【正文】 糧倉溫濕度遠程監(jiān)控設(shè)計方案 研究背景及意義隨著以計算機和網(wǎng)絡(luò)為代表的信息技術(shù)的快速發(fā)展，以計算機軟件為平臺的測量系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)中，“軟件就是儀器”的思想得到廣泛的認同和實踐。美國國家儀器公司(National Instruments,NI)提供的虛擬儀器程序設(shè)計語言LabVIEW，已經(jīng)成為開發(fā)測量控制系統(tǒng)的重要工具，在各個領(lǐng)域得到了普遍的應(yīng)用【1】?！?虛擬儀器的主要特點有：盡可能采用通用的硬件，各種儀器的差異主要是軟件；可充分發(fā)揮計算機的能力，有強大的數(shù)據(jù)處理功能，可以創(chuàng)造出功能強大的儀器；用戶可以根據(jù)自己的需要定義和制造各種儀器，并且購置費用低、可重復(fù)利用；技術(shù)更新非常快、開發(fā)與維護費用較低、系統(tǒng)開放、方便與外設(shè)、網(wǎng)絡(luò)連接。民以食為天，隨著全世界人口的不斷增加，需要的糧食將會越來越多，糧食存儲就將成為亟待解決的問題。怎樣將糧食完好的存儲成為了現(xiàn)在所需解決的問題。眾所周知，溫度和濕度是糧食存儲是否良好的兩大因素。溫度與濕度數(shù)據(jù)測量也步入自動化。傳統(tǒng)的溫濕度測量系統(tǒng)繁瑣且耗費人力，所需要的人力資源較多，使用時受時間、地點、空間等諸多因素的影響較大。而且這類測量系統(tǒng)和傳統(tǒng)儀器一樣，功能、作用都由生產(chǎn)商在生產(chǎn)時定義好，一旦成型，用戶就無法在使用過程中根據(jù)自身的需要對儀器的功能和作用進行重新定義。而如果借助虛擬儀器技術(shù)的易開發(fā)、靈活性強和使用方便等優(yōu)點，將其和傳統(tǒng)測量系統(tǒng)結(jié)合起來，來完成溫濕度的數(shù)據(jù)采集和處理功能，還可以根據(jù)用戶自身的需要來對系統(tǒng)的功能和作用進行自我定義和修改，節(jié)省了大量的人力、物力，使得對于氣象要素的數(shù)據(jù)采集和處理變得更加簡單、方便。糧食在存儲期間，由于環(huán)境、氣候和通風(fēng)條件等因素的變化，糧倉內(nèi)的溫度或濕度會發(fā)生異常，這極易造成糧食的腐爛或發(fā)生蟲害。同時糧倉中糧食儲存質(zhì)量還受到糧倉中氣體、微生物以及其他蟲害等因素的影響。為保證糧食倉庫具有一個正常的溫濕環(huán)境，有必要對倉內(nèi)溫度，包括糧食里面的溫濕度進行監(jiān)測，所以設(shè)計出一個簡單方便的溫濕度檢測系統(tǒng)具有十分重要的意義。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀20世紀70年代，因為個人電腦技術(shù)的出現(xiàn)，人們開始考慮用電報來處理傳統(tǒng)儀器測試的數(shù)據(jù)，同時GPIB技術(shù)也發(fā)展起來，；20世紀80年代，隨著計算機技術(shù)進一步發(fā)展，計算機主板上有多個擴展槽，并出現(xiàn)了插在計算機里的數(shù)據(jù)采集卡，這樣的系統(tǒng)已經(jīng)可以進行一些簡單的數(shù)據(jù)采集工作，將采集到的數(shù)據(jù)直接由計算機軟件進行處理，這就是虛擬儀器技術(shù)的雛形；20世紀90年代，計算機總線速度進一步提高，PCI總顯得數(shù)據(jù)傳輸速率達到了132Mbps，1996年底，NI在PCI數(shù)據(jù)總線的基礎(chǔ)上提出了第一代PXI(PCI eXtensions for Instrumentation )系統(tǒng)的技術(shù)規(guī)范。到21世紀初，全球已有超過25000用戶在使用虛擬儀器技術(shù)，其中不乏國際知名的大公司，像Nokia、Simens、Tektronix等。在世界財富500強中的制造業(yè)廠商，95%都采用了虛擬儀器技術(shù)。虛擬儀器在國內(nèi)外發(fā)展都很快，以美國NI公司為代表的很多企業(yè)都已已經(jīng)推出了基于虛擬儀器設(shè)計的儀器產(chǎn)品。同時在國內(nèi)外虛擬儀器都是相關(guān)理工科大學(xué)生的必須要學(xué)習(xí)的一門課。近幾年來，世界各大虛擬儀器公司開發(fā)了很多虛擬儀器開發(fā)平臺軟件，供使用者組建適合自己的虛擬儀器以及測試系統(tǒng)。其中尤其以美國NI公司的LabVIEW和Labwindows/CVI開發(fā)最早且最具影響力。LabVIEW采用的是圖形化編程方案，是非常實用的開發(fā)軟件；Labwindows/CVI是采用C語言進行編程的、在Windows環(huán)境下的標準ANSIC開發(fā)軟件。除了上述幾種軟件，還有美國HP公司開發(fā)的HVEE和HPTIG軟件，美國Tektronix公司開發(fā)的EzTest和TekTNS軟件，以及美國 HEM Data公司開發(fā)的SanpMaster軟件，都是國際上公認的非常優(yōu)秀虛擬儀器開發(fā)軟件。當(dāng)今虛擬儀器的系統(tǒng)開發(fā)采用的總線包括GPIB通用接口總線、傳統(tǒng)的RS232串行總線、RS485串行總線、VXI總線，以及USB總線等。世界各國的公司，特別是美國的NI公司，為了使虛擬儀器能適應(yīng)各種總線的配置，開發(fā)了大量的軟件和適應(yīng)要求的硬件，從而可以使使用者靈活地組建各種各樣的不同復(fù)雜程度的虛擬儀器自動測控系統(tǒng)。虛擬儀器的開發(fā)公司，在測量結(jié)果的數(shù)據(jù)處理、表達模式及其變換方面不斷地改革和創(chuàng)新，發(fā)布了各種軟件，建立了開發(fā)工具庫和數(shù)據(jù)處理的高級分析庫，進一步擴大了虛擬儀器的功能。隨著微型計算機技術(shù)的發(fā)展，虛擬儀器將逐步取代傳統(tǒng)儀器而成為測試儀器的主流。據(jù)專家預(yù)測，到2015年我國有70%的儀器為虛擬儀器。虛擬儀器將在航天、通信、醫(yī)療、電力、石油、鐵路等行業(yè)普及及應(yīng)用。 主要研究內(nèi)容本文重點介紹了利用LabVIEW開發(fā)環(huán)境設(shè)計上位機的檢測界面，溫濕度傳感器通過RS232串行總線與電腦相連接介入上位機，從而實現(xiàn)對糧倉內(nèi)溫濕度的檢測。 本章小結(jié)論述了智能溫濕度檢測系統(tǒng)的課題目的及意義，智能溫度檢測系統(tǒng)的國內(nèi)外發(fā)展概況及本論文的主要內(nèi)容。溫濕度檢測系統(tǒng)的設(shè)計思路及方案，對系統(tǒng)軟件開發(fā)平臺進行選擇。糧倉溫濕度檢測系統(tǒng)軟件整體設(shè)計方案，及上位機和下位機的設(shè)計過程。對所做工作進行了總結(jié)，對未來的研究作了展望。第二章 虛擬儀器概述 虛擬儀器定義及特點虛擬儀器是一種以計算機和測試模塊的硬件為基礎(chǔ)、以計算機軟件為核心所構(gòu)成的，并且在計算機顯示屏幕上虛擬的儀器面板，以及由計算機所完成的儀器功能，都可由用戶軟件來定義的計算機儀器。虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器相比，有以下特點： 虛擬儀器在儀器功能方面是一種創(chuàng)新的計算機儀器，而非一種傳統(tǒng)意義上的具體儀器。它是一種功能意義上而非物理意義上的一起，儀器功能可由用戶軟件定義，柔性結(jié)構(gòu)，靈活組態(tài)，給了用戶一個充分發(fā)揮自己能力和想象力的空間。一臺計算機被設(shè)計成多臺不同功能的測量一起，能集多種功能于一體構(gòu)成多功能和多用途的綜合一起，極大地豐富和增強了傳統(tǒng)儀器的功能。有著極其豐富的軟件資源、極高的運算速度和龐大的存儲空間。 虛擬儀器在用戶界面方面中友好的人機交互界面使儀器的使用操作十分簡單，圖形化的用戶界面形象、美觀，可以方便地由用戶自己定義，使之更具個性化。軟面板上虛擬的顯示器件和操作元件的種類與形式不受“標準件”和“加工工藝”的限制，通過編程可隨時從庫中取用。 在系統(tǒng)集成方面虛擬儀器的硬件和軟件都制定了開放的工業(yè)標準和基于計算機的開放式標準體系結(jié)構(gòu)，用戶可以講儀器的設(shè)計、使用和管理統(tǒng)一到一個標準上來。基于標準化的計算機總線和儀器總線，儀器硬件實現(xiàn)了模塊化、系列化，大大方便了系統(tǒng)集成?；谟嬎銠C網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和虛擬儀器網(wǎng)絡(luò)話技術(shù)，廣泛支持各種網(wǎng)絡(luò)標準。 虛擬儀器發(fā)展概況虛擬儀器技術(shù)的三大組成部分，首先是高效的軟件，軟件是虛擬儀器技術(shù)中最重要的部份。使用正確的軟件工具并通過設(shè)計或調(diào)用特定的程序模塊，工程師和科學(xué)家們可以高效地創(chuàng)建自己的應(yīng)用以及友好的人機交互界面。NI公司提供的行業(yè)標準圖形化編程軟件——LabVIEW，不僅能輕松方便地完成與各種軟硬件的連接，更能提供強大的后續(xù)數(shù)據(jù)處理能力，設(shè)置數(shù)據(jù)處理、轉(zhuǎn)換、存儲的方式，并將結(jié)果顯示給用戶。此外，NI提供了更多交互式電子產(chǎn)品世界的測量工具和更高層的系統(tǒng)管理軟件工具，例如連接設(shè)計與測試的交互式軟件SignalExpress、用于傳統(tǒng)C語言的LabWindows/CVI、針對微軟VisualStudio的MeasurementStudio等等，均可滿足客戶對高性能應(yīng)用的需求。有了功能強大的軟件，您就可以在儀器中創(chuàng)建智能性和決策功能，電子產(chǎn)品世界從而發(fā)揮虛擬儀器技術(shù)在測試應(yīng)用中的強大優(yōu)勢。其次是模塊化的I/O硬件，面對如今日益復(fù)雜的測試測量應(yīng)用，NI提供了全方位的軟硬件的解決方案。無論您是使用PCI,PXI,PCMCIA,USB或者是1394總線，NI都能提供相應(yīng)的模塊化的硬件產(chǎn)品，產(chǎn)品種類從數(shù)據(jù)采集、信號條理、聲音和振動測量、視覺、運動、儀器控制、分布式I/O到CAN接口等工業(yè)通訊，應(yīng)有盡有。NI高性能的硬件產(chǎn)品結(jié)合靈活的開發(fā)軟件，可以為負責(zé)測試和設(shè)計工作的工程師們創(chuàng)建完全自定義的測量系統(tǒng)，滿足各種獨特的應(yīng)用要求。目前，NI已經(jīng)達到了每2個工作日推出一款硬件產(chǎn)品的速度，大大拓寬了用戶的選擇面：例如NI新近推出的新一代數(shù)據(jù)采集設(shè)備——先期推出的20款M系列DAQ卡，就為數(shù)據(jù)采集領(lǐng)域設(shè)定了全新的標準。最后是用于集成的軟硬件平臺。NI首先提出的專為測試任務(wù)設(shè)計的PXI硬件平臺，已經(jīng)成為當(dāng)今測試、測量和自動化應(yīng)用的標準平臺，它的開放式構(gòu)架、靈活性和PC技術(shù)的成本優(yōu)勢為測量和自動化行業(yè)帶來了一場翻天覆地的改革。由NI發(fā)起的PXI系統(tǒng)聯(lián)盟現(xiàn)已吸引了68家廠商，聯(lián)盟屬下的產(chǎn)品數(shù)量也已激增至近千種。PXI作為一種專為工業(yè)數(shù)據(jù)采集與自動化應(yīng)用度身定制的模塊化儀器平臺，內(nèi)建有高端的定時和觸發(fā)總線，再配以各類模塊化的I/O硬件和相應(yīng)的測試測量開發(fā)軟件，您就可以建立完全自定義的測試測量解決方案。無論是面對簡單的數(shù)據(jù)采集應(yīng)用，還是高端的混合信號同步采集，借助PXI高性能的硬件平臺，您都能應(yīng)付自如。這就是虛擬儀器技術(shù)帶給您的無可比擬的優(yōu)勢。 虛擬儀器的軟件開發(fā)環(huán)境 LabVIEW是一種程序開發(fā)環(huán)境，由美國國家儀器（NI）公司研制開發(fā)，類似于C和BASIC開發(fā)環(huán)境，但是LabVIEW與其他計算機語言的顯著區(qū)別是：其他計算機語言都是采用基于文本的語言產(chǎn)生代碼，而LabVIEW使用的是圖形化編輯語言G編寫程序，產(chǎn)生的程序是框圖的形式。 LabVIEW軟件是NI設(shè)計平臺的核心，也是開發(fā)測量或控制系統(tǒng)的理想選擇。 LabVIEW開發(fā)環(huán)境集成了工程師和科學(xué)家快速構(gòu)建各種應(yīng)用所需的所有工具，旨在幫助工程師和科學(xué)家解決問題、 C 和BASIC 一樣，LabVIEW也是通用的編程系統(tǒng)，有一個完成任何編程任務(wù)的龐大函數(shù)庫。LabVIEW的函數(shù)庫包括數(shù)據(jù)采集、GPIB、串口控制、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)LabVIEW標志LabVIEW標志顯示及數(shù)據(jù)存儲，等等。LabVIEW也有傳統(tǒng)的程序調(diào)試工具，如設(shè)置斷點、以動畫方式顯示數(shù)據(jù)及其子程序（子VI）的結(jié)果、單步執(zhí)行等等，便于程序的調(diào)試。LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是一種用圖標代替文本行創(chuàng)建應(yīng)用程序的圖形化編程語言。傳統(tǒng)文本編程語言根據(jù)語句和指令的先后順序決定程序執(zhí)行順序，而 LabVIEW 則采用數(shù)據(jù)流編程方式，程序框圖中節(jié)點之間的數(shù)據(jù)流向決定了VI及函數(shù)的執(zhí)行順序。VI