基于LabView的溫室大棚智能監控系統設計

【摘要】為實現溫室大棚自動化監控，提高作物產量，本文設計了基于LabView的溫室環境參量監控與遠程控制系統。利用LabView編程，開發友好的人機界面，采用ZigBee無線通信節點解決繁瑣的傳感器節點布線問題，結合web通信技術，實現溫室大棚控制系統遠程internet瀏覽器訪問。實驗表明，本系統可以對多個環境參量準確監控，程序運行穩定可靠，可實現多個遠程端口同時訪問，符合溫室大棚智能化控制要求。

【關鍵詞】溫室大棚LabView遠程監控無線組網

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

我國是一個農業大國，人多地少，因此提高單位面積的作物產量是現階段農業發展急需解決的問題。溫室是設施農業的重要組成部分，由于溫室不受氣候和土壤條件的環境影響，是提高產量的重要措施之一[1-4]。農作物在成長過程中需要的環境因子很多，適宜的溫度、濕度、光照強度以及CO2濃度是作物實現高產、優質的關鍵。為加快農作物的生長，達到優質、高產的目的，需對溫室的環境進行監測，結合農作物的生長規律，控制溫室環境，實現對溫室內環境的檢測與調控。隨著計算機、通信以及傳感器技術的飛速發展，現代化溫室環境參數監測系統的研究己成為現代農業的一個研究熱點[4-7]，研制一套適合我國國情并且具有獨立知識產權的蔬菜溫室大棚智能控制系統具有非常重要的經濟效益和社會意義。論文結合傳感器和通信技術，設計了一種成本較低、集溫室大棚環境實時監控與記錄于一體的控制系統。

二、硬件電路設計

2.1傳感器節點設計

溫室大棚環境監測系統需要采集空氣溫度、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度等六種環境因素的參數，所以需要很多種類的傳感器來采集數據。溫度傳感器電路連接圖如圖1所示。

1、溫度型節點

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，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℃，故本設計采用數字式溫度傳感器，無需校準和標定。

此電路即可以測量空氣溫度，也可以接保護外殼后測量土壤溫度。為消除溫度漂移的影響，設計將穩壓二極管，熱敏電阻，可調電位器接到運放電路，該放大電路負端與電路輸出端相連。采用差溫控制法控制溫度。

2、濕度型節點

土壤的濕度直接決定著農作物在生長過程中的水分供應狀況。土壤濕度超過正常范圍，作物的光合作用不能正常進行，農作物根系呼吸、生長基本活動受到阻礙，作物的產量和品質下降。本設計采用HS1101解決濕度測量方案。

傳感器對土壤水分進行定點的長期監測。土壤含水量通過自變量為電壓的三次多項式計算得到：

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

（2）

其中ΔV=VH-VL，單位：v

3、光照強度型節點

光照條件直接影響著作物的生長發育，是作物生長的決定要素之一，尤其是在反季節生產中，直接影響作物的營養生長，對作物葉片的排列方式、形態結構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，可實現對環境光照度的測量，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，可輸出電流或者電壓信號。

4、二氧化碳濃度型節點

光合作用是綠色植物生命活動的基本特征，是種植的作物生長發育的物質和能量的基礎，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物的合成，進而影響作物果實的品質。對此，我們選擇了一種高性價比COZIR紅外二氧化碳傳感器。

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

2.2無線傳輸與組網

ZigBee是一種低成本、低功耗、簡化標準的開放式系統互聯無線通信技術[8，9]。每種節點都有10個同類型傳感器，并采用拓撲結構組成星型網絡，利用Chipcon CC2430射頻芯片實現數據的無線傳輸。

本設計將4個ZigBee模塊組建成一個星型的無線傳感器網絡，網絡中有一個FFD協調器節點，4個RFD子節點。當傳感器控制芯片收到來自ZigBee無線通信RFD子節點發送數據的請求標志時，將溫度、濕度、CO2濃度和光照強度數據通過SPI串行方式發送給RFD子節點，子節點以無線方式向FFD主協調器傳遞數據。主協調器解析接收數據后將信號打包處理通過UART傳輸給計算機，上位機軟件LabView分析、控制并顯示相應環境參數。硬件連接框圖如圖2所示。

三、軟件設計

LabVIEW是一種程序開發環境，由美國NI公司研制開發，類似于C和BASIC開發環境，與C和BASIC一樣，LabVIEW也是通用的編程系統，有一個完成任何編程任務的龐大函數庫。但是與其他計算機語言不同，LabVIEW使用G語言編寫程序，通過圖形符號描述程序的行為，易于實現友好的人機交互界面[10-12]。

3.1數據解析

計算機通過過串口從FFD協調器接收數據，計算機在對這些數據進行處理前，首先要根據UART通信協議對數據進行解析。但是由于FFD傳送的是字符型數據，因此提取數據幀之后還需要對數據進行字符-數值轉換。程序框圖如圖3所示，為增加程序的可讀性，將數據解析過程用子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程序遠程控制

由于LabView簡潔的控制界面、便捷的操作、內嵌web服務器，因此LabView廣泛的用于系統的遠程控制研究中[10-15]。為了實現系統遠程控制，本系統采用基于web技術的遠程訪問技術。訪問過程中直接在瀏覽器內輸入服務器地址，就可以遠程訪問控制系統前面板。為增強系統安全性，遠程請求VI控制權時首先需要鍵入密碼，密碼匹配后方可遠程控制服務器前面板。系統采用8000端口發送和接收遠程數據，并遵循http傳輸協議，系統遠程控制界面圖如圖6所示。

四、結論

系統采用NI公司LabView軟件編程，實現了溫室大棚實時監控，圖形界面友好，可以對多個參量同時監控，出現異常系統自動發出報警信號。采用基于internet網頁的遠程控制模式，無需額外設備與軟件，該系統經濟實用，具有較的應用推廣價值。

參考文獻

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