1、中文摘要I本科毕业论文（20 届）基于 LabVIEW 的多路温湿度测量系统设计所在学院 专业班级 自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 中文摘要II摘 要本论文是介绍一种基于LabVIEW开发的多路温湿度的测量系统设计。此次设计是以蔬菜大棚为研究对象，核心是虚拟仪器技术，并综合运用了传感器技术、计算机技术等多种技术。由于近年来我国科技迅速发展，我国的温室产业也得到快速进步。我国的温室产业主要是蔬菜大棚，潍坊寿光的大棚产业已经成为实验研究基地，现代蔬菜大棚的管理也日渐成为主要的研究话题。在现代大型的蔬菜大棚管理中，棚内环境的监测和控制非常重要，以前甚至现在小规模的蔬菜大棚管
2、理都还是人工管理，这种传统的管理方式不仅费时费力而且效率极低，很不符合现代化生产。科技为生产服务，生产促进科技发展，虚拟仪器的出现就可以很好地解决这些问题。基于 LabVIEW 的多路温湿度测量系统的设计，是在将虚拟仪器技术和传感器技术、计算机技术等技术综合运用的基础上，在 LabVIEW 软件平台上开发的可以应用在对温室环境进行监控的一种监测系统软件。我们在这里应用的虚拟仪器的软件开发平台是一种流行的图形化编程方法，采用了 NI 公司的LabVIEW 软件，优点是软件开发周期短，编程容易，因此普通工程师就可以利用 LabVIEW 进行编程。正是由于 LabVIEW 的这种优越性，目前已经广泛
3、应用于航空航天、通信、电力、生物医学等等众多行业。关键词：虚拟仪器，LabVIEW，多路测量，蔬菜大棚AbstractIIAbstract This paper describes an approach based on LabVIEW to develop multi-channel temperature and humidity measurement system design.The design is based on vegetable greenhouses for the study, the core is a virtual instrument technology,
4、 and integrated use of sensor technology, computer technology and other technology.In recent years,as Chinas rapid technological development. Our countrys greenhouse industry also obtains the fast development.Chinas greenhouse industry is the main vegetable greenhouses, Weifang Shouguang the greenho
5、use industry has become the experimental research base, the management of modern greenhouses is becoming a major research topic. In modern large-scale vegetable greenhouse management, monitoring and control of the studio environment is very important, before even now small-scale vegetable greenhouse
6、 management or artificial management, this traditional approach to the management not only time-consuming and very low, it is not consistent with modern productionScience and technology for the production of service and production to promote technological development and the emergence of the virtual
7、 instrument can solve these problems.Multi-channel measurement system of temperature and humidity based on LabVIEW design, is in virtual instrument technology and application technologies such as sensor technology, computer technology, based on LabVIEW software platform can be used in the developmen
8、t of a monitoring system for greenhouse environment monitoring software.Here we have the application of virtual instrument software development platform is a popular graphical programming and using NI LabVIEW software, the advantages of the software development cycle is short,and easy to program, so
9、 the ordinary engineers can be used programmed using LabVIEW.It is precisely because the LabVIEW such superiority it has been widely used in many industries of aerospace, communications, electricity, bio-medicine industry and many more.Keywords: VI, LabVIEW,Mulit-channel measurement, Vegetable Green
10、houses目 录III目 录摘 要 .IABSTRACT .II目 录 .III第一章 引 言 .11.1 课题的背景 .11.2 国内的研究现状 .21.3 国外的研究现状 .2第二章 虚拟仪器技术与 LabVIEW .42.1 虚拟仪器技术概述 .42.1.1 虚拟仪器简介 .42.1.2 虚拟仪器特点 .52.1.3 虚拟仪器组成 .82.1.4 虚拟仪器应用 .102.2LabVIEW 虚拟仪器开发平台 .112.2.1LabVIEW 概述 .112.2.2LabVIEW 程序设计简介 .13第三章 系统整体方案设计 .153.1 系统方案设计原理 .153.2 系统设计方案 .16
11、3.2.1 温度信号采集 .173.2.2 湿度信号采集 .183.2.3 数据采集卡 .203.2.4 单路温湿度测量的设计 .203.2.5 多路温湿度测量程序的设计 .22结 论 .26参考文献.28致 谢 .29第一章 引 言- 1 -第一章 引 言1.1 课题的背景由于种种历史原因,我国现代化农业起步较晚，因此我国的农业技术远远落后于其他发达国家。改革开放以来，我们的经济飞速发展，综合国力明显提高，科技水平逐渐向世界水平看齐，其中我国的农业技术也得以快速发展。温室产业技术的提高，使得蔬菜大棚技术也得到了发展，数量日渐增多的蔬菜大棚也即将迎来崭新的面貌。现代化农业要求高质量、高效率的批
12、量生产，因此蔬菜大棚的管理就要摆脱传统的人工方式，走向机械化自动化的智能管理方式。作为当代大学生的我们就是要把所学知识应用到实际当中，而将基于 LabVIEW开发的多路温湿度测量系统应用于蔬菜大棚管理就是将理论应用于实际的典型实例。棚内蔬菜的生长受到许多因素的影响，其中温度、湿度、光照等等会产生直接影响，因此，对棚内环境的监控直接关系到大棚的生产水平。由于科技水平的限制，对蔬菜大棚进行的检测调控和管理也是有限的，目前国内的蔬菜大棚多是采用人工控制，这种方法不但需要投入大量的人力、物力和财力，而且生产效率低，明显达不到所要求的水平。现在，随着农业产业规模的逐渐提高，蔬菜大棚的传统管理方法就暴露出
13、巨大地弊端。而装有环境自动监测控制系统的温室蔬菜大棚就可以解决这些弊端，符合现代化生产需要。基于 LabVIEW 的多路温湿度测量系统是为了对蔬菜大棚的环境进行实时监控而设计的，此系统属于智能监控系统，能够自动监控大棚内的温度和湿度。本方案结合了温室蔬菜栽培的特点，采用专用的温度传感器和湿度传感器，及时有效获取大棚内作物生长环境要素的相关参数。利用这套系统，大棚内的管理人员，可以实时了解到大棚内温度和湿度的变化，并据此向有关的农科站技术人员进行咨询，以便能更好的对作物进行管理。应用虚拟仪器软件开发平台设计的各种系统，不仅仅能应用于温室大棚，在现代化工业的控制生产中更是应用广泛。工业生产现场的环
14、境比较恶劣，有时因为生产需要，工作人员必须待在现场实时观察生产环境温度的变化是否影响设备运行，而虚拟仪器就可以第一章 引 言- 2 -代替工作人员完成对生产环境温度的采集、分析、处理等一系列的功能，非常符合现代工业自动化的生产。1.2 国内的研究现状我国的温室栽培起源较早，追溯到 2000 多年前利用保护设施(温室的雏形)栽培多种蔬菜，至 20 世纪 60 年代，我国的温室产业始终处在小规模、低水平、发展缓慢的状态。70 年代初期我国引入地膜覆盖技术，7080 年代，塑料大棚和日光温室相继出现。90 年代开始，我国的农业才逐步迈向规模化、集约化和科学化，技术水平有了大幅度提高。近年来国家投资启
15、动了许多相关科研项目，在学习借鉴、吸收消化国外先进技术成果的基础上，中国的温室农业有了较快发展，生产面积和生产水平不断提高在“九五”、“十五”改造期间，在国家科学研发技术部的带领和组织下，开展实施了“农业研究与示范高效工业化”项目，利用引进的最新现代化温室设备及相关的配套技术，通过借鉴、学习应用它们的技术创新，开展了一系列的选育品种、无土栽培技术、调控温室中温度、湿度和光照等影响温室作物生长的环境因子等等各种技术的研究与攻关，相继诞生的一大批优秀的科技成果，有效地推动了我国温室产业的发展。在我们国内与之有关的各类研究院研究所在温室环境管理系统、无土有机栽培模式、温室调温、增加光照和增施二氧化碳
16、等也早已经展开了相关的研究工作，例如新疆兵团棉花膜下滴灌自动化监控技术的研究与应用就已经取得显著成效，这些都意味着我们国家已经初步形成了具有一定规模的有中国特色的现代化农业技术体系 1。综上而言，我国的温室发展已经初具规模，而且正快速的超国际化接轨。随着社会的进步和科学技术的发展，我国温室产业也展现了巨大的前景，区域化、节能化、专业化的发展方向，高科技、自动化、机械化、规模化、产业化的生产规模，都向我们展现了温室产业的蓬勃发展。1.3 国外的研究现状温室产业比较发达的国家很多，像以种植郁金香闻名世界的荷兰、沙漠中培育滴灌农业的以色列、具有大型牧场且进行高效机械化生产的美国、耕种面第一章 引 言
17、- 3 -积广阔的加拿大等国家，其涉及农业的相关设施设备的标准化水平、育苗技术及规范化的栽培技术、新型覆盖材料的开发应用技术、温室环境因子的综合调控技术及农业生产高端机械化技术的水平等都是世界发展水平最高的，一直就遥遥领先于世界其他国家。自 20 世纪 70 年代以来，国外一些温室农业发达的国家就已经在温室环境配套工程技术方面进行了大量研究，并取得了一系列的技术成果。其中以荷兰为代表的欧美国家就实现了温室产业的大规模、高度自动化、高效率的生产，而且设施农业主体没备温室内的水分、光照、空气湿度、二氧化碳气体的浓度、温度、肥料等均实现了智能化的监控管理；以以色列为主中东国家在不局限于环境的条件下，
18、发展的现代化温室可以说是沙漠中的奇葩，它可以根据作物对环境的不同要求，通过计算机直接对温室内部的环境进行自动监测和调控，做到养料和水分直接输送到作物的根部，节约资源，实现了对温室作物不受外部环境影响的、长年性的高效生产。 当前，国外温室产业发展呈以下态势：温室建筑面积愈来愈大，在农业技术先进的国家，每个温室的面积都可达到在 0.5hm2 以上，便于进行立体栽培和机械化作业；覆盖材料向多功能、系列化方向发展；无土栽培技术迅速发展；采用现有的机械化、工程化、自动化技术，实现对设施内部环境因素(如温度、湿度、光照、二氧化碳浓度等)的调控；温室环境的监测控制和作物的栽培管理向智能化、网络化方向发展，而
19、且温室产业有向节约能源、低成本的地区转移的趋势；广泛应用发展喷灌、滴灌系统。第二章 虚拟仪器技术与 LabVIEW- 4 -第二章 虚拟仪器技术与 LabVIEW2.1 虚拟仪器技术概述随着微电子技术和计算机技术的飞速发展，计算机技术与测控技术深层次的综合运用正掀起测试领域里的一场新浪潮，一种全新的仪器结构概念席卷了整个测量领域，我们称这一新型仪器为虚拟仪器。虚拟仪器是现代计算机技术、测控技术和通信技术不断发展更新的产物，是对传统仪器观念的一个巨大挑战，是开辟了测量仪器发展的另一个重要方向，它的出现使当前的测试技术进入一个全新的发展史册。2.1.1 虚拟仪器简介测量仪器发展至今，经历了四个基本
20、阶段：模拟仪器、数字化仪器、智能仪器和虚拟仪器。而虚拟仪器是现代计算机软件、硬件技术和测量技术相结合的产物，是传统仪器观念的一次巨大变革，是将来仪器发展的一个重要方向。虚拟仪器技术最早是由美国国家仪器公司（National Instruments,NI）在1986 年提出的，当时认为它是一种构成仪器系统的新概念。所谓虚拟仪器，就是在以计算机为核心的硬件平台上，其功能由用户自己设计和定义，具有虚拟面板，其测试功能由相关的测试软件实现的一种计算机仪器系统 2。其基本思想是：用计算机上的模拟输入、模拟输出等来取代传统仪器中的输入、处理和输出等部分，实现仪器硬件核心部分的模块化和最小化；用计算机软件和
21、仪器软面板实现仪器的测量和控制功能。图 2-1 给出了一种常见到的利用数据采集卡实现的虚拟仪器的组成结构。被 测 对 象传 感 器数 据 采 集 卡数据处理虚拟仪器面板图 2-1 常见的虚拟仪器的组成结构第二章 虚拟仪器技术与 LabVIEW- 5 -实际上虚拟仪器的组成可以是多种多样的，但是基本原理都是相同的，应用者可以根据需要自身组合虚拟仪器，由此也体现了虚拟仪器的灵活特性。虚拟仪器的”虚拟”两字主要包含以下两方面的含义：（1）虚拟仪器的面板是虚拟的。虚拟仪器面板上的各种“图标”与传统仪器面板上的各种“器件”所完成的功能是相同的。传统仪器面板上的器件都是属于“实物”的按钮、开关等，而且是可
22、以进行“手动”和“触摸”的操作；虚拟仪器的面板在外形上是和传统仪器上的器件实物几乎相同的“图标”，每个图标的“接通”、“断开”、“移动”等动作都可以通过滑动计算机鼠标来完成。因此在前面板上设计窗口中摆放所需要的图标就是设计的虚拟仪器前面板，具体功能就是对图标的属性进行不同的设置。（2）虚拟仪器的流程图是图形化的，对流程图进行编程就可以实现虚拟仪器的测量功能。什么是虚拟仪器？就是在以计算机为核心组成的硬件平台支持下，通过对软件编程就能完成仪器的测量功能这就是虚拟仪器。因为仪器的各种测试功能可以通过不同测试功能软件模块的组合来实现，所以在确定了硬件平台以后，“软件就是仪器”的说法就真正得到落实了，
23、这也是测试技术与计算机深层次的结合的体现。虚拟仪器的工作原理：利用 PC 显示器（CRT）的显示功能模拟传统仪器的控制面板，然后以各种形式输出检测结果，接着由 I/O 接口设备完成信号的采集、测量与调理，最后用软件实现信号数据的运算、分析、处理 3。2.1.2 虚拟仪器特点传统的测量仪器通常由三大功能模块组成，及信号采集与控制：信号分析与处理、测量结果的存储、现实与输出，这些模块基本上是以硬件形式或已固化的软件形式存在，灵活性和适应性较差。虚拟测试仪器系统的概念是测控系统的抽象。不管是传统仪器，还是新兴起的虚拟仪器，其功能模块是相似的，它们最大的不同就在于灵活性。虚拟仪器由用户自己定义，即用户
24、可以自由组合计算机平台的硬件、软件以及完成测控所需要的各种附件，传统仪器就无法满足这一点。与传统仪器相比，虚拟仪器的设计理念、系统结构和功能定位方面都有了根本新变化，总结说来，虚拟仪器主要有以下特点：第二章 虚拟仪器技术与 LabVIEW- 6 -1）软件是虚拟仪器的核心。确立了虚拟仪器的硬件后，其功能主要是通过软件来实现的，充分体现了软件在虚拟仪器中占有重要的地位，美国国家仪器公司曾经提出的“软件就是仪器”也能证明软件 是虚拟仪器的核心。2）虚拟仪器的性价比高。一方面，虚拟仪器可以在同一时间对多个设置参数进行高效实时的测量，另外由于信号的传送和数据的处理几乎都是靠数字信号或软件来实现的，所以
25、这样外界环境的干扰和系统误差的影响就会大大降低。另一方面，用户也可以随意调整虚拟仪器的功能来实现自己的各种需要，这样，仪器在更换测量对象时可以明显的缩短更新周期。此外，采用虚拟仪器还可以减少测试系统的中硬件的使用，从而降低系统的开发成本和维护成本，由此可知，选择使用虚拟仪器比传统仪器更经济更方便更合适。3）虚拟仪器的出现缩小了仪器制造厂家与购买者之间的距离。虚拟仪器的一大突出特性就是购买者可以根据自已的需要编写程序来规定仪器的功能，传统仪器那是由仪器制造厂商规定仪器的功能，由此仪器的功能就是不能改动的，这样就会出现厂商生产规定的仪器功能不相符合用户要求的情况。利用虚拟仪器，购买者可以自行尝试多
26、种组合，在组建过程中甚至能发现开发更完美的测试系统，这样也丰富加强了系统的其他功能。由于 PC 机可以提供比应用仪器内部的处理能力更优秀的功能，因此，用户仅仅是利用一台通用的数据采集系统（或板卡），用户就可以通过软件构造你能想象出的所有功能的仪器。4）虚拟仪器具有友好、灵活的人机界面。在虚拟仪器软件开发平台中，测量的结果是软件编辑在计算机显示器上生成的，由软面板来实现与传统仪器面板上相似的图形界面。因此，不同的用户通过自行编写程序软件定义适合他自己的面板形式，而且不拘泥于同一种面板的选择，这也体现了人性化的人机界面。5）扩展性强。NI 的软、硬件工具使得工程师和科学家不再局限于当前的技术。得益于 NI 软件的灵活性，只需更新用户的计算机或测量硬件，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，用户可以把它们集成到现有的测量设备，最终以较少的成本加速产品上市的时间。
