基于LabVIEW的有机物发酵检测系统设计与实现*

姜宗梁，杨峰山，殷家伟，许 春，徐凯宏

(1.东北林业大学 信息与计算机工程学院，黑龙江 哈尔滨 150040；2.黑龙江大学 生命科学学院，黑龙江 哈尔滨 150080)

0 引 言

目前，利用科学的检测技术指导农业发展已经成为不可阻挡的历史趋势。对农业有机废弃物进行固体发酵，将其转化为可二次利用的有机化肥，在节能环保领域具有重要意义。通过对发酵过程的产物进行追踪检测，可以方便调整农业有机废弃物的配比，以获得效益最大化[1]。本文针对用户的需求，设计了基于LabVIEW的固体有机物发酵在线检测系统。

1 功能需求

发酵设备共有24个发酵箱，需要控制启动指定箱体内的传感器进行检测，并对箱体运行时间及采样间隔时间进行控制。在设备运行前需要将实验人员、地点、时间、箱体实验内容进行记录，以便后期查询。采到数据后，需要对某个箱体进行单箱数据显示，内容包括温度、酸碱度、气体浓度，显示形式包括数据表格和波形图。规定某几个箱体测的是同一类废弃物，以其平均值作为该类废弃物量化值，通过对不同类废弃物的量化值以图表形式进行比对，直观的得出检测结果。

2 系统设计

2.1 总体设计

系统分为数据采集、数据存储、数据调用三大部分[2,3]。采用LabVIEW进行程序设计，实现农业有机废弃物固体发酵的智能控制。LabVIEW与MATLAB均可实现将串口数据代入程序进行处理，实现与数据库的数据交换。但在实际应用中，LabVIEW无论是从数据库配置方面还是从实现增删改查的编程操作方面，均要比MATLAB简便。综上所述，由于本检测系统需要对硬件设施进行控制，对数据的操作量适中但所需的数据显示板块多，所以，本文使用LabVIEW进行开发最能满足项目需求。

2.2 数据采集

数据采集由两部分组成:1)实验基本信息录入，包括实验时间、人员、地点、箱体备注[4]；2)传感器检测结果录入，包括发酵箱内温度、酸碱度、气体浓度[5]，数据采集后上传到本地数据库及云数据库进行存储。人机交互方面[6,7]，在进行数据采集前需要对启动箱体进行选择，本检测系统采用逐个单击选择1#～24#箱体和一键全选两种方式。选中箱体后需要对箱体启动时间长度及启动时间间隔进行设置，以达到控制传感器的总工作时间及每隔多久检测一次的目的，通过主面板上的运行次数显示控件可实时显示传感器检测的次数。

如图1所示，实验人员在选定所需检测的箱体后需要在运行时间设置处手动输入所需总检测时间及每次检测间隔时间，点击启动箱体按钮即可启动该选中箱体的检测，检测次数在运行次数显示处显示。为方便程序的执行和修改，使用对具体实现功能写入子程序，总程序写好逻辑框架后再调用子程序的方法。总体编程思路为外层事件结构内嵌套while循环，由时间控制程序决定循环的终止，循环内嵌套层叠式顺序结构，在每一帧内写入对不同箱体的调用。

图1 启动数据采集前面板

2.3 数据存储

数据存储由两部分组成，分别将检测数据传入本地数据库及云数据库[8]。本地数据库使用ACCESS库[8]，在其内建立box 1到box 24共24个表格分别储存24个箱体的检测数据，包括时间、温度值、酸碱度值、硫化氢(H2S)浓度、一氧化氮(NO)浓度、二氧化氮(NO2)浓度、甲醛(CH2O)浓度、一氧化碳(CO)浓度、氮气(N2)浓度，另建立一个Basic表格，用来储存实验时间、人员、地点、箱体备注等信息，库表格建立完成后利用DSN建立LabVIEW与数据库的连接，使用基于ODBC技术的数据库工具包完成检测数据入库操作。云数据库的使用与本地数据库大同小异，使用MYSQL库，在LabVIEW中创建url链接，链接中包含24个箱子对应的数据以及该数据要插入哪个表的信息，通过get请求的方式，将数据传递给php后端，php后端接收到请求之后将数据插入数据库对应的表中。

以图2为例，传感器采集的数据通过MODBUS 通信后传到上位机，通过LabVIEW编程获取数值后直接传入ACCESS数据库相应表格位置，云数据库导入数据的思路也大致相同。

图2 温度数据存入本地数据库程序框图

2.4 数据调用

如图3,数据调用由三部分组成:1)将录入数据库的实验基本信息进行显示;2)单箱数据分析;3)不同类别对比。

图3 数据调用分析界面

实验基本信息采用表格的形式进行显示，格式与在数据库中存储的格式一致，用户可根据实验时间的不同查看不同实验的基本信息。单箱数据分析时用户在选定24个箱体中的某一个后便可查看该箱体每次的检测值，查看形式包括表格和图表两种，以便满足用户的不同需求。在进行不同类别对比时，系统将24个箱体分为六类，每类包括4个箱体，用户可根据需求在该类箱体内放置相同的发酵物，在不同类的箱体内放置不同的发酵物，系统以该类箱体检测值的平均值作为该类发酵物的量化值，由此可实现不同类发酵物的发酵实验对比，并将结果用图表的形式进行直观展示。另外，为满足用户在某类的4个箱体内只想用其中几个箱体而不想全部使用的需求，系统界面设置了箱体数量选择输入控件，用户可根据实际使用情况进行设置，以期在达到节约实验原材料目的的基础上获得最大实验精度。

3 实现结果

在检测精度上，温度检测采用DS18B20温度传感器，在-10～+85 ℃范围内，精度为±0.5 ℃，对硫化氢、一氧化氮、二氧化氮、氨气、一氧化碳、氢气、二氧化硫、甲烷气体浓度的检测使用的是JXM系列智能型气体检测模组，模组内置高精度电化学传感器，精度不大于读数的±3 %(25 ℃)；对甲醛的检测使用的是防爆式甲醛传感器，属高精度电化学传感器，精度不大于读数的±2 %(25 ℃)酸碱度传感器采用精讯畅通土壤pH传感器，pH测量范围为3～9 pH，测量精度为±0.3 pH。

4 结 论

本文所设计与实现的农业有机废弃物固体发酵在线检测系统，利用图像化的编程方法使得检测进程可追踪。数据采集、数据存储、数据调用三大模块相互渗透，实现了实验信息记录、实验数据保存与分析，并能用表格和图表进行直观显示。本文系统使用简单方便，极大地节省了传统发酵实验中所需的人力物力，后续可根据情况进行项目移植和改造，为农业信息化进程发挥更大作用。