智能农业多通道数据采集系统设计范文

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摘要：

本设计使用虚拟仪器技术实现了智能农业多通道数据同时采集、存储和管理、报警记录等功能。本设计是虚拟仪器在农业领域监测的一个成功尝试，实践证明虚拟仪器是一种较好的数据采集的工具，能够高效的完成植物生长过程和环境信息的测控任务。

关键词：

虚拟仪器；数据采集；多通道；LabVIEW

随着计算机技术的发展，数字设备正在逐步取代模拟设备，计算机监测与控制技术正在发挥非常重要的作用。而传统农业的生产方式主要是人工劳作，这种生产方式不仅单一，而且还不能及时监测农作物生长状态，无法及时供给水肥与管理，严重影响农作物的产量。把数据采集融入到农业里，符合智能农业的要求，也能很好的解决上述问题［1］。目前先进的数据采集系统，不仅需要各个设备可以单独完成数据采集，而且要求彼此之间可以互相通信，以完成实时数据采集及分析，实现信息共享，便于对众多的信号进行对比、自动分析，得出比较准确的判断，较传统数据采集方式有很大提高。本文基于虚拟仪器技术设计了智能农业多通道数据采集系统，该系统可同时实现多通道信号采集，监测作物生长过程及环境信息，实时显示、记录、分析和处理实验数据等功能［2］。

1道数据采集系统总体设计框图

整个系统从函数发生器开始，通过函数发生器发出的电信号，经过转接板，将信号送至数据采集卡进行采集，然后用软件进行处理。在采集过程中将数据保存到数据库里，再通过对表格的时间查询实现历史数据的访问，具体框图见图1所示。虚拟仪器软件系统设计需要考虑的因素很多，如硬件要求、计算机硬件、操作系统软件等，因此，必须结合使用的仪器和数据采集设备进行分析，在方案确定时，根据系统的自身特点，设计一个基于计算机自身的数据采集系统。系统可分为数据采集、采集数据实时显示、存储于管理、报警记录等功能［3］。在软件的设计中，上位机以LabVIEW为平台，编写数据采集模块、数据保存模块、历史数据查询模块和报警记录模块。上位机是虚拟实现的关键，其软件的结构框图如图2所示。

2系统具体应用程序的实现

2．1数据采集程序设计1）数据采集触发电路。触发信号通常是指能够引发一个操作的信号。用户设置开始测量的时刻可以用触发信号来设计。举例来说，如果所做的系统需要测试一个模拟电路对一个模拟脉冲输入信号响应时，就可以用脉冲输入信号作为触发信号来测量设备，确定何时开始采集样本；如果用户不用触发信号的话，那么就要在加入测试信号之前采集数据。当用户配置一个触发信号时，必须首先确定触发一个什么操作，以及如何得到触发信号［4］。本设计的电路就是通过索引数组进行温度间隔、压力间隔和流量间隔的选择控制来产生一个触发信号进行触发所选择的采集通道。首先将三个信号间隔通过索引数组连到十进制for循环中作为触发信号，再把信号与另一个十进制数进行捆绑，经过布尔数组转换至函数。触发电路如图3所示。2）多通道数据采集程序。为了解决同步采样可能出现的问题，本设计采用了间隔扫描的方式。使用这种方法，通常是通道的时钟速度比扫描时钟。在这种情况下，在每个扫描通道的时钟速度更快、规模较小的相邻通道间采样间隔。本设计利用for循环对采样间隔的控制，实现了三通道同时采样。首先给出正弦波、三角波和Chirp波形信号，经条件结构函数进行选择，再由温度计显示当前温度，同时记录时间。多通道数据采集程序如图4所示。3）数据记录文件保存程序。使用数据记录文件可以在LabVIEW中快速和方便地访问和操作数据文件，并且可以方便地组织具有复杂结构的数据。数据记录文件存储数据的方法与数据库文件相似，是把数据作为由相同结构的记录组成的一个序列来保存。每一行是一个record（记录），每一个记录都必须含有相同的数据结构。LabVIEW把每一个记录作为一个簇写入文件，记录的每一个组成元素可以是任何类型的数据。使用数据记录文件只需要极少量的操作，这使读取和写入速度非常快。它还简化了数据获取的方式，因为可以根据recordnumber来访问所需的任何一个记录，这就使随机访问既快又简便。数据记录文件保存程序如图5所示。4）波形文件保存程序。使用波形文件输入输出函数，可以把Waveform存储为波形文件。从本质上来说，波形文件是一种特殊的数据记录文件，其包含的数据有波形的起始时间t0、间隔时间Δt和所采集的数据Y。波形文件程序保存如图6所示。本设计先将两维矩阵转换为一维向量，再将一维向量写入电子表格文件中，实现波形文件的保存。该设计中还能自动搜索具体日期时的波形文件，为下面的查询报警功能做好了铺垫［5］。

2．2历史数据查询程序设计对于已收集的数据库中的历史数据可以进行查询和存储。因此根据相关的检索条件，进行主要的程序保存数据的设置，以节省时间，具体程序见图7。该部分设计是利用波形产生时记录的时间，通过读取电子表格程序查找出了波形。在数值文本文件中从指定字符偏移量开始读取指定数量的行或列，并使数据转换为双精度的二维数组，这样就可以查询表格里的文件了。

2．3报警记录程序设计这部分程序是利用用户事件来编写的，每当采样值大于设定值时，则会触发用户事件，从而使接下来循环里的事件发生，然后进行记录数据，这部分的数据记录是实时记录的，并进行保存，每次重启动系统时，会清空所保存的记录。该报警记录的时间间隔为0．2s。具体程序见图8。

3总结

本设计在虚拟仪器技术、数据库技术、软件开发技术的基础上，使用虚拟仪器技术实现了智能农业多通道数据采集，通过数据库保存记录，进一步设计了数据访问系统。实现了一个从物理信号到桌面访问的多通道数据采集系统，完成了对农作物生长过程和环境的监测。

作者：苗凤娟 叶敬 陶佰睿 高玉峰 王琦 单位：齐齐哈尔大学通信与电子工程学院