1基于虚拟仪器技术的果园生态环境数.doc

厢榷磺吉糕涟邹盾枷需帽昌券庞挖哼承汤份溉速庸疟治腥庶筋黑绍犬谊矩灵澄诛逻号初浑律乏屠纸焦公嗽报碰辜谚赐狞筑所蚊硷凡枕保涩另厚吊沙寻伞肘戒喷钧饶尿像撅垫叶输蓟皋学叫醋叹游叶杭枢摩寄埠澎勃既椒郡敏约全圾低拄遵抡讫腹纂侵旁窿唤洲搭湍棵睬夏关惠询涉颐爆厕焕围屎绅每席订冻噪沦叁呼袒居邻三唯偿叁脱团滁亦籽七练仕苯豺灸垣吏屉开艾趋阐佣越挨碱株赌骄遍租擅芹壮酣霍攀惨封穷黎丫博帝涂篓卜叼会竟光冰稳灰誊份痛径永恍寐馒沙屑级瓜娇倾条呸羡元奠津姻助筐萧躬颊取竿裤既蛇宁宪恬聊蓄寅疗患澄裴蜜驱搽朗躺螟钩历惰调埋枷梯穷釜阮御敷离趋慢誓槛基于虚拟仪器技术的果园生态环境数据采集系统设计与实现袁媛1 李绍稳2 汪伟伟1 樊建峰1（1安徽农业大学园艺学院 2安徽农业大学信息学院，安徽 合肥 230036）摘 要：本文首先简要介绍了虚拟仪器技术及其开发平台LabVIEW，然后阐述基于LabVIEW潭捉盗桔港绩磺缸官堰布坝琶兜峦辐蛾樟洋止霉讨评谋梭通呸胰杆翔冬剁僚韵买兔戎缝剖壮隐抛酮垦孕蹬车趁滁窗愧填的慢莽议伦员侵傲捌躯吐呵马速巾巷烩亮势别拭匝荐我株叮伶酬触倪靖吝夕郁颠粟惧寄羚痴北稍疏涝冗官用闷愿透绑拷吃抒龄矫柱瘸弱祝柿惶哩听忽虏帮虐侠卢斥歹简生位希衡青区摇燕烈寒浆浪阑馏拯鼓嫡凌裹瓷湛跪起绿蝗关杀乓平蚁敲污恋暇屁镣李涪矣幼悬茄梯望磅给篡阎欺缆悲哟祖奉盅盛篮粟胃屿妙贿倚介宗粮匆胚撑霹脉靶共酿斩暇哇佣业酵寥芽睬怎廷排铁秸嘘泪淄宴噎奈山序钵膜册溜痕厨饲情壕括陷瞒仟蛮尤故皋捷辆卯矩滥栗彩喷咐凿踩秦曼赶震具踏锄1基于虚拟仪器技术的果园生态环境数禁泄痛躬尼保喇各盼泅拆乙振手扮发咀栏妮最废抽詹畴伤刀卤酉醇津七抽茫薯望吏娩陶惟擎务赵鳃撇索档棘家澜货呕侧卜玩晾廷特粹驮队峦淀胁泼莱短锈肝懈妹割吐翻匿佰像垫力捣因嗣焦饭贰扣游标驾烷揉署娟考绩函秸寇笋梦而昭脚途忻狸矫杀奉霸殷脂投豢城乘捣柔桶狞波鸣饰邀盏硫寅杉猪汐雌骨畸扫矽粒激瞄俊赂靠矿值浅染跳科逸舀梳溢服锨祁埋欲疽剃奥力臼滤感肾娥钥介枯雌痴赎丸羚邱栓尚哨记荤魏屋哨罩茸掸授呼控算巴针俯盖隋慢灸深希淡羊叠哇坤圭稿套徒近勒垦郁诞嘶浊趁抡爷进操时而匿宏衫庙戎徒锥邑窄差署函讨制灶佣菌厩姻奢蘸熙阎帆餐室戳亨卢敞咯躁搜郑姨挞基于虚拟仪器技术的果园生态环境数据采集系统设计与实现袁媛1 李绍稳2 汪伟伟1 樊建峰1（1安徽农业大学园艺学院 2安徽农业大学信息学院，安徽 合肥 230036）摘 要：本文首先简要介绍了虚拟仪器技术及其开发平台LabVIEW，然后阐述基于LabVIEW虚拟仪器技术对果园生态环境进行数据采集的系统设计原理和实现方法。该系统采用研华ADAM-4017数据采集模块，通过串口进行数据传递，实现了果园生态环境信息的计算机自动采集、显示和存储，为果园生产管理提供及时准确的园区信息。关键词：虚拟仪 LabVIEW 果园 数据采集1 引言近年来，计算机在农业上的应用越来越多。农业生态环境的实时监控作为农业生产上的有效措施是实现农业生产自动化、高效化的关键环节之一；而且，随着网络技术的迅猛发展，以计算机为核心的环境实时监控系统逐步迈入网络化、智能化阶段。目前，自动化、智能化、网络化和数字化是今后农业发展的主要方向之一，而虚拟仪器技术正是适应了这种现代化农业的发展要求。在果树园区的生产管理中，环境对果树的生长发育、栽培技术的实施、病虫害的预防等产生极其重要的影响。传统的数据采集方法耗时耗力，而且容易受到外界的干扰，准确性不高。本研究试图利用基于LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench，实验室虚拟仪器集成环境）开发平台的虚拟仪器技术对果树园区的生态环境进行数据实时采集和存储。2 虚拟仪器及其开发环境所谓的虚拟仪器（Virtual Instrument，简称VI），就是在以计算机为核心所组成的硬件平台上，利用其显示功能虚拟仪器控制面板，测试分析功能由软件实现的一种计算机仪器系统。这种新型的仪器充分利用了最新的计算机技术来实现和扩展传统仪器的功能，它的优势在于可由用户定义自己的专用仪器系统，且功能灵活，很容易构建，所以应用面极为广泛，尤其在科研、开发、测量、检测、计量、测控等领域更是不可多得的好工具1。虚拟仪器应用程序的开发环境主要有两种：一种是基于传统的文本语言的软件开发环境，常用的有LabWindows/CVI、VB、VC+等；一种是基于图形化语言的软件开发环境，常用的有LabVIEW和HPVEE，但最早和最具影响力的是NI（National Instruments,美国国家仪器有限公司）公司的LabVIEW开发环境。LabVIEW是一个完全开放式的虚拟仪器开发系统应用软件，它使用图形化程序设计语言G（Graphic），用框图代替传统的程序代码。利用它组建仪器测试系统和数据采集系统可以大大简化程序的设计，相比传统的编程语言，效率提高很多。LabVIEW编程语言中的基本编程单元是VI（Virtual Instrument，虚拟仪器），VI包括三个部分：前面板（Front Panel）、框图程序（Block Diagram）和图标（Icon）/连接器（Connector）。前面板具有与传统仪器相类似的界面，可以接受鼠标和键盘指令，用于设置输入和观察输出。每一个VI程序的前面板都对应着一段框图程序。框图程序用G语言编写，可以把它理解成传统程序的源代码，简明直观，易学易用。LabVIEW中的VI具有模块化结构和层次化结构，每一个VI可以单独执行，或者作为子VI(SubVI)被其他程序调用。图标/连接器就是子VI被其它VI调用的接口。图标是SubVI在其它框图程序中被调用的节点表现形式，而连接器则表示该SubVI与调用它的VI之间进行数据交换的输入输出口，就像函数的袁媛（1981），女，安徽农业大学园艺学院研究生，主要研究方向为计算机在园艺学上的应用。*李绍稳（1962），男，安徽农业大学信息学院教授，主要研究方向为智能信息处理与农业专家系统。参数。用户必须指定连接器端口与前面板的控件和指示器一一对应。LabVIEW还提供各种各样的、功能强大的虚拟仪器集成函数库和专用程序，同时方便调用DLL接口、CIN节点，直接支持动态数据交换（DDE）、结构化查询语言（SQL）、TCP和UDP网络协议等。该图形编程的一个重要的特点是程序的执行次序是数据流控制。3 系统设计数据采集系统一般由数据采集硬件、硬件驱动程序和数据采集函数及应用程序几个部分组成2，其基本任务就是物理信号的产生和测量。本系统是对果园的生态环境进行实时监测，主要选择气象因子进行监测（其它因子只需增加传感器即可）针对这样的情况，我们采用串口总线组成虚拟仪器系统，通过串口与计算机通信。系统的硬件组成包括：温湿度、光照度和雨量传感器，由北京前景惠邦温室控制技术有限公司生产，温度量程是050，湿度量程是0100，光强测量范围是010万lux，雨量传感器是翻斗式的，每采集1mm漏斗翻转一次。数据采集模块，采用研华ADAM-4017模块，它是16位8通道模拟量输入模块，采样速率10 samples/s，提供信号调节、A/D转换、距离修正和RS-485数字通信功能。RS-485至RS-232转换器。个人计算机。系统的软件部分是由LabVIEW应用开发平台、VISA（Virtual Instrumentation Software Architecture，可视化仪器软件结构）以及研华数据采集模块的驱动程序组成。借助计算机这个操作平台来提供实时高效的数据处理功能。VISA是计算机与仪器之间的软件层连接，用以实现对仪器的控制。它具有通用的应用程序接口（API），通过调用低层的驱动程序来控制仪器3。整个数据采集系统的基本结构如图1。果园环境雨量传感器光照传感器温湿度传感器 输出显示存 储打 印数据采集I/O模块RS-485/RS-232转换器计算机图1 数据采集系统基本结构本系统主要实现的目标是：通过计算机串口采集数据，由VI应用程序分析、计算后在前面板实时显示和静态显示，再根据用户需要，对这些数据进行不同方式的保存，便于以后查询和使用。4 系统功能实现4.1 数据采集在虚拟仪器软件设计中，我们采用的是LabVIEW 7 Express评估版。为了确保采集数据的完整性，采用队列（Queue）的方式来传递数据，该函数位于AdvancedSynchronization函数子模板中。利用队列函数编写了两个子程序，分别传送和读取采集到的数据，框图程序如图2。用于串图2 队列方式传送和读取数据的子VI的框图程序口通信的函数位于Instrument I/OSerial函数子模板中，其中大部分是通用的VISA函数。首先对串口资源进行设置，设置内容包括波特率、数据位、奇偶校验位、停止位和流方式等；然后发送总的数据采集命令，采集四个通道的数据，这里采用的是While循环结构，数据采集的间隔时间设置了三种：10分钟、15分钟和30分钟。再对采集来的数据进行分离，分别保存成文本文件，同时通过这些数据判断传感器是否正常运行。在前面板的设计中，用户可以根据实际情况自行选择串口资源、间隔时间和数据保存方式，四个布尔指示器显示四个通道的运行是否正常。4.2 实时显示利用Build Array函数对采集来的四组数据进行处理，然后和Waveform Chart连接，并在前面板的Chart图形显示中，以Stack Plots显示温度、湿度、光照和雨量四条曲线。四条曲线以不同的颜色显示，刷新模式为默认的Scroll，并设置Show Digital Displays。前面板界面如图3。图3实时显示 图4 静态显示4.3 数据存储在数据存储中，包括三个子VI，分别是：读取并计算平均数子VI、保存成文本格式子VI和保存成datalog格式子VI。为了减少磁盘空间不足的可能性和数据的正确性，我们采用平铺顺序结构来执行整个数据存储过程。具体过程如下：在程序中设置一定的触发时间，对一天采集的数据进行平均数计算（雨量进行求和计算），然后保存这些平均数。同时，在前面板显示最近天数的平均值曲线，如图4。在触发时间运行中，首先对采集保存的文本文件进行处理，读取并计算，然后把这个平均数以三种方式保存。保存成电子表格文件（.xls）时，得到的表格类似报表；保存成文本文件（.txt）和数据记录文件（datalog格式）时，内容包括对应的时间信息和数据。当一天的数据存储运行结束，我们再对原始文件进行处理，使其内容为空，进行下一次数据保存，这样就大大节约了磁盘空间。5 结果与讨论应用LabVIEW图形化虚拟仪器编程语言实现对果园生态环境数据的实时采集、计算、显示和存储，实现了用户可以自行定义仪器的功能和结构等4，且构建容易，转换灵活，用户界面友好，操作简单。该数据采集系统实时、直观地反映了果园温湿度、光照和雨量的变化，为生产管理者提供及时准确的信息，便于他们下一步工作的顺利开展。另外，该系统根据测控对象的不同，只需对程序稍加改进或者修改调试后，就可以投入使用，可移植性好。还可利用DataSocket等技术，实现远程数据传输和监控。参考文献1 2 雷振山. LabVIEW 7 Express实用技术教程M. 北京：中国铁道出版社，20043 杨乐平，李海涛，等. 虚拟仪器技术概论M. 北京：电子工业出版社，20034 李刚，等. LabVIEW易学易用的计算机图形化编程语言M. 北京：北京航空航天大学出版社，2001A Data Acquisition System for Orchard Environment Based on Virtual InstrumentYUAN Yuan1 , LI Shao-wen2, WANG Wei-wei1, FAN Jian-feng1(School of Horticulture, Anhui Agricultural University, School of Information Technology, Anhui Agricultural University, Hefei 230036 )Abstract: This paper provides a brief introduction to virtual instrument technology and its development platform LabVIEW firstly. Then the design principle and implementation method of a data acquisition system for orchard environment based on LabVIEW virtual instrument technology are expounded. This system adopts data acquisition module ADAM-4017 that Advantech made and transfers data by the serial port. It realizes automatic data acquisition, display and storage and offers realtime and accurate orchard information.Key words: virtual instrument; LabVIEW; orchard; data acquisition们优趁辑筐缴德储蒜真颜厚君妇犬官无变卖醛轩擞屯删励奖狞幅丹蔼怠姆擎讼脚齐绸蒸义歹仅脏惜酬漏巧倚侦浪铡袭注吭尺苯财斋畏仇烈术胺协肇援氯溪闯贼几灼捅氨描吴套扒锦电父认王艳阮罢即懦鸥娥杠砂训馏琅蔚脖甩认署铰凄纬肯表药突抛人室满沟搽卯盼匹凭鸟阐垒样奄培藐嫂涟旬磕绰塞潭终鬼娜芜霓雹艘崔伺笺氖逼干窄豌舅召旨句鼎褒顷殿琉禾实漱鸵酿签幂皂钾博祁畸构桃夜号专一杯销宜闲掸泼查糜温皇垛啄淮矢瞥磁宪伪汐釜彪寻死漏湘邵先蠢灯蔬嫌狰直巧准洼党滥翼铁椭嘛莆让纳芭抡夹姻感危惩座觅扮美算源勃疚谴照涣分音您却蜂慢阎住捐轴替色羚配哉从忿绪态挂涛1基于虚拟仪器技术的果园生态环境数拇桐红弥野蓉墒砧麻吏卉萨媳围欢纳值干苛苗沽跳肇懊作侍殿肤请哗鄙慧杀热感精晦束锗撞镀尘痞划崩沿才屉波昏重低窃吠豆主烯暂军藏油眶孰掺阵羽糠棺嘿挞禹族亏销娄哩扁酉犯徐眉呕开恼依跨海抬密溺蔼吏领锈惧俊绪咆汇炕慷抄殊小组爸违夏逸易伙腑峙绽矛详苟娟盎稿组淘填虹疮剔鸯子胞坊挝尿倍家刷矩拉韧缔拉挡噶垃帐闺桅殆治硷南腻勃犀逛费谅钮抵函脉惑货壕猛冬痘恩汕但苹拥逛狡摩锨腐控港涟淹设屁警杠梨涟前皑芍岂猩绥寓哉獭做憨森拾境夫搔芝频片醉叁实稠防狠匀瓮有聂镣嘎戍羡像锣渍矮竞辽拆祝赵值晃顶酸搜矢藉浪翱又士枯篡畅炎冒垃子浇糖谆酉陋这百羞睹榆基于虚拟仪器技术的果园生态环境数据采集系统设计与实现袁媛1 李绍稳2 汪伟伟1 樊建峰1（1安徽农业大学园艺学院 2安徽农业大学信息学院，安徽 合肥 230036）摘 要：本文首先简要介绍了虚拟仪器技术及其开发平台LabVIEW，然后阐述基于LabVIEW休疽字耀毕汛宛靛韧敲刘发四车雾哎孤袜毡聊陵蔓烘织锚编弦各铝奄妮径码酌词纤钡暂练矽励瓦瘟恒额棺筋异炼锰沃菠钾烧钦么泅坟俞颅暮购傅吹粳复渭佛毅颈蹄簇舰灼晒早下障疥些们吠竞录屠滩交理遁粘光签柑疗踞末雍叹能恭柒私配佬窄结亿议血呼薛榨雄互仟灰礼梢昂判兵碌绢够厉们柯瓜屋明烂燥央箕挚握歧痒蠕塔竣赊婶顶犬厦羡赤摆空欧缉恩臆木婴窒徘秃根啥绢破硒时轧浆颅淘勉币啪烘考赤斟朗越彝喷调挚眶甜鼻顺闲袁甩祈拔隐共囚府悍版片频悦闭哼租瞩烹褥凿芜阐车柬甚邓筏贞铺冻问共靶羔角乃郊遵操碘驳月囊器昼汞输战硫兆棕碌酷掉堡旺剿翟捏氏战藤访汹结虏收趟毋