基于LabVIEW平台的寒地日光温室群远程监控系统设计

2013-02-04 11:42:22来源: 21IC

  "通过使用NI产品,我们极大地缩短了系统开发周期和实验的验证时间。"– Fulu Wang, Northeast Agriculture University

  The Challenge:

  以NI LabVIEW为软件核心,集成PCI6221,NI WSN,第三方OMRON PLC 控制器等硬件,共同构建寒地日光温室群远程无线监控系统。

  The Solution:

  通过使用具有良好人机界面和易于编程的LabVIEW,结合基于ZigBee协议的NI-WSN,实现对温室环境参数的无线测量,传送,显示和存储。使用DSC工具包,通过OPC server易于对温室控制器OMRON PLC 的读写,实现对执行机构快速准确的控制。使用WEB server实现监控系统的远程监控。

  Author(s):Fulu Wang - Northeast Agriculture University

  地处寒地地区(高于北纬43°的地区)的吉林省和黑龙江省是我国的农业大省,目前随着日光温室的迅速发展,该地区从国外引进并自行设计了大量日光温室。经过调研走访,由于高寒地区冬季恶劣的气候条件,且温室均以加温温室为主,在实际运行中存在着能耗大,自动运行故障率高,维修成本高,使温室控制主要靠人工经验手动管理,这是限制温室作物高产、优质、高效生产的主要障碍。

  本文基于LabVIEW软件平台构建上位机监控系统,结合基于ZigBee技术的无线传感器,实现寒地日光温室环境信息的无线采集,显示,存储。通过LabVIEW DSC Module 中的OPC SEVER,易于实现对PLC的读写,从而实时对现场设备进行监控,并通过WEB SEVER实现远程监控。

  监控系统设计

  系统整体设计方案如图1所示。无线传感器网络由布置在温室中的环境温、湿度传感器,土壤湿度传感器及二氧化碳和光照传感器组成,各传感器将非电量转化成随环境参数改变的电量,以无线的方式传送至以太网关接收端,再通过以太网接口传至上位机。上位机运行基于LabVIEW实现的监控界面,实现环境参数的实时显示,数据库存储,打印输出,参数设置,报警,历史数据查询等功能。下位机控制器选用PLC,梯形图编程简单,在寒地温室复杂的环境条件下,控制器可靠性高。

  监控系统硬件实现

  无线传感器网络选用NI WSN-3202 。NI WSN-3202测量节点作为一款无线设备,提供4路±10 V模拟输入通道和4路双向数字通道。18针螺栓端子连接器可直接与传感器连接;设备提供的12 V、20 mA电源输出可以直接为需要外部电源的传感器供电。直接使用4节1.5V、AA碱性电池为该测量节点供电,4节电池的电量可持续工作3年。采集节点在2.4 GHz频段上以无线方式将数据传输至WSN以太网关;WSN以太网关进而通过以太网连接至其他网络设备。WSN-3202可配置为网状路由器(mesh router),以拓展网络距离并且将更多节点连接至网关。最多8个终端节点(在星形拓扑中)或最多36个测量节点(在网状拓扑中)可连接单一WSN网关,支持最远300米户外视距。

  温度传感器选用SHT75,湿度传感器选用SHT75。主要性能指标是:温度测量范围-40℃~+123.8℃;精度±0.3℃(在25℃时);响应时间<8s;功耗20Μw(平均值);湿度测量范围:0-100%RH;精度±1.8RH;重复性精度:±0.1%RH;数字量输出。土壤湿度传感器选用5TE。光照度传感器选用TBQ-6。主要性能指标是:测量范围0-20万Lux;光谱范围400-700nm;测量误差<2%;电源电压12/24VDC;输出可选4-20 mA 、0-20mV。CO2传感器选用CGS-3100。主要性能指标是:测量范围0-2000ppm;测量精度±30ppm±5%(0-50℃);响应时间<30s;电源9-18VDC;消耗电流平均50 mA;数字量输出。

  数据采集卡使用NI公司M系列数据采集(DAQ) PCI-6221 卡。PCI-6221是一款低廉的M系列数据采集卡,在计算机上使用。它可以采集模拟信号、数字信号,拥有定时器的功能,同时还具有模拟输出的功能,该数据该数据采集卡具有高性能的数据采集与控制功能。我们主要使用的是该采集卡的模拟输入、数字量输入的功能。用于位置固定的传感器(如室外气象站监测)的有线测量以及设备状态的监测。与无线传感器网络共同构建完整集成的有线和无线测量。PCI-6221数据采集卡具有16个模拟输入通道,2个模拟输出通道以及24个数字I/O。

  下位机控制器选用OMRON PLC CPM2AH 60CDR A,该控制器可靠性高,性价比高,编程简单,设计周期短。通过计算I/O,本系统一共需要29路输入,13路输出。

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关键字:LabVIEW  日光温室群  远程监控系统

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2013/0204/article_6792.html
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