基于 LabVIEW平台的寒地日光温室群远程监控系统设计.docVIP

应用领域：远程监测/控制 ?挑战：以 NI LabVIEW 为软件核心，集成 PCI6221，NI WSN，第三方 OMRON PLC 控制器等硬件，共同构建寒地日光温室群远程无线监控系统。 ?应用方案：通过使用具有良好人机界面和易于编程的 LabVIEW，结合基于 ZigBee 协议的 NI-WSN，实现对温室环境参数的无线测量，传送，显示和存储。使用 DSC 工具包，通过 OPC server 易于对温室控制器 OMRON PLC 的读写，实现对执行机构快速准确的控制。使用 WEB server 实现监控系统的远程监控。 ?使用产品：? LabVIEW 8.6/ RT/ DSC/ DAQmx PCI 6221 NI WSN-3202 ?介绍：目前我国温室面积不断增大，温室内传感器的种类和数量不断增多，而由于温室控制系统多采用有线布网、人工测量，作物更改时监控设备要随之改动，增加了布线的难度，工作效率低，故障率高。针对这种情况，本文提出了利用虚拟仪器技术的软件开发平台 labVIEW,结合基于ZigBee 协议的无线传感器网络（WSN）技术，通过 OPC SEVER控制下位机控制器 PLC，设计出寒地日光温室群远程监控系统。 正文 1.? 概述 ??? 地处寒地地区（高于北纬 43°的地区）的吉林省和黑龙江省是我国的农业大省，目前随着日光温室的迅速发展，该地区从国外引进并自行设计了大量日光温室。经过调研走访，由于高寒地区冬季恶劣的气候条件，且温室均以加温温室为主，在实际运行中存在着能耗大，自动运行故障率高，维修成本高，使温室控制主要靠人工经验手动管理，这是限制温室作物高产、优质、高效生产的主要障碍。本文基于LabVIEW 软件平台构建上位机监控系统，结合基于 ZigBee 技术的无线传感器，实现寒地日光温室环境信息的无线采集，显示，存储。通过 NI DSC 模块中的 OPC SEVER，易于实现对 PLC 的读写，从而实时对现场设备进行监控，并通过 WEB SEVER实现远程监控。 2.? 监控系统设计 ??? 系统整体设计方案如图 1 所示。无线传感器网络由布置在温室中的环境温、湿度传感器，土壤湿度传感器及二氧化碳和光照传感器组成，各传感器将非电量转化成随环境参数改变的电量，以无线的方式传送至以太网关接收端，再通过以太网接口传至上位机。上位机运行基于 LabVIEW 实现的监控界面，实现环境参数的实时显示，数据库存储，打印输出，参数设置，报警，历史数据查询等功能。下位机控制器选用 PLC，梯形图编程简单，在寒地温室复杂的环境条件下，控制器可靠性高。 图1 系统整体方案框图 2.1? 监控系统硬件实现 ??? 无线传感器网络选用 NI WSN-3202。NI WSN-3202 测量节点作为一款无线设备，提供 4 路±10 V 模拟输入通道和 4 路双向数字通道。18 针螺栓端子连接器可直接与传感器连接；设备提供的 12 V、20 mA 电源输出可以直接为需要外部电源的传感器供电。直接使用 4 节 1.5V、AA 碱性电池为该测量节点供电，4节电池的电量可持续工作 3 年。采集节点在 2.4 GHz 频段上以无线方式将数据传输至 WSN 以太网关；WSN以太网关进而通过以太网连接至其他网络设备。WSN-3202 可配置为网状路由器(mesh router)，以拓展网络距离并且将更多节点连接至网关。最多 8 个终端节点（在星形拓扑中）或最多 36 个测量节点（在网状拓扑中）可连接单一 WSN 网关，支持最远 300 米户外视距。 ??? 温度传感器选用 SHT75，湿度传感器选用 SHT75。主要性能指标是：温度测量范围-40~+123.8℃；精度±0.3（在 25时）；响应时间8s；功耗 20Μw（平均值）；湿度测量范围：0-100%RH；精度±1.8RH;重复性精度：±0.1%RH；数字量输出。土壤湿度传感器选用 5TE。光照度传感器选用 TBQ-6。主要性能指标是：测量范围 0-20 万 Lux；光谱范围 400-700nm；测量误差2%；电源电压 12/24VDC;输出可选4-20 mA? 、0-20mV。CO2 传感器选用 CGS-3100。主要性能指标是：测量范围 0-2000ppm；测量精度±30ppm±5%（0-50）；响应时间30s；电源 9-18VDC;消耗电流平均 50 mA；数字量输出。 ??? 数据采集卡使用NI公司M系列数据采集（DAQ）PCI-6221卡。PCI-6221是一款低廉的M系列数据采集卡，在计算机上使用。它可以采集模拟信号、数字信号，拥有定时器的功能，同时还具有模拟输出的功能，该数据该数据采集卡具有高性能的数据采集与控制功能。我们主要使用的是该采集