基于labview對周邊環境監測的研究

【摘要】本文介紹了以labview為基礎構架，通過下位機即傳感器與單片機相結合的數據采集系統得到周邊環境參數的數據，通過設置通訊協議傳遞到上位機即labview中進行環境參數的數據通信，以實現數據曲線顯示及數據分析等功能，從而可以得到周邊環境變化的規律，進一步可以進行各環節的控制功能。

【關鍵詞】環境監測；labview；數據采集；串口通信

1.引言

LabVIEW（Laboratory Virtual instr-ument Engineering）是虛擬儀器概念的創造者，由美國National Instrument（簡稱NI）公司推出的圖形化軟件開發環境，類似于C 和BASIC。LabVIEW 的最大優勢在于測控系統的開發，它不僅提供了幾乎所有大量現代的高級信號分析工具與經典的信號處理函數，而且還可以和多種主流的工業現場總線通訊并且與大多數的通用標準實時數據庫鏈接，同時程序的執行卻幾乎不受影響，在信號處理等方面的強大功能是組態軟件所不可以比擬的。隨著社會的發展，對人們的生活環境、農業蔬菜大棚等環境各指標（溫度、濕度、光強）監測有著日趨重要的現實意義。本文利用虛擬儀器實現了監測方便、實時數據采集傳輸、界面直觀、費用低廉功能。

2.系統設計

利用各傳感器采集到的環境參數得到原始數據，在LabVIEW平臺進行各種數據的處理及顯示。labview軟件設計程序由兩部分部分構成，即前面板和后面板，后面板即為程序代碼和程序圖標及接口板。前面板主要實現程序的輸入和輸出功能，每一個前面板都對應相應的圖形代碼。該系統核心模塊是數據采集模塊，通過與硬件采集系統的串口通信來實現，是其他一切功能的基礎。顯示功能應用數據顯示模塊，根據需要可以添加數據分析、數據存儲等模塊。系統的的工作原理流程圖如圖1所示。

2.1 串口通信

計算機與計算機或計算機與終端之間的數據傳輸可以采用串行和并行兩種通訊方式，由于串行通訊方式具有使用線路少、成本低等特點，特別是在遠程傳輸時，避免了多條線路特性的不一致而被廣泛采用。在串口通信中，將PC機的串口驅動后，在labview中有各種封裝好的串口函數子VI可以調用，包括串口初始化函數，串口讀函數，串口寫函數，結束串口讀寫函數和串口中斷函數等。其中，串口初始化函數用來設定串口的各種參數，如串口號、波特率、數據位、奇偶校驗位、停止位、握手信號類型等。串行通信是指將構成字符的每個二進制數據位依照一定的順序逐位進行傳輸的通信方式，雖然比較古老但目前仍較為常用的通信方式，采用RS232通信協議。但RS232接口標準出現較早，有一些不足之處，比如傳輸速率低、傳送距離短等。針對這樣的不足，出現了一些新的接口標準，RS-485就是其中之一，它具有抗干擾能力強、傳輸距離遠、傳送能力強等特點，使之成為首選的串行接口。labview主要通過6個VISA節點來實現串行通信這個功能，分別實現串口設置，串口寫，串口讀，監測串口緩存，中斷以及關閉串口等功能。

2.2 數據采集模塊

數據采集模塊通過設備驅動程序接口完成對DAQ 數據采集卡的初始化工作，包括創建和管理設備對象，以及采集卡的工作、通道數、采樣頻率，每次采樣點數等參數的設定等，因而可以進一步分為數據采集卡驅動程序的打開、數據采集卡的設置、數據采集卡的啟動、數據采樣控制、數據采集卡驅動程序的關閉等子模塊。程序運行以后，數據采集卡連續采集數據，并把采集到的數據送入到緩存中去，直到采集結束，并在前面板上顯示連續采集到的數據波形。其中溫度采集及顯示的程序部分如圖2所示：

2.3 數據顯示模塊

數據顯示模塊的主要功能是將采集到的數據以及分析后的結果顯在前面板上顯示，以實現數據的可視化。這里數據顯示界面的實現主要依靠LabVIEW提供的各種顯示控件，包括波形顯示控件，數據顯示控件，指示燈顯示報警控件等。如圖3所示：

2.4 數據分析模塊

信號分析與處理是采集到原始信號之后所必不可少的部分，需要根據儀器的功能要求和所處理信號的實際情況選擇合適的分析及處理方法。該系統的分析模塊主要完成的功能是：當測量數據在正常范圍內時指示燈顏色為藍色，當所測的數據超出正常范圍時，指示燈顏色為黃色，并發出報警聲，詢問用戶是否調用外圍設備，即控制部分，進行生態環境的調節，如果用戶同意則通過開關量打開外圍設備。由于數據采集過程中不可避免的受到多種因素的干擾，該系統采用橢圓濾波器，對采集到的信號進行濾波處理。

3.結論

本文介紹的基于labview的環境監測系統，通過對傳感器檢測到的信號進行傳輸變換，實現了溫度、濕度、二氧化碳濃度等參數的監測，界面友好直觀。由于此設計由各個單元模塊化組合，所以適合移植或構建到其它系統中，還可以根據需要修改子程序，增加儀器控制部分，使該系統功能更加完善。

參考文獻

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