基于ARM9的大棚远程温湿度监控系统设计
摘要：设计了一种以ARM9处理器作为主控器的监控系统，采用高精度温湿度传感器DHT11，并结合LabVIEW虚拟仪器软件编写上位机界面，借用LabVIEW中自带的Web服务发布功能，实现了大棚内温湿度参数远程动态监测功能。试验结果表明，系统能及时地采集和显示大棚内的温湿度参数，可实现远程监控。
关键词：ARM9；DHT11；LabVIEW；大棚；温湿度
Design of Remote Temperature and Humidity Monitoring system
of Greenhouse based on ARM9
FAN Zhi-zheng， LIU Yong-chun
（School of Automation and Electronic Information， Sichuan University of Science & Engineering， Zigong 643000， Sichuan， China）
Abstract： The paper presented a kind of monitoring system， taking ARM9 processor as the master controller， using high-precision temperature and humidity sensors DHT11，combining with LabVIEW virtual instrument software program PC interface， and borrowing LabVIEW Web service publishing function. The remote dynamic monitoring capabilities of the temperature and humidity inside the greenhouse was realized. Experiments showed that the system can timely collect and display parameters of temperature and humidity inside the greenhouse， thus enabled remote monitoring.
Key words： ARM9； DHT11； LabVIEW； greenhouse； temperature and humidity
1 系统结构与工作原理
2 系统硬件设计
2.1 ARM控制系统
2.2 温湿度采集和处理电路
2.3 驱动电路和报警电路
3.1 控制器软件设计
传感器响应后开始传输数据，一次通信时间约4 ms，传输40位数据。前16位数据代表湿度参数，由8位整数和8位小数组成；中间16位数据代表温度参数，由8位整数和8位小数组成；最后8位是校验码数据。40位数据被ARM控制器分离后会通过485总线发送到上位机。监控者可根据监控情况向控制器发送指令控制外部设备。要发送和接收数据还需初始化串口。通过Uart0_init（void）子函数设置串口工作波特率、发送数据位数以及中断方式等。Uart0_send（data）为串口发送数据子函数，把温湿度参数发送出去。Uart0_recive（cmd）为接收命令函数，用于接收上位机发送的控制命令。在下位机内部要完成对温湿度参数的判断，实现本地自动化控制。当温湿度参数超标后，控制器就要驱动外部设备自动调节大棚内部温湿度参数。调整以后系统继续监控，出现超标情况再次自我调整。
3.2 上位机软件设计
控制器把数据通过485总线发送到上位监控机，上位机采用串口接收数据。在接收数据前还要通过RS485和RS232之间的转换电路。LabVIEW与串口通信有多种方法实现。利用内部自带VISA库或者自编写动态库文件可以实现，也可以采用MSCOMM控件实现。利用自带VISA库可以轻易地实现串口通信，该设计采用此种方法和下位机实现串口交换数据。上位机软件流程图如图5。
上位机上电运行后首先对串口进行初始化，调用VISA Configure Serial Port VI实现初始化串口，串口波特率、送数据位数等设置都必须和下位机一致，否则通信会出现乱码[4]。VISA Read VI从串口中把数据读出来，通过字符串至字节数组转换将数据存储到数组中。采用索引数组的方式把存储数据读出来送到对应显示控件上就可以显示数据。上位机报警主要采用的是布尔指示灯，分离出来的数据在显示的过程中同时和设定值作比较，当超标时就点亮报警灯。报警后监控人员通过系统前面板上的外部设备控件控制风机和加湿器以调整大棚内的温湿度参数。在监控机上控制风机等设备主要通过调用VISA Write VI实现，向串口发送控制命令，发送完毕之后立即释放串口资源，以持续接收监控数据。系统监控后面板程序如图6所示。
3.3 远程监控设计
使用LabVIEW虚拟仪器内部自带的Web服务器功能可以在网络上发布程序前面板的图像或HTML（超文本连接表示语）[5]。用户通过登录统一的URL地址就可以访问服务器，并且可以通过服务器获得控制权限对系统进行控制。Web服务支持多种浏览方式：①以快照的方式发布前面板。这种方式只能获取静态的图像，监控数据发生变化时，要刷新界面才能获取到改变的数据；②监视方式。Web服务器以固定时间自动刷新；③完全嵌入式发布。用户程序以嵌入式的方式发布到服务器上，可以实时浏览变化信息[6]。通过LabVIEW的Web服务功能，监控人员在异地也可以通过网络登录到控制面板，完成对整个大棚的监控。
4 系统测试
启动控制器电源对大棚环境进行检测，运行上位机软件实施对大棚的监控。将监控程序通过Web服务器发送到网络上检测远程控制效果。ARM控制系统运行稳定，能够及时发送数据和接收上位机发送的控制命令，实现自动控制的功能。本地监控系统运行情况如图7所示。第一个波形图显示的是相对湿度情况，能够实时显示大棚内的湿度情况，湿度超过上下限值时系统及时报警。第二个波形图代表了温度曲线，温度达到上限值时（低于下限值时）系统能够及时作出反应并报警。监控者通过前面板上的控制开关，可控制大棚内的风机和加湿器工作。
在另一台电脑上输入URL地址，登录到远程控制界面查看监控情况，可以看出监控界面也实时反映出了大棚内的温湿度情况。远程监控机可以向服务器申请控制权，用于控制外部设备。服务器也可以设置远程登录机只有查看权，不允许对系统进行控制。网页监控图如图8所示。
5 小结
设计了一种基于ARM控制器和LabVIEW的大棚温湿度远程监控系统，硬件部分包括ARM控制器及外围扩展电路，软件部分包括下位机软件和上位机软件设计。通过对系统的连续测试，系统能够实时反映出大棚内的温湿度情况，监控界面人机交互效果良好，便于监控人员操作。可实现对大棚的远程监控，并广泛应用到农业大棚生产中。