基于虚拟仪器的蔬菜大棚温湿度控制系统设计

基于虚拟仪器的蔬菜大棚温湿度控制系统设计内容摘要：

及总线标准化技术、数字信号处理技术、图形处理技术以及高速专用集成电路制造技术等，是建立在标准化、系列被测对象 用 户 调理 采集 仪器驱动程序 （ 机 机接口 ） 计算机及附件 （控制处理） 键盘显示 用户接口 （ 人 机接口 ） 检测 激励 读 写 软件 14 化、模块化、积木化的硬件与软件平台上的一个完全开放的系统。 温 室大棚的虚拟仪器设计系统 温室大棚的虚拟仪器设计分为 3 个部分，登 录 部分、大棚序号显示部分、各个大棚的温度显示报警控制部分 [12]。 登陆面板 登 录 面板如图 22 所示，框图程序如图 23 和图 24 所示。 图 22 登陆面板 Land the panel 如图所示，如果输入正确的用户名和密码，将进入虚拟仪器温室大棚温度测控系统；如果输入的用户名和密码错误，将无法登陆虚拟仪器温室大棚温度测控系统。 如过输入用户名和密码后，不想进入本系统，点取消键将退出本系统。 其框图程序分为两部分，结构 为事件结构，当程序运行时，点击确定或取消，就能进入或退出系统。 事件结构使 LabVIEW 具有了事件驱动的能力，这些事件包括鼠标事件（单击、双击等）、键盘事件、选单事件、窗口事件（如关闭窗口）、对象的数值变化等。 这给用户的编程带来了很大的方便。 事件结构由框架、超时端口、时间数据节点、递增 /递减按钮和选择器标签组成。 事件结构能够响应的事件有两种类型：通告事件和过滤事件。 通告事件通知 LabVIEW一个动作发生，例如用户改变了一个控件的值。 过滤事件用来控制用户界面的操作。 当没 15 图 23 登陆框图程序 — 确定的框图 程序 Land the block diagram procedure Procedure of block diagram confirmed 图 24 登陆框图的取消程序框图 Land the cancellation procedure block diagram of the block diagram 有任何事件发生时，事件结构就会处于休眠状态，直到有一个或多个预先设定的事件发生时，事件结构才会自动苏醒，并根据发生的事件执行用户预先设定的动作。 事件结构 的特点如下 : 1） 使用 Mechanical Action 属性为 Latch 的布尔控件来触发事件； 2） 在一个事件结构中使用多个子框架处理相同事件 ； 3） 使用一个事件结构子框架处理多个通告事件 ； 16 4） 使用一个事件结构子框架处理多个过滤事件 ； 5） 使用事件结构处理用于循环控制的布尔控件 ； 6） 使用事件与使用 Wait for Front Panel Activity 节点； 7） 事件结构只响应用户交互操作引发的事件 ； 8） 避免在同一个循环中使用两个事件结构。 温室大棚界面 其大棚界面前面板如图 25 所示。 其中一个大棚的子程序框图程序如图 26 所示。 当大棚内温度 过高或过低时，大棚号会显示出红色，并出现“温度报警”的字样，这时 ，点击 1 号大棚，会出现 1 号大棚内的子程序前面板，显示温度值等数据，具体介绍在后面给出。 2 号大棚的设计和一号大棚类似，不在介绍。 1 号大棚的程序框图如图 26 所示，“ OK”为布尔按钮，其值为 1 和 0， 1 为真， 0 为假。 通过设置，能改变按钮的属性。 框图为选择结构的一种，其输入为“ Ture”和“ False”两种，当输入为 Ture 时，为真，显示 Ture 框 架里的内容，当为“ False”时，显示 False内的内容。 图中程序执行的步骤为：当按下按钮时，其值为 Ture，程序执行其内容。 在本框图中， False 框架内的内容为空，忽略不计，所以没有显示。 图 25 温室大棚的前面板 Board in the front in the large canopy of the greenhouse 17 图 26 1 号大棚的子程序框图 Subprogram block diagram of the large canopy of the 1st 最基本的选择结构由选择框架、选择端口、选择器标签，以及递增 /递减按钮组成。 选择结构比较灵活，输入选择端口中的外部控制条件的数据类型有 3 种可选：布尔型、数字 型和字符串型 [24]。 当控制条件为布尔型时，选择结构的选择器标签的值为 Ture 和 False 两种，即有 Ture和 False 两种选择框架，这是系统的默认的选择框架类型 [13]。 当控制条件为数字型时，选择结构的选择器的选择器标签的值为整数 0、 2 等， 选择框架的个数可根据实际需要确定，在选择框架的右键弹出选单可添加 选择框架。 当控制条件为字符串型时，选择结构的选择器标签的值为由双引号括起来的字符串，选择框架的个数也是根据实际需要确定的。 但是，在使用选择结构时候，控制条件的 数据类型必须与选择器标签中的数据类型一致。 二者如果不匹配，系统会 报错，同时，选择器标签中的字体的颜色会变为红色 [8]。 在 VI 处于编辑状态时，用鼠标（对象操作工具状态）单击递增 /递减按钮可将当前的选择框架切换到前一个或后一个选择框架；用鼠标单击选择器标签，可在下拉选单中选择切换到任一个选择框架。 选择结构有很多特点，其主要特点是，当外部数据连接到选择框架上供其 内节点使用时，选择结构的每一个子框架都能从该通道中获得输入的外部数据；当选择结构内部的数据需要通过框架通道送至外部时，必须在每一个子框架中都连接一个同数据类型的数据到同一个框架通道上。 18 单个大棚的温度测控系统 单个大棚的温度测控系统前面板如图 27 所示。 下面分别叙述其个部分的功能。 1） 温度实时图 在虚拟仪器中，波形显示控件主要分成两大类，一类为事后记录图，或事后记录波形控件；另一类称为实时趋势图，或实时趋势波形控件。 这两类控件都是用来对波形或图形进行显示的，它们的区别在于两者数据组织 方式及波形的刷新方式不同。 对于事后记录图来说，它的基本数据类型为数组，也就是其显示是将构成数组的全部测量数据一次显示完成的；而实时趋势图则是实时显示一个 或几个测量数据，而且新接受数据点要接在原有波形的后面连续显示。 它 的基本数据类型是数据标量，也可以是数组。 即使是数组，实时趋势图的方式也是连续不断地一个数组接着一个数组显示，而不是一次显示完成。 实时趋势图控件的输入是一个双精度浮点数。 实时趋势图控件一次可以接收一个点的数据，也可以接收一组数据。 在实时趋势图控件中，它的数据只不过是代表一条波形上的几个点。 在实时 趋势图控件内，设置了一个显示缓冲器，用来保存一部分历史数据，并接收新数据。 这个缓冲区的数据存储按照先进先出的规则管理，它决定了该控件的最大显示数据长度。 在默认情况下，这个缓冲的大小为 1KB，即最大的数据显示长度为 1024 个。 实时趋势图控件适合用在实时测量中的参数监控。 在波形显示控件中，可以对波形显示进行属性设置，如调整 X、 Y 轴的坐标，对波形进行清空等，另外，还可以对图形的外观、数据格式和精度、线型、刻度、光标进行设置。 在波形显示控件中的工具可以对波形进行自动缩放、数字标度设置、对图形进行拖动等工具。 实时 趋势图除了具有上述功能外，还具有本身的特点。 a）数字显示 实时趋势图控件是以一次一个点或几个点的方式来接收数据的。 在右键弹出选项中 ，有一个数字指示器，这个指示器直观地显示了最新显示的一个数据的大小。 如果有多条波形，则每条波形都可以有一个对应的数字指示器。 b）滚动条 实时趋势图控件有一个数据缓冲区。 如果要显示滚动条，在右键弹出的选项中选取，当这个选项有效时，实时趋势图控件可以用一个滚动条来查看缓冲区内前后任何位置的一段数据波形。 c）波形刷新方式 19 图 27 温室大棚的温度 测控系统 The temperature of the large canopy of the greenhouse observes and controls the system 在实时趋势图空间中， 有 3 中不同的波形刷新方式，可以刷新波形。 d） 多层图 在默认条件下，实时趋势图控件将在相同的纵坐标下显示多条波形曲线。 如果这些测量信号的大小范围相差比较大或是显示量纲不同，那么，在相同的纵 坐标下，就可能出现信号显示不匹配的情况。 针对这种情况，实时趋势图 控件专门提供了多层图选项，允许不同信号在 不同的纵坐标设置下显示。 当选项有效时，每个波形的 Y 轴值就 可以单独设置，但 X 轴的设置是共用的。 e） 历史记录长度 该选项用于设置缓冲区 的大小，默认 值为 1024 的浮点数。 缓冲区越大，保留的历史数据越多。 但也要注意实际系统的物理内存大小，否则将引起系统性能的下降。 2）时间显示 在虚拟仪器语言中，有字符串节点，其中有时间字符串的格式化节点。 在此节点中，输入相应的字符串，就能在前面板上显示出当前的时间。 其前面板如图 28 所示。 框图程20 序如图 29 所示。 在字符串节点中，包含以下集中用法： a） 字符串合并； 图 28 时间显示前面板 Board time showing in the front 图 29 时间显示框图程序 Block diagram procedure of time showing b） 字符串分离； c） 子字符串的提取； d） 时间字符串的格式化； e） 字符串的大小写转换； f） 数值与字符串的相互转换； g) 字符串的比较； h) 字符串与 ASCII 码值的转换。 在此设计中，用到了 While 循环，下面介绍一下 While 循环。 当循环次数不能预先确定时，就用到 While 循环。 While 循环也是虚拟仪器语言最基 21 本的结构之一。 最基本的 While 循环由循环框架，重复端口，以及条件端口组成。 重复端口的初始值为 0，每次循环的递增步长为 1。 但是， 在 LabVIEW 中，重复端口的初始值和步长是固定不变的，如果要用到不同的初始值和步长，可对重复端口产生的数据进行一定的数据运算。 条件端口用语控制循环是否继续进行，当每一次循环结束 时，条件端口便会检测通过数据连线输入的布尔值，并根据输入的布尔值和其使用状态决定是否继续执行循环。 While 循环执行的是包含在循环框架中的程序，但循环次数却是不固定的，只有当满足给定的条件时，才停止循环的执行。 3）温度显示 在本系统中，能够显示当前温度值和温度报警等功能。 当前温度显示由温度计和数字输出组成，能够显示出当前大棚内的实时温度值，能够从温度计和数字输出（实时温度值）读出数据。 4）温度管理 在温度管理中，可以对大棚内的温度上下限进行设置，然后把从传感器送近来的温度值和上下限进行 比较，如果当前温度高于温度上限，则温度过高指示灯亮，如 果当前温度低于温度下限，则温度过低指示灯会亮。 起结构为比较结构 和循环结构。 把当前温度和温度上下限进行比较，在把比较结果送到循环结构的条件端口，当条件满足时，循环开始，执行循环内的程序；当条件没有满足时，循环停止。 两个循环都不满足时，温度在上下限范围内，两个指示灯都不亮。 在循环内部，把由循环框架送进来的数据和温度上下限进行比较，得出应该上升和下降的温度。 从而得知大棚内温度情况。 大棚内温度测控系统的部分框图程序如图 210 所示。 5）传感器状态信息 传感器状态信息是反映出大棚内各个传感器的状态，如传感器出现故障，历史传感器的数据等，通过此面板，可以看出大棚内传感器是否正常工作。 如出现故障，可以及时发现，并进行处理。 6）各个按钮的作用 a) 设置 此按钮作用是对系统进行设置，初始化，如设置温度上下限等。 b) 数据刷新 此按钮用来刷新数据，把温度实时图的图像刷新，在程序运行过程中，如果点此22 图 210 温室大棚温度测控系统的部分框图程序 The temperature o。