基于LabVIEW和GSM的溫室大棚環境遠程監控系統設計

侯波　徐小華　胡曉飛

摘要：為了克服目前溫室大棚環境監控的人為主觀因素缺點，提出了1種基于LabVIEW和GSM的溫室大棚環境遠程監控系統。該系統通過傳感器采集影響農作物生產的溫度、濕度、光照度、二氧化碳濃度數據，結合溫室環境特點，運用層次分析法，給出了比較理想的監控目標；通過LabVIEW軟件編寫數據處理程序，利用GSM網絡短信息業務將數據傳輸給管理中心。經測試，該系統具有穩定、價格低等優點。

關鍵詞：溫室大棚；LabVIEW；GSM；遠程監控

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

收稿日期：2014-06-23

基金項目：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和人工智能系統研究。E-mail：303148082@qq.com。近年來，農業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，并迅速得到推廣應用。溫度、濕度、光照度、二氧化碳濃度等因子影響溫室大棚農作物的生產和產量。在傳統農業生產過程中，這些影響因子主要靠人力和經驗等來檢驗，難以達到科學合理的種植要求，而且分散的大棚溫室環境也給管理帶來了極大的不便，嚴重制約了溫室大棚的發展。本研究針對目前農業大棚發展的趨勢，提出了1種基于LabVIEW和GSM網絡的溫室大棚環境遠程監控系統，以期為提高作物產量、節約生產成本提供技術支撐。

1系統組成

該系統由硬件部分和軟件部分組成，系統結構見圖1。

2系統硬件組成

2.1數據采集卡

根據溫室大棚的環境條件，選擇美國國家儀器公司生產的PCI-6023E型數據采集卡及其配套的CB-68LP型接線端子板。其主要參數：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路數字量I/O。采用單端測量方式，4個被測對象的正端分別接入AI0、AI1、AI2 、AI3，負端分別接入與其配套的AI GND端子。6個繼電器控制模塊分別控制風機設備、供暖設備、噴淋設備、通風窗、LED燈、灌溉設備，分別接入數據采集卡數字輸入輸出通道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換為1～5 V電壓輸入到數據采集卡模擬量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，其測定結果是相對

濕度。主要技術參數： （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，主要技術參數：量程0～5 000 μL/L，工作環境濕度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系統軟件設計

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]。

該系統軟件采用模塊化設計思想，以LabVIEW、LabSQL、Access軟件為核心，主要完成各傳感器數據采集和數據庫操作，實現對控制繼電器動作和GSM網絡信息的傳輸。

3.1數據采集程序

該系統在LabVIEW軟件中采用DAQmx函數編程來實現數據采集。該系統要采集4個對象的模擬數據，所以數據采集卡采用單端的4通道模擬測量方式，通過前面的調節按鈕來調節采樣頻率（默認為1 kHz）和設置間隔數據保存時間。采集的數據是1個二維數組的電壓值，所以在程序面板中完成對4通道數據的分離，以得到各個物理量的電壓值，根據4個電壓值進行相應的標度轉換，并輸入到顯示控件里面和4個參數的全局變量，以便其他子程序調用。圖3是部分數據采集程序框。

3.2數據庫系統

LabSQL是一個免費、多數據庫、跨平臺的LabVIEW數據庫訪問工具包[7-9]。該系統采用LabSQL實現對Access數據庫的操作。在系統配置好LabSQL后，可實現數據添加、查詢、刪除功能。

以下以數據庫刪除模塊為例，介紹其實現步驟：（1）使用“ADO Connection Create. Vi”工具創建1個“Connetction”對象，然后使用“ADO Connection Open.vi”工具打開名為“dsn_exam”數據記錄的數據源；（2）“使用ADO Recordset Create. Vi”工具創建數據記錄對象，使用“ADO Recordset open.vi”工具打開1個記錄對象，使用SQL查詢命令“SELECT*FROM exam where”結合檢索內容獲得數據庫中滿足條件的全部記錄；（3）利用“ADO Recordset MoveFirst.vi”工具刪除檢索結果；（4）使用“ADO Recordset Close.vi”工具和“ADO Connection Close.vi”工具斷開與數據庫的連接。圖4是數據庫刪除程序框。

3.3系統控制模塊

溫室環境中的4個因子是相互聯系的。該系統采用層次分析方法，得到影響農作物生產和產量的溫度因子占很大比例，其他3個因子的影響相對比較小。因此該系統采用的較優控制方案是：當環境溫度、濕度都明顯高于農作物所需環境溫度、濕度時，系統同時打開風機、通風設備；當環境溫度高、濕度低時，系統打開噴淋設備用于降溫，同時也可以增加環境濕度；當環境溫度高、光照低時，系統打開LED燈和通風窗即可；當環境溫度、濕度低而光照強時，系統打開供暖設備和通風窗，等。共20條控制溫室的規則。endprint

3.4PC機與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]。本研究中傳送數據是數字，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用于發送短信息。通過LabVIEW軟件編程實現4個環境因子數據的遠程傳輸，

主要步驟是：將測試對象4個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，發送給監控中心的計算機或相關管理人員，管理人員也可通過短信業務發送給監控中心。圖5是PC機與GSM短信發送或接收模塊程序框。

4結語

本研究提出了1種基于LabVIEW和GSM的溫室大棚環境遠程監控系統的設計方案，經過測試，該系統可以實現溫室的遠程、集中、智能化管理。該系統費用低、人工界面友好，具有一定的推廣性。

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