基于LabVIEW和GSM的溫室大棚環(huán)境遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

侯波　徐小華　胡曉飛

摘要：為了克服目前溫室大棚環(huán)境監(jiān)控的人為主觀因素缺點(diǎn)，提出了1種基于LabVIEW和GSM的溫室大棚環(huán)境遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過傳感器采集影響農(nóng)作物生產(chǎn)的溫度、濕度、光照度、二氧化碳濃度數(shù)據(jù)，結(jié)合溫室環(huán)境特點(diǎn)，運(yùn)用層次分析法，給出了比較理想的監(jiān)控目標(biāo)；通過LabVIEW軟件編寫數(shù)據(jù)處理程序，利用GSM網(wǎng)絡(luò)短信息業(yè)務(wù)將數(shù)據(jù)傳輸給管理中心。經(jīng)測試，該系統(tǒng)具有穩(wěn)定、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：溫室大棚；LabVIEW；GSM；遠(yuǎn)程監(jiān)控

中圖分類號： TP277.2文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號：1002-1302（2015）01-0393-03

收稿日期：2014-06-23

基金項(xiàng)目：云南省教育廳科研基金（編號：2011C038）。

作者簡介：侯波（1971—），男，云南昭通人，碩士，講師，主要從事嵌入式技術(shù)和人工智能系統(tǒng)研究。E-mail：303148082@qq.com。近年來，農(nóng)業(yè)溫室大棚種植豐富了人們的餐桌，對提高人們生活水平起到了重要作用，并迅速得到推廣應(yīng)用。溫度、濕度、光照度、二氧化碳濃度等因子影響溫室大棚農(nóng)作物的生產(chǎn)和產(chǎn)量。在傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，這些影響因子主要靠人力和經(jīng)驗(yàn)等來檢驗(yàn)，難以達(dá)到科學(xué)合理的種植要求，而且分散的大棚溫室環(huán)境也給管理帶來了極大的不便，嚴(yán)重制約了溫室大棚的發(fā)展。本研究針對目前農(nóng)業(yè)大棚發(fā)展的趨勢，提出了1種基于LabVIEW和GSM網(wǎng)絡(luò)的溫室大棚環(huán)境遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，以期為提高作物產(chǎn)量、節(jié)約生產(chǎn)成本提供技術(shù)支撐。

1系統(tǒng)組成

該系統(tǒng)由硬件部分和軟件部分組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1。

2系統(tǒng)硬件組成

2.1數(shù)據(jù)采集卡

根據(jù)溫室大棚的環(huán)境條件，選擇美國國家儀器公司生產(chǎn)的PCI-6023E型數(shù)據(jù)采集卡及其配套的CB-68LP型接線端子板。其主要參數(shù)：16位單端接地，8路差分模擬輸入通道，最高采樣頻率200 kHz，8路數(shù)字量I/O。采用單端測量方式，4個(gè)被測對象的正端分別接入AI0、AI1、AI2 、AI3，負(fù)端分別接入與其配套的AI GND端子。6個(gè)繼電器控制模塊分別控制風(fēng)機(jī)設(shè)備、供暖設(shè)備、噴淋設(shè)備、通風(fēng)窗、LED燈、灌溉設(shè)備，分別接入數(shù)據(jù)采集卡數(shù)字輸入輸出通道P0.0～0.5。

2.2傳感器

在溫度傳感器方面，選用Pt100熱電阻檢測溫度變化，采用三線制接入，通過變送器和電阻轉(zhuǎn)換為1～5 V電壓輸入到數(shù)據(jù)采集卡模擬量0通道（AI0和AI GND端子）。圖2是Pt100溫度傳感器接線電路。

濕度傳感器模塊型號為JYTM-02，其測定結(jié)果是相對

濕度。主要技術(shù)參數(shù)： （5±0.25）V直流電的供電電壓，10%～90% 相對濕度范圍，0～4 V輸出電流。

二氧化碳傳感器型號為BS-CO201，主要技術(shù)參數(shù)：量程0～5 000 μL/L，工作環(huán)境濕度0～100%RH，模擬信號線性輸出 0～10 V。

光照傳感器模塊型號為HA2003，量程200～20 000 lx。

2.3GSM模塊

GSM模塊型號為TC35i[1-4]，主要參數(shù)是：工作雙頻段EGSM900和GSM1800，輸入電源電壓直流3.3～4.8 V，通過接口連接器和天線連接器分別連接SIM卡讀卡器和天線。

3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

LabVIEW軟件簡便易用，以圖形編程為方式，包括前面板和程序面板[5-6]。

該系統(tǒng)軟件采用模塊化設(shè)計(jì)思想，以LabVIEW、LabSQL、Access軟件為核心，主要完成各傳感器數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)庫操作，實(shí)現(xiàn)對控制繼電器動(dòng)作和GSM網(wǎng)絡(luò)信息的傳輸。

3.1數(shù)據(jù)采集程序

該系統(tǒng)在LabVIEW軟件中采用DAQmx函數(shù)編程來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。該系統(tǒng)要采集4個(gè)對象的模擬數(shù)據(jù)，所以數(shù)據(jù)采集卡采用單端的4通道模擬測量方式，通過前面的調(diào)節(jié)按鈕來調(diào)節(jié)采樣頻率（默認(rèn)為1 kHz）和設(shè)置間隔數(shù)據(jù)保存時(shí)間。采集的數(shù)據(jù)是1個(gè)二維數(shù)組的電壓值，所以在程序面板中完成對4通道數(shù)據(jù)的分離，以得到各個(gè)物理量的電壓值，根據(jù)4個(gè)電壓值進(jìn)行相應(yīng)的標(biāo)度轉(zhuǎn)換，并輸入到顯示控件里面和4個(gè)參數(shù)的全局變量，以便其他子程序調(diào)用。圖3是部分?jǐn)?shù)據(jù)采集程序框。

3.2數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

LabSQL是一個(gè)免費(fèi)、多數(shù)據(jù)庫、跨平臺的LabVIEW數(shù)據(jù)庫訪問工具包[7-9]。該系統(tǒng)采用LabSQL實(shí)現(xiàn)對Access數(shù)據(jù)庫的操作。在系統(tǒng)配置好LabSQL后，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)添加、查詢、刪除功能。

以下以數(shù)據(jù)庫刪除模塊為例，介紹其實(shí)現(xiàn)步驟：（1）使用“ADO Connection Create. Vi”工具創(chuàng)建1個(gè)“Connetction”對象，然后使用“ADO Connection Open.vi”工具打開名為“dsn_exam”數(shù)據(jù)記錄的數(shù)據(jù)源；（2）“使用ADO Recordset Create. Vi”工具創(chuàng)建數(shù)據(jù)記錄對象，使用“ADO Recordset open.vi”工具打開1個(gè)記錄對象，使用SQL查詢命令“SELECT*FROM exam where”結(jié)合檢索內(nèi)容獲得數(shù)據(jù)庫中滿足條件的全部記錄；（3）利用“ADO Recordset MoveFirst.vi”工具刪除檢索結(jié)果；（4）使用“ADO Recordset Close.vi”工具和“ADO Connection Close.vi”工具斷開與數(shù)據(jù)庫的連接。圖4是數(shù)據(jù)庫刪除程序框。

3.3系統(tǒng)控制模塊

溫室環(huán)境中的4個(gè)因子是相互聯(lián)系的。該系統(tǒng)采用層次分析方法，得到影響農(nóng)作物生產(chǎn)和產(chǎn)量的溫度因子占很大比例，其他3個(gè)因子的影響相對比較小。因此該系統(tǒng)采用的較優(yōu)控制方案是：當(dāng)環(huán)境溫度、濕度都明顯高于農(nóng)作物所需環(huán)境溫度、濕度時(shí)，系統(tǒng)同時(shí)打開風(fēng)機(jī)、通風(fēng)設(shè)備；當(dāng)環(huán)境溫度高、濕度低時(shí)，系統(tǒng)打開噴淋設(shè)備用于降溫，同時(shí)也可以增加環(huán)境濕度；當(dāng)環(huán)境溫度高、光照低時(shí)，系統(tǒng)打開LED燈和通風(fēng)窗即可；當(dāng)環(huán)境溫度、濕度低而光照強(qiáng)時(shí)，系統(tǒng)打開供暖設(shè)備和通風(fēng)窗，等。共20條控制溫室的規(guī)則。endprint

3.4PC機(jī)與GSM短信模塊

TC35i型GSM模塊通過3種模式控制短信息，分別為Block Mode、基于AT指令的PDU Mode、基于AT指令的Text Mode[10-12]。本研究中傳送數(shù)據(jù)是數(shù)字，所以選擇基于AT指令的Text Mode模式。本研究中所需的AT指令表主要有 AT+CMGR 用于讀取短信息和AT+CMGS用于發(fā)送短信息。通過LabVIEW軟件編程實(shí)現(xiàn)4個(gè)環(huán)境因子數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸，

主要步驟是：將測試對象4個(gè)因子的全局變量編輯成短信息，通過串行口傳送給TC35i型GSM模塊，發(fā)送給監(jiān)控中心的計(jì)算機(jī)或相關(guān)管理人員，管理人員也可通過短信業(yè)務(wù)發(fā)送給監(jiān)控中心。圖5是PC機(jī)與GSM短信發(fā)送或接收模塊程序框。

4結(jié)語

本研究提出了1種基于LabVIEW和GSM的溫室大棚環(huán)境遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，經(jīng)過測試，該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)溫室的遠(yuǎn)程、集中、智能化管理。該系統(tǒng)費(fèi)用低、人工界面友好，具有一定的推廣性。

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