基于Labview的設施農業(yè)控制方法研究(共24頁)

1、 基于(jy)labview的設施(shsh)農業(yè)控制(kngzh)方法研究摘要:近年來隨著設施農業(yè)向著規(guī)模化、產業(yè)化的發(fā)展，智能化管理越來越引起人們的重視，設施農業(yè)智能化控制能夠實現(xiàn)生產和管理的一起化，是現(xiàn)代農業(yè)發(fā)展的必然趨勢。通過傳感器對溫室內部的主要環(huán)境因子：溫度、濕度、光照、二氧化碳等進行數(shù)據(jù)采集，經過WSN3202的天線傳送給NI硬件平臺，硬件平臺將數(shù)據(jù)信息通過網線傳送給計算機。在計算機上用labview編寫控制軟件對數(shù)據(jù)信息進行采集、顯示、保存、監(jiān)控和輸出，通過監(jiān)控實時信息以獲得控制指令，計算機根據(jù)控制指令控制相關的設備，完善溫室內部環(huán)境。 關鍵字：設施農業(yè);環(huán)境因子；智能控制；信

2、息采集；labview1 緒論1.1 課題研究的意義 傳統(tǒng)農業(yè)是在自然經濟調劑下，采用人力，畜力，手工工具，鐵器等手工勞動方式，根據(jù)傳統(tǒng)經驗進行的農業(yè)。傳統(tǒng)農業(yè)具有：規(guī)模小，市場化程度低，不適應現(xiàn)代經濟運作模式等特點。隨著我國人口的增長，和可耕土地的減少以及糧食等物質生產資料需求量的增大，發(fā)展現(xiàn)代農業(yè)取代傳統(tǒng)農業(yè)已經成為唯一出路。設施農業(yè)，是在環(huán)境相對可控條件下，采用工程技術手段，進行高投入、高產出，技術含量高的一種現(xiàn)代農業(yè)生產方式。設施農業(yè)是采用人工技術手段，改變影響作物生長的主要關鍵環(huán)境因子，給動植物生長的提供更加優(yōu)良的生態(tài)環(huán)境。設施農業(yè)的核心設施就是溫室。發(fā)展設施農業(yè)的關鍵是研制和開發(fā)成

3、本低廉，操作簡單，經久耐用的溫室控制系統(tǒng)。 溫室控制系統(tǒng)研究涉及計算機技術，傳感器技術，通信技術，人工智能等多領域和學科。相對于傳統(tǒng)的溫室控制儀器，虛擬儀器技術具有性能高，擴展性強，開發(fā)時間短，無縫集成等優(yōu)點，虛擬儀器技術采用交互式圖形化的用戶界面和數(shù)據(jù)流編程方法更有利于溫室控制系統(tǒng)的設計。本課題是基于labview的設施農業(yè)方法控制研究，利用虛擬儀器技術，根據(jù)作物的生長特點，對溫室中的主要環(huán)境因子進行采集，顯示，控制和輸出，根據(jù)監(jiān)控信息的狀態(tài)，計算機發(fā)出控制指令，控制溫室的相關設備去修定溫度，濕度，光照，二氧化碳的值，以便建立合適的溫室控制系統(tǒng)，滿足溫室作物的良好生長，提高生產效率。1.2國

4、內外設施(shsh)農業(yè)研究現(xiàn)狀1,2,3目前，大多數(shù)國家生產上應用的以塑料溫室為主，荷蘭等西歐國家由于氣候的原因以玻璃溫室為主。溫室用能源以燃油和天然氣為主。在溫室的管理上引進了計算機技術，實現(xiàn)對溫室內的溫度、濕度、二氧化碳濃度和溫室外的溫度、風雨、日照以及植物生長狀況的自動控制(z dn kn zh)。基本上實現(xiàn)了溫室的機械化、自動化和現(xiàn)代化。發(fā)達國家的溫室種植品種均以高附加值的蔬菜、花卉和特種水果為主，蔬菜品種以果菜類蔬菜為主，少量以無土栽培方式種植葉菜類蔬菜。 80年代初，我國提出設施(shsh)農業(yè)的概念，主要指塑料大棚、日光溫室和連棟溫室。我國的設施農業(yè)絕大多數(shù)技術裝備水平很低，只

5、能用于春提早、秋延后生產，夏季無通風降溫設施，冬季無加熱設施，對環(huán)境的調控能力差.我國設施農業(yè)發(fā)展中存在的問題：管理體制和機制落后，設施農業(yè)生產效益差;設施規(guī)模小，不利于規(guī)模效益的發(fā)揮;裝備水平低，勞動強度大，勞動生產率低下;土地利用率低;產量低、品質差;專用裝備產品品種和數(shù)量少，缺乏統(tǒng)一的標準。1.3 虛擬儀器技術5 虛擬儀器的概念是美國NI公司(National Instrument)在20世紀80年代中期提出來的。虛擬儀器的技術基礎是計算機技術，核心是計算機軟件技術。其中最有代表性的圖形化編程軟件是美國NI公司推出的Labview(laboratory virtual instrumen

6、t engineering workbench即實驗室虛擬儀器工作平臺)。虛擬儀器是基于計算機的軟硬件測試平臺，它可代替?zhèn)鹘y(tǒng)的測量儀器虛擬儀器通過軟件將計算機硬件資源與儀器硬件有機的融合為一體，從而把計算機強大的計算處理能力和儀器硬件的測量，控制能力結合在一起，大大縮小了儀器硬件的成本和體積，并通過軟件實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的顯示、存儲以及分析處理.虛擬儀器的結構大致可以分為兩部分，即：通用儀器硬件平臺（簡稱硬件平臺）和應用軟件。虛擬儀器的硬件平臺。構成虛擬儀器的硬件平臺可以分為兩部分： (1)計算機 ，一般(ybn)為PC機或者為工作站，是硬件平臺的核心部分。 (2)I/O接口設備，I/O接口設備主要(

7、zhyo)完成對被測輸入信號的信息采集，放大和A/D轉換。虛擬儀器的軟件平臺，開發(fā)(kif)虛擬儀器要用到相應的軟件，目前的虛擬儀器開發(fā)工具大致可以分為兩類： (1)文本式的編輯語言：C+,Visual Basic，LabWindows/CVI等圖形化的變成語言：Labview 虛擬儀器作為一種基于計算機的自動化檢測儀器系統(tǒng)，是現(xiàn)代計算機技術和儀器技術完美結合的產物，也是當今計算機輔助測試領域的一項重要技術。它利用加在計算機上的一組軟件與儀器模塊相連接，以計算機為核心、充分利用計算機強大的圖形界面和數(shù)據(jù)處理能力提供對測量數(shù)據(jù)的分析和顯示。虛擬儀器的構成，如圖1.1所示：圖1.1 虛擬儀器的構成

8、1.3.1 虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器的比較4 隨著科技水平的提高，設施農業(yè)的儀器設備也有了長足的進步，已經逐漸的從傳統(tǒng)儀器向智能化，信息化方面邁進，其中的代表就是虛擬儀器技術。與傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器在設施農業(yè)領域有著更大的優(yōu)勢.顯然，與傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器具有以下特點：1.融合了計算機強大的硬件資源，突破了傳統(tǒng)儀器在數(shù)據(jù)處理、顯示、存儲等方面的限制(xinzh)，大大增強了傳統(tǒng)儀器的功能。2. 利用計算機豐富(fngf)的軟件資源，實現(xiàn)了部分硬件的軟件化，增加了系統(tǒng)的靈活性。通過軟件技術和相應數(shù)值算法，可以實時、有效地對測試數(shù)據(jù)進行各種分析與處理。同時，利用圖形用戶界面技術使得人機交互方便。3.

9、基于計算機網絡技術和接口技術，具有方便、靈活的互聯(lián)能力，廣泛支持各種工業(yè)總線的標準。因此，利用VI技術可方便地構建自動測試系統(tǒng)，實現(xiàn)(shxin)測量、控制過程的智能化、網絡化。1.3.2虛擬儀器技術在設施農業(yè)的應用 虛擬儀器由于具有開發(fā)周期短，成本低，靈活高效的特點決定了其在設施農業(yè)領域有著廣泛的用途。由于傳統(tǒng)的農業(yè)的生長周期長，測量數(shù)據(jù)較多，而且分散的特點，使用虛擬儀器代換傳統(tǒng)的儀器將會顯示出其高效率的特點。在設施農業(yè)的溫室控制系統(tǒng)中使用虛擬儀器，進行計算機測控系統(tǒng)的設計，可以根據(jù)自己的需要設計出符合特定農作物生長的特定控制系統(tǒng)。由于虛擬儀器的功能可以由用戶自己去定義，對于溫室內部的不同種

10、農作物可以根據(jù)各自作物的生長特定設計不用的控制與監(jiān)控系統(tǒng)，這將比傳統(tǒng)儀器的控制系統(tǒng)更加優(yōu)良。在硬件方便可以用單片機信息采集模塊或者NI信息采集平臺通過各種傳感器去采集不同農作物的主要環(huán)境因子，將采集的信息通過無線傳輸系統(tǒng)傳送給計算機，在計算機上，用labview設計信息采集，顯示，處理，控制模塊系統(tǒng)，將采集的環(huán)境因子信息與預設的環(huán)境參數(shù)上，下限進行比較，當超出規(guī)定參數(shù)范圍時，就認為這個時刻的溫室環(huán)境參數(shù)已經不適合農作物的正常生長，打開控制系統(tǒng)調節(jié)相應的環(huán)境調節(jié)設備，例如加熱，降溫，供水，保濕，增加光照等農業(yè)控制設備。Labview信息控制系統(tǒng)能夠實時的采集，監(jiān)控，比傳統(tǒng)的設備更加準確，并且能夠

11、將采集的數(shù)據(jù)保存為數(shù)據(jù)庫的形式，以便將來進行同期的查找與比對，能夠實現(xiàn)對采集的信息自我的控制，減少必要的認為干預，增加了控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，大大提高了工作效率，減少了認為操作的誤差。實時采集(cij)的信息可以通過labview8上面的波形圖形準確的顯示實時信息，能夠顯示多條信息曲線在同一個圖形中，能夠更加容易的觀測和預測環(huán)境因子的變化趨勢，給溫室的控制提供了一定的預警參考。當出現(xiàn)異?；蛘叱鲱A設的范圍時，可以通過蜂鳴器報警或者打開聲音采集信息，播放系統(tǒng)報警。在溫室控制系統(tǒng)中采集虛擬儀器技術(jsh)以PC機為基礎，通過labview構建信息處理平臺，可以帶起常規(guī)的儀器，儀表，不僅滿足控制需要，

12、還大大提高了設備的利用率，虛擬儀器的應用還大大提高了檢測控制的精度，加快了信息的處理速度，在農業(yè)領域必將有著廣泛的用途。2 總體設計方案(fng n)2.1設施農業(yè)主要環(huán)境因子的確定8,10,11隨著溫室農業(yè)技術的發(fā)展，影響溫室作物的主要環(huán)境變量之間的控制越來越引起人們的關注。溫室內作物的生長，一方面取由作物本身的遺傳特性決定，另一方面由于外界環(huán)境條件決定。對于第一方面我們可以選擇優(yōu)良品種。第二方面我們呢可以用人工控制的方法去修定影響作物的主要環(huán)境因子6,7。溫室的溫室內影響作物生長的環(huán)境因子主要有溫度、濕度、C02濃度和光照等，在作物生長過程中，溫室內的這些環(huán)境因子變量不一定時刻都處于最佳水

13、準，因此，就需要采取必要的調節(jié)措施，維持溫室內部的良好生態(tài)環(huán)境，以達到作物的優(yōu)質、高產的目的。溫度是影響作物生長最重要的幾個環(huán)境因子之一。作物的發(fā)芽，開花，結果都要在適合的，足夠的溫度下進行。有些作物當外界的溫度達不到要求的時候，就不會發(fā)芽，開花。冬天的時候，天氣較好，溫度足夠高的時候，果樹也會開花。溫室內的濕度能夠反映出溫室內部水分的供給，濕度低時，溫室內部土壤，空氣中的水分低，當溫室的濕度不正常的時候就表明溫室內部水的供給不正常。農作物的生長離不開光合作用，不同的光照強度將會影響作物光合作用的效率，作物主要吸收紅橙光和藍紫光。農作物的光合作用生成營養(yǎng)物質有機物，碳元素的來源是二氧化碳。溫室

14、內部二氧化碳的濃度將會影響光合作用的效率，因此影響溫室內部作物的主要環(huán)境因子是溫度，濕度，二氧化碳，光照。2.1.1溫度控制 溫度是溫室內最重要的環(huán)境因子(ynz)之一，它對作物的生長發(fā)育有著極為重要的影響。作物在生長發(fā)育的過程(guchng)中發(fā)生的生物(shngw)化學反應，都應該在相應的溫度下進行。在溫度超過或者低于相應的溫度時，作物的生長將會受到影響。在溫室外部，溫度地理位置上隨著緯度和海拔的升高而降低，在時間上隨著四季和晝夜的交替而周期性的變化，由于溫室的結構材料，多采用塑料薄膜或者玻璃，具有良好的熱傳導性，所以溫室外部的溫度必將影響溫室內部的溫度變化。 在一個溫室中，溫度的控制主要

15、是時間上的溫度控制，而不是維度，海拔上的。 溫度控制一般包括冬季的采暖和夏季的降溫。調節(jié)范圍一般為15一30，(1)加溫。冬季加溫的方式主要有:電加溫,太陽能加溫，水加溫，天然氣加溫等。溫室保溫可以有效地減少溫室內的熱損失，提高溫室溫度，節(jié)約能源。溫室的保溫可以增加溫室外部結構的保溫厚度，增加覆蓋塑料薄膜或者采用雙層保溫玻璃結構。目前采用較多的保溫措施主要有:溫室外附加保溫材料;降低溫室高度，減少溫室外表面積。改變溫室結構形式，增加采光量.(2)降溫。在夏季，室外氣溫達到30攝氏度以上，溫室的半封閉性決定內部溫度甚至達到40。這時，緊靠溫室的天窗和側窗通風降溫，不可能達到作物適應溫度的。因此需

16、要人工降溫，常見的降溫措施有:采用內噴霧,溫室水循環(huán)降溫系統(tǒng)，風扇，有實力的可以安裝空調。2.1.2濕度控制空氣中氣態(tài)水蒸汽的含量稱為濕度，濕度也是溫室環(huán)境控制中相當重要的一個指標。濕度過低說明室內土壤的水分，空氣的水分不足，植物就沒有正常的水分供應，不能進行正常的蒸騰作用和光合作用，此外空氣比較干燥會加大植物葉片失水的速度，植物保持水分的能力降低。濕度過高，雖然植物的蒸騰作用會減弱，植物葉片保持水分能力增加，有利于植物的生長發(fā)育。但是濕度高會造成植物葉片的快速生長，作物的主要營養(yǎng)物質大部分用于葉，頸的發(fā)育，會影響開花，結果，此外過濕的室內環(huán)境容易滋生病蟲害。濕度的不正常往往會影響作物的生長狀

17、況和產量。濕度控制一般包括低溫、陰雨季節(jié)的除濕和高溫、晴朗大氣的加濕。溫室的濕度調節(jié)范圍一般在60一80%RH，精度為士5%RH。濕度的調控影響溫度(wnd)，濕度升高則溫度下降，濕度下降則溫度升高。除陰雨天外，夏季室內的平均濕度一般在60%左右，這對植物不利，可以使用內噴霧系統(tǒng)進行降溫，同時增加濕度，當濕度過大時，可以開啟天窗通風降濕。2.1.3光照(gungzho)控制光照作為農作物合成(hchng)有機物能量的來源，也是影響作物生長的重要環(huán)境因素之一。光照強度是物體表現(xiàn)被光照的程度，也即物體表面所得到的光通量與被照面積之比，單位是lx，即單位面積物體表面接受到的光的通量。太陽輻射是外界對

18、溫室環(huán)境影響的主要的因素之一，它可直接影響室內的溫度、濕度、植物的光合作用、呼吸作用。植物葉片的分布決定了葉片接受光照程度的不同上層葉片受光多，下層葉片受光低。不同位置的作物接收到的光照不同，靠近外部的光照足，靠近內部的光照弱。所以在溫室內的光照分布也是不均勻的。 在夏季，在下午2點左右，光照很強。室內光照太強，會灼傷植物葉片，會，增加植物的光合午休時間，對植物很不利，可以用遮陽蓮進行遮光或者放一些遮陽樹枝。冬季和早春季節(jié)，日照時間較短，溫室的光照度較弱，遇上陰雨天氣，室內光照基本需要靠人工提供。光照不足，將會直接影響作物的光合作用合成有機物的效率，導致作物生長受抑，從而嚴重影響作物的生長。當

19、室內光照不充足的時候有必要進行人工補光增加溫室內部的光照條件。目前最常用的溫室補光設備是白熾燈。2.1.4二氧化碳控制 植物共合作用合成有機物的效率除了跟光照有光之外還有二氧化碳的濃度有關。二氧化碳是植物合成有機物碳元素的來源。在冬季，為了保持室內溫度關閉天窗，將會影響到室內的通風換氣，室內二氧化碳的濃度在一定時間內會降低，會影響到植物光合作用的效率，從而使植物生長率顯著下降，顯然二氧化碳濃度不足將會影響作物的產量。實驗表明適合作物成長二氧化碳濃度大約為1000ppm一150Oppm。但不同作物對有略微的不同。增加溫室內部二氧化碳濃度的方法有：通風換氣采用通風機，室內生爐火等。二氧化碳濃度低會

20、造成植物光合饑餓，影響作物成長，當二氧化碳濃度過高時，可以采用自然通風或者放吸收二氧化碳的化學藥劑的方法適當?shù)慕档投趸嫉臐舛取?.2總體控制(kngzh)及框圖 整個溫度，濕度(shd)，光照，二氧化碳的控制系統(tǒng)(kn zh x tn)整體分為數(shù)據(jù)采集部分、數(shù)據(jù)傳輸部分，計算機控制部分、溫室控制設備部分四部分組成。在農業(yè)溫室控制系統(tǒng)中，信號數(shù)據(jù)的采集可以使用各種對應型號的傳感器對溫室內的溫度、空氣濕度、土壤水分、光照進行采集，采集的信號通過NI-WSN3202的天線與上位機NI信息采集平臺進行數(shù)據(jù)輸出，整個過程是基于ZigBee短距離無線傳輸協(xié)議的。然后將測量結果通過NI信息平臺經過數(shù)據(jù)網

21、線傳輸?shù)诫娔XPC機上，也即數(shù)據(jù)采集卡送至個人計算機，在pc機上用Labview編寫相應的接受，顯示，控制平臺對接受的信息進行相應的控制，對每次接受的信息進行信息反饋，控制溫室內部的環(huán)境因子控制設備。整個控制系統(tǒng)的流程:被測對象-傳感器-WSN3202-NI硬件模塊物理通道-計算機控制平臺-溫室控制設備。在農業(yè)溫室控制系統(tǒng)中，信息數(shù)據(jù)采集是溫室測控系統(tǒng)的一個重要組成部分。數(shù)據(jù)采集是使用各種傳感器對溫室內的主要環(huán)境因子進行數(shù)據(jù)測量，把測得的這些非電量信號轉化為電壓或電流等電信號。當然這些電信號比較小，需要進行必要的放大，濾波，調制解調等信號處理。計算機的labview控制平臺將接收數(shù)據(jù)進行顯示，反

22、饋，將反饋結果傳送給溫室控制設備，溫室控制設備根據(jù)反饋的結果進行相應的溫室內部環(huán)境因子參數(shù)的修定，給作物提供更加優(yōu)良的生長環(huán)境。這個過程主要包括數(shù)值數(shù)組，圖形曲線的顯示、數(shù)據(jù)實時數(shù)據(jù)保存，實時數(shù)據(jù)監(jiān)控、實時信息反饋等。 WSN3202溫度傳感器濕度傳感器光照傳感器CO2傳感器NI硬件平臺計算機Labview信息處理平臺溫度控制設備濕度控制設備光照控制設備CO2控制設備 圖2-1是系統(tǒng)總體控制的流程圖 圖2-1 系統(tǒng)總體(zngt)控制的流程圖 3 系統(tǒng)(xtng)的硬件設計3.1 NI硬件平臺的構成(guchng)TOC o 1-2 h u 錯誤！未找到目錄項。 NI硬件平臺是一種小巧而堅固的

23、工業(yè)化控制與采集系統(tǒng)，利用可重新配置I/O（RIO）FPGA技術實現(xiàn)超高性能和可自定義功能。NI硬件平臺包含一個實時處理器與可重新配置的FPGA芯片，適用于可靠的獨立嵌入式或分布式應用系統(tǒng)；還包含熱插拔工業(yè)I/O模塊，內置可與傳感器/調節(jié)器直接連接的信號調理。NI硬件平臺展示了一種支持開放訪問低層硬件資源的低成本架構。NI硬件平臺嵌入式系統(tǒng)可以使用高效的 LabVIEW圖形化編程工具進行快速開發(fā)。利用NI硬件平臺，您可以快速建立嵌入式控制與采集系統(tǒng)，而且該系統(tǒng)的工作性能和優(yōu)化特性可與專門定制設計的硬件電路相媲美。圖3.1為NI硬件信息采集平臺。 在PC機安裝好各種NI驅動之后，在桌面出現(xiàn)NI

24、MAX圖標，點擊圖標進入我的系統(tǒng)頁面點擊遠程系統(tǒng)進入NI硬件系統(tǒng)模塊。用一跟網線連接好PC機和NI硬件平臺，在本地連接網絡協(xié)議中配置合適的IP地址和網關。NI硬件系統(tǒng)的IP地址和PC機在同一個網段內，這樣NI硬件與PC機就建立了遠程連接。NI硬件信息平臺的電源采用大功率的電源，電壓大約20-29V左右，不要超過30V，連接好電源，NI遠程連接好會在NI平臺上顯示第2個信號燈正常，軟件配置錯誤或者遠程連接錯誤會讓信號燈一閃一閃。硬件通道設置：采用DAQmx采集卡。雙擊，打開My System下拉菜單，右擊Date Neighborhood，選create new指令，選取NI-DAQmx tas

25、t，點擊NEXT，再選取Generate signals的下拉菜單中Analog output的命令，之后選擇Voltage，選擇通道，選好后就可以進行設置。 圖3-2 NI -WSN3202 圖3-1 NI硬件信息采集(cij)平臺3.2 NI-WSN3202 NI WSN3202測量節(jié)點作為一款無線設備(shbi),提供4路10 V模擬輸入通道和4路雙向數(shù)字通道。您可以單獨(dnd)將各路數(shù)字通道按需要配置為輸入、漏極輸出或源極輸出。借助4節(jié)AA電池供電, 可持續(xù)運行3年,所以能夠很好的實現(xiàn)持續(xù)運行和工作；LabVIEW集成和NI-WSN軟件可輕松實現(xiàn)網絡配置和數(shù)據(jù)提取，尤其是在數(shù)據(jù)采集和

26、顯示方面會比傳統(tǒng)的單片機更有優(yōu)勢；選擇針對可編程和不可編程節(jié)點；直接的傳感器連接; 本次畢業(yè)設計就是采用直接讓溫度，濕度，光照，CO2傳感器與WSN3202的輸入通道端口連接，傳感器獲得的數(shù)據(jù)通過端口送給WSN3202，再通過WSN3202的天線發(fā)送出去。 圖3-2為NI 3202的實物圖。3.3傳感器溫度傳感器。溫度(wnd)傳感器是指能感受溫度并轉換成可用輸出信號的傳感器。溫度 HYPERLINK /view/16431.htm t _blank 傳感器是 HYPERLINK /view/71398.htm t _blank 溫度(wnd)測量儀表的核心部分，品種繁多。按測量(cling)

27、方式可分為接觸式和非接觸式兩大類，按照 HYPERLINK /view/2680520.htm t _blank 傳感器材料及電子元件特性分為熱電阻和 HYPERLINK /view/277549.htm t _blank 熱電偶兩類。目前，應用最廣泛的溫度傳感器是熱電偶和電阻式溫度探測器、半導體溫度傳感器。電阻式溫度探測器電阻值隨溫度增加而增加。最常見的電阻式溫度探測器的構成材料是鉑、鎳極好，可耐受各種化學物質，抗腐蝕性好，是用銅或鎳制成的電阻式溫度探測器的工作溫度范圍較低，成本也較低。熱電偶由兩種不同的金屬構成，它們的一端熔接在一起形成一個敏感結，溫度變化時將有一個相應的熱電勢產生，該信號

28、由引線引出。濕度傳感器。在選擇濕度傳感器時應考慮的主要因素有精度、長期穩(wěn)定性、溫度系數(shù)、互換性、濕度校正、抗化學腐蝕性等。濕度傳感器分為電阻式和電容式兩種，產品的基本形式都為在基片涂覆感濕材料形成感濕膜，。電阻式濕敏元件主要包括：氯化鋰濕敏元件、碳濕敏元件、陶瓷濕敏元件、氧化鋁濕敏元件等。 HYPERLINK /search?word=%E7%94%B5%E9%98%BB%E5%BC%8F%E6%B9%BF%E5%BA%A6%E4%BC%A0%E6%84%9F%E5%99%A8&fr=qb_search_exp&ie=utf8 t _blank 電阻式濕度傳感器響應速度快、體積小， HYPER

29、LINK /search?word=%E7%BA%BF%E6%80%A7%E5%BA%A6&fr=qb_search_exp&ie=utf8 t _blank 線性度好，較穩(wěn)定，靈敏度高，產品的 HYPERLINK /search?word=%E4%BA%92%E6%8D%A2%E6%80%A7&fr=qb_search_exp&ie=utf8 t _blank 互換性差;電容式 HYPERLINK /search?word=%E6%B9%BF%E5%BA%A6%E4%BC%A0%E6%84%9F%E5%99%A8&fr=qb_search_exp&ie=utf8 t _blank 濕度傳感器

30、響應速度快，濕度的滯后量小，產品 HYPERLINK /search?word=%E4%BA%92%E6%8D%A2%E6%80%A7&fr=qb_search_exp&ie=utf8 t _blank 互換性好，靈敏度高，便于制造，容易實現(xiàn)小型化和 HYPERLINK /search?word=%E9%9B%86%E6%88%90%E5%8C%96&fr=qb_search_exp&ie=utf8 t _blank 集成化，精度較 HYPERLINK /search?word=%E7%94%B5%E9%98%BB%E5%BC%8F%E6%B9%BF%E5%BA%A6%E4%BC%A0%E6%

31、84%9F%E5%99%A8&fr=qb_search_exp&ie=utf8 t _blank 電阻式濕度傳感器低。CO2與光照傳感器。就目前出現(xiàn)的CO2傳感器主要有紅外線式、電容式、電化學式、熱傳導度式等。其中以紅外線式和電化學式CO2傳感器最為廣泛。紅外線式CO2傳感器產品精度高，功耗小，選擇性好，濃度檢測范圍大，。所以在溫室環(huán)境控制中大多選用紅外線式CO2傳感器。光照傳感器的種類繁多，在溫室環(huán)境控制中通常選用硅太陽能電池的感應元件及濾光片構成光照傳感器總體硬件設備(shbi)連接示意圖3-2溫度傳感器濕度傳感器光照傳感器CO2傳感器WSN3202NI硬件平臺計算機通信模塊繼電器下位機溫

32、室控制設備 圖3-2 總體硬件(yn jin)設備連接示意圖4 系統(tǒng)軟件(x tn run jin)設計9 應用Labview編寫處理平臺軟件，實現(xiàn)對4路數(shù)據(jù)信息的數(shù)據(jù)顯示，保存，監(jiān)控，整個數(shù)據(jù)信息采集處理過程如圖4-1所示。WSN3202溫度傳感器濕度傳感器光照傳感器CO2傳感器NI信息采集平臺虛擬采集卡Labview信息處理平臺數(shù)據(jù)顯示數(shù)據(jù)存儲數(shù)據(jù)監(jiān)控 圖4-1 數(shù)據(jù)(shj)采集處理流程圖4.1數(shù)據(jù)顯示(xinsh)模塊 連接在WSN3202的端口的溫度(wnd)，濕度，CO2，光照傳感器接受到的信息，通過WSN3202的天線發(fā)送給NI平臺整個傳輸過程是基于ZigBee無線傳輸技術的，計

33、算機接受物理通道中的信息，并將采集的四路信息用數(shù)值數(shù)組或者圖形波形的模式顯示出來，此過程稱之為信息采集。圖4-2為Labview信息采集的前面板和程序版。因為傳感器自身的特點，信息采集的時間間隔比較大，在一段時間內采集的信息點數(shù)比較少，用圖形表示只能顯示數(shù)據(jù)變換大致趨勢，在前面板中添加數(shù)值數(shù)組顯示可以更加準確的顯示在實時時刻的信息的準確值。 4-2 信息(xnx)采集顯示的程序框圖和前面板 在程序板中，右鍵-Express-輸入DAQ助手-右鍵屬性-WSN3202的四個物理通道。在循環(huán)控制中選擇條件循環(huán)，布爾按鈕連接上，將波形圖放在條件循環(huán)中，當布爾開關的值為真時，DAQ中的數(shù)據(jù)才可以傳送到波

34、形圖中。反之，則不可以。數(shù)值數(shù)組顯示直接(zhji)與4路動態(tài)數(shù)據(jù)連接，能后直接顯示出4路采集數(shù)據(jù)信息。在前面板中，鼠標右鍵-Express-波形顯示控件-波形圖，建立波形圖。右鍵幅值，選擇復制標尺，左右交換。右鍵波形圖，選擇屬性曲線顯示為4，可以顯示4條曲線在一個波形中。選擇標尺時間X軸為20秒，幅值Y軸有4條根據(jù)實際表示的曲線設置合適的顯示標尺刻度。右鍵前面板-控件-開關與按鈕-布爾開關在程序框圖中添加(tin ji)條件循環(huán)來控制波形圖的顯示。圖4-3為實時信息采集的運行狀態(tài)截圖。 圖4-3 實時信息采集(cij)的運行狀態(tài)截圖 4.2 數(shù)據(jù)(shj)存儲模塊 DAQ接受到的4路動態(tài)的實

35、時信息，在實現(xiàn)顯示的同時將其保存為.xls文件格式的數(shù)據(jù)庫，以備將來查詢使用(shyng)，此過程稱之為數(shù)據(jù)信息的保存。 在圖4-4中分別為信息保存的程序框圖和前面板 圖4-4 信息(xnx)保存的前面板和程序框圖在前面板中右鍵-文本顯示空間-Express電子表格，文本輸入路徑控件，布爾開關和數(shù)值顯示控件，其中Express表格用來顯示已經保存的數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)，保存的數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)的地址可以再文本輸入路徑控件中自己定義位置(wi zhi)或者點擊右端的按鈕選擇已經建好的文件。布爾開關用來控制信息數(shù)據(jù)庫的保存狀態(tài)，當為真時，就保存，反之則不保存。在程序框圖中右鍵電子表-創(chuàng)建-屬性節(jié)點-列首字符串設

36、置好數(shù)據(jù)表的第一行的屬性值。為了將實時時間加入電子表格，將數(shù)據(jù)轉換為二進制數(shù)據(jù)用字符數(shù)組方面數(shù)組的運算合并成一個新的字符串數(shù)組，這個過程涉及到動態(tài)數(shù)據(jù)的轉換，數(shù)值與字符串的轉換，字符串的拼接，移位寄存器的使用，以及二進制文件添加數(shù)據(jù)的方法等。在數(shù)據(jù)保存路徑中添加D:信息保存1.xls就在相應目錄下出現(xiàn)該文件，信息保存的運行狀態(tài)圖如下圖4-5 圖4-5 信息(xnx)保存的運行狀態(tài)圖4.3數(shù)據(jù)監(jiān)控(jin kn)模塊 采集的4路實時信息能夠時刻的反映出溫室內部的主要環(huán)境因子的狀態(tài)，為了能夠給作物提供更加(gnji)優(yōu)良的環(huán)境，根據(jù)作物在特定時間段的環(huán)境要求去設定環(huán)境因子的要求范圍，根據(jù)這個范圍去

37、監(jiān)控溫室，當超出則報警，反之則不報警，我們稱之為溫室信息監(jiān)控。 圖4-6,圖4-7是信息監(jiān)控的前面板和程序框圖 圖4-6信息監(jiān)控的前面板 圖4-7 信息(xnx)監(jiān)控的程序框圖 在前面板中添加(tin ji)Express電子表格，同樣設置好列首字符串的屬性值，一共10個屬性值。添加12個圓形狀態(tài)指示燈用于指示當前采集信息的狀態(tài)，當信息的值在預設的范圍內則狀態(tài)指示燈亮正常，超出上限亮過高，低于下限則亮過低。右端的8個環(huán)境因子初值就是確定主要環(huán)境因子的合適范圍，指示燈控制用于控制是否要開啟指示燈，報警(bo jng)器布爾開關用于控制蜂鳴器，數(shù)值顯示控件來顯示報警的次數(shù)，當程序運行時，在電子表格

38、中會顯示出采集的信息，已經信息對應的狀態(tài)，記錄在電子表格中，并保存為數(shù)據(jù)庫，當有蜂鳴器報警出現(xiàn)則說明有環(huán)境變量的值不正常，可以根據(jù)指示燈來確定是高了，還是低了，然后打開相應的溫室環(huán)境因子控制設備，例如加熱，降溫，保濕，降濕等來補償溫室，以便提供給作物更加合適的生長環(huán)境。 在程序框圖中選擇拆分信號，分成4路信息分別讓其與數(shù)值輸入控件中輸入的上限，下限對布爾運算結果為布爾值，對兩個布爾結果進行相應的布爾運算就能夠確定這個信息的值是否是正常的，過高的，過低的然后連接圓形狀態(tài)指示燈兩個布爾值還能夠(nnggu)為字符串選擇循環(huán)提供門限，讓相應的字符串添加到字符數(shù)組中去，在電子表格中顯示數(shù)據(jù)信息相應的狀

39、態(tài)，表格之前添加條件循環(huán)，能夠控制表格信息的顯示。在反饋表路徑里面添加路徑D:信息監(jiān)控1.xls就會在相應目錄下出現(xiàn)這個文件，運行與段時間之后又數(shù)據(jù)保存。生成文件如下圖所示 圖4-8 信息監(jiān)控(jin kn)的運行狀態(tài)圖4.4平臺的總體結構(jigu)和框圖4.4.1信息采集保存控制平臺的前面板 圖4-9 信息(xnx)采集保存控制平臺的前面板 將前面板的信息采集模塊，信息保存模塊，以及信息監(jiān)控模塊合并在一起就有了圖 4-9。運行使用(shyng)本平臺軟件，可以再裝有l(wèi)abview的PC機上運行，也可以再沒有裝的儀器上運行。在沒有裝的PC機上需要打包生成包含labview安裝引擎的EXE文件

40、。點擊左上角的連續(xù)運行，平臺就進入循環(huán)狀態(tài)，開始工作，點擊右上角的停止運行按鈕，平臺就會退出，停止運行。開始運行的時候，按采樣間隔中設置好采樣的時間，例如1000，表示采樣間隔是1000ms即1s程序運行循環(huán)一次，這個采樣和傳感器的采樣時間是不同的。傳感器的采樣間隔是信息從硬件平臺傳遞過來的時間間隔及其速率，是傳感器本身自己的屬性，是設備制造商已經規(guī)定好的。而本平臺的間隔是平臺重復查詢信息采集端口的時間間隔，即1s查詢一次端口，查看環(huán)境因子信息是否已經重新被采樣。如果被采樣則修定顯示，保存信息，相當于單片機領域的時刻查詢端口。設置好采樣間隔(jin g)，可以看見在右上角的數(shù)值顯示數(shù)組中，同時

41、有4路信息顯示，對應著實時時間。點擊圖標控制布爾開關，可以看見在左側的波形圖中，對應著采集信息的變化趨勢。因為4路傳感器采樣間隔比較大，所以在波形圖中的X軸時間屬性的波動范圍要盡量大，以波形圖中最少顯示5個完整點為宜。在信息保存模塊中，在電腦的D盤新建一個EXCEL數(shù)據(jù)表，文件為.xls的格式，運行時點擊文本(wnbn)路徑選擇，選中新建的EXCEL文件，采集的信息就會在數(shù)據(jù)庫保存布爾開關打開的時候保存到該文件中，當然你也可以在徑路文本框中輸入你要保存文件的路徑，當運行時，在相應的PC機下就會建立相應的保存文件。運行時候數(shù)據(jù)庫就循環(huán)不停更新的，可以做到邊查，保存同時進行。在信息監(jiān)控模塊中，運行

42、之前最好是先在環(huán)境因子初值設定中根據(jù)時候作物生長的需要設定合適的環(huán)境因子變化范圍。例如要表示溫度環(huán)境因子的變化范圍，可以設定溫度上限為多少，下限為多少，那么該作物合適的，正常的溫度范圍就在兩個門限之間，當任意時刻的采集信息不在這個范圍以內，則我們就認為這個時刻，該溫室的溫度狀態(tài)已經不是該作物生長的最佳狀態(tài)，這個時候就會通過蜂鳴器提出報警，根據(jù)信號指示燈，查看是因為超出上限，還是低于下限造成報警。然后(rnhu)啟動相應的溫室溫度控制設備，該加熱，該降溫進行溫室內溫度的微調，為農作物提供最佳的溫度生長環(huán)境。其他的3個主要環(huán)境因子的控制也是如此。信號指示燈開關，和蜂鳴器開關去控制相應的部件的工作。

43、歷史報警次數(shù)數(shù)值顯示文本框來顯示一段時間的溫室報警狀況。4.4.2信息(xnx)采集保存控制平臺的程序框圖 在程序框圖中，DAQ中的4路信息首先通過條件循環(huán)給波形圖，布爾開關控制波形圖的開關。當布爾開關為假則4路信息是不能進入波形圖的，4路動態(tài)信息通過信息拆分分成4路原始信息，經過動態(tài)轉換成DEL數(shù)值信息，與數(shù)值輸入框的上下限值比較得帶2個布爾值，4路一共8個布爾結果，進行一定的布爾運算傳送結果給信號指示燈，8個布爾結果還控制著字符串數(shù)組的鏈接來源，其次獲取當前的時間和日期，也通過字符數(shù)組的添加形成新的字符串數(shù)組，這個字符串數(shù)組這就是信息反饋表的信息狀態(tài)來源。最后形成的字符串數(shù)組，一方面通過移

44、位寄存器到電子表中，另一方面還可以通過打開，添加，關閉二進制文件的形式添加到數(shù)據(jù)庫中，前提要設置好數(shù)據(jù)庫的保存路徑。左下角的列首字符串，是2個電子表格的屬性節(jié)點。 圖4-6 信息采集(cij)保存控制平臺的程序框圖5結束語5.1畢業(yè)論文(b y ln wn)總結本次基于Labview設施農業(yè)方法控制研究能夠基本實現(xiàn)對溫室內部主要環(huán)境變量的控制，通過傳感器采集的四路溫度，濕度，CO2，光照數(shù)據(jù)信息，經過WSN3202發(fā)送給NI硬件平臺，通過網線連接(linji)到計算機，在PC機上編寫Labview控制平臺，該控制平臺分為3部分。數(shù)據(jù)顯示部分，在數(shù)值數(shù)組中能夠顯示實時4路信息的準確值，在波形圖中

45、顯示信息的變化趨勢。在數(shù)據(jù)保存部分中，在相應路徑下建立.XLS文件，采集的信息會保存在這個文件下，并且在前面板中會顯示出保存的數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)監(jiān)控部分，實時信息必須與設定好的環(huán)境因子限制范圍做比較，得到實時的監(jiān)控狀態(tài)，根據(jù)這個狀態(tài)發(fā)出警報信息和狀態(tài)信息，實時數(shù)據(jù)和實時狀態(tài)信息保存為數(shù)據(jù)庫。通過信息指示燈和蜂鳴器來判斷實時的狀態(tài)信息，根據(jù)這個狀態(tài)計算機控制溫室內部環(huán)境修訂設備，達到控制溫室的目的。5.2設計的不足(bz)與展望 在硬件方面，直接采用NI的硬件信息采集平臺和WSN3202，減少了用于硬件設計(shj)方面的時間消耗。通過WSN3202連接的傳感器采集數(shù)據(jù)，通過WSN3202無線傳輸天線

46、與硬件信息平臺的天線進行短距離的信息傳輸，基本可以在硬件上的采集和傳輸工作。這個過程中用到了僅僅一個硬件模塊，對于多模塊的協(xié)調處理沒有涉及到是硬件方面的一大不足。 在軟件方面，利用Labview編輯信息顯示，處理，保存和監(jiān)控平臺能夠實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息在界面上的實時顯示和處理，在顯示的時候能夠根據(jù)波形圖的走勢對據(jù)信息有一定的預測對用，是一大創(chuàng)新。不足之處就是顯示的幅度不能夠根據(jù)信息的變化幅度調節(jié)上下線的標尺。能夠很容易(rngy)的實現(xiàn)波形數(shù)據(jù)顯示，而傳統(tǒng)的語言用函數(shù)的方法也很難實現(xiàn)。在信息監(jiān)控方面能夠根據(jù)已經設計好的參數(shù)上下限進行判斷。根據(jù)判斷的結果進行布爾運算給出信息狀態(tài)，指示燈能夠很好的實現(xiàn)4路

47、信息的指示，蜂鳴器雖然能夠報警提供示警作用，但是不能獨立的給出是哪個環(huán)境因子造成的示警，必須根據(jù)指示燈，是監(jiān)控方面的一大不足之處。在監(jiān)控的時候能夠將實時信息的狀態(tài)保存起來，以便將來查看信息狀態(tài)進行一定的同期比對。但是不能夠只給出警示信息的記錄，是監(jiān)控方面的一大不足之處。 對于虛擬儀器在設施農業(yè)方面的應用我覺得會越來越廣泛，能夠快捷的實現(xiàn)對實時信息的處理和監(jiān)控，傳統(tǒng)方法的主要精力用在信息采集和傳輸方面，而虛擬儀器能夠避免這些。Labview圖形化的編程直觀，容易上手，必將會在監(jiān)控，采集，顯示，保存方面有很重要地位。參考文獻1 國內外設施(shsh)農業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢J/OL.中國農業(yè)在線（網刊）

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