蒸渗仪

新型蒸渗仪测控系统计算机控制平台的开发主要内容研究背景及意义水是人类赖以生存必不可少的重要物质。但随着人口的不断增加，工农业的快速发展、水污染问题越来越严重，导致水资源日益紧张。根据中国水资源公报，2010年全国总用水量6022.0亿m3，其中生活用水占12.7%，工业用水占24.0%，农业用水占61.3%。目前，我国农业用水中灌溉用水有效利用系数只有约0.4。因此，保证水资源可持续利用的关键之一在于减少农业用水。全面分析农田水分平衡对研究作物生长规律和节水灌溉有重要意义。蒸渗仪就是对农田土壤水分平衡的直接测定仪器。蒸渗仪是一个装满土壤、置于田间、表面裸露或生长有植物的容器，用来测量植物蒸散量以及土壤中含水量的变化。约有300多年的历史。第一台建于法国，最早利用台秤测量蒸发器内土体重量的变化来确定蒸发量。国内对蒸渗仪的研究始于30年代，60年代起中科院地理研究所开始应用土壤蒸发器测定了农作物的总蒸发量。目前，蒸渗仪的使用引入了各种新的技术，将计算机技术、传感器技术、单片机技术等相结合，实现了智能化的蒸渗仪系统。研究目标和内容目前的蒸渗仪系统，在软件方面大多都是桌面程序，需要研究人员频繁地进入实验室采集，普遍都是通过人工定时来记录采集监测数据。软件功能不够全面，研究人员无法根据环境条件或工作要求设置采集间隔，查询软件功能单一。为提高作物生长过程水分蒸散量的自动化监测水平，开发出一套针对地下监测环境的基于网络数据库的称重式蒸渗仪远程监测系统，用于实时监测作物水分蒸散量的变化情况。(1)考察实地环境，对蒸渗仪测控系统进行整体结构方案设计。(2)通过系统分析，完成对计算机控制平台的设计与开发。(3)系统测试。总体结构设计软件系统分析计算机控制平台的设计方案一：有线传输方案二：无线传输总体结构设计地下室采集箱称重传感器钢筒232—CANGPRS网络Internet数据库服务器计算机监控中心GPRSModem下位机采集系统232——CAN地下室采集箱称重传感器钢筒CAN总线a.对工作人员进行档案管理，分配用户权限。b.对“采样间隔”、“采集通道数”等终端参数进行设置。c.根据需要选择要监控的通道，向下位机发命令，读取或屏蔽相应通道的数据。d.与数据库相连，实现数据共享。e.可以设定查询条件，按时间段查询历史数据。f.有服务器端和客户端远程采集终端GPRS与服务器端相连客户端网络数据库与服务器共享数据。g.具有报表、打印功能。f.系统稳定性好，操作界面友好，简单明了，易于扩展。软件系统分析计算机控制平台的设计软件系统架构体系设计数据查询实时监测权限管理数据显示数据管理数据采集系统数据接收层数据应用层数据中心层客户端客户端用户信息表数据库服务器监测数据表登录管理模块系统启动登录验证数据库设置登录界面主界面I/O接口初始化系统配置模块数据显示模块采集间隔采集时间列表显示曲线显示数据查询模块按时间查询导出文件数据库操作数据库数据采集模块指令下达读取串口数据数据处理模块ADO数字代码-等效电压ADO输出电压-对应质量通道标定用户与权限管理模块用户管理权限管理软件平台和数据库的选型软件平台：C++Builder数据库：SQLServer•GPRS数据传输•串口编程•直线拟合标定方程•数据库技术•OLE操作Excel报表技术现场采集仪GPRS网络GPRSModem监控中心服务器Internet初始化GPRS模块开始建立PPP链路呼叫PPP服务器呼叫失败数据封包获得用户原始数据链接失败送入GPRS模块结束GPRS终端登陆服务器数据的接收Win32API函数包含了一系列访问通信资源的通信函数。如CreatFile打开串口，ReadFile和WriteFile对串口进行读写操作。线性传感器，因此，采用直线的形式拟合标定方程。其中最小二乘法应用最为广泛。但是如果有干扰点的存在，最小二乘法拟合直线并不通过最多的数据点，会造成较大误差。在此提出了将霍夫变换与最小二乘法相结合进行直线拟合的方法。利用动态数据对象ADO技术访问数据库，通过C++Builder提供的数据源控件DataSourse，把数据集控件Query与数据控制控件DBGird连接起来，构造数据库。利用SQL语言操作管理数据表。MSOFFICE提供了非常强大的OLE服务功能，C++Builder可以以客户的方式向Excel提交命令，使用OLE存取Excel数据。优点：充分利用了霍夫变换抗干扰能力强以及最小二乘法拟合精度高的特性。现场采集仪GPRS网络GPRSModemGPRSModem监控中心服务器•数据表的设计•系统登录•数据采集模块•数据处理模块•数据查询模块字段类型说明User_IdVarchar(50)用户名User_PwdVarchar(50)密码User_StyleVarchar(10)用户权限字段类型说明Point_IDInt(4)监测号Made_TimeDatetime(8)监测时间Pre_ValueFloat(8)压力值Temp_ValueFloat(8)温度值Hum_ValueFloat(8)湿度值用户信息表监测数据记录表当点击“登录”按钮时，程序会确认用户名是否存在，通过数据库查询该用户的信息，验证此登录者及其登录权限。ADOQuery控件SQL属性Add()函数添加添加查询语句Open()函数执行数据段字节数内容说明起始码2字节0XAA+0XBB功能控制1字节0X01读取全通道数据0X02读取指定通道数据0X03屏蔽全通道数据0X04屏蔽指定通道控制参数1字节0XXX指定通道号校验字1字节0XXX单字节CRC校验①上、下位机的波特率为57600bps②数据包数据格式如下：用户可以根据需求设定“采集间隔”，“采集通道”等参数。启动采集的方式是：单击主界面上的“采集数据”按钮，则开始采集程序。停止采集的方式有两种：1.“停止采集”按钮2.通过人工控制结束采集，设置采集时间开始采集数据打开定时器响应定时器函数读取串口数据结束采集间隔把串口操作函数封装成串口类mycom，通过类中的成员函数向用户提供相应的接口函数，来操作串口。优点：使得编程更加灵活，通信实时性更好。1.A/D输出代码转换为等效电压ADO[23:0]23222120…161514…9876…10.符号位0：正数1：负数ADO3ADO2ADO122146212223valueADOADOADO2.传感器标定最小二乘拟合初始直线霍夫变换结束斜率式方程开始剔除干扰点最小二乘拟合最终直线数据查询是对数据库的基本操作，本系统中可以按照不同的查询条件，实现所需要的结果数据的显示。设定查询时间，有3中查询方式：1.按天查询、2.按时刻查询3.自定义查询查询条件？设定查询时间否是提示：没有查询条件，请输入或选择获取日统计量数据按天查询？按时刻查询？自定义查询？否是获取时刻统计量数据获取自定义时间内的数据结束开始是是否否•“采样间隔”“采样时间”是否满足用户设置采集时间的需求。•系统是否能够进行实时的更新称重数据，运行是否稳定。•检查系统是否能够完成对称重数据的采集、传输、显示和存储工作，以及数据的查询和导出。•蒸渗仪称重系统采集到的称重数据是否正确。本文结合了蒸渗仪硬件系统，开发了计算机控制平台系统，提高了作物蒸散量的自动化监测过程。借助GPRS模块、C++Builder软件平台、SQLServer数据库平台，利用无线数据传输技术、串口编程技术、数据库等技术完成了对数据的采集、传输、查询和共享。经系统的功能测试分析，系统达到了设计要求。结论展望1.蒸渗仪系统的功能，增加数据分析功能。更清楚更直观2.增加测量参数，支持其他测量参数(如水势、液位等)的选择。3.结合软件滤波等信号处理的算法，提高称重测量的精度。4.提高系统的扩展性。广泛的应用到其他的数据采集监测系统中。