基于LabVIEW平台的寒地日光温室群远程监控系统设计

　　挑战:

　　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。

　　解决方案:

　　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。

　　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。

　　图1 系统整体方案框图

　　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。