智能農業多通道數據采集系統設計范文

本站小編為你精心準備了智能農業多通道數據采集系統設計參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

摘要：

本設計使用虛擬儀器技術實現了智能農業多通道數據同時采集、存儲和管理、報警記錄等功能。本設計是虛擬儀器在農業領域監測的一個成功嘗試，實踐證明虛擬儀器是一種較好的數據采集的工具，能夠高效的完成植物生長過程和環境信息的測控任務。

關鍵詞：

虛擬儀器；數據采集；多通道；LabVIEW

隨著計算機技術的發展，數字設備正在逐步取代模擬設備，計算機監測與控制技術正在發揮非常重要的作用。而傳統農業的生產方式主要是人工勞作，這種生產方式不僅單一，而且還不能及時監測農作物生長狀態，無法及時供給水肥與管理，嚴重影響農作物的產量。把數據采集融入到農業里，符合智能農業的要求，也能很好的解決上述問題［1］。目前先進的數據采集系統，不僅需要各個設備可以單獨完成數據采集，而且要求彼此之間可以互相通信，以完成實時數據采集及分析，實現信息共享，便于對眾多的信號進行對比、自動分析，得出比較準確的判斷，較傳統數據采集方式有很大提高。本文基于虛擬儀器技術設計了智能農業多通道數據采集系統，該系統可同時實現多通道信號采集，監測作物生長過程及環境信息，實時顯示、記錄、分析和處理實驗數據等功能［2］。

1道數據采集系統總體設計框圖

整個系統從函數發生器開始，通過函數發生器發出的電信號，經過轉接板，將信號送至數據采集卡進行采集，然后用軟件進行處理。在采集過程中將數據保存到數據庫里，再通過對表格的時間查詢實現歷史數據的訪問，具體框圖見圖1所示。虛擬儀器軟件系統設計需要考慮的因素很多，如硬件要求、計算機硬件、操作系統軟件等，因此，必須結合使用的儀器和數據采集設備進行分析，在方案確定時，根據系統的自身特點，設計一個基于計算機自身的數據采集系統。系統可分為數據采集、采集數據實時顯示、存儲于管理、報警記錄等功能［3］。在軟件的設計中，上位機以LabVIEW為平臺，編寫數據采集模塊、數據保存模塊、歷史數據查詢模塊和報警記錄模塊。上位機是虛擬實現的關鍵，其軟件的結構框圖如圖2所示。

2系統具體應用程序的實現

2．1數據采集程序設計1）數據采集觸發電路。觸發信號通常是指能夠引發一個操作的信號。用戶設置開始測量的時刻可以用觸發信號來設計。舉例來說，如果所做的系統需要測試一個模擬電路對一個模擬脈沖輸入信號響應時，就可以用脈沖輸入信號作為觸發信號來測量設備，確定何時開始采集樣本；如果用戶不用觸發信號的話，那么就要在加入測試信號之前采集數據。當用戶配置一個觸發信號時，必須首先確定觸發一個什么操作，以及如何得到觸發信號［4］。本設計的電路就是通過索引數組進行溫度間隔、壓力間隔和流量間隔的選擇控制來產生一個觸發信號進行觸發所選擇的采集通道。首先將三個信號間隔通過索引數組連到十進制for循環中作為觸發信號，再把信號與另一個十進制數進行捆綁，經過布爾數組轉換至函數。觸發電路如圖3所示。2）多通道數據采集程序。為了解決同步采樣可能出現的問題，本設計采用了間隔掃描的方式。使用這種方法，通常是通道的時鐘速度比掃描時鐘。在這種情況下，在每個掃描通道的時鐘速度更快、規模較小的相鄰通道間采樣間隔。本設計利用for循環對采樣間隔的控制，實現了三通道同時采樣。首先給出正弦波、三角波和Chirp波形信號，經條件結構函數進行選擇，再由溫度計顯示當前溫度，同時記錄時間。多通道數據采集程序如圖4所示。3）數據記錄文件保存程序。使用數據記錄文件可以在LabVIEW中快速和方便地訪問和操作數據文件，并且可以方便地組織具有復雜結構的數據。數據記錄文件存儲數據的方法與數據庫文件相似，是把數據作為由相同結構的記錄組成的一個序列來保存。每一行是一個record（記錄），每一個記錄都必須含有相同的數據結構。LabVIEW把每一個記錄作為一個簇寫入文件，記錄的每一個組成元素可以是任何類型的數據。使用數據記錄文件只需要極少量的操作，這使讀取和寫入速度非常快。它還簡化了數據獲取的方式，因為可以根據recordnumber來訪問所需的任何一個記錄，這就使隨機訪問既快又簡便。數據記錄文件保存程序如圖5所示。4）波形文件保存程序。使用波形文件輸入輸出函數，可以把Waveform存儲為波形文件。從本質上來說，波形文件是一種特殊的數據記錄文件，其包含的數據有波形的起始時間t0、間隔時間Δt和所采集的數據Y。波形文件程序保存如圖6所示。本設計先將兩維矩陣轉換為一維向量，再將一維向量寫入電子表格文件中，實現波形文件的保存。該設計中還能自動搜索具體日期時的波形文件，為下面的查詢報警功能做好了鋪墊［5］。

2．2歷史數據查詢程序設計對于已收集的數據庫中的歷史數據可以進行查詢和存儲。因此根據相關的檢索條件，進行主要的程序保存數據的設置，以節省時間，具體程序見圖7。該部分設計是利用波形產生時記錄的時間，通過讀取電子表格程序查找出了波形。在數值文本文件中從指定字符偏移量開始讀取指定數量的行或列，并使數據轉換為雙精度的二維數組，這樣就可以查詢表格里的文件了。

2．3報警記錄程序設計這部分程序是利用用戶事件來編寫的，每當采樣值大于設定值時，則會觸發用戶事件，從而使接下來循環里的事件發生，然后進行記錄數據，這部分的數據記錄是實時記錄的，并進行保存，每次重啟動系統時，會清空所保存的記錄。該報警記錄的時間間隔為0．2s。具體程序見圖8。

3總結

本設計在虛擬儀器技術、數據庫技術、軟件開發技術的基礎上，使用虛擬儀器技術實現了智能農業多通道數據采集，通過數據庫保存記錄，進一步設計了數據訪問系統。實現了一個從物理信號到桌面訪問的多通道數據采集系統，完成了對農作物生長過程和環境的監測。

作者：苗鳳娟 葉敬 陶佰睿 高玉峰 王琦 單位：齊齊哈爾大學通信與電子工程學院