基于LabVIEW的植物生長狀態監控系統研究

關蓓蓓 李猛 黃斌 劉闖

摘? 要：植物生長狀態與生長環境中的溫濕度、光照強度、二氧化碳濃度等參數密切相關，為了提高溫室環境下植物的培育水平，達到植物增產、提高經濟效益的目的，文章將無線傳感器網絡（WSN）技術、機器人技術、機器視覺、圖像處理等技術引入到溫室植物的生長培育中，構建基于LabVIEW的植物生長狀態監控系統。通過搭建系統軟、硬件平臺，對植物生長環境參數、植物長勢等信息進行實時采集、存儲與數據分析，實現整個植物生長過程的實時狀態監控。

關鍵詞：植物生長;LabVIEW;狀態監控;圖像處理

中圖分類號：TP274? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）03-0041-02

Abstract： The growth state of plants is closely related to the temperature， humidity， light intensity， carbon dioxide concentration and other parameters in the growing environment. In order to improve the cultivation level of plants in the greenhouse environment， achieve the purpose of increasing plant production and improving economic benefits， this paper introduces the wireless sensor network （WSN） technology， robot technology， machine vision， image processing and other technologies into the growth and cultivation of greenhouse plants Based on LabVIEW， a plant growth monitoring system was built. Through the establishment of system software and hardware platform， real-time collection， storage and data analysis of plant growth environment parameters， plant growth and other information are carried out to realize the real-time state monitoring of the whole plant growth process.

Keywords： plant growth; LabVIEW; condition monitoring; image processing

1 概述

隨著智能農業技術的不斷發展，溫室環境下的自動化植物培育過程也取得了較大進步。針對目前溫室環境下無法根據植物自身生長狀態實現環境參數控制的問題，本文設計了一種基于LabVIEW的植物生長狀態監測系統，通過無線傳感器網絡技術、機器人技術以及圖像處理等技術，實現溫室環境下植物生長環境與生理信息的監控。該系統可以依據采集到的植物生長狀態信息，給予不同的環境參數調節，實現科學規范的管理，使環境更適合于植物的生長。

2 系統總體設計

本文在對國內外研究成果系統分析的基礎上，通過對植物生長狀態監控關鍵技術的研究，建立一種基于LabVIEW的植物生長狀態監控系統。通過搭建系統軟、硬件試驗平臺，重點探索植物生長發育與溫濕度、光照強度、土壤水分、二氧化碳濃度等環境因子之間的關系，通過機器視覺和圖像處理技術實現植物生長狀態的監控。本課題系統總體設計框圖如圖1所示。

整個基于LabVIEW的植物生長狀態監控系統分為環境數據采集單元、移動機器人單元、環境控制單元和LabVIEW監控平臺，綜合利用無線傳感器網絡（WSN）技術、機器人技術、機器視覺、圖像處理等技術，最終實現了溫室環境下的植物生長狀態與生長環境監測。

（1）基于無線傳感器網絡（WSN）的環境數據采集。采用無線傳感器網絡（WSN）技術實現對溫室環境內的溫濕度、光照強度、CO2濃度、土壤濕度等環境參數的采集、顯示與存儲。（2）移動視覺機器人系統。搭建移動視覺機器人系統，實現溫室環境下的自主導航行走、植物長勢的圖像信息采集、傳輸。（3）環境控制單元。環境控制單元用于實現溫室內的環境參數調節，根據LabVIEW上位機監控平臺給出的適合植物生長的環境參數，通過LED光源模塊、溫濕度調節模塊、灌溉調節等模塊實現環境參數的調節。（4）基于LabVIEW的監控平臺。基于虛擬儀器LabVIEW軟件平臺，設計開發植物生長狀態監控系統人機交互界面，顯示溫室內的環境參數、植物圖像信息以及生長狀態的判別等。

3 系統硬件設計

3.1 植物生長環境數據采集單元

以低功耗、高速嵌入式系統為主控核心，配置相應的時鐘模塊、數據傳輸模塊以及電源模塊等，實現植物生長所需的溫度、濕度、光照度和二氧化碳含量等環境參數的采集。主控核心選擇高性能的STM32微處理器，其具有豐富的I/O口外設，多個通信接口，支持多種中斷，能夠滿足系統需要;無線傳輸模塊采用ZigBee CC2530模塊，它能夠以非常低的成本建立強大的網絡節點，結合領先的RF收發器的優良性能，能夠滿足系統的需要，其硬件框圖如圖2所示：