劉宇彤

摘 要：針對因澆灌不及時所造成盆栽花卉生長問題，提出了一種基于Android手機的遠(yuǎn)程盆栽澆灌測控系統(tǒng)設(shè)計方案。該方案綜合運用現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)、計算機與自動化控制、傳感器等技術(shù)，通過操作手機程序界面，實現(xiàn)了傳感器數(shù)據(jù)的實時顯示，對電磁閥啟/停的控制，對現(xiàn)場澆灌情況和植物生長情況視頻信息的實時顯示等功能。不受時間地域限制，用戶可在任何具備網(wǎng)絡(luò)覆蓋的地方從手機上獲取數(shù)據(jù)，實施監(jiān)控，系統(tǒng)具有操作簡單、安裝方便、實用的優(yōu)點。

關(guān)鍵詞：Android ； LabVIEW ； 遠(yuǎn)程； 測控

中圖分類號：TP272 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2018.10.007

隨著生活水平的提高，人們喜歡在家中或工作學(xué)習(xí)的場所養(yǎng)植一些盆栽植物，不僅可以美化居住環(huán)境，凈化室內(nèi)空氣，還能增添生活情趣。但人們往往由于工作繁忙、出差、旅游等原因會有較長一段時間無法對植物進(jìn)行管理，造成植物生長出現(xiàn)問題，這其中80%以上又是由于不能及時澆灌而引起的。在網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍廣的當(dāng)下，通過人們隨身攜帶的手機進(jìn)行遠(yuǎn)程澆花的實現(xiàn)，并可觀測到植物的實時狀態(tài)，將能有效解決這一問題。

LabVIEW是美國NI公司研制開發(fā)的一種程序開發(fā)環(huán)境，是目前應(yīng)用最廣、發(fā)展最快、功能最強的圖形化軟件，應(yīng)用它可以開發(fā)主控計算機端的遠(yuǎn)程澆灌系統(tǒng)應(yīng)用程序。Data Dashboard是NI公司提供的一個運行在智能手機上的客戶端應(yīng)用程序，使用它可以建立一個自定義、便攜的LabVIEW應(yīng)用界面。因此，在Data Dashboard平臺上開發(fā)一種遠(yuǎn)程澆灌系統(tǒng)，通過人們隨身攜帶的手機進(jìn)行控制，并可看到植物的實時狀態(tài)，將有效解決植物無人澆灌的問題。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計

本系統(tǒng)主要由主控計算機、路由器、網(wǎng)絡(luò)攝像頭、數(shù)據(jù)采集/控制卡、直流電源、繼電器、電磁閥、管路、儲水罐、光照度傳感器、澆灌滴頭、土壤溫濕度傳感器和Android手機等構(gòu)成。數(shù)據(jù)采集/控制卡、直流電源和繼電器構(gòu)成了盆栽澆灌測控系統(tǒng)的控制單元。土壤溫濕度傳感器、光照度傳感器和電磁閥通過控制單元與主控計算機連接，實現(xiàn)對傳感器的數(shù)據(jù)處理和電磁閥的控制。主控計算機和網(wǎng)絡(luò)攝像頭分別通過網(wǎng)線與路由器連接，并通過WIFI或3G/4G網(wǎng)絡(luò)與Android手機通信。

主控計算機中的LabVIEW應(yīng)用程序通過控制多功能數(shù)據(jù)采集/控制卡來實現(xiàn)傳感器的數(shù)據(jù)采集和開關(guān)量輸出，并運用LabVIEW軟件的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)和發(fā)布網(wǎng)絡(luò)共享變量的功能，在Data Dashboard開發(fā)平臺上開發(fā)能應(yīng)用于支持Android系統(tǒng)的智能手機和平板電腦的盆栽遠(yuǎn)程澆灌測控系統(tǒng)。本系統(tǒng)能夠通過操作手機程序界面，實現(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)的實時顯示、對電磁閥的啟/停的控制、對現(xiàn)場澆水情況和植物生長情況視頻信息的實時顯示等功能。其架構(gòu)圖如圖1所示。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1 數(shù)據(jù)采集/控制的關(guān)鍵技術(shù)

本系統(tǒng)的輸入輸出參數(shù)為：

（1）電磁閥的控制：線圈功率：≤8 W；壓力范圍：0～1.0 MPa；接管口徑：2.5 mm；供電電壓：DC24 V；形式：常閉型。

（2）土壤溫濕度傳感器：供電電壓：DC12～30 V；電流輸出：4～20 mA；量程：水分：0～100%；溫度：-40～80 ℃。

（3）光照度傳感器：供電電壓：DC12～30 V；電流輸出：4～20 mA；量程：0～2萬Lux。

為了實現(xiàn)采集澆灌系統(tǒng)中的土壤溫濕度和光照度傳感器的實測數(shù)據(jù)，并控制電磁閥啟/停的功能，本系統(tǒng)采用一種帶有2路AI、2路DI、2路DO、兩路計數(shù)功能的USB 2AD Plus數(shù)據(jù)采集模塊。該模塊依靠電腦USB供電，無需外部電源，可同時實現(xiàn)模擬量傳感器的數(shù)據(jù)采集和電磁閥數(shù)字量控制等功能。

2.2 視頻監(jiān)控技術(shù)

視頻監(jiān)控采用云臺球型網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控攝像頭，它與無線路由器通過網(wǎng)線連接，并通過WIFI或3G/4G與Android手機通訊。主控計算機通過路由器與網(wǎng)絡(luò)攝像頭進(jìn)行通訊，在攝像頭的網(wǎng)絡(luò)配置中將其設(shè)置為與主控計算機IP同段的固定IP地址。主控計算機軟件開發(fā)中，在主界面添加WebBrowser-NET控件，通過訪問攝像頭的IP地址，可在主控計算機應(yīng)用程序的主界面中實時監(jiān)測澆花現(xiàn)場的運行場景，實現(xiàn)視頻存儲、回放、角度調(diào)整、視角控制、調(diào)焦、鏡頭伸縮等功能。

在主控計算機上獲取網(wǎng)絡(luò)攝像頭的序列號，通過監(jiān)控眼APP可在手機中實現(xiàn)對澆灌過程實時監(jiān)測。

3 主控計算機軟件設(shè)計

主控計算機的應(yīng)用軟件采用labVIEW系統(tǒng)語言開發(fā)，它實現(xiàn)了土壤溫濕度、光照度實測數(shù)據(jù)的實時顯示，電磁閥的手動/自動控制及運行狀態(tài)顯示，實時顯示澆花現(xiàn)場運行場景和攝像頭的全方位角度變換、參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)查詢等功能。

3.1 程序主體框架

程序主體框架采用事件處理與生產(chǎn)者消費者循環(huán)組合程序架構(gòu)，通過隊列對程序中發(fā)生的事件進(jìn)行判斷，主程序采用狀態(tài)機架構(gòu)，通過“初始化”后執(zhí)行“采、存、判”程序?！耙曨l”“查詢數(shù)據(jù)”“手動控制”“自動控制”“退出”則作為生產(chǎn)者的事件子程序運行。主框架程序如圖2所示。

3.2 多功能數(shù)據(jù)采集/控制卡的軟件開發(fā)

因為本系統(tǒng)中含有模擬量輸入、數(shù)字量輸出，所以在軟件開發(fā)過程中對每一種信號的測控都要單獨考慮。模擬量輸入程序如圖3所示。電磁閥啟/停程序如圖4所示。

4 Android手機端軟件設(shè)計

本系統(tǒng)的手機端軟件在Data Dashboard應(yīng)用程序上開發(fā)，通過拖拽一些輸入控件和顯示控件，將這些控件與LabVIEW應(yīng)用程序中網(wǎng)絡(luò)服務(wù)或者網(wǎng)絡(luò)發(fā)布的共享變量連接起來就可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀寫，從而快捷地建立一個自定義、便攜的遠(yuǎn)程澆灌測控系統(tǒng)操控界面。測控系統(tǒng)APP界面如圖5所示。具體實現(xiàn)方法如下：

（1）在主控計算機的Windows防火墻上進(jìn)行允許程序的設(shè)置， 將C：Windowssystem32lkads.exe，C：Windowssystem32lktsrv.exe，C：Program FilesNationalInstrumentsSharedTaggertagsrv.exe三個文件添加為允許訪問的程序。

（2）將主控計算機LabVIEW應(yīng)用程序中土壤溫濕度、光照度傳感器的數(shù)值設(shè)置為讀取模式的網(wǎng)絡(luò)變量，電磁閥的開關(guān)量值設(shè)置為寫入模式的網(wǎng)絡(luò)變量。

（3）在Android手機的Data Dashboard應(yīng)用程序上，通過連接主控計算機的IP地址，添加土壤溫度、土壤濕度、光照度傳感器的數(shù)值網(wǎng)絡(luò)變量，可同步顯示土壤溫濕度、光照度的實測數(shù)據(jù)；通過添加電磁閥的開關(guān)量值的網(wǎng)絡(luò)變量，可通過按鈕操作實現(xiàn)電磁閥的啟/停。

在主控計算機上通過獲取網(wǎng)絡(luò)攝像頭遠(yuǎn)程序列號，可實現(xiàn)在Android手機監(jiān)控APP上實時顯示現(xiàn)場運行場景和攝像頭的全方位角度變換。

5 結(jié)束語

本文通過運用LabVIEW系統(tǒng)軟件中網(wǎng)絡(luò)服務(wù)/發(fā)布共享變量的功能，在支持Android系統(tǒng)的Data Dashboard軟件中開發(fā)的基于Android手機的遠(yuǎn)程盆栽澆灌測控系統(tǒng)，通過操作手機，就能利用主控計算機程序和數(shù)據(jù)采集/控制卡實現(xiàn)對盆栽植物土壤環(huán)境信息的遠(yuǎn)程采集與顯示，并能對電磁閥的啟/停進(jìn)行控制，對視頻圖像的實時顯示。本系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、功能全、可視化和圖形化操作等特點。

參考文獻(xiàn)：

[1] 項鵬，鐘楊，陳東紅，等.基于安卓的植物遠(yuǎn)程澆灌系統(tǒng)研發(fā)[J].科技信息.2014（8）.

[2] 袁正宏，王思煦，李季朋，等.一款無人看管智能家居花盆設(shè)計[J]. 科技風(fēng)，2017（5）.

[3] 王云.基于LabVIEW的溫濕度遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)[J]. 信息與電腦，2017（18）.

（05）