基于L a b Wi n d o w s/C V I的溫室無線監測系統研究

天津理工大學中環信息學院 李 璐

基于L a b Wi n d o w s/C V I的溫室無線監測系統研究

天津理工大學中環信息學院 李 璐

溫室農業是農業現代化的重要組成部分，通過人工創造適合農作物生長的環境來保證農作物不受季節、天氣的影響，獲得優質、高效的農業產物。本系統中引入美國NI公司的虛擬儀器平臺LabWindows/ CVI作為溫室環境監測的理想開發平臺，使用ICC AVR的單片機的開發環進行系統控制，實現對溫室環境數據的實時監測。選用433射頻通訊的無線收發模塊實現上位機與下位機之間的通信，從而達到遠程控制的目的。

溫室環境監測；LabWindows/CVI；虛擬儀器

1.系統總體設計方案

1.1 系統設計要求

系統進行溫室無線監測系統設計時，考慮到溫室內的環境因子數相對較多，設計時要考慮到系統的穩定性、可操作性、可擴展性和經濟性[1]。

1.2 系統設計思路

溫室環境監測系統以下位 PC 機為核心，配合檢測環境因子的傳感器、單片機、顯示模塊、鍵盤模塊、報警模塊等，通過無線傳輸模塊實現上位機和下位機的無線通信，上位機選用虛擬儀器開發平臺 LabWindows/CVI 實現圖形化人機交互界面。工作人員可直接對上位機進行操控，達到對溫室環境因子的監測、數據存儲、報警、設備查詢等功能，下位機對環境參數進行采集、預處理和存儲，實時發送給上位機[2]。

選用433MHz 射頻通訊技術實現系統的無線傳輸。傳感器采集到相應的環境信號經過模數轉換、放大、濾波后，通過下位機無線發送模塊直接將數據進行編碼、調試發送給上位機的無線接收模塊，實現系統的無線傳輸和遠程監測。系統總體結構框圖如圖1-1所示。

圖1-1 系統總體結構框圖Fig. 1-1 Structure diagram of system

2.系統硬件設計

單片機選用ATMEL公司生產的 ATmega64作為下位機，是一款能耗少、性能強的8位AVR微處理器。

系統通過對溫室環境中空氣溫濕度、土壤溫濕度、光照度和CO2濃度等多個環境因子的數據進行實時采集，選用的傳感器分別是智能溫度傳感器 DS18B20 來檢測空氣溫度和土壤溫度，干濕球法來監測空氣濕度，選用 TS-V1 土壤濕度傳感器檢測土壤含含水量，通過GZD-V1-15 光照度傳感器檢監測溫室的光照強度，IRM300 紅外模組檢測溫室內二氧化碳的濃度。

采集的環境數據通過 A/D 轉換模塊將數字信號傳送給下位機，利用LCD液晶顯示模塊實現數據的實時顯示，無線傳輸模塊實現下位機與上位機之間的通信。

系統外圍芯片的時鐘芯片選用D S1302，液晶顯示模塊選用DM240128B ，數碼顯示驅動和鍵盤控制芯片 CH452 來實現鍵盤功能。在整個硬件的系統中，A/D 轉換模塊、液晶顯示模塊、時鐘芯片以及鍵盤控制模塊均可集成在單片機系統上。

3.系統軟件設計

溫室監測系統的軟件部分由兩部分組成：上位機軟件、下位機軟件。

3.1 下位機軟件設計

下位機使用 AVR 單片機進行編程控制[3]，下位機程序運行前需對系統進行初始化，通過對數據采集、鍵盤控制、液晶顯示以及無線傳輸等模塊設計，實現對數據傳輸和溫室環境的監測功能[4]。

3.2 上位機軟件設計

上位機選用美國NI公司的虛擬儀器開發平臺 LabWindows/CVI，采用C語言作為編程語言，通過回調函數、事件驅動的方式實現編程的功能，方法較簡單，是進行溫室環境監測的理想開發平臺[5]。

系統上位機軟件設計遵循四個原則：通用性、經濟性、可靠性、可擴展性，通過對人機界面的設計、通信方式的選擇、數據顯示方式以及設備狀態查詢等多個模塊的設計，實現系統的實際操作、報警、監控、數據存儲等功能[6]。

4.結論

基于LabWindows/CVI的溫室監測系統是一種資源節約型的高效農業技術，系統采用分散控制，集中管理的模式，能夠進行24小時不間斷數據采集，實現遠程實時監測，當環境數據超出閾值范圍上位機和下位機可同時報警。

[1]王麗斌．基于虛擬儀器技術的溫室環境監測系統[D]．昆明理工大學,2012．

[2]于輝,紀建偉,李征明,鄒秋瀅,李欽夫．北方溫室微環境在線監控系統設計與分析[J]．農業工程,2012(12):20-24．

[3]李圖江．基于單片機的數據采集和無線數據傳輸系統研究[J]．硅谷,2014(17):26-26．

[4]徐晶晶．基于LabVIEW的道路硬度檢測系統的研究[D]．天津科技大學,2014．

[5]王瑜．基于Labwindows/CVI的無線多路溫濕度測控系統研究[J]．西安航空學院學報,2017．

[6]王源．關于虛擬儀器在測控系統的應用研究[J]．電子測試,2017,(06): 89+85．

李璐（1988－），女，漢，山東人，碩士，助教，現供職于天津理工大學中環信息學院，研究方向：智能化自動化系統與裝置。