基于NI MyDAQ的溫室大棚設(shè)計(jì)

【摘要】本次課設(shè)是利用虛擬儀器技術(shù)設(shè)計(jì)了一個(gè)適用于農(nóng)業(yè)溫室的溫濕度測(cè)控系統(tǒng)，使用LabVIEW和MyDAQ數(shù)據(jù)采集模塊相互配合采集信號(hào)并控制外部系統(tǒng)。由于LabVIEW本身的圖形化編程平臺(tái)，使得本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)的結(jié)果更形象、直觀，操作也方便，并且可以簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)功能模塊增減。

一、設(shè)計(jì)思路及系統(tǒng)框圖

該課設(shè)的設(shè)計(jì)思路：由溫濕度、煙霧傳感器、光耦計(jì)數(shù)器檢測(cè)信號(hào)，通過(guò)MyDAQ采集卡采集，送入計(jì)算機(jī)虛擬儀器程序，對(duì)采集到的數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行邏輯判斷，當(dāng)溫度不適于農(nóng)作物生長(zhǎng)時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警，可以通過(guò)電風(fēng)扇降溫或者加熱片加熱以保持溫室系統(tǒng)的恒溫狀態(tài)；當(dāng)濕度不適于農(nóng)作物生長(zhǎng)時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警。當(dāng)煙霧濃度超過(guò)一定值時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警。昆蟲計(jì)數(shù)模塊由光耦計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)，將脈沖信號(hào)送入MyDAQ，每當(dāng)有昆蟲經(jīng)過(guò)遮擋二極管發(fā)出的光線時(shí)，計(jì)數(shù)顯示值自增1。溫室系統(tǒng)框圖如圖2.1。

二、系統(tǒng)介紹

（一）硬件部分

1、電源模塊

我們首先采用電源適配器將220V交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓12V，此適配器可以提供2安培的電流，滿足系統(tǒng)供電要求。再用7805穩(wěn)壓芯片將12V轉(zhuǎn)換為5V。12V電壓為風(fēng)扇和加熱片供電，5V電壓為其他模塊供電。12V轉(zhuǎn)5V具體實(shí)現(xiàn)電路如圖3.1.1：

2、溫度檢測(cè)模塊

溫度傳感器LM35的輸出電壓與周圍環(huán)境溫度（℃）成正比。其輸出電壓與環(huán)境溫度一一對(duì)應(yīng)，靈敏度為10.0mV/℃，精度在0.4℃至0.8℃。因此將隨環(huán)境溫度線性變化的輸出電壓送入MyDAQ，可以精確地測(cè)量對(duì)應(yīng)的環(huán)境溫度。具體實(shí)現(xiàn)電路如圖3.1.2：

將檢測(cè)到的溫度通過(guò)Labview邏輯判斷，用兩路控制信號(hào)在適當(dāng)?shù)貢r(shí)刻開啟或關(guān)閉加熱片和風(fēng)扇以保持溫室恒溫。其中TIP122達(dá)林頓管作為控制開關(guān)，其允許流經(jīng)的電流值大于2安培，可以滿足加熱片和風(fēng)扇的額定工作狀態(tài)。具體實(shí)現(xiàn)電路如圖3.1.3：

3、土壤濕度檢測(cè)模塊

土壤濕度檢測(cè)模塊的檢測(cè)器件為類電容的裝置，其容值隨水位的改變而線性變化，再通過(guò)外部電路來(lái)檢測(cè)土壤的濕度。此模塊有數(shù)字輸出端DO和模擬輸出端AO。在土壤濕度達(dá)不到設(shè)定閾值時(shí)，DO口輸出低電平，當(dāng)土壤濕度超過(guò)設(shè)定閾值時(shí)，DO輸出高電平，所以可以接入一蜂鳴器來(lái)達(dá)到報(bào)警的功能；模擬輸出電壓會(huì)隨水位高度線性變化，可以將此信號(hào)送入MyDAQ，通過(guò)MyDAQ進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換后將數(shù)據(jù)送給Labview從而精確地得到土壤對(duì)應(yīng)的濕度值。

4、煙霧報(bào)警模塊

煙霧報(bào)警模塊可以在周圍環(huán)境的煙霧濃度超過(guò)一定值時(shí)發(fā)出警報(bào)，此模塊有數(shù)字輸出端DO和模擬輸出端AO。此處只采用其數(shù)字輸出端，當(dāng)煙霧濃度達(dá)不到設(shè)定閾值時(shí)，DO口輸出高電平，當(dāng)煙霧濃度超過(guò)設(shè)定閾值時(shí)，D0輸出低電平，所以DO端口接入蜂鳴器來(lái)達(dá)到報(bào)警的功能。

5、昆蟲計(jì)數(shù)模塊

此光耦計(jì)數(shù)器的核心部分為紅外線二級(jí)管和光敏三極管，當(dāng)有紅外線照射時(shí)三極管輸出低電平，當(dāng)被切割紅外線被遮擋時(shí)三極管輸出端會(huì)有一上升沿變?yōu)楦唠娖?。?dāng)MyDAQ采集到上升沿時(shí)，Labview中昆蟲計(jì)數(shù)模塊會(huì)自動(dòng)加一，從而達(dá)到昆蟲計(jì)數(shù)的效果。具體實(shí)現(xiàn)電路如圖3.1.5：

6、燈光自動(dòng)控制模塊

燈光自動(dòng)控制模塊的核心部分為L(zhǎng)M317穩(wěn)壓芯片，改變?cè)撔酒獠侩娐返淖柚悼梢钥刂芁M317輸出電壓值的大?。ǎ?，所以可以使用隨外部光強(qiáng)度改變阻值線性變化的光敏電阻來(lái)改變輸出電壓的大小，從而控制光的亮暗程度。為防止流經(jīng)LED的電流過(guò)大，所以串聯(lián)一個(gè)5W 50Ω的水泥電阻限流。具體實(shí)現(xiàn)電路如圖3.1.6：

（二）軟件部分

1、前面板設(shè)計(jì)

1.1登陸界面

1.2監(jiān)控界面

2、程序面板

2.1程序流程圖

2.2環(huán)境變量設(shè)定

2.3.1用戶登入判決

2.3.2系統(tǒng)時(shí)間

2.3.3煙霧監(jiān)測(cè)

2.3.4昆蟲計(jì)數(shù)

通過(guò)MyDAQ采集后進(jìn)入DIO0，使用計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)。

2.3.5濕度監(jiān)測(cè)

2.3.6溫度監(jiān)控

三、實(shí)驗(yàn)總結(jié)

對(duì)于本次課設(shè)，我們?cè)谶x題、系統(tǒng)規(guī)劃和系統(tǒng)搭建方面都做了仔細(xì)的考慮，而在系統(tǒng)搭建過(guò)程中我們也遇到了一些問(wèn)題，比如昆蟲計(jì)數(shù)的多次觸發(fā)、溫濕度時(shí)域顯示的毛刺跳變、MyDAQ的驅(qū)動(dòng)檢測(cè)識(shí)別、煙霧報(bào)警器的靈敏度、系統(tǒng)的工作狀態(tài)不確定等一系列問(wèn)題。由于時(shí)間的限制本實(shí)驗(yàn)裝置還存在一些不足之處，例如煙霧報(bào)警模塊的靈敏度還需要優(yōu)化，電源模塊的長(zhǎng)時(shí)間工作時(shí)發(fā)熱問(wèn)題和穩(wěn)定性還有待改善。

本次實(shí)驗(yàn)無(wú)論在理論實(shí)踐方面，還是在團(tuán)隊(duì)合作方面，都使我們積攢了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，感謝老師在課程中的指導(dǎo)和幫助，使我們的個(gè)人能力得到較大的的提升。相信這對(duì)今后的學(xué)習(xí)和工作都將起到幫助作用。

參考文獻(xiàn)

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