基于LabVIEW的无线粮情监控系统

的无线粮情监控系统王彬彬，周慧玲**作者简介：王彬彬，（1988-），女，硕士研究生，主要研究方向为检测技术与自动化装置。通信联系人：周慧玲，（1965-），女，河北秦皇岛人，副教授，硕士研究生导师，主要研究方向为嵌入式系统与测控网络.E-mail:[e-mail]（北京邮电大学自动化学院，北京100876）摘要：基于目前粮情监控系统的发展现状，本文给出了一种智能化、信息化、自动化程度高5的仓储粮情管理系统解决方案。系统运用LabVIEW软件平台结合GPRS无线传输技术，实现了数据采集、数据存储、用户管理等功能，为用户能够随时对粮仓环境进行监控提供便利。经过实际部署，对整个系统进行了测试，证明了其稳定性和可靠性。关键词：检测技术与自动化装置；LabVIEW；无线传感；粮情监控中图分类号：TP273+.510GrainMonitoringSystemBasedonLabVIEWandWirelessWANGBinbin,ZHOUHuiling(BeijingUniversityofPostsandTelecommunicationsInstituteofAutomation,Beijing100876)Abstract:AccordingtohedevelopmentofChina'sGrainmonitoringsystemstatus,thispaper15presentsanintelligent,information-based,highdegreeofautomationoftheGrainWarehouseManagementSystemsolution.ThesystemcombinestheLabVIEWsoftwareplatformandGPRSwirelesstransmissiontechnology,Designagraininspectionsystemofdataacquisition,datastorageandusermanagement.Tofacilitatetheusertomonitortheenvironmentofthebarnatanytime.Finnaly,Throughtheactualdeployment,themonitoringsystemhasbeentested,provedits20stabilityandreliability.Keywords:DetectionTechnologyandAutomationDevices;LabVIEW;Wirelesssensor;GrainMonitoring0引言25粮食是国民经济的基础，是关系国计民生的特殊战略物资。粮食的数量、质量与安全直接关系到国民经济发展和社会稳定的大局。我国是个产粮大国，收获的粮食一般都是集中储藏，粮食的储藏安全一直是困扰粮食管理的重大问题。粮食在存储过程中的安危主要表现在粮食的水分和温度的变化。一旦粮食受潮，其新陈代谢加快，产生呼吸热，导致局部粮食温度升高，使粮食发生霉烂变质，因此，在粮食储藏过程中如何检测、判断和控制粮食的储藏30环境，使粮食始终处于合适的温度和湿度状态下，是保证粮食质量的关键[1]。目前我国大部分粮库对于温湿度等粮食参数的检测大多使用商业组态软件，如InTouchHMI、WinCC和组态王等来实现，在功能上存在一定的缺陷，内置函数库稀少，价格昂贵，二次开发困难，性价比较低，且主要针对中小型系统。目前在测试、测量和自动化领域，由美国NI（NationalInstrument）公司所推出的LabVIEW通用编程语言异军突起。35LabVIEW软件相较于传统的程序语言具有结构简明，逻辑严密，集成化好，可操作性强以及自带函数十分丰富等优点。集成了与满足GPIB、VXI、RS-232和RS-485协议的硬件及数据采集卡通讯的全部功能。它还内置了便于应用TCP/IP、ActiveX等软件标准的库函数，是一个功能强大且灵活的软件。在开发大型测控系统中有其独到的优势。因此，LabVIEW广泛应用于粮食的信息化管理，如农药残留检测系统的开发40[2]和结合无线传感器网络进行农作物的水分状况监测系统的开发[3]等。中国科技论文在线因此，本文提出并设计实现了一种采用LabVIEW作为开发平台的监测系统的软件，并在下位机采用Zigbee结合GRPS无线通信的方式，实现了对粮库温湿度数据的监测。实现了粮库温湿度数据的定时采集，并对数据进行存储、分析、回放，同时建立数据报警与用户管理机制。451系统设计1.1系统开发平台目前在测试、测量和自动化领域，由美国NI（NationalInstrument）公司所推出的LabVIEW通用编程语言异军突起，其与传统的编程语言相比具有以下明显优势：1.提供了丰富的图形控件，并采用图形化的变成方法，彻底把工程师们从复杂苦涩的50文本编程工作中解放出来。2.内建的编译器在用户编写程序的同时就在后台自动完成了编译。因此用户在编写程序的过程中如果有语法错误，它会被立即显示出来。3.由于采用数据流模型，它实现了自动的多线程，从而能充分利用处理器尤其是多处理器的处理能力。554.通过DLL、CIN节点、ActiveX、.NET或MATLAB脚本节点等技术，可以轻松实现LabVIEW与其它编程语言混合编程。5.通过应用程序生成器可以轻松地发布EXE、动态链接库或安装包。6.LabVIEW提供了大量的驱动与专用工具，几乎能与任何接口的硬件轻松连接。7.LabVIEW内建了600多个分析函数，用于数据分析和信号处理。60NI同时提供了丰富的附加模块，用于扩展LabVIEW在不同领域中的应用。例如实时模块、PDA模块、FPGA模块、数据记录与监控（DSC）模块、机器视觉模块与触摸屏模块等[4]。1.2硬件设计监测系统的下位机测控节点主要功能是实现温度、湿度的数据采集。通过GPRS网络发65送至PC机客户端。粮仓内传感器的测点分布越多，测得数据曲线越精确，对于粮食危险点的预测越为准确。实验中，粮仓的尺寸大小为高13.5米，半径2.4米，容量180吨。根据粮仓尺寸与客户要求，在粮仓内布置了83个温度传感器，21个温湿度传感器，以便能够准确测量粮仓内的温度、湿度。701.2.1硬件选型温度检测采用Dallas公司生产的单总线数字温度传感器DS18B20，它不仅能直接输出串行数字信号，而且具有微型化、低功耗、高性能、易于微处理器连接和抗干扰能力强等优点[5]。湿度检测采用温湿度传感器SHT10。SHT10是瑞士Sensirion公司推出的一款高度集成、75低功耗、高精度、抗干扰能力强的基于技术的数字温湿度传感器。SHT10实现了温湿度传感器的数字式输出，具有免调试、免标定等特点，极大方便了在嵌入式测控领域的应用。无线汇聚节点选用了Philips公司的LPC2119作为微控制器。LPC2119是基于一个支持实时仿真和跟踪的16/32位ARM7TDMI-SCPU的微控制器，并带有128kB嵌入的高速存储器，采用64脚封装、极低的功耗、多个32位定时器、4路10位ADC、2路CAN80以及多达9个外部中断[6]。GPRS模块选用SIMCOM公司的SIM300C。该模块支持GSM/GPRS900/1800/1900MHz，内嵌强大的TCP/IP协议栈，低功耗设计，增强的AT控制指令，应用广泛[7]。ZigBee无线收发模块选用ZigBee212模块，它由ATMEL公司的ATmega1281+AT86RF212构成。ATmega1281是一款高性能、低功耗的8位单片机，特别85适合低成本的ZigBee应用[8]。1.2.2硬件布局数据采集系统由本地监控中心、传感器节点、无线粮情中心汇聚节点四部分组成。其中本地监控中心是粮情采集系统的核心，对整个系统进行统一控制和管理，保证整个系统协调有效的运行；传感器节点用于采集粮库中温湿度数据；无线粮情中心汇聚节点用于将传感器90数据打包，通过GPRS网络经由Internet网发送至控制中心，同时接收控制中心发送的各类控制命令，可实现远距离通信。图1采集系统硬件布局951.3软件设计1.3.1系统主界面设计对于粮情监控系统的用户界面应满足界面友好,具有直观、有效、便于管理和可扩充性等特点。如图：系统主界面分为以下几个部分：1001．数据实时显示：在界面左方，根据传感器实际在粮仓中的布局绘出传感器分布图，从下位机传上来的温湿度数据将会实时显示在界面上，当数据超出所设门限时，传感器图标中国科技论文在线将会变红报警。同时每一层最高温度显示为蓝色，最低温度显示为紫色。2.系统状态显示栏：在界面中间，显示当前系统数据状态、系统网络连接状态、以及仓壁温度传感器与仓顶温湿度传感器的数据。用户可选择查看每层、每根电缆上传感器数据、105并可对温湿度上下限等条件进行设置。3.用户操作栏：在界面右方，用户可双击相应选项选择查看每层、每根电缆上传感器数据。4.菜单：在系统菜单中可进入用户管理系统和密码修改系统，在曲线显示菜单中可选择查看单个传感器、单根传感器、单层传感器温湿度曲线以及不同传感器之间对比曲线。设置110菜单中可对报警手机号、采集周期、粮库信息等进行设置。图2软件系统主界面1.3.2数据通信115在数据采集系统的设计中，关键的一步是对实时采集的数据进行显示、处理和查询等。此过程涉及数据采集及存储问题。数据采集是指将温度、湿度转化为数字量以后，再由计算机进行存储、处理和显示。LabVIEW继承了满足GPIB、VXI、RS-232和RS-485协议的硬件及数据采集卡通讯的全部功能。它还内置了便于应用的TCP/IP、ActiveX等软件标准的库函数。不同的粮库可选120择不同的通信方式实现数据采集。本文中选取TCP/IP数据采集为例进行具体阐述。数据采集系统通过调用LabVIEW中内置的TCP函数实现TCP/IP通信。从而完成GPRS/Internet网络与下位机无线采集节点之间的数据交换。在LabVIEW中，采用TCP节点来实现基于TCP协议的局域网通讯，该节点在FUNCTION/COMMUNICATION/TCP下，该节点分为三个部分：125Connection节点：用于建立客户机和服务器之间通讯的连接。Transmission节点：用于在客户机和服务器之间传输数据。节点：用于计算机IP地址和计算机名称间的切换。在本系统中，PC机作为TCP/IP服务器端，通过侦听本机固定端口号，读取网络数据，从而实现与下位机之间的通信。服务器端通讯流程如下：130初始化侦听端口等待连接连接成功？读写数据退出循环？关闭连接图3TCP服务器通讯流程以DS18B20为例，数据通信协议如下：135表1数据通信协议起始符数据长度ID类型坐标X坐标Y坐标Z温度电池电压采集时间结束符1字节1字节1字节1字节1字节1字节1字节18字节2字节3字节HL0D0A0x240x1F0x010x010x000x000x00……0x010x78………0x0D0x0A校验其中ID号代表传感器号，类型信息标定了四种不同种类的数据信息，SHT温湿度传感器占4个字节，其中前两个字节为温度数据，后两个字节为湿度数据。1401.3.3数据存储与回放为实现数据的持久化，便于对数据后续的分析与查看。数据存储在SqlServer数据库中便于数据管理。通过对LabVIEW中调用数据库的各方式的分析与比较，基于本实验中对于数据库的访问较为简单以及费用的考虑。选择使用LabVIEW用户开发的免费LabVIEW数据库访问的工具包LabSQL来解决数据库访问