"通過使用NI產(chǎn)品，我們極大地縮短了系統(tǒng)開發(fā)周期和實驗的驗證時間。"– Fulu Wang, Northeast Agriculture University

　　The Challenge:

　　以NI LabVIEW為軟件核心，集成PCI6221，NI WSN，第三方OMRON PLC 控制器等硬件，共同構建寒地日光溫室群遠程無線監(jiān)控系統(tǒng)。

　　The Solution:

　　通過使用具有良好人機界面和易于編程的LabVIEW，結(jié)合基于ZigBee協(xié)議的NI-WSN，實現(xiàn)對溫室環(huán)境參數(shù)的無線測量，傳送，顯示和存儲。使用DSC工具包，通過OPC server易于對溫室控制器OMRON PLC 的讀寫，實現(xiàn)對執(zhí)行機構快速準確的控制。使用WEB server實現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)的遠程監(jiān)控。

　　Author(s):Fulu Wang - Northeast Agriculture University

　　地處寒地地區(qū)（高于北緯43°的地區(qū)）的吉林省和黑龍江省是我國的農(nóng)業(yè)大省，目前隨著日光溫室的迅速發(fā)展，該地區(qū)從國外引進并自行設計了大量日光溫室。經(jīng)過調(diào)研走訪，由于高寒地區(qū)冬季惡劣的氣候條件，且溫室均以加溫溫室為主，在實際運行中存在著能耗大，自動運行故障率高，維修成本高，使溫室控制主要靠人工經(jīng)驗手動管理，這是限制溫室作物高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效生產(chǎn)的主要障礙。

　　本文基于LabVIEW軟件平臺構建上位機監(jiān)控系統(tǒng)，結(jié)合基于ZigBee技術的無線傳感器，實現(xiàn)寒地日光溫室環(huán)境信息的無線采集，顯示，存儲。通過LabVIEW DSC Module 中的OPC SEVER，易于實現(xiàn)對PLC的讀寫，從而實時對現(xiàn)場設備進行監(jiān)控，并通過WEB SEVER實現(xiàn)遠程監(jiān)控。

　　監(jiān)控系統(tǒng)設計

　　系統(tǒng)整體設計方案如圖1所示。無線傳感器網(wǎng)絡由布置在溫室中的環(huán)境溫、濕度傳感器，土壤濕度傳感器及二氧化碳和光照傳感器組成，各傳感器將非電量轉(zhuǎn)化成隨環(huán)境參數(shù)改變的電量，以無線的方式傳送至以太網(wǎng)關接收端，再通過以太網(wǎng)接口傳至上位機。上位機運行基于LabVIEW實現(xiàn)的監(jiān)控界面，實現(xiàn)環(huán)境參數(shù)的實時顯示，數(shù)據(jù)庫存儲，打印輸出，參數(shù)設置，報警，歷史數(shù)據(jù)查詢等功能。下位機控制器選用PLC，梯形圖編程簡單，在寒地溫室復雜的環(huán)境條件下，控制器可靠性高。

　　監(jiān)控系統(tǒng)硬件實現(xiàn)

　　無線傳感器網(wǎng)絡選用NI WSN-3202 。NI WSN-3202測量節(jié)點作為一款無線設備，提供4路±10 V模擬輸入通道和4路雙向數(shù)字通道。18針螺栓端子連接器可直接與傳感器連接；設備提供的12 V、20 mA電源輸出可以直接為需要外部電源的傳感器供電。直接使用4節(jié)1.5V、AA堿性電池為該測量節(jié)點供電，4節(jié)電池的電量可持續(xù)工作3年。采集節(jié)點在2.4 GHz頻段上以無線方式將數(shù)據(jù)傳輸至WSN以太網(wǎng)關；WSN以太網(wǎng)關進而通過以太網(wǎng)連接至其他網(wǎng)絡設備。WSN-3202可配置為網(wǎng)狀路由器(mesh router)，以拓展網(wǎng)絡距離并且將更多節(jié)點連接至網(wǎng)關。最多8個終端節(jié)點（在星形拓撲中）或最多36個測量節(jié)點（在網(wǎng)狀拓撲中）可連接單一WSN網(wǎng)關，支持最遠300米戶外視距。

　　溫度傳感器選用SHT75，濕度傳感器選用SHT75。主要性能指標是：溫度測量范圍-40℃~+123.8℃；精度±0.3℃（在25℃時）；響應時間<8s；功耗20Μw（平均值）；濕度測量范圍：0-100%RH；精度±1.8RH;重復性精度：±0.1%RH；數(shù)字量輸出。土壤濕度傳感器選用5TE。光照度傳感器選用TBQ-6。主要性能指標是：測量范圍0-20萬Lux；光譜范圍400-700nm；測量誤差<2%；電源電壓12/24VDC;輸出可選4-20 mA 、0-20mV。CO2傳感器選用CGS-3100。主要性能指標是：測量范圍0-2000ppm；測量精度±30ppm±5%（0-50℃）；響應時間<30s；電源9-18VDC;消耗電流平均50 mA；數(shù)字量輸出。

　　數(shù)據(jù)采集卡使用NI公司M系列數(shù)據(jù)采集（DAQ） PCI-6221 卡。PCI-6221是一款低廉的M系列數(shù)據(jù)采集卡，在計算機上使用。它可以采集模擬信號、數(shù)字信號，擁有定時器的功能，同時還具有模擬輸出的功能，該數(shù)據(jù)該數(shù)據(jù)采集卡具有高性能的數(shù)據(jù)采集與控制功能。我們主要使用的是該采集卡的模擬輸入、數(shù)字量輸入的功能。用于位置固定的傳感器（如室外氣象站監(jiān)測）的有線測量以及設備狀態(tài)的監(jiān)測。與無線傳感器網(wǎng)絡共同構建完整集成的有線和無線測量。PCI-6221數(shù)據(jù)采集卡具有16個模擬輸入通道，2個模擬輸出通道以及24個數(shù)字I/O。

　　下位機控制器選用OMRON PLC CPM2AH 60CDR A，該控制器可靠性高，性價比高，編程簡單，設計周期短。通過計算I/O，本系統(tǒng)一共需要29路輸入，13路輸出。