基于labview對周邊環(huán)境監(jiān)測的研究

【摘要】本文介紹了以labview為基礎(chǔ)構(gòu)架，通過下位機即傳感器與單片機相結(jié)合的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)得到周邊環(huán)境參數(shù)的數(shù)據(jù)，通過設(shè)置通訊協(xié)議傳遞到上位機即labview中進行環(huán)境參數(shù)的數(shù)據(jù)通信，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)曲線顯示及數(shù)據(jù)分析等功能，從而可以得到周邊環(huán)境變化的規(guī)律，進一步可以進行各環(huán)節(jié)的控制功能。

【關(guān)鍵詞】環(huán)境監(jiān)測；labview；數(shù)據(jù)采集；串口通信

1.引言

LabVIEW（Laboratory Virtual instr-ument Engineering）是虛擬儀器概念的創(chuàng)造者，由美國National Instrument（簡稱NI）公司推出的圖形化軟件開發(fā)環(huán)境，類似于C 和BASIC。LabVIEW 的最大優(yōu)勢在于測控系統(tǒng)的開發(fā)，它不僅提供了幾乎所有大量現(xiàn)代的高級信號分析工具與經(jīng)典的信號處理函數(shù)，而且還可以和多種主流的工業(yè)現(xiàn)場總線通訊并且與大多數(shù)的通用標(biāo)準(zhǔn)實時數(shù)據(jù)庫鏈接，同時程序的執(zhí)行卻幾乎不受影響，在信號處理等方面的強大功能是組態(tài)軟件所不可以比擬的。隨著社會的發(fā)展，對人們的生活環(huán)境、農(nóng)業(yè)蔬菜大棚等環(huán)境各指標(biāo)（溫度、濕度、光強）監(jiān)測有著日趨重要的現(xiàn)實意義。本文利用虛擬儀器實現(xiàn)了監(jiān)測方便、實時數(shù)據(jù)采集傳輸、界面直觀、費用低廉功能。

2.系統(tǒng)設(shè)計

利用各傳感器采集到的環(huán)境參數(shù)得到原始數(shù)據(jù)，在LabVIEW平臺進行各種數(shù)據(jù)的處理及顯示。labview軟件設(shè)計程序由兩部分部分構(gòu)成，即前面板和后面板，后面板即為程序代碼和程序圖標(biāo)及接口板。前面板主要實現(xiàn)程序的輸入和輸出功能，每一個前面板都對應(yīng)相應(yīng)的圖形代碼。該系統(tǒng)核心模塊是數(shù)據(jù)采集模塊，通過與硬件采集系統(tǒng)的串口通信來實現(xiàn)，是其他一切功能的基礎(chǔ)。顯示功能應(yīng)用數(shù)據(jù)顯示模塊，根據(jù)需要可以添加數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)存儲等模塊。系統(tǒng)的的工作原理流程圖如圖1所示。

2.1 串口通信

計算機與計算機或計算機與終端之間的數(shù)據(jù)傳輸可以采用串行和并行兩種通訊方式，由于串行通訊方式具有使用線路少、成本低等特點，特別是在遠程傳輸時，避免了多條線路特性的不一致而被廣泛采用。在串口通信中，將PC機的串口驅(qū)動后，在labview中有各種封裝好的串口函數(shù)子VI可以調(diào)用，包括串口初始化函數(shù)，串口讀函數(shù)，串口寫函數(shù)，結(jié)束串口讀寫函數(shù)和串口中斷函數(shù)等。其中，串口初始化函數(shù)用來設(shè)定串口的各種參數(shù)，如串口號、波特率、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗位、停止位、握手信號類型等。串行通信是指將構(gòu)成字符的每個二進制數(shù)據(jù)位依照一定的順序逐位進行傳輸?shù)耐ㄐ欧绞?，雖然比較古老但目前仍較為常用的通信方式，采用RS232通信協(xié)議。但RS232接口標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)較早，有一些不足之處，比如傳輸速率低、傳送距離短等。針對這樣的不足，出現(xiàn)了一些新的接口標(biāo)準(zhǔn)，RS-485就是其中之一，它具有抗干擾能力強、傳輸距離遠、傳送能力強等特點，使之成為首選的串行接口。labview主要通過6個VISA節(jié)點來實現(xiàn)串行通信這個功能，分別實現(xiàn)串口設(shè)置，串口寫，串口讀，監(jiān)測串口緩存，中斷以及關(guān)閉串口等功能。

2.2 數(shù)據(jù)采集模塊

數(shù)據(jù)采集模塊通過設(shè)備驅(qū)動程序接口完成對DAQ 數(shù)據(jù)采集卡的初始化工作，包括創(chuàng)建和管理設(shè)備對象，以及采集卡的工作、通道數(shù)、采樣頻率，每次采樣點數(shù)等參數(shù)的設(shè)定等，因而可以進一步分為數(shù)據(jù)采集卡驅(qū)動程序的打開、數(shù)據(jù)采集卡的設(shè)置、數(shù)據(jù)采集卡的啟動、數(shù)據(jù)采樣控制、數(shù)據(jù)采集卡驅(qū)動程序的關(guān)閉等子模塊。程序運行以后，數(shù)據(jù)采集卡連續(xù)采集數(shù)據(jù)，并把采集到的數(shù)據(jù)送入到緩存中去，直到采集結(jié)束，并在前面板上顯示連續(xù)采集到的數(shù)據(jù)波形。其中溫度采集及顯示的程序部分如圖2所示：

2.3 數(shù)據(jù)顯示模塊

數(shù)據(jù)顯示模塊的主要功能是將采集到的數(shù)據(jù)以及分析后的結(jié)果顯在前面板上顯示，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的可視化。這里數(shù)據(jù)顯示界面的實現(xiàn)主要依靠LabVIEW提供的各種顯示控件，包括波形顯示控件，數(shù)據(jù)顯示控件，指示燈顯示報警控件等。如圖3所示：

2.4 數(shù)據(jù)分析模塊

信號分析與處理是采集到原始信號之后所必不可少的部分，需要根據(jù)儀器的功能要求和所處理信號的實際情況選擇合適的分析及處理方法。該系統(tǒng)的分析模塊主要完成的功能是：當(dāng)測量數(shù)據(jù)在正常范圍內(nèi)時指示燈顏色為藍色，當(dāng)所測的數(shù)據(jù)超出正常范圍時，指示燈顏色為黃色，并發(fā)出報警聲，詢問用戶是否調(diào)用外圍設(shè)備，即控制部分，進行生態(tài)環(huán)境的調(diào)節(jié)，如果用戶同意則通過開關(guān)量打開外圍設(shè)備。由于數(shù)據(jù)采集過程中不可避免的受到多種因素的干擾，該系統(tǒng)采用橢圓濾波器，對采集到的信號進行濾波處理。

3.結(jié)論

本文介紹的基于labview的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，通過對傳感器檢測到的信號進行傳輸變換，實現(xiàn)了溫度、濕度、二氧化碳濃度等參數(shù)的監(jiān)測，界面友好直觀。由于此設(shè)計由各個單元模塊化組合，所以適合移植或構(gòu)建到其它系統(tǒng)中，還可以根據(jù)需要修改子程序，增加儀器控制部分，使該系統(tǒng)功能更加完善。

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