基于虚拟仪器的农场喷灌监控系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于虚拟仪器的农场喷灌监控系统，包括数据控制处理平台、喷灌自动执行机构和数据采集模块，所述数据处理平台通过串口获取GPS信息，通过所述数据采集模块获取环境温度信息、作物温度信息和土壤含水量信息，所述数据处理平台与数据分析模块双向连接，与能够自动喷灌作物的所述喷灌自动执行机构单向连接，所述数据采集模块与数据库模块双向连接，所述数据库模块与GIS地理信息模块双向连接，所述数据处理平台包括数字信号处理模块、数据控制决策模块和数据管理模块。本发明专利技术能够根据需要自动开始喷灌或者停止喷灌，水量利用率高。

【技术实现步骤摘要】
基于虚拟仪器的农场喷灌监控系统
：本专利技术涉及一种监控系统，特别是涉及一种基于虚拟仪器的农场喷灌监控系统。
技术介绍
：虚拟仪器，是一种按仪器要求构造的计算机数采和信号处理系统，是在计算机及附件的硬件平台上，以数采、信理(信号处理)、测控、分析与显示功能等软件为核心，加以必要的A/D、D/A等数采、数控卡、信号调理等电子部件所实现的一种数字化的智能信号采集测控分析系统，一般具有形象漂亮的软件界面仪器面板，具有强大的各种各样的仪器功能，目前已能完成并超过传统仪器的多数功能；目前国内外大部分灌区，无论是大型还是小型灌区，由于受设计水平及施工技术的限制，大都为传统的人工控制系统，存在的问题是：操作笨拙(大都采用人工操作),信息传递、反应极为缓慢，且需要大量的操作人员，年运行费用高；水量利用率低，水资源浪费严重；水量难以准确控制，易造成过灌和欠灌现象。
技术实现思路
：本专利技术所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种能自动监控,且信息传递反应快，不需要大量的操作人员的基于虚拟仪器的农场喷灌监控系统。本专利技术为解决技术问题所采取的技术方案是：一种基于虚拟仪器的农场喷灌监控系统，包括数据控制处理平台、喷灌自动执行机构和数据采集模块，所述数据处理平台通过串口获取GPS信息，通过所述数据采集模块获取环境温度信息、作物温度信息和土壤含水量信息，所述数据处理平台与数据分析模块双向连接，与能够自动喷灌作物的所述喷灌自动执行机构单向连接，所述数据采集模块与数据库模块双向连接，所述数据库模块与GIS地理信息模块双向连接，所述数据处理平台包括数字信号处理模块、数据控制决策模块和数据管理模块。所述数据采集模块利用传感器采集各种数据，将传感器采集到的各种数据经过信号调理后接入数据采集卡/DAQ卡，随后通过LabVIEW对数据进行处理，随后把数据送入计算机；数据采集模块包括HardwareConfigure、Sample设置以及数据的转化显示输出，HardwareConfigure包括三个采集通道，三个采集通道分别为环境温度采集通道、作物温度采集通道以及土壤含水量采集通道，三个通道分别连接三个传感器，环境温度采集通道连接环境温度传感器，作物温度采集通道连接作物温度传感器，土壤含水量采集通道连接湿度传感器；Sample设置包括极性、读采样频率设置；数据的转化显示输出主要是在信号处理后的基础上以Chart形式表示。所述数字信号处理模块是根据灌溉控制参数的需要，实现信息调理、转换等数据处理功能，灌溉的控制参数包括环境温度、作物温度与土壤含水量；所述数据库模块采用LabVIEW数据流和ASCII码的格式文件，所有对数据库的操作都是使用SQLToolkit工具包，并且将数据文件的存储、读取以及删除等操作都做成SubVI；所述GIS地理信息模块的功能主要是各种作物的分布分析。所述数据控制决策模块是针对灌溉系统特点，运用均方根算法，设计控制软件，输出决策；选择与灌溉控制密切相关的三个因素作为综合控制对象，即环境温度、作物温度与土壤含水量，数据采集处理后将这三个因数数据与参考标准值作为逻辑比较处理，参考值由控制操作人员输入，对不同的作物只需更改参考值可实现节水控制，最后根据比较结果做出控制决策，从而控制整个灌溉机构。所述数据分析模块主要包括数据的预测、分析功能，在本系统中，利用DPS软件进行必要数据的决策分析，调用DPS.exe系统来处理数据，运用CommunicationVI类中的SystemExecutionVI调用系统执行文件，具体实现是把要调用的DPS.exe文件的路径送到SystemExecutionVI中；且本模块在主模块程序中调用外部可执行程序GIS系统，其调用的方式类似于DPS系统。所述数据管理模块的对象主要是环境温度、作物温度、土壤含水量以及GPS位置信号,由于环境温度、作物温度与土壤含水量和GPS位置信号的数据采集接收方式的不同，在设计数据管理模块时也将其用不同的方式分开设计，环境温度、作物温度与土壤含水量三个参数的数据管理主要是数据库的设计，GPS的数据主要采用文件的方式,数据管理模块包括数据保存、数据查询和数据删除，数据的保存采用了子程序的方式被其他程序调用，采集到的数据可以实时的送到数据库进行保存，保存模块的执行是循环控制的，停止采集的命令发送后，数据保存就停止了,在设计GPS数据保存时采用了最简单的文件保存方式,根据用户选定的保存路径，采用LabVIEW的FileI/O中的WriteCharactertoFileVI保存；数据的显示主要用了Chart图来显示，数据库中数据删除主要是表格的删除，GPS数据的保存以文件的形式，因而它的数据删除可以以txt的文件格式进行修改删除。计算机接收到的数据包括环境温度、作物温度、土壤含水量以及作物的灌溉位置等；另外数据采集是借助软件来控制整个DAQ卡：包括采集原始数据、分析数据和给出结果，一个DAQ卡可以完成模/数转换、数/模转换、数字量输入/输出以及计数器/定时器操作多种功能，在数据采集之前，程序将对DAQ板卡初始化，本系统中的DAQ卡采用NI公司的DAQPad-6020E(BNC)数据采集卡。针对用来考虑农作物对于环境温度、作物温度、土壤含水量的三个因素的要求特点，其均方根算法的具体算法如下：设传感器所测值为T1-环境温度、T2-作物温度、T3-土壤湿度/土壤含水量：(1)作物对三个因素的要求范围为(2)操作人员输入标准以及标准差为(3)接受信息时间段内所得环境温度、作物温度以及土壤湿度采集值为T1i，T2i，T3i，采样数为n1，n2，n3，那么各个参数量的均方根为：(4)逻辑比较以及输出控制：只有当三个条件有两个满足时执行供水灌溉；而当三个条件有两个满足时执行停止供水；标准输入：根据作物手册标准值计算得到。本专利技术的积极有益效果是：本专利技术是基于虚拟仪器平台设计，在传感器、调理电路、数据采集卡、控制机构、执行机构等硬件基础上，结合控制算法，利用虚拟仪器开发平台强有力的测试功能，开发出能实现对各路信号进行采集以及对数据进行分析处理并输出控制结果的灌溉信息自动监控系统，自动监控,信息传递、反应快，不需要大量的操作人员；利用本系统自动监控环境温度、作物温度和土壤含水量，根据需要开始喷灌或者停止喷灌，水量利用率高，水量能够得到准确控制，不易造成过灌和欠灌现象。附图说明：图1是本专利技术基于虚拟仪器的农场喷灌监控系统的总体结构示意图。具体实施方式：下面结合附图1和具体实施例对本专利技术作进一步的解释和说明：实施例：一种基于虚拟仪器的农场喷灌监控系统，包括数据控制处理平台、喷灌自动执行机构和数据采集模块，数据处理平台通过串口获取GPS信息，通过数据采集模块获取环境温度信息、作物温度信息和土壤含水量信息，数据处理平台与数据分析模块双向连接，与能够自动喷灌作物的喷灌自动执行机构单向连接，数据采集模块与数据库模块双向连接，数据库模块与GIS地理信息模块双向连接，数据处理平台包括数字信号处理模块、数据控制决策模块和数据管理模块。数据采集模块利用传感器采集各种数据，将传感器采集到的各种数据经过信号调理后接入数据采集卡/DAQ卡，随后通过LabVIEW对数据进行处理，随后把数据送入计算机；数据采集模块本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于虚拟仪器的农场喷灌监控系统，包括数据控制处理平台、喷灌自动执行机构和数据采集模块，其特征是：所述数据处理平台通过串口获取GPS信息，通过所述数据采集模块获取环境温度信息、作物温度信息和土壤含水量信息，所述数据处理平台与数据分析模块双向连接，与能够自动喷灌作物的所述喷灌自动执行机构单向连接，所述数据采集模块与数据库模块双向连接，所述数据库模块与GIS地理信息模块双向连接，所述数据处理平台包括数字信号处理模块、数据控制决策模块和数据管理模块。

【技术特征摘要】
1.一种基于虚拟仪器的农场喷灌监控系统，包括数据控制处理平台、喷灌自动执行机构和数据采集模块，其特征是：所述数据处理平台通过串口获取GPS信息，通过所述数据采集模块获取环境温度信息、作物温度信息和土壤含水量信息，所述数据处理平台与数据分析模块双向连接，与能够自动喷灌作物的所述喷灌自动执行机构单向连接，所述数据采集模块与数据库模块双向连接，所述数据库模块与GIS地理信息模块双向连接，所述数据处理平台包括数字信号处理模块、数据控制决策模块和数据管理模块。2.根据权利要求1所述的基于虚拟仪器的农场喷灌监控系统，其特征是：所述数据采集模块利用传感器采集各种数据，将传感器采集到的各种数据经过信号调理后接入数据采集卡/DAQ卡，随后通过LabVIEW对数据进行处理，随后把数据送入计算机；数据采集模块包括HardwareConfigure、Sample设置以及数据的转化显示输出，HardwareConfigure包括三个采集通道，三个采集通道分别为环境温度采集通道、作物温度采集通道以及土壤含水量采集通道，三个通道分别连接三个传感器，环境温度采集通道连接环境温度传感器，作物温度采集通道连接作物温度传感器，土壤含水量采集通道连接湿度传感器；Sample设置包括极性、读采样频率设置；数据的转化显示输出主要是在信号处理后的基础上以Chart形式表示。3.根据权利要求1所述的基于虚拟仪器的农场喷灌监控系统，其特征是：所述数字信号处理模块是根据灌溉控制参数的需要，实现信息调理、转换等数据处理功能，灌溉的控制参数包括环境温度、作物温度与土壤含水量；所述数据库模块采用LabVIEW数据流和ASCII码的格式文件，所有对数据库的操作都是使用SQLToolkit工具包，并且将数据文件的存储、读取以及删除等操作都做成SubVI；所述GIS地理信息模块的功能主要是各种作物的分布分析。4.根据权利要求1所述的基于虚拟仪器的农场喷灌监控系统，其特征是：所述数据控制决策模块是针对灌溉系统特点，运用均方根算法，设计控制软件，输出决策；选择与灌溉控制密切相关的三个因素作为综合控制对象，即环境温度、作物温度与土壤含水量，数据采集处理后将这三个因数数据与参考标准值作为逻辑比较处理，参考值由控制操作人员输入，对不同的作物只需更改参考值可实现节水控制，最后根据比较结果做出控制决策，从而控制整个灌溉机构。5.根据权利要求1所述的基于虚拟仪器的农场喷灌监控系统，其特征是：所述数据分析模块主要包括数据的预测、分析功能，在本系统中，利用DPS软件进行必要数据的决策分析，调用DPS.exe系统来...

【专利技术属性】
技术研发人员：段裕珂，
申请(专利权)人：段裕珂，
类型：发明
国别省市：河南,41