基于NI-MyDAQ的迷你溫室

1、 電子與信息工程系實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告課程名稱虛擬儀器作品名稱基于NI MyDAQ溫室設(shè)計(jì)姓名曹鵬輝學(xué)號U201013008王瀅U201013020沈迎U201012997日期2013-04-20地點(diǎn)南一樓東208成績教師陳林基于NI MyDAQ的溫室大棚設(shè)計(jì)1、 設(shè)計(jì)目的本次課設(shè)是利用虛擬儀器技術(shù)設(shè)計(jì)了一個(gè)適用于農(nóng)業(yè)溫室的溫濕度測控系統(tǒng)，使用LabVIEW和MyDAQ數(shù)據(jù)采集模塊相互配合采集信號并控制外部系統(tǒng)。由于LabVIEW本身的圖形化編程平臺，使得本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)較為簡單，實(shí)現(xiàn)的結(jié)果更形象、直觀，操作也方便，并且可以簡單地實(shí)現(xiàn)功能模塊增減。2、 設(shè)計(jì)思路及系統(tǒng)框圖該課設(shè)的設(shè)計(jì)思路：由溫濕度、煙霧

2、傳感器、光耦計(jì)數(shù)器檢測信號，通過MyDAQ采集卡采集，送入計(jì)算機(jī)虛擬儀器程序，對采集到的數(shù)據(jù)信號進(jìn)行邏輯判斷，當(dāng)溫度不適于農(nóng)作物生長時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警，可以通過電風(fēng)扇降溫或者加熱片加熱以保持溫室系統(tǒng)的恒溫狀態(tài)；當(dāng)濕度不適于農(nóng)作物生長時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警。當(dāng)煙霧濃度超過一定值時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警。昆蟲計(jì)數(shù)模塊由光耦計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)，將脈沖信號送入MyDAQ,每當(dāng)有昆蟲經(jīng)過遮擋二極管發(fā)出的光線時(shí)，計(jì)數(shù)顯示值自增1。溫室系統(tǒng)框圖如圖2.1。圖2.1溫室系統(tǒng)框圖3、 系統(tǒng)介紹（1） 硬件部分1. 電源模塊我們首先采用電源適配器將220V交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓12V，此適配器可以提供2安培的電流，滿足系統(tǒng)供電要求。再用7805穩(wěn)壓

3、芯片將12V轉(zhuǎn)換為5V。12V電壓為風(fēng)扇和加熱片供電，5V電壓為其他模塊供電。12V轉(zhuǎn)5V具體實(shí)現(xiàn)電路如圖3.1.1： 圖3.1.1 電源轉(zhuǎn)壓模塊2. 溫度檢測模塊溫度傳感器LM35的輸出電壓與周圍環(huán)境溫度（）成正比。其輸出電壓與環(huán)境溫度一一對應(yīng)，靈敏度為10.0mV/，精度在0.4至0.8。因此將隨環(huán)境溫度線性變化的輸出電壓送入MyDAQ，可以精確地測量對應(yīng)的環(huán)境溫度。具體實(shí)現(xiàn)電路如圖3.1.2： 圖3.1.2 溫度檢測模塊將檢測到的溫度通過Labview邏輯判斷，用兩路控制信號在適當(dāng)?shù)貢r(shí)刻開啟或關(guān)閉加熱片和風(fēng)扇以保持溫室恒溫。其中TIP122達(dá)林頓管作為控制開關(guān)，其允許流經(jīng)的電流值大于2安

4、培，可以滿足加熱片和風(fēng)扇的額定工作狀態(tài)。具體實(shí)現(xiàn)電路如圖3.1.3： 圖3.1.2 開關(guān)控制模塊3. 土壤濕度檢測模塊土壤濕度檢測模塊的檢測器件為類電容的裝置，其容值隨水位的改變而線性變化，再通過外部電路來檢測土壤的濕度。此模塊有數(shù)字輸出端DO和模擬輸出端AO。在土壤濕度達(dá)不到設(shè)定閾值時(shí)，DO口輸出低電平，當(dāng)土壤濕度超過設(shè)定閾值時(shí)，DO輸出高電平，所以可以接入一蜂鳴器來達(dá)到報(bào)警的功能；模擬輸出電壓會隨水位高度線性變化，可以將此信號送入MyDAQ，通過MyDAQ進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換后將數(shù)據(jù)送給Labview從而精確地得到土壤對應(yīng)的濕度值。如圖3.1.3： 圖3.1.3土壤濕度檢測模塊4. 煙霧報(bào)警模塊煙

5、霧報(bào)警模塊可以在周圍環(huán)境的煙霧濃度超過一定值時(shí)發(fā)出警報(bào)，此模塊有數(shù)字輸出端DO和模擬輸出端AO。此處只采用其數(shù)字輸出端，當(dāng)煙霧濃度達(dá)不到設(shè)定閾值時(shí)，DO口輸出高電平，當(dāng)煙霧濃度超過設(shè)定閾值時(shí)，D0輸出低電平，所以DO端口接入蜂鳴器來達(dá)到報(bào)警的功能；如圖3.1.4 圖3.1.4 煙霧報(bào)警模塊5. 昆蟲計(jì)數(shù)模塊此光耦計(jì)數(shù)器的核心部分為紅外線二級管和光敏三極管，當(dāng)有紅外線照射時(shí)三極管輸出低電平，當(dāng)被切割紅外線被遮擋時(shí)三極管輸出端會有一上升沿變?yōu)楦唠娖健．?dāng)MyDAQ采集到上升沿時(shí)，Labview中昆蟲計(jì)數(shù)模塊會自動(dòng)加一，從而達(dá)到昆蟲計(jì)數(shù)的效果。具體實(shí)現(xiàn)電路如圖3.1.5： 圖3.1.5昆蟲計(jì)數(shù)模塊6.

6、 燈光自動(dòng)控制模塊燈光自動(dòng)控制模塊的核心部分為LM317穩(wěn)壓芯片，改變該芯片外部電路的阻值可以控制LM317輸出電壓值的大小（），所以可以使用隨外部光強(qiáng)度改變阻值線性變化的光敏電阻來改變輸出電壓的大小，從而控制光的亮暗程度。為防止流經(jīng)LED的電流過大，所以串聯(lián)一個(gè)5W 50的水泥電阻限流。具體實(shí)現(xiàn)電路如圖3.1.6：圖3.1.6燈光自動(dòng)控制模塊（2） 軟件部分1. 前面板設(shè)計(jì)1.1 登陸界面圖3.2.1.1登陸界面1.2 監(jiān)控界面圖3.2.1.2監(jiān)控界面2 程序面板2.1 程序流程圖 圖3.2.2.1程序流程圖2.2 環(huán)境變量設(shè)定122.12.22.3 功能簡介122.12.22.32.3.1

7、 用戶登入判決2.3.2 系統(tǒng)時(shí)間2.3.3 煙霧監(jiān)測2.3.4 昆蟲計(jì)數(shù)通過MyDAQ采集后進(jìn)入DIO0，使用計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)。2.3.5 濕度監(jiān)測2.3.6 溫度監(jiān)控4、 實(shí)驗(yàn)總結(jié)對于本次課設(shè)，我們在選題、系統(tǒng)規(guī)劃和系統(tǒng)搭建方面都做了仔細(xì)的考慮。在選題方面，我們選擇基于NI MyDAQ的溫室設(shè)計(jì)是因?yàn)槲覀冃〗M在硬件電路部分有一定基礎(chǔ)和經(jīng)驗(yàn)，有能力完成有關(guān)溫室的各種電路模塊以及擴(kuò)展功能。其次溫室大棚的設(shè)計(jì)更貼近實(shí)用，一方面滿足了我們的興趣愛好，另一方面也提高了我們的硬件電路設(shè)計(jì)和使用Labview系統(tǒng)開發(fā)的能力；在系統(tǒng)規(guī)劃方面，我們首先考慮了溫室所需要常用功能，如溫度自動(dòng)控制、光強(qiáng)自動(dòng)控制、濕度檢

8、測、煙霧報(bào)警等等，再結(jié)合我們自身考慮方案的可行性。在具體實(shí)現(xiàn)過程中又根據(jù)實(shí)際情況再做出相應(yīng)調(diào)整；在系統(tǒng)搭建方面，在明確要做哪些模塊之后，我們進(jìn)一步考慮了成本問題。在完成基本功能的基礎(chǔ)上，繼續(xù)不斷拓展和提高模塊的性能。而在系統(tǒng)搭建過程中我們也遇到了一些問題，比如昆蟲計(jì)數(shù)的多次觸發(fā)、溫濕度時(shí)域顯示的毛刺跳變、MyDAQ的驅(qū)動(dòng)檢測識別、煙霧報(bào)警器的靈敏度、系統(tǒng)的工作狀態(tài)不確定等一系列問題。由于時(shí)間的限制本實(shí)驗(yàn)裝置還存在一些不足之處，例如煙霧報(bào)警模塊的靈敏度還需要優(yōu)化，電源模塊的長時(shí)間工作時(shí)發(fā)熱問題和穩(wěn)定性還有待改善。本次實(shí)驗(yàn)無論在理論實(shí)踐方面，還是在團(tuán)隊(duì)合作方面，都使我們積攢了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，感謝老師在課程中的指導(dǎo)和幫助，使我們的個(gè)人能力得到較大的的提升。相信這對今后的學(xué)習(xí)和工作都將起到幫助