基于LABVIEW的溫室管理系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

楊光+范志華+肖戟+蘇成貴+于新雨

【摘要】 針對溫室有線傳感器布線困難，種植人工管理成本高的問題，研發(fā)出了一套無線傳感器數(shù)據(jù)采集與管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)溫室內(nèi)空氣的溫度、濕度、光照度、土壤濕度等信息量的無線數(shù)據(jù)采集并根據(jù)環(huán)境條件要求自動進(jìn)行溫濕度等參數(shù)的控制，通過更加精細(xì)和動態(tài)監(jiān)控的方式，來對農(nóng)作物進(jìn)行管理，更好的感知到農(nóng)作物的環(huán)境，達(dá)到“智慧”狀態(tài)，提高資源利用率和生產(chǎn)力水平。

【關(guān)鍵詞】 物聯(lián)網(wǎng) 無線傳輸 智能溫室管理

引言

智能溫室管理系統(tǒng)主要是利用傳感器實(shí)現(xiàn)設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境信息的實(shí)時(shí)感知。利用集中感知的數(shù)據(jù)通過無線的方式傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，通過收集到的農(nóng)作物生長環(huán)境信息與農(nóng)作物生長條件的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，做出分析判斷，自動輸出控制命令，實(shí)現(xiàn)調(diào)整溫室的灌溉、通風(fēng)降溫，加濕與遮陽等硬件設(shè)施的功能，實(shí)現(xiàn)設(shè)施農(nóng)業(yè)的精準(zhǔn)化管理，同時(shí)可提高水資源、化肥等農(nóng)業(yè)投入品的利用率和產(chǎn)出率，降低人工管理的運(yùn)作成本。

一、系統(tǒng)架構(gòu)

利用LABVIEW開發(fā)主體程序，程序主體框架采用事件處理與生產(chǎn)者消費(fèi)者循環(huán)組合程序架構(gòu)，通過隊(duì)列將程序中發(fā)生的事件進(jìn)行判斷，主程序采用狀態(tài)機(jī)架構(gòu)，通過“初始化”后執(zhí)行“采、存、判”，期間如果出現(xiàn)“手動控制”事件，將中斷主程序去執(zhí)行手動控制程序。如果沒有，默認(rèn)執(zhí)行“智能控制”。

二、方案設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1無線串口數(shù)據(jù)采集控制器

溫室大棚需要采集到參數(shù)有溫度、濕度、土壤溫度、土壤濕度、二氧化碳、光照、大氣壓力、溫室大棚外的風(fēng)向、風(fēng)速等傳感器指標(biāo)，采集卡終端有16個(gè)采集通道，通過無線串口進(jìn)行發(fā)射，主機(jī)進(jìn)行無線接收。采集卡終端有4個(gè)開關(guān)量輸出通道，接收上位機(jī)的無線串口命令控制溫室大棚中的灌溉水泵、濕簾水泵、遮光簾電機(jī)，發(fā)射模塊與接收模塊的通訊距離可達(dá)500米。

虛擬串口需要聯(lián)網(wǎng)路由器，實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)通訊。同時(shí)需要新建COM1，COM2，COM1對應(yīng)232串口，負(fù)責(zé)控制無線串口數(shù)據(jù)采集控制器。COM2對應(yīng)485串口，負(fù)責(zé)控制脈沖發(fā)生器和變頻器，由于脈沖發(fā)生器和變頻器的控制有各自的控制命令，所以可以共用一個(gè)串口。

2.2視頻監(jiān)控技術(shù)的實(shí)現(xiàn)

上位機(jī)通過路由器與網(wǎng)絡(luò)攝像頭進(jìn)行連接，設(shè)置攝像頭的固定IP地址，保持與上位機(jī)IP同段。在LABVIEW中嵌套網(wǎng)頁調(diào)用程序來對視頻軟件進(jìn)行訪問。攝像頭被訪問前，需要將訪問的IP值賦給WEBBOWSERL，同時(shí)如果視頻按鈕被按下則視頻頭的子程序?qū)徽{(diào)用。

2.3步進(jìn)電機(jī)程序設(shè)計(jì)

步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動器是控制通風(fēng)窗的機(jī)構(gòu)，1個(gè)脈沖步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動1.8o，通過步進(jìn)電機(jī)的變速齒輪驅(qū)動通風(fēng)窗，運(yùn)行速度基數(shù)選擇范圍：256～65535，進(jìn)行脈沖總數(shù)8000對應(yīng)電機(jī)一圈，通風(fēng)窗一個(gè)全開行程需要接收到48000個(gè)脈沖，脈沖返回值要有記憶，方便下次發(fā)命令控制開窗的距離。

三、結(jié)語

本文對LABVIEW軟件與無線技術(shù)在智能溫室管理系統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)行了描述，清晰的講解了該系統(tǒng)建立與實(shí)現(xiàn)方案，描述了程序架構(gòu)、無線通訊等關(guān)鍵環(huán)節(jié)的相關(guān)技術(shù)實(shí)現(xiàn)原理。本文提出的智能溫室管理系統(tǒng)方案已經(jīng)得到實(shí)際應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集的穩(wěn)定性、軟件使用的實(shí)用性。本系統(tǒng)降低了智能溫室大棚的建設(shè)與運(yùn)行成本，為現(xiàn)代智能農(nóng)業(yè)提供了科學(xué)、合理的解決方案。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]豈興明 周建興 矯津毅 《LABVIEW8.2 中文版入門與典型實(shí)例》 2008版

[2] Jeffrey Travis Jim Kring 《Lab VIEW 大學(xué)適用教程》 2008版