基于LabVIEW的粮库数据采集系统研究及实现

摘  要：在本文中，笔者设计了一套完整的粮库检测系统，来检测粮库温度和湿度。以下是本文的主要研究内容：（1）使用虚拟仪器开发平台LabVIEW来实现数据采集系统。（2）利用虚拟仪器开发平台LabVIEW中的TCP/IP来实现数据通信。把传感器采集的温度和湿度数据传给本地控制中心。（3）利用虚拟仪器开发平台LabVIEW来对采集到和传输来的数据进行分析，在LabVIEW的界面上显示，从而对粮库采取措施。

关键词：数据采集;LabVIEW;传感器

中图分类号：TP274.2       文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2019）22-0043-03

Abstract：In this paper，the author has designed a complete grain depot detection system to detect the temperature and humidity of the grain depot. The following are the main research contents of this paper：（1）Using virtual instrument development platform LabVIEW to realize data acquisition system.（2）Using TCP/IP in LabVIEW to realize data communication. The temperature and humidity data collected by the sensor are transmitted to the local control center.（3）Using the virtual instrument development platform LabVIEW to analyze the collected and transmitted data and display them on the interface of LabVIEW，so as to take measures for grain depot.

Keywords：data collection;LabVIEW;sensor

1  选题的背景及意义

我国有14亿人口，粮食安全很重要，除了提高亩产量，增加种植面积之外，减少粮食储藏过程中的损失也很重要。粮食本身的物理特性决定粮食的传热慢的特质，以前粮库工作人员需要对粮食的表面及粮库壁的温度进行预测，需要人工进入粮库用温度计等测量，如果温度过高，就需要对粮食进行翻库等操作，粮库里灰尘多、空气质量差，如果长时间工作在这种情况之下会对工作人员的健康造成十分严重的危害，而且这种检测方法费时、费力，不能及时反映糧食的真实情况。因此本文采用智能化的检测技术，通过软件和硬件结合的方法来预报粮情，及时采取措施。

本文应用虚拟仪器的技术来实现对粮库数据的采集和分析，对粮库内的数据实行远程采集和远程实时的监测，虚拟仪器技术为我们提供了一种理想的解决方案。粮库粮情测控采用基于LabVIEW的软件开发平台，开发了检测温度、湿度等一体的粮库粮情自动监控系统，进而降低工作人员的劳动强度，保证粮食的质量和粮食的品质。

2  数据采集系统的软件和硬件

粮库数据采集系统主要由硬件系统和软件系统两部分组成。以下就是对软件和硬件的相关介绍。软件部分主要介绍虚拟仪器LabVIEW，硬件部分主要介绍各种传感器（温度、湿度等）、无线路由器、单片机、数据采集卡等。

2.1  软件：虚拟仪器

2.1.1  虚拟仪器的概念

虚拟仪器其实就是在通用计算机平台上增加了一些软件和一些硬件模块，使用户能够更简单地操作该计算机平台，就像操作一台专门设计的仪器一样。虚拟仪器技术是电子测量与仪器领域中发展方兴未艾的技术，而且它使用了越来越先进和现代化的测控系统。

2.1.2  虚拟仪器的特点

（1）扩展了传统仪器的作用和功能。

（2）虚拟仪器充分地突出了“软件就是仪器”的全新观念。

（3）用户定义仪器。虚拟仪器可以通过用户的需要来具体设置仪器的功能。

2.1.3  虚拟仪器软件平台LabVIEW的介绍

LabVIEW（Laboratory Virtual instrument Enginee-ring）是一种图形化的程序设计软件，它在许多企业和研究型实验室得到了大规模运用，是一个标准化的仪器控制和数据采集的软件。

2.2  硬件

2.2.1  温度传感器

铂热电阻传感器（Pt10、Pt100、Pt1000）是替代进口产品，其特点是体积、结构合理，响应时间短，性能可靠，应用于电机轴承及线圈温度显示中，可直接观察到电机的轴承及线圈的实际工作温度。

2.2.2  湿度传感器

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、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，极大地方便了在嵌入式测控领域的应用。湿度传感器数量由粮库的大小和本地的气候条件决定。

2.2.3  无线通信模块

无线通信路由器采用nRF905，nRF905是挪威Nordik公司推出的一款单片射频收发器集成的芯片，它的体积小、性能稳定。它有433MHz、868MHz和915MHz等多个频道和多个频段用来供用户免费使用。

2.2.4  单片机系统

单片机使用超强抗干扰、低功耗的STC89C51最小系统，具有可靠性高、成本低的特点。STC89C51能够完成ISP在线编程，可以定时采集数据，并保存在内部存储器中，通过RS485接口实现与主机的远距离通信，进而完成检测和传输。

2.2.5  数据采集卡PCL-711B

PCL-711B是一款多功能、高性能的数据采集卡，它拥有所有数据采集的功能，如：A/D、D/A、D/O和D/I。

3  粮库数据采集系统硬件的设计

数据采集硬件系统由温湿度传感器、本地监控中心、数据汇聚节点组成。本地监控中心为粮库数据采集系统的核心，对整个系统进行统一控制和管理，保证整个系统协调有效地运行;传感器收集粮库中的湿度和温度的数据;粮库数据汇聚点用于将传感器数据打包，通过GPRS经Internet网络传送到控制中心，接收控制中心发送的各类控制命令，实现远距离通信。

3.1  硬件选择

3.1.1  传感器

我们为该系统选择了铂热电阻传感器（Pt10、Pt100、Pt1000）。

3.1.2  数据采集卡

采用一个多功能，高性能通用的数据采集卡：PCL-711B，其在板上集成了所有数据采集的功能，适用于Win-dows9x/2000/NT。

3.1.3  无线路由器（nRF905）

无线模块采用nRF905，nRF905是挪威Nordik公司推出的一款单片射频收发器芯片，它体积小，性能稳定。

3.1.4  单片机

单片机采用新一代超强抗干扰，高速，低功耗的单片机STC89C51最小系统设计，成本低，可靠性高。

3.2  ZigBee的应用

（1）ZigBee的定义：ZigBee是低成本、低功耗、低速率、低复杂度的短距离的无线网络通信技术。

（2）ZigBee的工作原理：ZigBee无线通信设备工作在868MHZ，915MHZ和2.4Hz这三个频带。其最大数据速率是250Kbps。ZigBee技术主要是以电池作为电源，因此ZigBee设备对于电池的寿命和性能有较高的要求。

3.3  接口电路

3.3.1  RS-232-C接口

RS-232-C是一種串行物理接口标准。RS是“推荐标准”的英文缩写，232是识别号，C是串口的修改次数。RS-232-C的全称为“数据通信装备（DCE）和数据末端装备（DTE）之间串行的二进制数据交换的接口标准”。

3.3.2  RS-485数据总线接口的应用

当客户要求的通信距离达到几十米甚至上千米时，一般应用串行总线RS-485。RS-485串行总线接口应用了差分接收和平衡发送的原理，它具有抑制共模信号干扰的能力。

3.4  硬件系统的框图

在粮库数据采集系统硬件设计中，在粮库内布置温度和湿度传感器，这些传感器通过RS-485串行总线相连，把温湿度传感器的数据传输到数据采集卡中，通过LabVIEW的InPort.vi和OutPort.vi图标实现对数据采集卡的驱动，进而对数据进行采集。数据采集卡通过RS-232接口与无线通信ZigBee模块相连，再通过ZigBee接收，ZigBee通过RS-232接口与单片机相连。数据经过GPRS模块由Internet传输给本地控制中心的无线路由器，无线路由器经过串口RJ-45传输给PC机，由本地控制中心对数据进行分析，并采取相应措施。

3.5  数据采集系统

设计数据采集系统，最重要的是对实时采集到的数据进行显示、处理和查询等。在粮库系统中，数据采集就是能在将湿度、温度转化为数字量以后，通过计算机进行存储、处理和显示。

4  粮库数据采集系统软件的设计

4.1  虚拟仪器开发平台LabVIEW的创建过程

（1）前面板的创建;

（2）框图程序的创建;

（3）图标的创建;

（4）程序的运行。

4.2  使用LabVIEW驱动数据采集卡的软件设计

设计前面板。放置三个输入控制型数字控件和一个图形控件。

4.3  系统软件设计的流程图

将LabVIEW软件用流程图进行叙述，再按照功能进行设计。

（1）程序首先进行界面元素和相关数据的初始化，并把开关状态初始化为打开;

（2）进入一个检测循环;

（3）检测开关是否打开，如果关闭就退出，否则进入以下流程;

（4）检查是否有操作发生，有就进行处理;

（5）返回步骤（2）继续进行循环检测，直到检测完成。

4.4  粮库报警功能设计

4.4.1  功能描述

这个装置可以显示粮库内的温度是否超过了所设置的最高温度，最高温度可由用户自行设置，当温度超过了所设温度值，则报警灯亮。这时粮库采取各种措施来降低温度，比如通风。如果采集的温度未超过所设温度值，则报警灯不亮。

4.4.2  设计流程

（1）前面板设计;

（2）放置数字控件（设置最高温度）;

（3）放置逻辑控件。

4.5  系统主界面前面板和程序框图设计

对于粮情监控系统的用户界面的设计，应满足界面友好，直观、有效、便于管理和可扩充性等特点。

5  结  论

在本文的研究中虽然得到了一些成果，但是在研究过程中，由于受到各种因素的制约，粮库中粮食的储存也是一个复杂而综合性强的系统，存在着很多的问题需要解决：一是本文的研究模型只针对单个实验用的粮库，对于实际应用中的大型粮库，本文中的研究没有应用到，还需要验证。当有多个粮库一起检测时，也没有应用到，也需要验证。二是在本研究中只涉及了粮库中温度和湿度的检测，而在粮库中粮食的储存是一个复杂的系统，比如粮库周围的环境，天气情况，以及害虫对粮食的影响等各种因素，需要去检测和预报，从而保证粮食储存的安全性。三是温度和湿度传感器的选择，当温度和湿度传感器放置在粮食内部时，需要保障其在数据的采集和传输的过程中的准确性，需要选择合适的传感器。当粮库内粮食温度和湿度超过规定值时，粮库内粮食的通风装置还需改进，特别是粮库内部的温度和湿度。

参考文献

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[6] 徐正元.基于LabVIEW的数据采集系统 [J].中国科技信息 2017（9）：62-65.

作者简介：徐正元（1981.01-），男，汉族，江苏扬州人，

讲师，工程硕士，研究方向：电子信息。