虚拟仪器大棚温室环境远程监测系统设计

徐小华等

摘要：CO2浓度、温度、湿度等因素制约着农作物生长和产量。采用虚拟仪器和Actives技术设计了远程温室监测系统，试验结果表明该系统能较好监测植物的生长环境，对提高农作物产量具有重要意义。

关键词：虚拟仪器；温室；远程监测；传感器；CO2浓度；温度；湿度

中图分类号： TP277.2文献标志码： A文章编号：1002-1302（2014）10-0389-03

收稿日期：2014-03-31

基金项目：云南省教育厅科学研究基金 （编号：2011C042）。

作者简介：徐小华（1980—），男，四川南充人，硕士，讲师，主要从事模式识别和计算机智能系统研究。 E-mail：969287340@qq.com。农作物生长在很大程度上受遗传性、地域性、季节性等多种因素影响。大部分时间的自然环境都不能满足农作物的正常生长，往往影响农作物产量增加，势必会造成一定的物力、人力、财力浪费。使用科学的大棚栽培技术来达到对作物生长有利的环境因素，有利于提高作物产量和缓解农作物季节矛盾。本研究将计算机技术、传感器技术等多种技术融为一体，研制开发成本低廉、操作简单的温室远程监测系统，旨在为推进我国农业智能化进程提供借鉴。

1虚拟仪器技术

在测试技术领域，美国国家仪器公司首先提出“软件即仪器”的口号，即虚拟仪器，推出了LabVIEW（laboratory virtual instrument engineering workbench），其直观的流程图编程风格和运行程序平台，开启了虚拟仪器的先河[1]。虚拟仪器代表了当时仪器发展的新方向，是仪器领域的一个突破，如今虚拟仪器技术发展到远程虚拟仪器阶段。将虚拟仪器应用范围拓展到整个Internet/Intranet网上，使信号采集、传输、处理一体化，而且不受地域、环境限制[2-4]。本研究采用LabVIEW、Access、LabSQL软件和数据采集卡、PC机、传感器等硬件相结合来实现温室环境远程监测。

2大棚温室环境远程监测的实现

大棚温室环境远程监测系统总体设计见图1。

2.1传感器选择

根据温室环境，须使用3种类型的传感器。

一般来说农作物生长所需温度为16～28 ℃，故选用三线制Pt100热电阻作为温度传感器，经过温度变送器处理后，转换成4～20 mA直流电流输出。图2是温度传感器和变送器接线方式。

温室相对湿度要求因季节、农作物种类不同有所不同，一般为50%～85%，故选用JYTM-02型湿度传感器作为系统的湿度传感器，测定结果是相对湿度。其主要电气特性电器参数如下：5 V DC 5%的供电电压，10%～95% RH 湿度范围，2 mA工作电流。

植物生长要进行光合作用，温室里必须有合适的CO2浓度。本系统选用美国FIGARO公司生产TGS4160型CO2传感器来测量CO2浓度，系统采用控制钢瓶装的液态CO2气源，用继电器的启闭和控制开启来实现CO2的释放。

2.2系统主要模块

根据系统需求，共设计了5个主要模块，各模块实现方法如下。

2.2.1数据采集模块结合待测参数特征，以及数据采集板的可靠性、精度、性价比等因素，选择美国NI公司生产的数据采集卡USB-6008。它是一种小型、轻便的数据采集设备，其采集单端输入方式、2.5 kHz的采样频率。

2.2.2实时数据显示模块测试数据和时间有重要关系。图3是实时数据显示模块。其实现步骤是：设置曲线开始时间；设置x轴的最小值为0，最大值为10，即显示10 s内的数据；输入空数组到趋势图的History属性将趋势图清空，并通过XScale.Format[5]属性设置x轴显示格式为相对时间，并分别输入到相应的实时曲线属性中。在While循环中通过 XScale.Multiplier 属性设置x轴间隔时间。

2.2.3报警模块报警模块用来显示温度、湿度、CO2浓度是否超过设定报警值的上限或下限。当超限时，前面板相应的灯亮且相应控件闪烁，并通过声音传输给用户。图4是报警模块。

2.2.4数据库管理模块根据LabSQL和Access数据库的特点和开发速度，本研究选取免费的LabSQL软件和Access软件的无缝连接，实现了对数据库管理模块的程序设计。数据库存储模块主要是完成对各测试数据的实时储存。图5是程序存储模块。

系统采用LabSQL软件与Access软件结合的方式完成数据储存模块的设计，其实现步骤为：首先使用“ADO Connection Create. vi”创建1个连接数据库对象，然后使用“ADO Connection Open.vi”打开数据源，与数据库文件建立连接；使用“ADO SQL Execute.vi”执行“Insert into测试（时间，湿度，温度，CO2）values” 语句，写入到数据库中；最后用“ADO Connection Close.vi”把LabVIEW和ODBC数据源断开。其数据查询和删除的实现方式同添加模块的方式相同。

2.2.5远程传输模块网络模式有C/S模型、B/S模型2种。本研究根据系统需求在B/S网络模型下采用DataSocket Actives技术[6-8]，结合开发ActiveX软件和IIS 5.0服务器，实现数据远程传输。通信过程见图6。

服务器网页设计主要步骤如下。

（1）新建工程。选择VB编程软件菜单“Project/Components”，在“Components”对话框中选择“National Instruments CW DS 4.0”和“National Instruments CW UI 6.0”，点击“OK”，这些控件就出现在工具箱上。

（2）设计用户界面。

（3）编写代码。以下是控件的部分源代码。

Private Sub Command1_Click（）

CWDS1.ConnectTo “dstp：//xxh/ceshi”，cwdsReadAutoUpdate

End Sub

Private Sub CWDS1_OnDataUpdated（ByVal Data As CWDSLib.CWData）

‘Dim a（0 To 4）

CWSlide1.Value = Data.Value（0）-106

Text1.Text = Format（Data.Value（0））-106

CWSlide2.Value = Data.Value（1）-106

Text2.Text = Format（Data.Value（1））-106

CWSlide3.Value = Data.Value（2）-106

Text3.Text = Format（Data.Value（2））-106

CWSlide4.Value = Data.Value（3）-106

Private Sub CWDS1_OnStatusUpdated（ByVal status As Long，ByVal Error As Long，ByVal Message As String）

Label6.Caption = Message

End Sub

Private Sub disconnectclick（）

CWDSl.Disconnect

CWButtonl.Value = False

End Sub

Private Sub UserControl_Initialize（）

End Sub

End Sub

（4）编译成ActiveX控件。保存程序，编译ActiveX控件并命名。

（5）利用VBA建立网页。

制作好网页后，在服务器端配置好IIS，在运行客户端时输入服务器端地址，自动下载ActiveX控件。其客户端运行效果见图7。

3结语

当系统调试后进行大棚温室环境监测时，采集和传输的数据都能满足要求，表明该系统具有一定的实用价值，能带来一定效益。

参考文献：

[1]殷章桃，坎杂，江英兰，等. 基于虚拟仪器的加工番茄自动分选试验台输送系统[J]. 江苏农业科学，2013，41（3）：374-377.

[2]易驰，文小玲，李凤旭. 基于LabVIEW的温度压力采集系统的设计[J]. 微型机与应用，2013，32（17）：5-8.

[3]顾亚雄，朱翠英，许方华. 基于LabVIEW的单片机多路数据采集系统的设计[J]. 自动化技术与应用，2009，28（10）：46-48，60.

[4]徐子荔，陈明，钟周威. 基于DataSocket技术的大气数据网络化测控系统研究[J]. 计测技术，2006，26（1）：65-67.

[5]张新荣，张宇林，周红标，等. 基于电子鼻和LabVIEW的鱼类新鲜度检测系统开发[J]. 江苏农业科学，2012，40（2）：315-318.

[6]莫慧芳，饶明辉. 基于DataSocket技术的电机声频远程故障诊断系统[J]. 自动化与仪器仪表，2013（3）：175-176.

[7]Ren W，Ma Q，Lv J. Design on monitored control system of vessel dynamic cyclone oily water separator[J]. Advanced Materials Research，2013，614：608-612.

[8]张晟，董荣胜，冷文浩，等. 分布式数据采集系统的通信模型优化[J]. 计算机工程，2013，39（4）：276-279.

（2）设计用户界面。

（3）编写代码。以下是控件的部分源代码。

Private Sub Command1_Click（）

CWDS1.ConnectTo “dstp：//xxh/ceshi”，cwdsReadAutoUpdate

End Sub

Private Sub CWDS1_OnDataUpdated（ByVal Data As CWDSLib.CWData）

‘Dim a（0 To 4）

CWSlide1.Value = Data.Value（0）-106

Text1.Text = Format（Data.Value（0））-106

CWSlide2.Value = Data.Value（1）-106

Text2.Text = Format（Data.Value（1））-106

CWSlide3.Value = Data.Value（2）-106

Text3.Text = Format（Data.Value（2））-106

CWSlide4.Value = Data.Value（3）-106

Private Sub CWDS1_OnStatusUpdated（ByVal status As Long，ByVal Error As Long，ByVal Message As String）

Label6.Caption = Message

End Sub

Private Sub disconnectclick（）

CWDSl.Disconnect

CWButtonl.Value = False

End Sub

Private Sub UserControl_Initialize（）

End Sub

End Sub

（4）编译成ActiveX控件。保存程序，编译ActiveX控件并命名。

（5）利用VBA建立网页。

制作好网页后，在服务器端配置好IIS，在运行客户端时输入服务器端地址，自动下载ActiveX控件。其客户端运行效果见图7。

3结语

当系统调试后进行大棚温室环境监测时，采集和传输的数据都能满足要求，表明该系统具有一定的实用价值，能带来一定效益。

参考文献：

[1]殷章桃，坎杂，江英兰，等. 基于虚拟仪器的加工番茄自动分选试验台输送系统[J]. 江苏农业科学，2013，41（3）：374-377.

[2]易驰，文小玲，李凤旭. 基于LabVIEW的温度压力采集系统的设计[J]. 微型机与应用，2013，32（17）：5-8.

[3]顾亚雄，朱翠英，许方华. 基于LabVIEW的单片机多路数据采集系统的设计[J]. 自动化技术与应用，2009，28（10）：46-48，60.

[4]徐子荔，陈明，钟周威. 基于DataSocket技术的大气数据网络化测控系统研究[J]. 计测技术，2006，26（1）：65-67.

[5]张新荣，张宇林，周红标，等. 基于电子鼻和LabVIEW的鱼类新鲜度检测系统开发[J]. 江苏农业科学，2012，40（2）：315-318.

[6]莫慧芳，饶明辉. 基于DataSocket技术的电机声频远程故障诊断系统[J]. 自动化与仪器仪表，2013（3）：175-176.

[7]Ren W，Ma Q，Lv J. Design on monitored control system of vessel dynamic cyclone oily water separator[J]. Advanced Materials Research，2013，614：608-612.

[8]张晟，董荣胜，冷文浩，等. 分布式数据采集系统的通信模型优化[J]. 计算机工程，2013，39（4）：276-279.

（2）设计用户界面。

（3）编写代码。以下是控件的部分源代码。

Private Sub Command1_Click（）

CWDS1.ConnectTo “dstp：//xxh/ceshi”，cwdsReadAutoUpdate

End Sub

Private Sub CWDS1_OnDataUpdated（ByVal Data As CWDSLib.CWData）

‘Dim a（0 To 4）

CWSlide1.Value = Data.Value（0）-106

Text1.Text = Format（Data.Value（0））-106

CWSlide2.Value = Data.Value（1）-106

Text2.Text = Format（Data.Value（1））-106

CWSlide3.Value = Data.Value（2）-106

Text3.Text = Format（Data.Value（2））-106

CWSlide4.Value = Data.Value（3）-106

Private Sub CWDS1_OnStatusUpdated（ByVal status As Long，ByVal Error As Long，ByVal Message As String）

Label6.Caption = Message

End Sub

Private Sub disconnectclick（）

CWDSl.Disconnect

CWButtonl.Value = False

End Sub

Private Sub UserControl_Initialize（）

End Sub

End Sub

（4）编译成ActiveX控件。保存程序，编译ActiveX控件并命名。

（5）利用VBA建立网页。

制作好网页后，在服务器端配置好IIS，在运行客户端时输入服务器端地址，自动下载ActiveX控件。其客户端运行效果见图7。

3结语

当系统调试后进行大棚温室环境监测时，采集和传输的数据都能满足要求，表明该系统具有一定的实用价值，能带来一定效益。

参考文献：

[1]殷章桃，坎杂，江英兰，等. 基于虚拟仪器的加工番茄自动分选试验台输送系统[J]. 江苏农业科学，2013，41（3）：374-377.

[2]易驰，文小玲，李凤旭. 基于LabVIEW的温度压力采集系统的设计[J]. 微型机与应用，2013，32（17）：5-8.

[3]顾亚雄，朱翠英，许方华. 基于LabVIEW的单片机多路数据采集系统的设计[J]. 自动化技术与应用，2009，28（10）：46-48，60.

[4]徐子荔，陈明，钟周威. 基于DataSocket技术的大气数据网络化测控系统研究[J]. 计测技术，2006，26（1）：65-67.

[5]张新荣，张宇林，周红标，等. 基于电子鼻和LabVIEW的鱼类新鲜度检测系统开发[J]. 江苏农业科学，2012，40（2）：315-318.

[6]莫慧芳，饶明辉. 基于DataSocket技术的电机声频远程故障诊断系统[J]. 自动化与仪器仪表，2013（3）：175-176.

[7]Ren W，Ma Q，Lv J. Design on monitored control system of vessel dynamic cyclone oily water separator[J]. Advanced Materials Research，2013，614：608-612.

[8]张晟，董荣胜，冷文浩，等. 分布式数据采集系统的通信模型优化[J]. 计算机工程，2013，39（4）：276-279.