基于虛擬儀器技術的煙田遠程監(jiān)測系統(tǒng)設計

1、    基于虛擬儀器技術的煙田遠程監(jiān)測系統(tǒng)設計摘要：實現(xiàn)了一種全集成可變帶寬中頻寬帶低通濾波器，討論分析了跨導放大器-電容(OTAC)連續(xù)時間型濾波器的結構、設計和具體實現(xiàn)，使用外部可編程電路對所設計濾波器帶寬進行控制，并利用ADS軟件進行電路設計和仿真驗證。仿真結果表明，該濾波器帶寬的可調(diào)范圍為126 MHz，阻帶抑制率大于35 dB，帶內(nèi)波紋小于05 dB，采用18 V電源，TSMC 018m CMOS工藝庫仿真，功耗小于21 mW，頻響曲線接近理想狀態(tài)。關鍵詞：Butte目前，自動化、智能化、網(wǎng)絡化和數(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

2、術正是適應這種現(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)境對煙葉的生長發(fā)育、栽培技術的實施、病蟲害的預防等，有著極其重要的影響。而煙葉的生長發(fā)育狀況又同光照度、溫度、濕度等因素息息相關，因此在農(nóng)業(yè)經(jīng)濟突顯“多樣化”、“優(yōu)質(zhì)化”、“高效化”的今天，簡單的依靠人的經(jīng)驗力量來監(jiān)測環(huán)境，尤其顯得杯水車薪。而且傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集方法耗時耗力，容易受到外界的干擾，準確性不高。本設計試圖利用基于LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench，實驗室虛擬儀器集成環(huán)境)開發(fā)平臺的虛擬儀器技術來對果樹園區(qū)的生態(tài)環(huán)境進行實時數(shù)據(jù)采集和存儲。1系統(tǒng)整

3、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(diào)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(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使用。另外，本系統(tǒng)中還增加了網(wǎng)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

4、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(chǎn)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(jīng)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LTWS室外溫濕度傳感器，其溫度量程是-2080，濕度量程是0100；LTG光照度傳感器，光強測量范圍是020萬lux。本

5、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010 V。可提供16路單端8路差動模擬輸入通道，2路獨立的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(wǎng)絡傳輸四個模塊。每個模塊可按功能編寫成一個VI，并

6、可通過主控模塊來分別調(diào)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(diào)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(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(diào)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