基于LabVIEW和GSM的温室大棚环境远程监控系统设计

2015-04-17侯波徐小华胡晓飞

江苏农业科学 2015年1期

侯波　徐小华　胡晓飞

摘要：为了克服目前温室大棚环境监控的人为主观因素缺点，提出了1种基于LabVIEW和GSM的温室大棚环境远程监控系统。该系统通过传感器采集影响农作物生产的温度、湿度、光照度、二氧化碳浓度数据，结合温室环境特点，运用层次分析法，给出了比较理想的监控目标；通过LabVIEW软件编写数据处理程序，利用GSM网络短信息业务将数据传输给管理中心。经测试，该系统具有稳定、价格低等优点。

关键词：温室大棚；LabVIEW；GSM；远程监控

中图分类号： TP277.2文献标志码： A文章编号：1002-1302（2015）01-0393-03

收稿日期：2014-06-23

基金项目：云南省教育厅科研基金（编号：2011C038）。

作者简介：侯波（1971—），男，云南昭通人，硕士，讲师，主要从事嵌入式技术和人工智能系统研究。E-mail：303148082@qq.com。近年来，农业温室大棚种植丰富了人们的餐桌，对提高人们生活水平起到了重要作用，并迅速得到推广应用。温度、湿度、光照度、二氧化碳浓度等因子影响温室大棚农作物的生产和产量。在传统农业生产过程中，这些影响因子主要靠人力和经验等来检验，难以达到科学合理的种植要求，而且分散的大棚温室环境也给管理带来了极大的不便，严重制约了温室大棚的发展。本研究针对目前农业大棚发展的趋势，提出了1种基于LabVIEW和GSM网络的温室大棚环境远程监控系统，以期为提高作物产量、节约生产成本提供技术支撑。

1系统组成

该系统由硬件部分和软件部分组成，系统结构见图1。

2系统硬件组成

2.1数据采集卡

根据温室大棚的环境条件，选择美国国家仪器公司生产的PCI-6023E型数据采集卡及其配套的CB-68LP型接线端子板。其主要参数：16位单端接地，8路差分模拟输入通道，最高采样频率200 kHz，8路数字量I/O。采用单端测量方式，4个被测对象的正端分别接入AI0、AI1、AI2 、AI3，负端分别接入与其配套的AI GND端子。6个继电器控制模块分别控制风机设备、供暖设备、喷淋设备、通风窗、LED灯、灌溉设备，分别接入数据采集卡数字输入输出通道P0.0～0.5。

2.2传感器

在温度传感器方面，选用Pt100热电阻检测温度变化，采用三线制接入，通过变送器和电阻转换为1～5 V电压输入到数据采集卡模拟量0通道（AI0和AI GND端子）。图2是Pt100温度传感器接线电路。

湿度传感器模块型号为JYTM-02，其测定结果是相对

湿度。主要技术参数：（5±0.25）V直流电的供电电压，10%～90% 相对湿度范围，0～4 V输出电流。

二氧化碳传感器型号为BS-CO201，主要技术参数：量程0～5 000 μL/L，工作环境湿度0～100%RH，模拟信号线性输出 0～10 V。

光照传感器模块型号为HA2003，量程200～20 000 lx。

2.3GSM模块

GSM模块型号为TC35i[1-4]，主要参数是：工作双频段EGSM900和GSM1800，输入电源电压直流3.3～4.8 V，通过接口连接器和天线连接器分别连接SIM卡读卡器和天线。

3系统软件设计

LabVIEW软件简便易用，以图形编程为方式，包括前面板和程序面板[5-6]。

该系统软件采用模块化设计思想，以LabVIEW、LabSQL、Access软件为核心，主要完成各传感器数据采集和数据库操作，实现对控制继电器动作和GSM网络信息的传输。

3.1数据采集程序

该系统在LabVIEW软件中采用DAQmx函数编程来实现数据采集。该系统要采集4个对象的模拟数据，所以数据采集卡采用单端的4通道模拟测量方式，通过前面的调节按钮来调节采样频率（默认为1 kHz）和设置间隔数据保存时间。采集的数据是1个二维数组的电压值，所以在程序面板中完成对4通道数据的分离，以得到各个物理量的电压值，根据4个电压值进行相应的标度转换，并输入到显示控件里面和4个参数的全局变量，以便其他子程序调用。图3是部分数据采集程序框。

3.2数据库系统

LabSQL是一个免费、多数据库、跨平台的LabVIEW数据库访问工具包[7-9]。该系统采用LabSQL实现对Access数据库的操作。在系统配置好LabSQL后，可实现数据添加、查询、删除功能。

以下以数据库删除模块为例，介绍其实现步骤：（1）使用“ADO Connection Create. Vi”工具创建1个“Connetction”对象，然后使用“ADO Connection Open.vi”工具打开名为“dsn_exam”数据记录的数据源；（2）“使用ADO Recordset Create. Vi”工具创建数据记录对象，使用“ADO Recordset open.vi”工具打开1个记录对象，使用SQL查询命令“SELECT*FROM exam where”结合检索内容获得数据库中满足条件的全部记录；（3）利用“ADO Recordset MoveFirst.vi”工具删除检索结果；（4）使用“ADO Recordset Close.vi”工具和“ADO Connection Close.vi”工具断开与数据库的连接。图4是数据库删除程序框。

3.3系统控制模块

温室环境中的4个因子是相互联系的。该系统采用层次分析方法，得到影响农作物生产和产量的温度因子占很大比例，其他3个因子的影响相对比较小。因此该系统采用的较优控制方案是：当环境温度、湿度都明显高于农作物所需环境温度、湿度时，系统同时打开风机、通风设备；当环境温度高、湿度低时，系统打开喷淋设备用于降温，同时也可以增加环境湿度；当环境温度高、光照低时，系统打开LED灯和通风窗即可；当环境温度、湿度低而光照强时，系统打开供暖设备和通风窗，等。共20条控制温室的规则。endprint

3.4PC机与GSM短信模块

TC35i型GSM模块通过3种模式控制短信息，分别为Block Mode、基于AT指令的PDU Mode、基于AT指令的Text Mode[10-12]。本研究中传送数据是数字，所以选择基于AT指令的Text Mode模式。本研究中所需的AT指令表主要有 AT+CMGR 用于读取短信息和AT+CMGS用于发送短信息。通过LabVIEW软件编程实现4个环境因子数据的远程传输，

主要步骤是：将测试对象4个因子的全局变量编辑成短信息，通过串行口传送给TC35i型GSM模块，发送给监控中心的计算机或相关管理人员，管理人员也可通过短信业务发送给监控中心。图5是PC机与GSM短信发送或接收模块程序框。

4结语

本研究提出了1种基于LabVIEW和GSM的温室大棚环境远程监控系统的设计方案，经过测试，该系统可以实现温室的远程、集中、智能化管理。该系统费用低、人工界面友好，具有一定的推广性。

参考文献：

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