基于LabVIEW的溫室環(huán)境集成測(cè)控系統(tǒng)開(kāi)發(fā)

嚴(yán)桂林

摘 要：為了實(shí)現(xiàn)溫室大棚各參數(shù)的精確控制和自動(dòng)化，提高溫室蔬菜種植產(chǎn)量和品質(zhì)，文中開(kāi)發(fā)了一種基于LabVIEW的溫室環(huán)境集成測(cè)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了大棚內(nèi)溫度、濕度、土壤濕度、光照度、CO2濃度的自動(dòng)測(cè)控，以及卷簾電機(jī)的自動(dòng)化控制，闡明了LabVIEW網(wǎng)絡(luò)通信模塊、數(shù)據(jù)庫(kù)模塊和網(wǎng)絡(luò)視頻模塊開(kāi)發(fā)方法。通過(guò)LabVIEW軟件極大地縮短了系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)時(shí)間，提高了溫室環(huán)境自動(dòng)控制水平。

關(guān)鍵詞：溫室大棚；LabVIEW；網(wǎng)絡(luò)通信；數(shù)據(jù)庫(kù)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP391.42 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2017）07-0-03

0 引 言

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，其在設(shè)施農(nóng)業(yè)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，通過(guò)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)設(shè)施農(nóng)業(yè)的自動(dòng)化控制與對(duì)溫室蔬菜大棚的精準(zhǔn)控制，可以大大降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高作物的產(chǎn)量和品質(zhì)，對(duì)于大面積農(nóng)業(yè)溫室蔬菜大棚的集成化、批量化、智能化控制具有深遠(yuǎn)影響。我們通過(guò)LabVIEW軟件成功開(kāi)發(fā)出了溫室環(huán)境集成測(cè)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了大棚內(nèi)溫度、濕度、土壤濕度、光照度、CO2濃度的自動(dòng)測(cè)控，以及卷簾電機(jī)的自動(dòng)化控制，同時(shí)采用LabVIEW網(wǎng)絡(luò)通信模塊、數(shù)據(jù)庫(kù)模塊和網(wǎng)絡(luò)視頻模塊成功實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程通信、上傳以及遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控，并取得了良好的效果。

1 溫室測(cè)控系統(tǒng)的基本組成

溫室環(huán)境集成測(cè)控系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)溫室內(nèi)溫度、濕度、土壤濕度、光照度、CO2濃度數(shù)據(jù)的采集，并實(shí)時(shí)控制各參量的值，以使溫室內(nèi)環(huán)境時(shí)刻保持適宜作物生長(zhǎng)的水平；根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定時(shí)間控制卷簾電機(jī)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)卷簾功能；通過(guò)實(shí)時(shí)接收網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)采集溫室內(nèi)、外圖像，以便管理員在控制室進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控；同時(shí)將采集到的溫室內(nèi)各環(huán)境參數(shù)上傳數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，并統(tǒng)計(jì)，以便管理人員分析決策。系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。

2 系統(tǒng)前面板設(shè)計(jì)

系統(tǒng)框體設(shè)計(jì)所需控制面板如圖2所示。

系統(tǒng)前面板主要包含視頻監(jiān)視模塊，環(huán)境參數(shù)顯示模塊與實(shí)時(shí)波形顯示模塊，通過(guò)選項(xiàng)卡控件實(shí)現(xiàn)歷史記錄、報(bào)警記錄、系統(tǒng)設(shè)置和電機(jī)控制面板的切換，各面板如圖3、圖4、圖5、圖6所示。

3 系統(tǒng)后面板設(shè)計(jì)

3.1 UDP網(wǎng)絡(luò)通信模塊編程

網(wǎng)絡(luò)通信模塊采用UDP通信，主機(jī)采用服務(wù)器工作模式接收下位機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)，程序框圖如圖7所示。

采用UDP通信模式只需設(shè)定好本機(jī)端口號(hào)和下位機(jī)端口號(hào)，主機(jī)便會(huì)自動(dòng)接收下位機(jī)發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)，無(wú)需驗(yàn)證地址，大大提高了數(shù)據(jù)通信速率。發(fā)送數(shù)據(jù)及命令則采用UDP廣播通信方式和遠(yuǎn)程地址方式即可對(duì)所有下位機(jī)廣播發(fā)送也可指定地址發(fā)送。

3.2 數(shù)據(jù)處理模塊編程

數(shù)據(jù)處理模塊主要實(shí)現(xiàn)對(duì)接收數(shù)據(jù)的處理，解析接收到的數(shù)據(jù)包，獲得各參數(shù)值并顯示，程序框圖如圖8所示。

為了提高數(shù)據(jù)吞吐率，在這里采用隊(duì)列方式，通過(guò)隊(duì)列操作控件建立數(shù)據(jù)隊(duì)列，如圖9所示。

3.3 數(shù)據(jù)庫(kù)模塊編程

數(shù)據(jù)庫(kù)模塊主要實(shí)現(xiàn)溫室內(nèi)環(huán)境參數(shù)的實(shí)時(shí)記錄，通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)記錄數(shù)據(jù)可以提高數(shù)據(jù)利用率，可通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器遠(yuǎn)程訪問(wèn)獲取大棚內(nèi)數(shù)據(jù)，通過(guò)MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)。這里需要在主機(jī)安裝數(shù)據(jù)庫(kù)接口驅(qū)動(dòng)程序mysql-connector-odbc.msi，Navicat8.exe和MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)，它們可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)下載安裝，安裝完Connector to ODBC之后，在控制面板—管理工具——數(shù)據(jù)源（ODBC）的驅(qū)動(dòng)程序中就可以看到MySQL的驅(qū)動(dòng)程序了，即MySQL ODBC 5.2 ANSI Driver。該驅(qū)動(dòng)要被使用在LabVIEW進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問(wèn)。同時(shí)LabVIEW軟件需要安裝LabSQL工具包，LabSQL文件夾放至LabVIEW安裝目錄下的user.lib文件夾下即可。

數(shù)據(jù)庫(kù)模塊程序框圖如圖10所示，從隊(duì)列輸出的數(shù)據(jù)經(jīng)簇打包送入數(shù)據(jù)庫(kù)子VI，子VI程序框圖如圖11所示。

這里需要采用SQL語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)操作，本例中需要將各參數(shù)寫(xiě)入數(shù)據(jù)庫(kù)，則相應(yīng)的SQL語(yǔ)句為INSERT INTO jilu（Date，Time，DPBH，Temp1，Temp2，Temp3，Temp4，Temp，Kqsd1，Kqsd2，Kqsd3，Kqsd4，Kqsd，Trsd1，Trsd2，Trsd3，Trsd4，Trsd，CO21，CO22，CO2，Gzd，F(xiàn)D，BJ）。

3.4 視頻采集模塊編程

采用網(wǎng)絡(luò)攝像頭來(lái)實(shí)時(shí)采集大棚內(nèi)外的圖像，LabVIEW中采用方法節(jié)點(diǎn)來(lái)獲取網(wǎng)絡(luò)視頻地址，以及網(wǎng)絡(luò)攝像頭各控制參量，視頻采集模塊如圖12所示。

IP地址的方法名為IpServerIp，端口地址方法名為IPort，用戶(hù)名方法為IpUserName，IP地址、端口地址和用戶(hù)名可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)攝像頭客戶(hù)端軟件查詢(xún)。

3.5 電機(jī)控制模塊編程

卷簾電機(jī)控制主要是向下位機(jī)發(fā)送電機(jī)控制命令，下位機(jī)接收后解析數(shù)據(jù)，獲取命令，其程序框圖如圖13所示。

控制命令經(jīng)打包后發(fā)送至網(wǎng)絡(luò)發(fā)送模塊，經(jīng)指定地址下位機(jī)接收實(shí)現(xiàn)控制，也可廣播發(fā)送進(jìn)行集中控制。

4 系統(tǒng)測(cè)試及結(jié)果

系統(tǒng)軟件編寫(xiě)完畢后即可投入測(cè)試，測(cè)試時(shí)可先分模塊測(cè)試，最后集中測(cè)試。測(cè)試結(jié)果如圖14所示。

5 結(jié) 語(yǔ)

經(jīng)測(cè)試驗(yàn)證，我們?cè)O(shè)計(jì)的溫室環(huán)境集成測(cè)控系統(tǒng)運(yùn)行正常，且由于采用了網(wǎng)絡(luò)通信方式，極大地提高了數(shù)據(jù)通信速率，也大大簡(jiǎn)化了農(nóng)業(yè)園區(qū)內(nèi)復(fù)雜的布線(xiàn)，采用無(wú)線(xiàn)路由模式還可減少有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，大大降低成本。

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