用平臺設(shè)計的。根據(jù)模塊化的思想，該系統(tǒng)共設(shè)計為數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)實時顯示、數(shù)據(jù)存

5、儲和網(wǎng)絡(luò)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離調(diào)用。其軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖2所示。3.1 主控模塊主控模塊可以使各模塊之間根據(jù)系統(tǒng)的框架協(xié)議來協(xié)調(diào)工作和互相通信，并可實現(xiàn)人機(jī)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)出命令，主控模塊按照命令來調(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用法戶用法起來極為便利。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(zhuǎn)化，并將其傳遞到計算機(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模入函數(shù)組合起來實現(xiàn)。圖3是用法中級模入設(shè)計的數(shù)據(jù)采集程序框圖。先用devi

6、ce open.vi模塊打開數(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，挑選模擬量輸入通道，并指定輸入信號的范圍來調(diào)整硬件增益，同時設(shè)置采集數(shù)據(jù)所占用計算機(jī)緩沖區(qū)的大小及設(shè)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(shè)置為“0”，即挑選延續(xù)采集模式，直到清除模入操作為止(假如設(shè)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

7、是一個二維數(shù)組，每一列數(shù)據(jù)對應(yīng)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(jī)中分配的緩沖及釋放全部數(shù)據(jù)采集的資源。3.3 實時顯示模塊在數(shù)據(jù)實時顯示模塊中，采集卡采集來的三組數(shù)據(jù)經(jīng)分別處理后，分離和三個waveformchart銜接，并在前面板的chart圖形顯示中以三種不同的色彩來顯示溫度、濕度、光照度三條曲線。刷新模式為默認(rèn)的scroll，并設(shè)置show digitaldisplays，三個布爾指示器顯示三個通道是否正在運行，指示器亮，表示數(shù)據(jù)采集正在舉行。同時，當(dāng)前的數(shù)據(jù)采集時光也被顯示在前面板上。數(shù)據(jù)存儲中有三個子vi：讀取并計算平均數(shù)子vi、文本表

8、頭子vi和表格表頭子vi，系統(tǒng)采納平鋪挨次結(jié)構(gòu)來執(zhí)行囫圇數(shù)據(jù)存儲過程。首先在程序中設(shè)置一定的觸發(fā)時光(在前面板由用戶輸入，格式為h：m，如19：00表示晚上7點)，然后對一天采集的煙田生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)舉行平均數(shù)計算，并保存這個平均數(shù)。同時，在前面板顯示最近天數(shù)的平均值曲線。在觸發(fā)時光運行中，先對采集保存的文本文件舉行處理，讀取并計算出平均值，然后把這個平均值以兩種開式保存：保存成表格文件(.xls)時，得到的表格類似報表；保存成文本文件(.txt)時，得到的是包括對應(yīng)的時光信息和數(shù)據(jù)的文件。3.4 數(shù)據(jù)存取模塊數(shù)據(jù)存取模塊主要通過調(diào)用labview中writecharacters to file.

9、vi將經(jīng)過處理的溫濕度值存人指定的文件中，主要用到獵取系統(tǒng)日期和時光函數(shù)、向文件中寫數(shù)據(jù)的函數(shù)數(shù)據(jù)存儲模塊的框圖程序。文件的讀取必需根據(jù)數(shù)據(jù)保存時的格式去讀它，由于本來數(shù)據(jù)保存為ascii碼格式，用的是字符串?dāng)?shù)據(jù)類型，在讀取數(shù)據(jù)時必需用一個文件io函數(shù)把數(shù)據(jù)作為字符串來讀出。其中主要用到了read characters from file.vi (從文件中讀取字符串?dāng)?shù)據(jù))函數(shù)和extract numbers.vi (提取非數(shù)值符號轉(zhuǎn)換成數(shù)值)函數(shù)。3.5 網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊本系統(tǒng)利用了labview的遠(yuǎn)程面板(remotepanel)技術(shù)，用戶可以用極為容易的方式挺直在本地(client端)計算機(jī)上

10、打開并操作位于遠(yuǎn)程(web server端)計算機(jī)上的vi的前面板，甚至可以將labview的前面板窗口嵌入到一個網(wǎng)頁中并在網(wǎng)頁中挺直操作它。在labview中用法remote panel需要完成在labview web server端的計算機(jī)上開啟labviewweb server服務(wù)和在client端計算機(jī)上銜接并運行remote panel兩個步驟。本系統(tǒng)利用在labview環(huán)境中挺直操作remote panel的辦法來完成此模塊工作，在client端用法remote panel之前，首先在server計算機(jī)上運行l(wèi)abview，并且配置web server，來完成文件路徑和網(wǎng)絡(luò)的設(shè)置、客戶機(jī)拜訪權(quán)限的設(shè)置及vis拜訪權(quán)限的設(shè)置。之后就可以在client端的labview環(huán)境中運行一個remote panel了。詳細(xì)步驟如下：(1)在web server端打開要舉行遠(yuǎn)程運行的vi的前面板；(2)在client端的labview環(huán)境中的菜單欄中挑選operateconnect to remote panel，彈出connect to remote panel對話框，輸入ip地址和所打開的vi的名字以及端口號。(3)點擊connect按鈕舉行銜接，當(dāng)其銜接勝利后，remote panel就會浮現(xiàn)在屏幕之上，此后，在client端的前面板上就可以舉行操作控制了