基于LabVIEW技術的宏觀觀測動物信息管理系統研究

基于LabVIEW技術的宏觀觀測動物信息管理系統研究

韓軍， 顏龍

(新疆維吾爾自治區地震局，新疆 烏魯木齊 830011)

摘要：動物異常是地震宏觀測報的一個重要手段，本研究旨在幫助科研人員建立起長期的動物生活習性信息管理系統，方便其對動物生活習性信息的收集和研究。通過為每一只宏觀觀測動物配置ID卡，利用LabVIEW提供的串口配置函數和LabSQL工具包，上位機在Access數據庫中調取每個ID所對應的動物日常生活習性信息,實現對動物信息表的查看、特定動物信息查詢以及動物信息錄入等功能。為科研人員掌握宏觀觀測動物生活習性，辨別動物震兆異常行為提供依據。

關鍵詞：虛擬儀器； 宏觀觀測； 數據庫； 射頻技術

收稿日期：2015-01-15

作者簡介：韓軍(1985-)，男，助理工程師，碩士，現主要從事前兆儀器維護相關工作。E-mail:hanjun2008@yeah.net。

中圖分類號:TP391文獻標志碼：A

DOI:10.3969/j.issn.1000-0844.2015.03.0896

InformationManagementSystemofAnimalsinMacroscopic

ObservationontheBasisofLabVIEWTechnology

HANJun,YANLong

(Earthquake Administration of Xinjiang Uygur Autonomous Region, Urumqi 830011,Xinjiang,China)

Abstract：Animal abnormality is an important means of macroscopic observation. The purpose of this research is to build an information management system for animals, which will maintain general information on animal life for research. Using the serial communication modules and the LabSQL Kit provided by LabVIEW, the host computer could check and update the general information on the life of each animal in the access database through the ID number previously assigned to each animal. This system could help researchers in examining animal habits and provide a basis for the identification of precursory anomalous behavior in animals.

Keywords：virtualinstrument;macroscopicobservation;database;radiofrequencyidentification(RFID)

0引言

地震宏觀測報是地震監測預報工作的一項重要內容，對地震短期和臨震預報具有重要意義。大多數中強地震、巨大地震發生前或多或少伴隨有宏觀異常現象。地震宏觀異常的主要表現形式有：地下水異常、動物異常、地光地聲及氣象異常等。所謂動物異常是指地震前某些動物一反常態，表現出較為罕見的行為。動物在震前異常反應的共同特點為：煩躁、驚恐不安、活動反常、不進食、不進圈及反應遲鈍，動物異常越強烈、反應越厲害，可能預示著未來的地震越強烈[1]。

目前新疆布設的有完整測報資料的宏觀觀測點有600個左右(每個月數量有微小的變化)。宏觀異常觀測的手段主要有：地下水、動物，其中水異常觀測占總數的24.2%，動物異常觀測占75.8%[1]。動物異常是新疆主要地震異常的判定依據。

地震前的動物習性異常是一種臨震前兆現象，雖然已被許多人所認識，但至今尚未真正得到強烈地震前某些動物習性反應的確定性行為指標的觀測結果，這些關系到能否為臨震預報提供確切依據，也是進一步開展地震前動物異常機理研究不可缺少的基礎和前提。動物確定性觀測研究必須以觀測動物的行為學研究為基礎，并提取觀測動物正常習性活動的特征參數作為確定性觀測的行為指標。這不僅可作為尋找震兆性異常的判定依據，而且可為實現計算機分析提供數學模型，及時提取可能出現的震兆信息。

本文擬利用LabVIEW技術與Access數據庫技術結合，實現對宏觀觀測動物日常生活習性信息的監控與管理，連續收集動物正常生活習性的各種數據，為相關工作人員提取動物正常活動習性的特征參數提供判定依據。

1系統整體結構及工作原理

系統主要是利用單片機控制RFID讀寫模塊進行讀卡，將所得到的ID卡號傳回上位機，在上位機中完成對每個ID卡所對應動物信息的查詢、添加和修改等管理功能。系統的總體設計框圖如圖1所示。

圖1　宏觀觀測動物管理系統結構框圖 Fig.1　Block diagram of information management system 　　　 of animals in macroscopic observation

首先為每只動物分配ID，每只動物對應一個ID號。然后在上位機數據庫中為所有動物建立初始信息檔案,包括動物的名稱、年齡、飼養時間、健康狀況、管理員信息等。工作時RFID模塊自動讀取動物ID號，單片機系統采用串口通信方式將ID號傳輸到上位機。上位機利用LabVIEW技術識別ID號，并在Access數據庫中調取相關信息供用戶查看。同時，管理人員可以將動物的生活狀況信息記錄到數據庫。

2上位機動物信息管理系統功能模塊劃分

系統采用LabVIEW的編程環境來進行程序設計。上位機軟件系統主要由三個模塊組成，分別是安全管理、串口管理模塊、動物信息管理模塊。

(1) 安全管理

由于建立數據庫時默認的權限是所有用戶，即所有用戶都可以和設計者具有相同的權限，均可以查詢和修改數據庫。在單人單機的情況下權限問題沒有顯示出來，但是在多人使用的環境中，為了保證數據不會被任意查詢和修改，對系統使用權限進行加密限制就顯得非常重要了。為了保護數據庫不被他人使用或修改，可以給數據庫設置用戶密碼，即登陸系統管理。設置數據庫用戶密碼后，只有擁有用戶名及密碼的使用者才有權限對數據庫進行查看等操作。

(2) 串口設置管理

結合回歸模型，優化得到的最好工藝條件為紅茶濃度0.922 g/L，浸泡時間43.5 min，浸泡溫度33.7 ℃，所得感官分值為7.86±0.14。但根據實際操作的條件，設定工藝條件為紅茶濃度0.9 g/L，浸泡時間44 min，浸泡溫度34 ℃，此工藝條件下的綜合感官分值為7.8±0.42，與預測值基本一致，說明回歸模型可靠準確，該方程與實際情況擬合很好，響應面法能較好地對紅茶浸泡脫除海螺肉異味進行回歸分析和參數優化。

要實現上位機軟件與RFID模塊的通信，使上位機宏觀觀測動物信息管理系統能夠順利接收到RFID模塊讀取到的相關ID號，以完成對數據庫中相應動物生活習性數據的查看，宏觀觀測動物信息管理系統用戶界面需要有一個重要的部分，即串口設置管理。RFID模塊使用RS232總線與計算機的COM口相連，該模塊應該包括COM端口號、波特率、讀寫器地址的選擇操作，并在連接成功或失敗時給予提示。

(3) 動物信息管理

這部分應包含查看動物信息以及動物信息錄入兩種操作。查看全部動物信息可以方便用戶查看數據庫中所有動物的相關信息，為研究動物的生活習性提供數據依據；動物信息的錄入主要用在數據庫中更新動物的日常生活信息，除了記錄每只動物的年齡、飼養時間、健康狀況、負責喂養的管理員的相關信息等，還要包含動物每天的生活情況，例如，進食量、作息時間，如可能應加入心跳、心律等監視動物性情狀況的數據。

3上位機動物信息管理系統功能的軟件實現

上位機采用一種新式的用圖標代替文本行創建應用程序的圖形化編程語言——LabVIEW(LaboratoryVirtualInstrumentEngineeringWorkbench)完成串口通信、數據庫的設計以及用戶訪問的設計。數據庫即完成對動物生活信息存儲，設計選用的是微軟公司的MicrosoftOfficeAccess。用戶訪問界面除了完成安全設計外，要給用戶提供一種向導性選擇界面，提示用戶可以完成的各種功能。串口設計主要完成上位機與RFID模塊的通信，完成數據的交換功能。系統上位機具體各功能模塊設計如圖2所示。

圖2　軟件系統功能框圖 Fig.2　Functional flow chart of software system

3.1用戶身份驗證

系統硬件正確連接后開啟應用程序，首先進入用戶登錄界面，系統通過口令認證方式判斷用戶合法性。當用戶輸入正確的用戶名及密碼時，系統提示歡迎使用系統的提示信息。當用戶輸入錯誤的用戶名或密碼時，系統提示用戶重新輸入。只有輸入正確的賬號及密碼，才能進入設備信息管理系統。用戶登錄界面及后面板程序如圖3所示。

圖3　用戶登錄程序面板 Fig.3　User login and back panel

3.2利用LabVIEW實現串口通信

在LabVIEW8.6中函數選板(Functions)的儀器I/O(InstrumentI/O)子選板中的串口(Serial)子選板內包含進行串口通信的一些功能函數(圖4)。

圖4　 LabVIEW串口通信功能模塊 Fig.4　LabVIEW serial communication modules

圖5　串口通信程序框圖 Fig.5　Serial communication program

3.3利用LabVIEW實現數據庫訪問

LabVIEW本身并不能直接訪問數據庫，但其提供了豐富的外接程序接口，例如LabSQL的開發是在LabVIEW中利用ActiveX功能，通過調用ADO(ActiveXDataObject)控件，結合SQL語言，通過ODBC接口函數庫驅動程序實現對數據庫的訪問。

對數據庫的操作主要需要完成動物日常信息查看和動物每日生活信息錄入兩項功能。在具體操作數據庫時主要用到LabSQLVIs中的三類VI。其中CommandVIs的功能是完成一系列基本的ADO操作，例如創建或刪除一個Command、對數據庫中的某一個參數進行讀或寫等。ConnectionVIs用于管理LabVIEW與數據庫之間的鏈接。RecordsetVIs用于對數據庫中的記錄進行各種操作，例如創建或刪除一條記錄，對記錄中的某一條目進行讀寫等。

(1) 查看所有動物信息

此功能用于動物生活習性信息收集、整理、檢查等工作，為了解動物生活習性提供數據信息，通過此功能可以查看所有動物的各種信息,包括相應動物管理員的基本信息，每只動物本身的一些基本信息以及生活習性記錄等。具體實現程序框圖見圖6。

圖6　查看數據庫的程序框圖 Fig.6　Block diagram of checking the database

首先通過ADOConnectinCreate.vi與ADO建立連接，然后通過ADOConnectionOpen.vi打開數據源，數據源由ConnectionString指定。打開數據源后通過SQLExecute.vi執行SQL語句,即可查看數據庫中所有設備的信息。

(2) 動物生活習性信息錄入

數據庫管理模塊使用LabVIEW自帶的DDE(DynamicDataExchange,動態數據交換)技術，主要完成數據查詢、提取和錄入功能。在將動物信息錄入數據庫時，可以調用3個子程序來完成:將數據庫類型MSAccess和數據庫名稱作為參數輸入DDEOpenConversation.vi子程序,該子程序用于打開動態數據交換的操作；然后將要調用的數據庫中宏的名稱輸入DDEExecute.vi子程序，用于數據交換過程；最后運行DDECloseConversation.vi子程序，關閉動態數據交換過程。利用LabVIEW修改數據庫的程序如圖7所示。

4實驗及結論

在實驗過程中，利用Access數據庫建立動物信息表，開啟宏觀觀測動物信息管理系統軟件，正確輸入賬號及密碼后進入查看界面。利用LabVIEW虛擬儀器技術，訪問數據庫的界面圖如8所示。

進入查詢界面后，默認為“全部查看”界面，在此可以查看所有宏觀觀測動物的相關信息；在“選定ID查詢”界面下，設置好串口參數，點擊“開始運行”按鈕，系統即開始循環監測ID卡，當檢測到ID號時即調取相應的動物信息，幫助管理人員快速查看需要的動物信息；在“增加記錄”界面下可以為“動物信息表”添加新的動物信息。

圖7　利用LabVIEW修改數據程序圖 Fig.7　Updating data with LabVIEW technology

圖8　 利用LabVIEW技術訪問數據庫界面 Fig.8　Inquire the database with LabVIEW technology

目前該系統在測試中一切正常，基本實現了對宏觀觀測動物信息的管理和查詢功能。但也發現了一些在后期需要改進的問題：

(1) 對動物信息細化。在目前的數據庫中只有一個“動物信息表”，可供參考的內容較為單一。可以充分利用Accesss數據庫表的關聯，再建立一張“動物日常信息表”，將動物每一天的詳細生活狀態都記錄下來。在判定動物異常與地震關系時，能為科研工作者提供更多更詳盡的依據。

(2) 對動物信息的直觀化。對于數字型的動物信息，例如動物的活躍度，某種程度上可以依靠動物的跳躍次數顯示，利用壓力采集或脈沖采集等辦法記錄動物的跳躍次數，并通過波形的方式顯示出來，方便科研人員更加直觀地判斷異常。

(3) 對管理系統遠程操作。可以利用LabVIEW的web發布功能，實現數據庫的遠程訪問，方便更多的用戶對動物信息隨時進行查看。

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