【導讀】人們所希望的方向變化?實現(xiàn)溫濕度監(jiān)控有很多種方法:基于單片機的溫濕度監(jiān)控系統(tǒng);基于虛擬儀器的溫濕度監(jiān)控系統(tǒng);基于MatLab的溫濕度。動通訊系統(tǒng))遠程分布式溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)?本文提出了一種基于虛擬儀器的?針對農(nóng)業(yè)溫室溫濕度的溫濕度監(jiān)控系統(tǒng),即利用。處理,存儲和顯示,以及越限報警等功能?報警,操作人員可以通過通風?灌溉等相應的措施調(diào)節(jié),達到保持最適農(nóng)作物生長溫濕度。整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更簡單,功能更強大?

　　

【正文】 構(gòu)圖 第四章 基于虛擬儀器溫濕度 監(jiān)控系統(tǒng) 的 方案設計 溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)的實現(xiàn) ,有很多的方法 ,各有優(yōu)缺點 ,例如基于單片機實現(xiàn)的實驗室溫濕度監(jiān)控系統(tǒng) ,它 以單片機為核心 ,用 LED數(shù)碼管顯示 溫濕 度值 ,根據(jù)不同的 溫 濕度要求 ,通過硬件設定不同的調(diào)節(jié)終態(tài) ,從而將實驗空間的 溫 濕度調(diào)節(jié)到設定值 ?但它需要利用 C語言進行大量的編程 ,這無疑是一個復雜 ?繁瑣的工作 ? 本 次設計是利用虛擬儀器技術(shù)設計 了一個 適用于農(nóng)業(yè)溫室的 溫濕度測控系統(tǒng) ,使用LabVIEW和數(shù)據(jù)采集卡相互配合采集溫濕度信號并輸出控制信號 ?由于 LabVIEW本身的圖形化編程平臺 ,使得 本系統(tǒng) 的設計較為簡單 ,實現(xiàn)的結(jié)果 更形象 ?直觀 ,操作也 方便 ,并且還可以較容易地實現(xiàn)功能 增減 ? 基于虛擬儀器溫濕度監(jiān)控系統(tǒng) 溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)主要是為了監(jiān)測某個地方的溫度和濕度 ,并采取相應的措施 ,以保證該地方的溫度和濕度向人們所期望的方向變化 ?本系統(tǒng)適用范圍較廣 ,如圖書館貴重書籍的保護 。軍事炸藥庫的槍支炸藥的存放 。溫室中農(nóng)作物的生長 。紡織廠溫濕度的監(jiān)測 ?該設計主要是用于農(nóng)業(yè)溫濕度的監(jiān)控 ,使溫室的環(huán)境溫度 ?濕度更適用于農(nóng)作物的生長 ? 該設計的設計思想是 :由溫濕度傳感器檢測信號 ,信號被 DAQ采集卡采集 ,進入計算機虛擬儀器程序 ,對采集到的溫濕度進行判斷 ,當溫度不適于農(nóng)作物生長時 ,系統(tǒng)報警 ,可以通過空調(diào) ?電風扇等工具降溫 。當濕度不適于農(nóng)作物生長時 ,系統(tǒng)報警 ,通過灌溉或者增加光照等措施 ,調(diào)節(jié) 濕度 ?還需對采集到的實時數(shù)據(jù)進行顯示 ?存儲 ?報警歷史記錄等功能?如圖 所示 ? 溫 度 傳 感 器濕 度 傳 感 器D A Q 采 集 計 算 機濕 度 顯 示 及 存 儲溫 度 顯 示 及 存 儲報 警 歷 史 記錄 及 清 除溫 濕 度 上下 限 報 警 圖 基于虛擬儀器溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)流程框圖 本系統(tǒng)的組成和其他基于虛擬儀器的系統(tǒng)組成一樣 ,都由系統(tǒng)前面板及與之相對應的程序框圖兩大部分構(gòu)成 ? 系統(tǒng)前面板 前面板由兩部分組成 :登錄界面 ?實時采集界面 ? 登陸界面可以阻止非操作人員操作系統(tǒng) ,只有規(guī)定的操作人員可進行相關的操作 ,這樣不僅可以保證系統(tǒng)的安全 ,同時大大減少由于操作人員的誤操作導致的不良后果 ?登陸界 面如圖 ? 圖 在“用戶名”一欄輸入與設置相同的內(nèi)容 ,在“密碼”輸入與設置相同的密碼 ,點擊“確定” ,就可以登陸系統(tǒng) ,進行下一步的操作 ? 實時采集部分可以實現(xiàn)采集數(shù)據(jù)的顯示 ?溫濕度上下限的報警 ?報警歷史的記錄 及清除 ?熱電偶 類型的選擇等功能 ?如圖 ? 圖 實時采集 前面板 程序子模塊 根據(jù)系統(tǒng)預期的目標來分析 ,可以把系統(tǒng)分成五個模塊 ,如圖 : 基 于 虛 擬 儀 器 的 溫 濕 度 控 制登 陸 口 數(shù) 據(jù) 采 集 自 動 存 儲 越 限 報 警 報 警 歷 史 記 錄 及 清 除 圖 系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu) 與前面板登陸界面 (圖 )相對應的程序框圖 (圖 )具體的工作過程是 :當操作人員輸入用戶名與已設定的值相等時 ,程序向下執(zhí)行 ,進入第二個 while結(jié)構(gòu) ,輸入的密碼值與設定值再次相等時 ,點擊確認登陸 ,系統(tǒng)登陸成功 ,否則 ,系統(tǒng)不能登陸 ?而選項卡使登陸界面與實時采集界面有序的組成一個完整的系統(tǒng) ,換句話說 ,不執(zhí)行登陸界面的程序 ,將無法執(zhí)行實時采集的程序 ,這大大增加了該系統(tǒng)的安全性 ?保密性 ? 圖 數(shù)據(jù)采集部分 ,如框圖 ,可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集 ?顯示 ?存儲等功能 ?由傳感器傳來的信號由 DAQmx采集卡采集并送到 PC機上 ,通過示波器可以顯示波形 ,拆分信號模塊將信號分成兩路 ,即溫度與濕度信號 ?選擇其中一支 ,再進行拆分 ,將其中一路信號轉(zhuǎn)換成其他 VI和函數(shù)配合使用的數(shù)據(jù) ,波形等進行存儲 ,另一路送往熱電偶讀數(shù)模塊 ,將采集到的信號轉(zhuǎn)換成攝氏度 ,在前面板顯示 ,最后一路送到比較器 ,進行上下限的設置 ?從 DAQms出來的另一路信號 (即濕度信號 ),與溫度信號處理的方法相似 ,唯一不同的是 ,由于沒有轉(zhuǎn)換濕度傳感器讀數(shù)的模塊 ,所以選擇比較線性的濕度傳感器 ,在最后轉(zhuǎn)換的時候 ,將采集到的信號進行簡單的數(shù)學運算 ?該部分還有一個重要 的功能 —— 數(shù)據(jù)存儲 ? 圖 實現(xiàn)報警歷史記錄與刪除功能的程序框圖 ,如圖 ?本塊程序主要是對報警信號的記錄 ,方便相關人員對報警數(shù)據(jù)分析 ,并對研究過的或無用的報警信號清除 ?具體實現(xiàn)過程如下 :將溫度 ?濕度兩路 已報警的信號引出來 ,分別接入注冊事件 ,構(gòu)成兩個用戶事件 ?并將輸出接到事件結(jié)構(gòu)上 ,當有報警的信號時 ,事件結(jié)構(gòu)執(zhí)行 ,將此報警信號記錄下來 。當不需要某類記錄 (溫度或者濕度 )的時候 ,點擊該記錄對應的清除按鈕 ,程序?qū)?zhí)行該按鈕所在的程序框中的程序 ,將所對應的歷史清零 ? 圖 報警 記 錄 前面板 圖 清除 報警清除前面板如圖 ,與之相對應的程序框圖如圖 ? 系統(tǒng)程序總圖 基于虛擬儀器的溫濕度控制可以看作是登錄模塊 ?采集模塊 ?數(shù)據(jù)存儲模塊 ?報警歷史重現(xiàn)模塊 ?報警歷史清除模塊的有機結(jié)合 ?也就是說 ,該系統(tǒng)可以實現(xiàn)這些模塊所能實現(xiàn)的所有功能 ,必將這些功能組合在了一起 ?在熟悉前幾章的準備工作后 ,就可以著手設計該系統(tǒng) ?首先 ,先將登陸口模塊放在順序循環(huán)結(jié)構(gòu)中 ,同時利用選項卡功能使登陸口功能和實現(xiàn)采集相互轉(zhuǎn)換 ,然后就是核心程序 ,利用 DAQ實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集 ,將數(shù)據(jù) 自動儲存到 模塊 ,再利用 實現(xiàn)報警歷史的清除 ?最后實現(xiàn)全部功能的程序框圖如圖 ? 圖 總程序圖 該系統(tǒng)集合了登錄模塊 ?采集模塊 ?數(shù)據(jù)存儲模塊 ?報警歷史重現(xiàn)模塊及報警歷史清除模塊五個模塊的所有功能 ,可以實現(xiàn)系統(tǒng)保密 ?溫濕度采集 ?報警等監(jiān)控系統(tǒng)所有的功能 ? 第五章 程序運行和調(diào)試 程序的運行 當編寫完成一個虛擬儀器 VI 程序后 ,若想檢驗程序是否正確 ,在前面板和程序框圖工具條上找到運行按鈕 ,單擊該按鈕運行 ,使程序 運行一次 ,程序運行后該按鈕變成形狀 ?如果想讓程序連續(xù)運行 ,單擊連續(xù)運行按鈕 ,程序即可連續(xù)運行 ?停止按鈕 用于在程序運行中非正常的停止程序運行 ,在程序運行后該按鈕由暗變亮 ?暫停按鈕 用于在程序運行時讓程序暫停 ,單擊該按鈕 ,程序暫停 ,停止當前執(zhí)行到的地方 ,停止單擊 ,程序繼續(xù)運行 ? 程序調(diào)試技術(shù) 若一個 VI 程序不能執(zhí)行 ,運行按鈕 會變成一個折斷的箭頭 ,這表示該 VI 存在錯誤 ?單擊該折斷的箭頭或使用菜單命令 WindowsShow Error List,則 LabVIEW 彈出錯誤清單窗口 ,雙擊其中任何一個列出的錯誤 ,則出錯的對象或端口都就會變成高亮 ? 單擊程序框圖工具條上的高亮執(zhí)行按鈕 ,則它變成高亮的形式 ,單機運行按鈕 ,VI 程序就以較慢的速度運行 ,并在程序運行中用氣泡顯示數(shù)據(jù)沿著連線從一個節(jié)點流向另一個節(jié)點的情況 ?這樣就可以根據(jù)數(shù)據(jù)的流動狀態(tài)跟蹤程序的執(zhí)行 ,再次按下高亮執(zhí)行按鈕 ,程序回復正常運行 ? 為查找程序中的邏輯錯誤 ,可以讓程序框圖一個節(jié)點一個節(jié)點地執(zhí)行 ,這就是單步執(zhí)行 ?單擊工具條的單步執(zhí)行按鈕 或 ,激活單步執(zhí)行 ,閃爍的節(jié)點表示該節(jié)點準備執(zhí)行 ?激活單步執(zhí)行后 ,按鈕 稱作單步進入 ,按鈕 乘坐單步跨越 ?再次按下單步執(zhí)行按鈕 ,閃爍的節(jié)點被執(zhí)行 ,下一個將要執(zhí)行節(jié)點變?yōu)殚W爍 ?單擊 按鈕 ,結(jié)束正在執(zhí)行的節(jié)點 ? 斷點工具 用于使程序在某處暫停執(zhí)行 ,以便使用探針或單步方式觀察中間結(jié)果 ?用該工具單擊希望設置或清除斷點的地方 ,則斷點被設置或清除 ?斷點的顯示對于節(jié)點或者圖框表示為紅框 ,對于連線表示為紅點 ?當 VI 程序運行到斷點處 ,程序被暫停在將要執(zhí)行的節(jié)點處 ,以閃爍表示 ?按下單步按鈕 ,進入單步狀態(tài) ? 探針工具 用于程序執(zhí)行時顯示流經(jīng)某一連接線的數(shù)據(jù) 值 ?用該工具單擊希望放置探針的連接線 ,這時會彈出一個探針顯示窗口 ?通過該窗口 ,觀察流過數(shù)據(jù)的詳細信息 ?探針結(jié)合高亮執(zhí)行 ?單步執(zhí)行和斷點等工具可以使程序調(diào)試相當迅速 ?有效 ? 系統(tǒng)的運行 采用 DAQmx采集卡 ?雙擊 ,打開 My System下拉菜單 ,右擊 Date Neighborhood,選create new指令 ,選取 NIDAQmx tast,點擊 NEXT,再選取 Generate signals的下拉菜單中Analog output的命令 ,之后選擇 Voltage,選擇通道 ,選好后就可以進 行設置 : 系統(tǒng)自動把設備號 Device=1。 模擬輸入 AI:范圍 10~10V 輸入圖形 :Input configuration=res(單端輸入 ) 采樣率 :rate=1000HZ 采樣點 :samples to read=100 由于實驗室條件限制 ,只利用模擬信號調(diào)試 ? 首先通過登陸口登陸 ,進入實時采集部分 ,系統(tǒng)開始采集數(shù)據(jù)后 ,可以在系統(tǒng)前面板設置溫濕度的上下限 (也可以在系統(tǒng)運行前 ,進行設置 )?按照上面的步驟 ,進行溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)的調(diào)試 ,最終的調(diào)試結(jié)果如圖 : 圖 運行結(jié)果 總 結(jié) 本次設計用 PCI—6221 數(shù)據(jù)采集卡 ?PC 機及其 I/O 接口 ?熱電偶等連接硬件電路 ,利用 LabVIEW 軟件實現(xiàn)對溫濕度的監(jiān)控 ,實現(xiàn)了該系統(tǒng)預計的功能 ,數(shù)據(jù)的實時采集 ?存儲?溫濕度越限的聲光報警及報警歷史記錄及清除等 ? 經(jīng)過幾個月的學習與實驗 ,本 文設計的監(jiān)控 系統(tǒng)基本實現(xiàn)了預期設計的 所有 功能 ,但結(jié)合當前的技術(shù)分析 ,本 監(jiān)測系統(tǒng)還可以進一步 完善 ?如可以對采集到的信號進行噪聲過濾 ,還可以對采集到的信號進行 PID運算處理 ,輸出信號到執(zhí)行器 ,控制執(zhí)行器動作 ,再利用反饋原理 ,進一步調(diào)節(jié)執(zhí)行器的動作 ,以達到系統(tǒng)全自動運轉(zhuǎn)的 目的 ?完善后的系統(tǒng)的使用范圍將大大擴展 ,如使用在農(nóng)業(yè)上 ,溫室應用該系統(tǒng)后 ,就可以實現(xiàn)自動灌溉 ?加熱等功能 ,不但大大減少人們的勞動量 ,也避免了人為因素 (疲勞 ?興奮等 )導致的監(jiān)測不精確 ,這樣在一定程度上可以增加了農(nóng)作物的產(chǎn)量 ? 參考文獻 .測控電路 [M].天津大學 .機械工業(yè)出版社 ,2020 ,孫洪程編著 .過程控制系統(tǒng)及工程 [M].化學工業(yè)出版社 ,2020 .虛擬儀器實用編程技術(shù) [M].機械工業(yè)出版社 ,2020 .虛擬儀器技術(shù)分析與設計 [M].電子工業(yè)出版社 ,2020 .虛擬儀器技術(shù)分析與應用 [M].機械工業(yè)出版社 ,2020 ,謝宣松等編著 .虛擬儀器原理及應用 [M].科學出版社 ,2020 湛編著 .虛擬儀器與 labview7 程序設計 [M].北京航空航天大學出版社 ,2020 .控制儀表及裝置 [M].化學工業(yè)出版社 ,2020 .傳感器與檢測技術(shù) [M].電子工業(yè)出版社 .溫濕度控制系統(tǒng)設計 [J].無錫廣播電視大學 ,2020, .圖書保管的溫濕度控制 [J].青島建工學院 ,2020 新 ?張曉森 .溫濕度控制系統(tǒng) [J].蘭州大學 ,2020 ?何敏 ?何昭輝 .基于多變量模糊控制的智能溫濕度控制儀的實現(xiàn) [J].湖南大學電氣與信息工程學院 ,2020 .制藥車間溫濕度智能控制系統(tǒng)的設計與研究 [D].中南大學碩士論文 ,2020 .現(xiàn)代新潮傳感器應用手冊 [M].機械工業(yè)出版社 ,2020 .傳感器與檢測技術(shù) [M].中國林業(yè)出版社 ,2020 .現(xiàn)代檢測技術(shù) [M].機械工業(yè)出版社 ,2020 附錄 A 系統(tǒng)前面板 附錄 B 程序總圖 致謝 在本 次 設計完成之時 ,我要衷心的感謝我的指導 教師左鴻飛老師 ,在整個設計過程中 ,左老師傾注了大量的心血 ,給予了我悉心的指導 ,對我的設計提供了許多寶貴的意見和建議 ,讓 我學會了 做事要從實際出發(fā) ?左 老師嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度 ,和藹可親的教學方式以及 談話式 的答疑方式 ,都給了我深刻的啟發(fā)和鼓勵 ? 在此 ,向左老師表示最誠摯的感謝 ! 此外 ,我還要向所有幫助過我的老師和同學表示由衷的感謝 !在他們的幫助下 ,我的設計才能如期完成