基于LabVIEW的水環(huán)境因子無線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計
摘要:為了解決傳統(tǒng)水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境因子有線監(jiān)測系統(tǒng)的布線復(fù)雜、可靠性較低等問題,以LabVIEW為開發(fā)平臺,采用無線數(shù)據(jù)傳輸方式,設(shè)計了一種水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境因子無線監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)實現(xiàn)了對水環(huán)境因子pH值的實時采集、顯示和存儲,以及歷史數(shù)據(jù)查詢等功能。試驗結(jié)果表明,該系統(tǒng)運行穩(wěn)定、能夠準確地采集和顯示水環(huán)境因子pH值,且具有操作簡便、交互性好、性價比高和易擴展等優(yōu)點。
關(guān)鍵詞:水環(huán)境因子;LabVIEW;無線通信模塊;監(jiān)測
水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境因子的狀況直接影響水產(chǎn)品的產(chǎn)量、品質(zhì)及安全生產(chǎn)。因此,在現(xiàn)代工廠化養(yǎng)殖中,對養(yǎng)殖水體的溫度、酸堿度(pH)、溶解氧、氨氮值、電導(dǎo)率等環(huán)境因子進行自動監(jiān)測,正受到越來越多的關(guān)注。
根據(jù)傳輸介質(zhì)的不同,通常數(shù)據(jù)信息傳送可分為有線數(shù)據(jù)傳輸和無線數(shù)據(jù)傳輸。有線數(shù)據(jù)傳輸存在布線麻煩、維護成本高、數(shù)據(jù)精度差、可靠性較低等缺點。而無線數(shù)據(jù)傳輸由于其靈活性和便利性,已廣泛應(yīng)用到社會各個領(lǐng)域,如國防軍事、環(huán)境監(jiān)測和預(yù)報、大型車間和倉庫管理、機場和大型工業(yè)園區(qū)的安全監(jiān)測等,并且顯著地提高了工作效率。為此,筆者應(yīng)用NRF24L01無線通信模塊,結(jié)合虛擬儀器技術(shù),
系統(tǒng)上位機以LabVIEW為開發(fā)工具設(shè)計了一種水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境因子無線監(jiān)測系統(tǒng)。
1 系統(tǒng)總體設(shè)計
如圖1所示,監(jiān)測系統(tǒng)由單片機監(jiān)測終端和監(jiān)測中心PC機組成。其中單片機監(jiān)測終端由傳感器數(shù)據(jù)采集模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、LCD顯示模塊、無線通信模塊等構(gòu)成。單片機監(jiān)測終端既可以獨立完成各種信息的采集、預(yù)處理及顯示任務(wù),又能向監(jiān)測中心PC機傳送所采集到的數(shù)據(jù)信息。監(jiān)測中心PC機主要完成數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)查詢和歷史資料統(tǒng)計分析等功能。
本系統(tǒng)的具體工作過程如下:首先,各傳感器把采集到的非電量轉(zhuǎn)換成微弱的電壓信號,通過調(diào)理電路變換為4~20mA的標(biāo)準電流信號,然后,通過電流/電壓轉(zhuǎn)換器,將電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號傳送給單片機,單片機對水質(zhì)數(shù)據(jù)進行分析處理后,通過無線通信模塊發(fā)送出去,監(jiān)測中心PC機收到數(shù)據(jù)信息進行統(tǒng)計分析、存儲、以曲線圖和表格形式實時顯示水質(zhì)數(shù)據(jù),從而實現(xiàn)對水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境因子的自動監(jiān)測。
2 監(jiān)測系統(tǒng)硬件設(shè)計
2.1 傳感器選擇
傳感器處于水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境因子在線監(jiān)測系統(tǒng)的最前端,選擇時無論在精度、重復(fù)性,還是響應(yīng)時間、穩(wěn)定性等方面都應(yīng)符合水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測儀器的有關(guān)技術(shù)要求,而且輸出信號應(yīng)具有良好的線性性。
pH測試采用PHG-96FS型pH傳感器,該傳感器是專用于測試溶液pH的精密儀表,具備自動溫度補償、三點校正等功能。其性能穩(wěn)定,操作簡便,測量范圍從0.00一14.00pH,精度±0.02 pH,輸出電流4~20 mA。
2.2 微處理器
本系統(tǒng)選用STC公司的STC12C5A60S2/AD/PWM系列單片機。它是宏品科技生產(chǎn)的單時鐘/機器周期(1T)的單片機,是高速/低消耗/超強干擾的新一代8051單片機,指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051,但速度快8~12倍。該單片機具有62K FLASH程序存儲器,1280字節(jié)片內(nèi)RAM數(shù)據(jù)存儲器,片內(nèi)集成8路10位精度高速A/D轉(zhuǎn)換器,轉(zhuǎn)換速度可達250 k/s、2路PWM。另外,內(nèi)部還集成MAX810專用復(fù)位電路、看門狗電路等,可以用來提高程序運行的可靠性。微處理器主要完成管理傳感器、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)傳送等功能。
2.3 無線收發(fā)系統(tǒng)
無線收發(fā)系統(tǒng)是水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境因子監(jiān)測無線傳感器系統(tǒng)中重要的組成部分,本系統(tǒng)選用NORDIC公司生產(chǎn)的無線通信芯片NRF24L01。NRF 24L01工作于2.4~2.5 GHz ISM頻段,其工作電壓為1.9~3.6 V,特點是功耗低,內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器、調(diào)制器等功能模塊,并融合了增強型ShockBurST技術(shù),其中輸出功率和通信頻道可通過程序進行配置。該芯片采用FSK調(diào)制方式,可以實現(xiàn)點對點或1對6的無線通信,通信速率可以達到2 Mbps。
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