基于LabVIEW的溫室環境集成測控系統開發

嚴桂林

摘 要：為了實現溫室大棚各參數的精確控制和自動化，提高溫室蔬菜種植產量和品質，文中開發了一種基于LabVIEW的溫室環境集成測控系統，實現了大棚內溫度、濕度、土壤濕度、光照度、CO2濃度的自動測控，以及卷簾電機的自動化控制，闡明了LabVIEW網絡通信模塊、數據庫模塊和網絡視頻模塊開發方法。通過LabVIEW軟件極大地縮短了系統的開發時間，提高了溫室環境自動控制水平。

關鍵詞：溫室大棚；LabVIEW；網絡通信；數據庫

中圖分類號：TP391.42 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2017）07-0-03

0 引 言

隨著計算機技術的發展，其在設施農業的應用越來越廣泛，通過計算機實現設施農業的自動化控制與對溫室蔬菜大棚的精準控制，可以大大降低勞動強度，提高作物的產量和品質，對于大面積農業溫室蔬菜大棚的集成化、批量化、智能化控制具有深遠影響。我們通過LabVIEW軟件成功開發出了溫室環境集成測控系統，實現了大棚內溫度、濕度、土壤濕度、光照度、CO2濃度的自動測控，以及卷簾電機的自動化控制，同時采用LabVIEW網絡通信模塊、數據庫模塊和網絡視頻模塊成功實現了數據遠程通信、上傳以及遠程視頻監控，并取得了良好的效果。

1 溫室測控系統的基本組成

溫室環境集成測控系統主要實現溫室內溫度、濕度、土壤濕度、光照度、CO2濃度數據的采集，并實時控制各參量的值，以使溫室內環境時刻保持適宜作物生長的水平；根據系統設定時間控制卷簾電機，實現自動卷簾功能；通過實時接收網絡攝像機采集溫室內、外圖像，以便管理員在控制室進行遠程監控；同時將采集到的溫室內各環境參數上傳數據庫服務器，并統計，以便管理人員分析決策。系統組成框圖如圖1所示。

2 系統前面板設計

系統框體設計所需控制面板如圖2所示。

系統前面板主要包含視頻監視模塊，環境參數顯示模塊與實時波形顯示模塊，通過選項卡控件實現歷史記錄、報警記錄、系統設置和電機控制面板的切換，各面板如圖3、圖4、圖5、圖6所示。

3 系統后面板設計

3.1 UDP網絡通信模塊編程

網絡通信模塊采用UDP通信，主機采用服務器工作模式接收下位機發送的數據，程序框圖如圖7所示。

采用UDP通信模式只需設定好本機端口號和下位機端口號，主機便會自動接收下位機發來的數據，無需驗證地址，大大提高了數據通信速率。發送數據及命令則采用UDP廣播通信方式和遠程地址方式即可對所有下位機廣播發送也可指定地址發送。

3.2 數據處理模塊編程

數據處理模塊主要實現對接收數據的處理，解析接收到的數據包，獲得各參數值并顯示，程序框圖如圖8所示。

為了提高數據吞吐率，在這里采用隊列方式，通過隊列操作控件建立數據隊列，如圖9所示。

3.3 數據庫模塊編程

數據庫模塊主要實現溫室內環境參數的實時記錄，通過數據庫記錄數據可以提高數據利用率，可通過數據庫服務器遠程訪問獲取大棚內數據，通過MySQL數據庫實現。這里需要在主機安裝數據庫接口驅動程序mysql-connector-odbc.msi，Navicat8.exe和MySQL數據庫，它們可以通過網絡下載安裝，安裝完Connector to ODBC之后，在控制面板—管理工具——數據源（ODBC）的驅動程序中就可以看到MySQL的驅動程序了，即MySQL ODBC 5.2 ANSI Driver。該驅動要被使用在LabVIEW進行數據庫的訪問。同時LabVIEW軟件需要安裝LabSQL工具包，LabSQL文件夾放至LabVIEW安裝目錄下的user.lib文件夾下即可。

數據庫模塊程序框圖如圖10所示，從隊列輸出的數據經簇打包送入數據庫子VI，子VI程序框圖如圖11所示。

這里需要采用SQL語言來實現數據庫操作，本例中需要將各參數寫入數據庫，則相應的SQL語句為INSERT INTO jilu（Date，Time，DPBH，Temp1，Temp2，Temp3，Temp4，Temp，Kqsd1，Kqsd2，Kqsd3，Kqsd4，Kqsd，Trsd1，Trsd2，Trsd3，Trsd4，Trsd，CO21，CO22，CO2，Gzd，FD，BJ）。

3.4 視頻采集模塊編程

采用網絡攝像頭來實時采集大棚內外的圖像，LabVIEW中采用方法節點來獲取網絡視頻地址，以及網絡攝像頭各控制參量，視頻采集模塊如圖12所示。

IP地址的方法名為IpServerIp，端口地址方法名為IPort，用戶名方法為IpUserName，IP地址、端口地址和用戶名可通過網絡攝像頭客戶端軟件查詢。

3.5 電機控制模塊編程

卷簾電機控制主要是向下位機發送電機控制命令，下位機接收后解析數據，獲取命令，其程序框圖如圖13所示。

控制命令經打包后發送至網絡發送模塊，經指定地址下位機接收實現控制，也可廣播發送進行集中控制。

4 系統測試及結果

系統軟件編寫完畢后即可投入測試，測試時可先分模塊測試，最后集中測試。測試結果如圖14所示。

5 結 語

經測試驗證，我們設計的溫室環境集成測控系統運行正常，且由于采用了網絡通信方式，極大地提高了數據通信速率，也大大簡化了農業園區內復雜的布線，采用無線路由模式還可減少有線網絡，大大降低成本。

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