基于虚拟仪器光合有效辐射自动检测系统.doc

摘 要 虚拟仪器技术是一种与计算机结合的新型仪器技术。基于计算机和标准仪器总线技术的测量技术使其有功能多、灵活性强、速度快、人机界面友好等优点。美国国家仪器公司（National Instruments，NI）推出面向测量仪器的控制和管理的LabVIEW虚拟仪器软件平台，集测量、管理和控制于一身。将虚拟仪器技术应用在现代农业方面，可以缩短开发时间，降低开发成本，提高农产品质量，提高农业现代化水平。工程学院精细农业研究室的“果树仿形喷施农药方法与技术研究”国家自然基金课题研究是精确农业的一个方向，关于测量农作物生物量方面将使用虚拟仪器。 本设计是课题的一部分，设计利用NI公司开发的LabVIEW软件和相关硬件，设计生物量测量的自动定位机构，通过控制定位机构带动传感器采集数据并传输给计算机存储处理。 首先设计系统硬件部分，选择步进电机作为动力输出机构，滚珠螺杆与皮带皮带轮作为驱动机构来带动传感器实现数据采集。还包括整个系统的设计，将所有的控制元件集成整体模块，通过冷却风扇将元件集成模块控制在一定的温度范围，以维持整体机构正常的工作状态。 其次设计系统软件部分，根据数据采集行走机构行列式扫描的要求，布局整体设计思路，根据设计思路再设计整个系统的控制线路。数据采集行走机构基于LabVIEW虚拟仪器软件的编程和NI公司开发的配套硬件数据采集卡DAQ结合为基础，编辑程序产生信号控制继电器开关选择电机与电机正反转工作状态，实现电机工作与数据采集的实时控制。 通过对数据采集行走机构工作实况的实验结果验证，误差能控制在允许范围内，也证明本系统能达到定位精度高，行走稳定，采集点均匀等实验要求，能保证质量完成该实验的任务。机构性能可靠、功能变动灵活、系统扩展性强，除了在精确农业研究方面可作为数据采集行走机构外，在其他方面可以作为自动定位系统运用，同时也为合作小组关于木板自动分选系统的木板自动送出机构提供方案。 关键词： 农业现代化 虚拟仪器 LabVIEW 数据采集行走机构 编程 自动定位 1 前言 1 1.1 介绍科学农业背景 1 1.1.1 关于农业现代化 1 1.1.2 关于精确农业 1 1.1.3 关于叶面积指数LAI与光合有效辐射PAR 2 1.2 介绍虚拟仪器 3 1.2.1 虚拟仪器的发展 3 1.2.2 虚拟仪器的特点 3 1.2.3 虚拟仪器的结构 4 1.3 介绍LabVIEW 5 1.3.1 LabVIEW简介 5 1.3.2 LabVIEW与其他编程语言比较 6 1.3.3 LabVIEW的特点 6 2 目标任务与总体方案设计 7 2.1 目标任务 7 2.2总体方案设计 7 2.3 总体布局 8 3 系统硬件部分 9 3.1 问题的提出与探讨 9 3.2 行走机构各部件选择方案拟定 10 3.2.1 导轨与皮带传动装置的选择 10 3.2.2 步进电机的选择 10 3.3 Y方向导轨与步进电机选择计算 14 3.3.1 导轨机构的相关计算 14 3.3.2 步进电机的相关计算 16 3.4 电机与导轨装备方式设计 20 3.4.1 联轴器选择 20 3.4.2 法兰盘设计 20 3.5 X方向传动皮带与电机的选择计算 21 3.5.1 决定驱动机构 21 3.5.2 确认电机所要求的规格 21 3.5.3 必要转矩计算 22 4 系统软件部分 23 4.1 系统线路总体布局 23 4.2 软件编程 23 4.2.1 编程思路 23 4.2.2 具体程序 23 4.2.3电机工作状态设置分析 23 4.3 控制器与驱动器工作箱 23 4.3.1 驱动器选择 23 4.3.2 工作箱布局 23 4.3.3 布局设计说明 23 4.3.4 冷却风扇选择 23 5 设计相关简介 23 5.1 测试环境概述 23 5.2 光合有效辐射仪选择 23 5.3 PAR数据采集与信号调理介绍 23 6 结论与讨论 23 6.1 测试部分 23 6.2 定位机构部分 23 致 谢 23 参 考 文 献 23 英文摘要 23 附录 23 1 前言 1.1 介绍科学农业背景 1.1.1 关于农业现代化 (1)二十一世纪是科学的世纪 二十一世纪是科学的世纪，是自动化，智能化，信息化，高科技的世纪，我们的生活质量在这些科学技术的不断更新与发展中改进，各个领域都以科学武装的形式进行着翻天覆地的革新！“人以食为天”，农业是其他产业的基础，农业的发展也离不开科技的支持，科学技术的使用使农业科技进步农业现代化是一场伟大的技术革命，它的核心是工具和其他技术手段的变革。农业现代化最显著的特征是要在生产中大量采用各种先进的工业技术和新材料，现代化农业要由工业部门投入大量物资，用现代工业的装备武装农业从世