【正文】 摘 要作為農(nóng)業(yè)大國(guó)，我國(guó)的設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)起步較晚。與國(guó)外比較成熟的溫室環(huán)境監(jiān)控技術(shù)相比，國(guó)內(nèi)的溫室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)存在著自動(dòng)化水平相對(duì)較低，系統(tǒng)設(shè)計(jì)不完善，現(xiàn)代管理水平較低的缺點(diǎn)。因此，為了實(shí)現(xiàn)溫室農(nóng)作物優(yōu)質(zhì)生長(zhǎng)，我們有必要研究并開(kāi)發(fā)一種溫室大棚的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)?！　”疚脑趥鹘y(tǒng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，研發(fā)了基于虛擬儀器的溫室大棚檢測(cè)系統(tǒng)。通過(guò)傳感器技術(shù)，檢測(cè)溫室大棚的室內(nèi)溫度；傳感器輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理，通過(guò)通信技術(shù)，輸送到嵌入計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)采集卡中；最終將信號(hào)傳輸至計(jì)算機(jī)。本系統(tǒng)采用虛擬儀器設(shè)計(jì)思想，以L(fǎng)abVIEW2010為軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，采用可視化編程和數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，向溫室大棚工作人員提供一種優(yōu)質(zhì)的人機(jī)交互界面和簡(jiǎn)易的操作平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)溫室參數(shù)的采集、處理、顯示、存儲(chǔ)、查詢(xún)以及越限報(bào)警等功能?！　⊥ㄟ^(guò)對(duì)系統(tǒng)的測(cè)試，結(jié)果顯示該系統(tǒng)功能強(qiáng)大、操作簡(jiǎn)單易懂、可視化效果良好，能夠?qū)崟r(shí)準(zhǔn)確地采集溫室的各個(gè)參數(shù)，基本上滿(mǎn)足了對(duì)溫室檢測(cè)的目的，達(dá)到了設(shè)計(jì)目標(biāo)的要求。關(guān)鍵詞：溫室大棚；LabVIEW；檢測(cè)；數(shù)據(jù)庫(kù)；數(shù)據(jù)采集 Abstract As a large agricultural country, China39。s faculty agriculture started environmental control technology abroad is relatively mature,but in China,there are many shortings of the greenhouse environment monitoring system such as low level of automation ,system design plexity and low level of modern , In order to achieve the optimal conditions for crop growth, we need to study and develop a kind of monitoring system for greenhouse.　In this paper, the design of the greenhouse control system was proposed based on virtual instrument technology on the basis of the traditional greenhouse control. Firstly, the greenhouse parameters, such as indoor temperature is measured by a variety of highprecision sensors。 Secondly, the data, which are detected by the sensors, after processed through signal conditioning circuits, then are delivered into the DAQ (data acquisition) board. By the fact that DAQ board is inserted into the puter system, thus the data are transported into the puter system used virtual instrument design,with LabVIEW 2010 for software development platform . By means of visual programming language and database technology, this system provides a clear display and simple platform for greenhouse workers, and it can realize greenhouse parameters of acquisition, processing, display , save, query and alarm functions.　The system test results show that: the monitoring system is powerful, easy to understand and control, and its visual effect is collected data in real time ,which is good to meet the needs of greenhouse environment monitoring, to achieve the design goals.Key words: Greenhouse, LabVIEW, Monitoring, Database,Data acquisition目 錄引言1 系統(tǒng)綜述 方案論證與選擇 系統(tǒng)整體框圖2 硬件電路設(shè)計(jì) 51單片機(jī)主控電路 單片機(jī)主控電路設(shè)計(jì) C51程序語(yǔ)言 TC1047溫度采集電路 RC低通濾波電路 OP07放大電路 A/D轉(zhuǎn)換電路 LCD1602顯示電路 串口通信電路 電源穩(wěn)壓電路3 下位機(jī)軟件設(shè)計(jì) 主程序框架 ADC0832驅(qū)動(dòng)程序 LCD1602顯示驅(qū)動(dòng)程序 串口通信程序4 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì) 上位機(jī)人機(jī)交互界面設(shè)計(jì) 上位機(jī)程序框圖設(shè)計(jì) 主程序框圖設(shè)計(jì) LABVIEW串口程序設(shè)計(jì) 串口數(shù)據(jù)幀解碼 數(shù)據(jù)處理和顯示 數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和讀取 采集速率和溫度報(bào)警5 原理圖電路仿真6 組裝調(diào)試及軟件驗(yàn)證 制作流程 硬件調(diào)試及軟件驗(yàn)證 電源電路測(cè)試 LCD1602顯示測(cè)試 放大電路測(cè)試 A/D轉(zhuǎn)換測(cè)試 下位機(jī)串口通信測(cè)試 上位機(jī)串口通信測(cè)試 下位機(jī)與上位機(jī)整體功能測(cè)試 數(shù)據(jù)測(cè)量及誤差分析 溫度傳感器標(biāo)定 數(shù)據(jù)的測(cè)量 誤差計(jì)算及分析 軟硬件調(diào)試綜述7 結(jié)論 系統(tǒng)功能 功能擴(kuò)展 前景展望謝 辭參考文獻(xiàn)附錄一 電路設(shè)計(jì)原理圖附錄二 電路設(shè)計(jì)PCB圖附錄三 上位機(jī)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集界面圖附錄四 上位機(jī)歷史數(shù)據(jù)讀取界面圖附錄五 主程序調(diào)試結(jié)果 附錄六 串口程序調(diào)試結(jié)果 附錄七 AD程序調(diào)試結(jié)果 附錄八 1602程序調(diào)試結(jié)果 引言隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)現(xiàn)代設(shè)備精確度的要求不斷增長(zhǎng)，信息采集(即傳感器技術(shù))、信息傳輸(通信技術(shù))和信息處理(計(jì)算機(jī)技術(shù))為信息技術(shù)的前沿尖端技術(shù)，其應(yīng)用非常廣泛，已經(jīng)滲透到社會(huì)的每一個(gè)領(lǐng)域[13]。數(shù)據(jù)采集是指將溫度、壓力、流量、位移等物理量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后，再由計(jì)算機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)、處理、顯示或者打印的過(guò)程。在生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)用數(shù)據(jù)采集，可對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的工藝參數(shù)進(jìn)行采集、監(jiān)視和記錄，為提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本提供信息和手段。數(shù)控機(jī)床在加工過(guò)程中，熱誤差是因溫度上升引起的加工誤差。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在精密加工和超精密加工中，由于熱變形引起的加工誤差占總加工誤差的50%～70%[45]。目前，有兩類(lèi)方法可以用來(lái)減小機(jī)床的熱誤差。一是通過(guò)改進(jìn)機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，直接減小熱誤差，但是會(huì)大大提高成本。二是通過(guò)建立熱誤差模型進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆椒╗1516]。LABVIEW軟件是NI公司開(kāi)發(fā)用于測(cè)控領(lǐng)域的圖形化開(kāi)發(fā)環(huán)境，它在數(shù)據(jù)采集、儀器控制、測(cè)量分析和數(shù)據(jù)顯示方面有著明顯的優(yōu)勢(shì)而得到廣泛的應(yīng)用[14]。它是一種方便的人機(jī)界面軟件，其編程的方式相比于VC等比較復(fù)雜的上位機(jī)編程軟件來(lái)說(shuō)更加的簡(jiǎn)單和有針對(duì)性。利用NI的LABVIEW軟件和數(shù)據(jù)采集卡可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、分析處理?；蛘咄ㄟ^(guò)其它接口可以很容易地將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到LABVIE編寫(xiě)的上位機(jī)。設(shè)計(jì)的主要目的和任務(wù)是，在生產(chǎn)車(chē)間中對(duì)數(shù)控機(jī)床的主要部件進(jìn)行實(shí)時(shí)多點(diǎn)溫度采集，采集硬件電路主要包括：溫度傳感器，放大濾波，A/D轉(zhuǎn)換，下位機(jī)控制，串口通信等功能；采集通道數(shù)=4，采集溫度精度：，溫度范圍：0～40度。上位機(jī)對(duì)采集的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行受熱分析，并顯示溫度隨時(shí)間的變化趨勢(shì)，并對(duì)加工的熱變形誤差進(jìn)行計(jì)算和補(bǔ)償。1 系統(tǒng)綜述 方案論證與選擇設(shè)計(jì)主要是實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床機(jī)床4路溫度的采集，正確選擇溫度傳感器和設(shè)計(jì)放大電路對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)起到事半功倍的作用。下面簡(jiǎn)要分析設(shè)計(jì)硬件電路方案的選擇和上位機(jī)編寫(xiě)軟件的選擇。（1）溫度傳感器選擇 設(shè)計(jì)中溫度傳感器可以選擇數(shù)字溫度傳感和模擬溫度傳感器?！?數(shù)字溫度傳感器相對(duì)容易實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的高精度測(cè)量，如數(shù)字溫度傳感器DS18B20，但進(jìn)行多路溫度采集時(shí)使用數(shù)字溫度傳感器成本高，在滿(mǎn)足溫度測(cè)量精度的條件下，選擇模擬溫度傳感器。模擬溫度傳感器又分為電壓輸出型溫度傳感器和電流輸出型溫度傳感器兩種。其中電流輸出型溫度傳感器，輸出電流一般都很小，如AD590電流輸出型溫度傳感器，需要將輸出電流的變化轉(zhuǎn)化電壓的變化，才能進(jìn)行電壓放大和A/D轉(zhuǎn)換等[11]。設(shè)計(jì)中選用電壓輸出型溫度傳感器TC1047溫度傳感，TC1047輸出電壓每變化10mV,表示溫度變化1℃，正確設(shè)計(jì)放大電路和選擇A/℃的要求。（2）濾波電路設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)中溫度傳感器選擇的是電壓輸出型溫度傳感器，設(shè)計(jì)中要求將大于50Hz的信號(hào)給予濾除。設(shè)計(jì)中選擇使用無(wú)源RC低通濾波電路即可以滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。（3）電壓放大電路的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)中可以選擇使用儀用放大器或運(yùn)算放大器組建電路進(jìn)行電壓放大。選用儀用放大器可以大大減小電路設(shè)計(jì)的復(fù)雜度，如儀用放大器AD620和AD623只需要外接一個(gè)滑動(dòng)變阻器就可以實(shí)現(xiàn)放大倍數(shù)的精確調(diào)節(jié)。而使用運(yùn)算放大器電路設(shè)計(jì)復(fù)雜，精度也沒(méi)有儀用放大器的高，但儀用放大器的價(jià)格相對(duì)運(yùn)算放大器來(lái)說(shuō)價(jià)格非常昂貴。設(shè)計(jì)中選擇運(yùn)算放大器OP07進(jìn)行放大電路的設(shè)計(jì)，也可以滿(mǎn)足設(shè)計(jì)的要求，并且設(shè)計(jì)成本大大降低。（4）A/D轉(zhuǎn)換芯片選擇設(shè)計(jì)中要合理選擇A/D轉(zhuǎn)換芯片的分辨率。設(shè)計(jì)放大電路的放大數(shù)5，只要A/D能分辨放大電路25mV輸出電壓的變化，℃的要求。設(shè)計(jì)中選用8位分辨率的A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0832，在參考電壓為5V時(shí)可以分辨最小20mV的電壓變化，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。（5）上位機(jī)編程軟件選擇以上主要分析了硬件電路設(shè)計(jì)方案的選擇，上位機(jī)的設(shè)計(jì)也是設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。設(shè)計(jì)選擇使用LABVIEW作為上位機(jī)的編寫(xiě)軟件，LABVIEW是圖形化編程語(yǔ)言，相對(duì)于其他文本編程語(yǔ)言來(lái)說(shuō)，LABVIEW相對(duì)簡(jiǎn)單的多，可以很容易實(shí)現(xiàn)程序的編寫(xiě)和顯示界面的美化設(shè)計(jì)[10]。 系統(tǒng)整體框圖 設(shè)計(jì)主要任務(wù)分為上位機(jī)的設(shè)計(jì)和下位機(jī)設(shè)計(jì)兩個(gè)大模塊。其中，下位機(jī)主要是硬件電路的設(shè)計(jì)和C語(yǔ)言程序的編寫(xiě)。用電壓輸出型溫度傳感器TC1047來(lái)實(shí)現(xiàn)四路溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，用液晶LCD1602顯示采集到的溫度值。將溫度傳感器輸出的電壓，通過(guò)RC濾波電路，將50HZ以上的信號(hào)給予濾除，再經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大器OP07組建的放大電路對(duì)濾波后的電壓信號(hào)進(jìn)行放大，使用兩片ADC0832將四路放大的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)。主控芯片STC89C52將A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)字量經(jīng)過(guò)基于MAX232芯片的串行通信方式，發(fā)送到用LABVIEW軟件編寫(xiě)的上位機(jī)，同時(shí)將數(shù)字量經(jīng)數(shù)據(jù)處理轉(zhuǎn)化為溫度值在液晶LCD1602上顯示。上位機(jī)將接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和顯示，顯示溫度隨時(shí)間的變化曲線(xiàn)以及用顏色的淺深來(lái)表示溫度的高低，上位機(jī)可以設(shè)定報(bào)警溫度上限值和采集溫度的速率。上位機(jī)分為兩個(gè)面板，一個(gè)為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示面板，另一個(gè)為歷史數(shù)據(jù)讀取顯示面板，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，同時(shí)也可以讀取和分析歷史數(shù)據(jù)。設(shè)計(jì)的整體框圖如圖11所示。圖11 數(shù)控機(jī)床測(cè)溫系統(tǒng)整體框圖2 硬件電路設(shè)計(jì) 51單片機(jī)主控電路設(shè)計(jì)所選用的單片機(jī)型號(hào)為STC89C52,其與市場(chǎng)大部分51系列單片機(jī)完全兼容，并且在性能方面和速度上更具有優(yōu)勢(shì)。STC89C52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。STC89系列單片機(jī)CPU主要功能是產(chǎn)生各種控制信號(hào)，控制輸入/輸出端口的數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)的算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算以及位操作處理等。STC89系列單片機(jī)幾乎包含了所有數(shù)據(jù)采集和控制中所需的所有單元模塊，可稱(chēng)得上是一個(gè)片上系統(tǒng)[610]。 單片機(jī)主控電路設(shè)計(jì)圖21 單片機(jī)主控電路設(shè)計(jì)單片機(jī)最小系統(tǒng)原理圖如圖21所示。主控模塊由復(fù)位電路，晶振時(shí)鐘電路和IO電路3部分組成。復(fù)位電路設(shè)計(jì)為按鍵復(fù)位和上電復(fù)位，通過(guò)在單片機(jī)的RST腳接10uf電容接電源，10K電阻接地的方式，完成上電復(fù)位，RST引腳再經(jīng)過(guò)一個(gè)200歐的電阻和一個(gè)按鍵可以實(shí)現(xiàn)按鍵復(fù)位。測(cè)溫電路設(shè)計(jì)要用到串口通信，為了得到較準(zhǔn)確的波特率，降低通信的誤碼率，晶振兩端分別接2個(gè)22pf電容接地，保證其時(shí)鐘電路的穩(wěn)定性。單片機(jī)引腳為訪(fǎng)問(wèn)外部存儲(chǔ)器控制信號(hào)，將其接高電平，訪(fǎng)問(wèn)內(nèi)部ROM。IO電路其引腳的功能具體如下：P0口為液晶LCD1602的并行數(shù)據(jù)總線(xiàn)，為了增加對(duì)LCD1602的驅(qū)動(dòng)能力，外加了10K排阻；～；～。 C51程序語(yǔ)言C51是為51系列單片機(jī)設(shè)計(jì)的一種C語(yǔ)言，其特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)化語(yǔ)言，代碼緊湊；接近真實(shí)語(yǔ)言，程序可讀性強(qiáng)；庫(kù)函數(shù)豐富，編程工作量??；機(jī)器級(jí)控制能力，功能很強(qiáng)；與匯編指令無(wú)關(guān)，易于掌握；對(duì)于有復(fù)雜計(jì)算的程序來(lái)說(shuō)，更突顯其優(yōu)勢(shì)，C51語(yǔ)言已成為51系列單片機(jī)程序開(kāi)發(fā)的主流軟件方法。C51與標(biāo)準(zhǔn)C語(yǔ)言對(duì)比，其語(yǔ)法規(guī)則、程序結(jié)構(gòu)、編程方法大致相同，而數(shù)據(jù)類(lèi)型、存儲(chǔ)模式及中斷處理存在著差異[13]。 TC1047溫度采集電路設(shè)計(jì)采用4個(gè)溫度傳感器TC1047A來(lái)采集4路溫度，將溫度的變化轉(zhuǎn)化為電壓的變化。TC1