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1、基于虚拟仪器的温度监测系统目 录第1章 绪论11.1研究背景11.2设计简介2第2章 LABVIEW虚拟仪器简介42.1虚拟仪器概念42.2虚拟仪器特点42.3虚拟仪器构成52.4 LabVIEW8.5的安装62.5 LABVIEW简介9第3章 系统硬件设计123.1硬件流程设计123.2硬件电路设计123.3硬件功能分析133.4硬件组成部分14 3.4.1温度传感器14 3.4.2数据采集卡23第4章 系统软件设计264.1软件温度实时模块264.2软件时间显示模块274.3软件温度显示模块284.4软件温度管理模块294.5软件温度控制模块304.6软件温度监控系统总设计314.7软件传
2、感器状态33总 结34结 束 语35参 考 文 献36第1章 绪论农业的迅猛发展，特别是温室大棚、无土栽培、节水灌溉、工厂化养殖等技术在生产上得到前所未有的发展，对智能化温室控制系统的需求日渐迫切。智能化温室系统是集农业科技上的高、精、尖技术和计算机自动控制技术于一体的先进的农业生产设施，是现代农业科技向产业转化的物质基础。随着计算机技术的发展，20世纪80年代采取多因素综合控制方法，这是利用计算机控制温室环境因素的方法。此方法是将各种作物在不同生长发育阶段需要的适宜环境条件要求输入计算机程序，当某一环境因素发生改变时，其余因素自动做出相应修正或调整。一般以光照条件为始变因素，温度、湿度和二氧
3、化碳浓度为随变因素，使这4个主要环境因素随时处于最佳配合状态。20世纪90年代，在多因子环境控制中，采用了模糊控制、多变量控制等先进技术，并采用这些先进技术开发环境自动控制的计算机软件系统。目前日本、荷兰、以色列、美国等发达国家可以根据作物的要求和特点，对温室内光照、温度、水、气、肥等诸多因子进行自动调控。美国和荷兰还利用温差管理技术，对果蔬等产品的开花和成熟期进行控制，以满足生产和市场的需求。我们这里研究的是对于生态环境因素采用单因子控制。主要是对温度控制，在控制温度时，控制的只是温度的改变，而不影响其他因素，要改变其他因素，则要实施另外的控制过程，才能达到一定温度条件下其它相关环境因素的配
4、合。1.1研究背景我国人多，人均占有耕地面积少。因此，要改变这种局面，只靠增加耕地面积是不可能的，要用新的方法来提高单位亩产量，温室大棚技术就是其中的一个好的方法。利用温室大棚可以解决我国人们对蔬菜等农作物的需求，特别是在北方地区，由于冬季寒冷，农作物无法生长，在冬天土地得不到利用。采用温室大棚可以很好地解决这个问题，并且可以让土地得到充分的利用。温室大棚就是建立一个模拟适合生物生长的气候条件，创造一个人工气象环境，来消除温度对生物生长的限制。而且，温室大棚能克服环境对生物生长的限制，能使不同的农作物在不适合生长的季节产出，使季节对农作物的生长影响不大，部分或完全摆脱了农作物对自然条件的依赖。
5、由于温室大棚能带来可观的经济效益，温室大棚技术越来越普及。成为农民增收的主要手段。1.2设计简介随着大棚技术的普及，温室大棚数量不断增多，温室大棚的温度控制成为一个难题。传统的温度控制是在温室大棚内部悬挂温度计，通过读取温度值来知道大棚内的实际温度，然后根据现有温度与额定温度进行比较，看温度是否过高或过低，如果过高，就对大棚进行降温处理，如果过低，就对大棚进行升温。这些操作都是在人工情况下进行的，这些都浪费了大量的人力物力，对于大棚数量很多来说，是面临的一个难题。现在，随着农业产业规模的不断提高，农产品在大棚中培育的品种越来越多，对于数量较多的大棚，传统的温度控制措施就显现出很大的局限性。不解
6、决这些问题只会让劳动人民更加的辛苦，所以我们要研究自动控制，摆脱简单的劳动力，一切进行机械化。让人们有更多的时间享受生活。虚拟仪器技术越来越完善，所以，选用虚拟仪器来改善大棚的温度控制系统。并且虚拟仪器具有以下优点；一、性能高。虚拟仪器技术是在PC技术的基础上发展起来的，所以完全继承了以现成即用的PC技术为主导的最新商业技术的优点，包括功能卓越的处理器和文件I/O，使用户在数据高速导入磁盘的同时，就能实时进行复杂的分析。此外，不断发展的因特网和越来越快的计算机网络使得虚拟仪器技术展现其更强大的优势。二、扩展性强。得益于NI软件的灵活性，只需更新计算机或测量硬件就能以最少的硬件投资和极少的甚至无
7、需软件上的升级即可改进用户的整个系统，在利用最新科技的时候，用户还可以把他们集成到现有的测量设备，最终以较少的成本加快产品上市时间。三、开发时间少。在驱动和应用两个层面上，NI高效的软件构架能与计算机、仪器仪表和通信方面的最新技术结合在一起。NI设计这一软件构架的初衷就是为了方便用户的操作，同时还提供了灵活性和强大的功能，使用户轻松地配置、创建、发布、维护和修改高性能、低成本的测量和控制解决方案。四、集成。虚拟仪器技术从本质上说是一个集成的软硬件概念，随着产品的功能上不断趋于复杂，工程师们通常需要集成多个测量设备来满足完整的测试需求，而连接和集成这些不同设备总是要耗费大量的时间，NI的虚拟仪器
8、软件平台为所有的I/O设备提供了标准的接口，帮助用户轻松地将多个测量设备集成到单个系统，减少了任务的复杂性。本系统能够对大棚内的温度进行采集，然后再进行比较，通过比较对大棚内的温度是否超过温度限制进行分析，如果超过温度限制，温度报警系统将进行报警，来通知管理人员大棚内的温度超过限制，可以及时地调整控制温室大棚的温度，从而有利于农作物的生长，提高产量。 还要进行LabVIEW虚拟仪器编程，通过对前面板的设置来显示温室大棚内的温度，并进行报警，进而对大棚内温度进行控制。本系统有温度传感器，数据采集卡，和计算机组成。计算机主要是进行编程，对温度进行显示、报警和控制等；温度传感器是对大棚内温度进行测量
9、，显示；数据采集卡是读取温度传感器的温度值，并且温度值通过数据采集卡送入计算机；其原理图如图1.1所示。大棚内安装三个温度传感器采集温度三个温度传感器将温度信号转换为电信号三个温度传感器连接三个数据采集卡三个数据采集卡将温度传感器输送的电信号转换为数字信号设备驱动程序将数字信号读入计算机在开发平台上设计信号测量流程和面板 控制空调设备进行反馈控制温度 图1.1 温室大棚温度控制系统三个温度传感器和数据采集卡的原因；由于温室大棚面积比较大，安装一个温度传感器是无法准确的反应大棚内的实际温度，存在局限性。所以我们要在不同的位置等分安装三个温度传感器，并且还对应着三个数据采集卡。这样就会准确的确定实
10、际温度值。需要对LabVIEW进行学习，然后设计系统的前面板，对温度传感器进行选择。 第2章 LABVIEW虚拟仪器简介2.1虚拟仪器概念 LabVIEW是一个基于图形化编程语言的虚拟仪器软件开发工具。本文重点介绍了虚拟仪器的界面，LabVIEW应用，并设计了一个基于虚拟仪器的温度监测和控制系统，阐述了系统开发过程中数据的采集和软硬件的设计，虚拟仪器设备可以由使用者自己定义，这意味着可以自由地组合计算机平台，硬件、软件、以及各种实现应用所需要的附件。这种灵活性在由供应商定义，功能固定、独立的传统仪器上是很难达到的。常用的数字万用表，示波器，信号发生器，数据记录仪，以及温度和压力监控仪器就是这种
11、传统仪器的代表。从传统仪器设备向虚拟仪器设备的转变，为现代实验带来了更多实际的利益，同时也促进着实验手段不断更新。 虚拟仪器技术，就是用户在通用计算机平台上，根据测试任务的需要来定义和设计的测试功能，其实质是充分利用计算机来实现和扩展传统仪器的功能，软件就是仪器反映了虚拟仪器技术的本质特征，美国国家仪器公司生产的NI-LABVIEW是目前最为成功，应用最为广泛的虚拟仪器开发系统，它是一种基于G语言的32位编译型图形化编程语言，其图形化界面可以方便的进行虚拟仪器的开发，在现代工业生产中，需要对温度测量和控制的场合越来越多，测量温度方法也是多种多样的。LabVIEW是图形化开发环境,它具有功能强大
12、、编程效率高、界面友好、参数修改方便等优点,同时它在功能完整性和应用灵活性上也不逊于任何高级语言 VI技术也表明目前测试仪器领域的发展方向，LabVIEW是一种功能强大的虚拟仪器开发平台。2.2虚拟仪器特点与传统仪器相比，虚拟仪器具有高效、开放、易用灵活、功能强大、性价比高、可操作性好等明显优点，具体表现为： 1、智能化程度高，处理能力强。虚拟仪器的处理能力和智能化程度主要取决于仪器软件水平。用户完全可以根据实际应用需求，将先进的信号处理算法、人工智能技术和专家系统应用于仪器设计与集成，从而将智能仪器水平提高到一个新的层次。 2、复用性强，系统费用低应用虚拟仪器思想，用相同的基本硬件可构造多种
13、不同功能的测试分析仪器，如同一个高速数字采样器，可设计出数字示波器、逻辑分析仪、计数器等多种仪器。这样形成的测试仪器系统功能更灵活、更高效、更开放、系统费用更低。通过与计算机网络连接，还可实现虚拟仪器的分布式共享，更好地发挥仪器的使用价值。 3、可操作性强，易用灵活 虚拟仪器面板可由用户定义，针对不同应用可以设计不同的操作显示界面。使用计算机的多媒体处理能力可以使仪器操作变得更加直观、简便、易于理解，测量结果可以直接进入数据库系统或通过网络发送。测量完后还可打印、显示所需的报表或曲线，这些都使得仪器的可操作性大大提高而且易用、灵活。2.3虚拟仪器构成 虚拟仪器的构建主要从硬件电路的设计、软件开
14、发与设计2个方面考虑。硬件电路的设计主要根据用户所面对的任务决定，其中接口设计可选用的接口总线标准包括GPIB总线、VXI总线等。推荐选用VXI总线。因为他具有通用性强、可扩充性好、传输速率高、抗干扰能力强以及良好的开放性能等优点，因此自1987被首次推出后迅速得到各大仪器生产厂家的认可，目前VXI模块化仪器被认为是虚拟仪器的最理想平台，是仪器硬件的发展方向。由于VXI虚拟仪器的硬件平台的基本组成是一些通用模块和专用接口。因此硬件电路的设计一般可以选择用现有的各种不同的功能模块来搭建。通用模块包括：信号调理和高速数据采集；信号输出与控制；数据实时处理。这3部分概括了数字化仪器的基本组成。将具有
15、一种或多种功能的通用模块组建起来，就能构成任何一种虚拟仪器。例如使用高速数据采集模块和高速实时数据处理模块就能构成1台示波器、1台数字化仪或1台频谱分析仪；使用信号输出与控制模块和实时数据处理模块就能构成1台函数发生器、1台信号源或1台控制器。专用接口是针对特定用途仪器需要的设计，也包括一些现场总线接口和各类传感器接口。系统的主要硬件包括控制器、主机箱和仪器模块。常用的控制方案有GPIB总线控制方式的硬件方案、MXI总线控制方式的硬件方案、嵌入式计算机控制方式的硬件方案3种。VXI仪器模块又称为器件。VXI有4种器件：寄存器基器件、消息基器件、存储器器件和扩展器件。存储器器件不过是专用寄存器基
16、器件，用来保存和传输大量数据。扩展器目前是备用件，为今后新型器件提供发展通道。将VXI仪器制作成寄存器基器件还是消息基器件是首先要做出的决策。寄存器基器件的通信情况极像VME总线器件，是在低层用二进制信息编制程序。他的明显优点在于速度寄存器基器件完全是在直接硬件控制这一层次上进行通信的。这种高速通信可以使测试系统吞吐量大大提高。因此，寄存器基器件适用于虚拟仪器中信号/输出部分的模块（如开关、多路复用器、数/模转换输出卡、模/数转换输入卡、信号调理等）。消息基器件与寄存器基器件不同，他在高层次上用ASCII字符进行通信，与这种器件十分相似是独立HPIB仪器。消息基器件用一组意义明确的 “字串行协议”相互进行通信，
