Sistem de monitorizare a parametrilor din agricultură [305987]

UNIVERSITATEA MARITIMĂ DIN CONSTANȚA

FACULTATEA DE ELECTROMECANICĂ NAVALĂ

SPECIALIZARE TEHNOLOGII ȘI SISTEME DE TELECOMUNICAȚII

LUCRARE DE LICENȚĂ

Coordonator științific :

Conf.Univ.Dr ing.Mihaela HNATIUC

Absolvent: [anonimizat]

2016

UNIVERSITATEA MARITIMĂ DIN CONSTANȚA

FACULTATEA DE ELECTROMECANICĂ NAVALĂ

SPECIALIZARE TEHNOLOGII ȘI SISTEME DE TELECOMUNICAȚII

Sistem de monitorizare a parametrilor din agricultură

Coordonator științific :

Conf.Univ.Dr ing.Mihaela HNATIUC

Absolvent: [anonimizat],

2016

Declarație de onestitate academică

Prin prezenta declar că lucrarea cu titlul „Sistem de monitorizare a parametrilor din agricultură in Labview” , [anonimizat], programul de studii 2012-2016, este scrisă de mine și nu a mai fost prezentată niciodată la o facultate sau instituție de învățământ superior din țară sau din străinătate.

[anonimizat], sunt indicate în lucrare ca referințe bibliografice.[anonimizat],[anonimizat]. Reformularea în cuvinte proprii a textelor scrise între ghilimele de către alți autori face referință la sursă. Înțeleg că plagiatul constituie infracțiune și se sancționează conform legilor în vigoare.

[anonimizat], [anonimizat], experimente și măsurători. Înțeleg că falsificarea datelor și rezultatelor constituie fraudă și se sancționează conform regulamentelor în vigoare.

Constanța, data Absolvent: [anonimizat] ”Sistem de monitorizare a parametrilor din agricultură realizat în LabVIEW” și a rezultat datorită curiozității mele de a [anonimizat] a [anonimizat], dar este în același timp și o provocare.

[anonimizat]. Deoarece este foarte important să putem să ne alegem o [anonimizat] a [anonimizat].

[anonimizat] a luminii soarelui într-o [anonimizat]. [anonimizat].

La fel si în cazul umiditații si a luminii în cazul în care este nevoie se va acționa automat un robinet sau dacă sorele este prea puternic se va acționa automat copertina care să nu afecteze prea mult plantele.

Introducerea părții software se realizează în LabVIEW, într-o structură modulară. Această abordare a proiectării are o serie de avantaje, putem remarca: simplitatea și compatibilitatea proiectării, grad ridicat de integrare, dimensiuni reduse, consum redus de energie electrică, usurința de adaptare la determinarea și controlul unor diferiți parametri, imunitate la perturbații și zgomote electrice și fiabilitate ridicată.

1. LabVIEW

LabVIEW este un limbaj de programare grafic, care folosește incoanele în locul liniilor de text pentru a crea aplicații. În contrast cu limbajele de programare cu text, LabVIEW folosește programarea fluxului de date, unde fluxul de date determină execuția. În LabVIEW se construiește interfața utilizatorului cu un set de instrumente și obiecte. Interafața utilizatorului este cunoscut ca panou frontal. Se adaugă codul folosind reprezentarea grafică ale funcțiilor pentru a controla obiectele de pe panoul principal. Diagrama bloc conține acest cod. În unele cazuri, diagrama bloc seamană cu o diagramă de flux.

2. Comunicarea serială

Comunicarea serială impune specificarea a patru parametri: rata de transfer a transmisiei, numărul de biți de date care modifică un caracter, sensul biților de paritate opțională și numărul de biți de stop. Fiecare caracter transmis împachetat într-un cadru de caractere, care constă într-o singură pornire dar este urmat de biți de date, bitul de paritate opțională și biții sau bitul de stop.

Stadiul actiual al problemei

În general sistemul de monitorizare al parametrilor din agricultura se gaseste in domeniul industrial.

De exemplu in sere daca toti acesti parametrii (umiditate, temperatura, lumina) nu sunt reglati și menținuți în limitele minime și maxime impuse întreaga producție poate fi compromisa

Capitolul 1. Stadiul actual al monitorizarii parametrilor din agricultura

Intr-o sera cultivarea plantelor este foarte mult influentata de conditiile mediului inconjurator.

Factorii importanti pentru calitatea optima si productivitatea cresterii plantelor sunt temperatura, umiditatea, lumina ,umiditatea solului .

In acest caz daca monitorizam factorii mediului inconjurator vom putea obtine informatii relevante care le putem folosi in scopul de a avea o productie maxima.

Incepand cu anul 1990 mai multe tipuri de sisteme de monitorizare si control pentru sera au fost dezvoltate insa din cauza lipsei de formare a fermierilor pentru folosirea acestui sistem de monitorizare a mediului inconjurator si din cauza costului foarte mare initial de instalare a dus la incetinirea automatizari de a se monitoriza factorii mediului inconjurator in timp real si pentru a se intervenii in timp util la protejarea culturilor.

Efectul de sera al mediului inconjurator folosit pentu cresterea plantelor in conditii climatice controlate pentru o productie eficienta, reprezinta o parte importanta a sectorului agriculturii si horticulturii.

Ulterior sistemul de monitorizare al mediului inconjurator a devenit pentru cresterea optima o necesitate pentru cresterea plantelor intr-o sera, utilizrea eficitenta a apei, randament imbunatatit, si o mai buna utilizare a resurselor. Au fost multi cercetatori care au dus la dezvoltarea unei sere automatizata.

Existentele sisteme de monitorizare ale mediului inconjurator sunt foarte voluminoase, cu un cost mult prea mare, dificil de intretinut, din punct de vedere tehnologic sunt mai putin apreciate si un lucru esential este forta de munca, care nu este calificata.

Traim intr-o lume in care totul poate fi controlat si operat automat, dar acolo mai exista cateva sectoare importante in tara noastra unde automatizarea nu a fost adoptata sau nu este inca utilizata cu drepturi depline probabil ca din mai multe motive, unul dintre acestea fiind costul. Un astfel de domeniu este cel al agriculturii.

Agricultura a fost una dintre ocupatiile primare ale omului, deoarece civilizatiile timpuri si chiar si in zilele de astazi interventiile manuale in agricultura sunt inevitabile.

Sera este o parte importanta din sectorul agriculturii si horticulturii in tara noastra deoarece aceasta poate fi utilizata pentru a cultiva plante in conditii climatice controlate pentru fructe si legume.

Automatizarea unei sere prevede monitorizarea si controlarea parametrilor climatici care in mod direct sau indirect reglementeaza cresterea plantelor si prin urmare produsele noastre.

Automatizarea este controlul proceselor ale masinilor si a proceselor industriale inlocuind astfel operatorii umani.

Setarea manuala

Implica o inspectie vizuala a cresterii plantelor, irigarea manuala a plantelor apasand butonu deschis sau inchis al controlerului de temperatura, pulverizarea manuala a ingrasamintelor si pesticidelor. Aceasta consuma timp, este vulnerabila la erorile umane si prin urmare este mai putin precisa si fiabila.

Automatizarea partiala

Este o combinatie intre supravegherea manuala si partial automata si este similara cu setarea manuala in cele mai multe privinte, dar reduce forta de munca implicata la irigare.

Complet automatizata

Aceasta este o metoda sofisticata care este bine echipata pentru a reactiona in cea mai mare parte cu toate schimbarile climatice care au loc in sera. Functioneaza dupa un sistem care ajuta sa raspunda la stimuli externi in mod eficient.

Vom incerca sa construim un sistem dintr-un DAQ sa monitorizeze in timp real parametrii climatici indirect sau direct care ar putea sa aiba ceva de aratat vital in cresterea plantelor.

Acest sistem este unul care este dezvoltat foarte simplu, cu un cons destul de redus, si care poate fi pus in functiune foarte usor.

Parametrii care vor fi indeaproape inregistrati si monitorizati in timp real vor fi (Temperatura, Umiditatea, Umiditatea Solului, Lumina)

Modelul propus pentru automatizarea in sera

Dupa cum urmeaza avem nevoie de un sistem de monitorizare care este simplu de utilizat si usor de instalat.

Asa ca am propus un sistem in Labview de monitorizare a parametrilor din agricultura care monitorizeaza temperatura,umiditatea aerului, solului si lumina soarelui care au tendinta sa se modifice in mod constant si pot fi controlate pe viitor pentru a optimiza cresterea randamentului si a plantelor.

Componentele disponibile mai usor reduc costurile de intretinere si fabricatie, din acest motiv folosirea soft-ului Labview duce la o usurinta a folosirii acestui sistem.

Modelul propus este un sistem integrat care va monitorizat si controlat indeaproape parametrii microclimatici ai serei intr-o perioada regulata de timp pentru cultivarea plantelor sau specii de plante specifice care ar putea minimiza productia asuptra cresterii culturilor in timpul sezonului si pentru a elimina dificultatile implicate in acest sistem pentru a reduce interventiile umane. Sistemul cuprinde DAQ, senzori si sisteme de actionare.

Atunci cand oricare dintre parametrii climatici de mai sus mentionati trebuie sa aiba un prag de siguranta care trebuie sa fie mentinuta pentru protejarea culturilor, senzorii trebuie sa simta schimbarile climatice iar daq-ul achizitioneaza datele de la senzori care le prelucreaza in semnal digital mai departe catre ADC acesta transmite mai departe semnalul unor indicatoare numerice.

Fig 1.1 Diagram bloc a sistemului

Indicatoarele numerice afiseaza datele prelucrare alertand utilizatorul in mod continuu despre starea parametrilor in sera, intregul sistem devine foarte usor de utilizat.

Astfel intregul sistem elimina dezavantajele in sectiunea anterioara si este conceput ca un program usor de intretinut, flexibil aceasta solutie fiind una cu un cost redus.

Adoptarea tehnologiei pentru sisteme de agricultura durabile este o provocare si o problema dimanica pentru fermieri, pentru serviciile de extindere, agro-business si factori de decizie politica.

Sectorul agricol trebuie sa se angajeze intr-o larga evolutie tehnologica in continua dezvoltare si practici agricole in diferite sisteme si strucruri agricole pentru a satisface o varietate de schimbari si cereri eterogene din partea consumatorilor si a publicului pentru produsele alimentare, fibre si alte bunuri si servicii provenite din agricultura de multe ori rezultatele efectelor lor sunt nesigure asupra durabilitatii.

Mai multi factori care faciliteaza adoptarea tehnologiilor pentru agricultura durabila

Eforturile de cercetare si dezvoltare tendinta spre o mai buna educatie si pregatirea fermierilor, concentrarea si priceperea sfaturilor mai rapid, mijloace mai ieftine de difuzare si partajare a informatiei, disponibilitatea resurselor financiare, presiunea clientilor, organizatiile non-guvernamentale, media si publicul in general contribuie la facilitarea adoptiei unei tehnologii durabile.

Satelitul este ca si o camera mai mare dar acesta a fost inlocuit in prezent de alti senzori cum ar fi : scanere multispectrale, dispozitive matriceale, dispozitive lineare, senzori termali, sonde si scanere cu microunde, spectometre si lidere.

Capitolul 2. Descrierea componentelor utilizate

Labview utilizare

LabView

Ca si în cazul calculatoarelor si al sistemelor de operare, ideea instrumentatiei virtuale s-a nascut în mintea unui tanar (James Trouchard),pe cand era doctorand la University of Texas, in Austin USA, iar Hewlett-Packard introducea pe piata un computer nou ce putea culege date din masuratorile efectuate cu instrumente ale aceleasi firme.

Trouchard a avut ideea ca in locul unui instrument gata facut, ce costa destul de mult, sa realizeze instrumente pe care chiar utilizatorii sa le poata ansambla in propriul calculator folosind o placa si un software. Asa s-a nascut Instrumentatia Virtuala si odata cu ea Compania National Instruments pe care James Trouchard a fondat-o in 1976. Solutia propusa de Trouchard permite astazi multor firme sa depaseaca cu usurinta decalaje tehnice și tehnologice, pentru eliminarea cărora ar fi necesare investiții uriașe. Există un singur obstacol: creatorul, dar și utilizatorul unui instrument virtual, nu mai poate fi inginerul sau muncitorul anilor trecuți.

LabView este un limbaj de programare grafică (limbaj G) care folosește diagrame bloc în loc de linii de text pentru a crea aplicații. Este destinat în special, construirii de aplicații pentru controlul și achiziția de date, analiza acestora și prezentarea rezultatelor.

LabView a fost dezvoltat de firma National Instruments, prima variantă a programului apărând în anul 1986. În prezent s-a ajuns la versiunea a 8-a a programului. Denumirea sa provine dintr-o prescurtare din limba engleză: “Laboratory Virtual Instruments Engineering Workbench”. Noutatea adusă de LabView, comparativ cu limbajele de programare clasice (Pascal, C,C++,BorlandC++), este rapiditatea programării datorită introducerii unei interfețe grafice mai intuitive.

Mediile de programare grafică înlătură necesitatea cunoașterii unui limbaj de programare. În locul descrierii algoritmului de calcul sub forma unui set de instrucțiuni în format text, într-un mediu de programare grafică algoritmul este descris desenându-l sub forma unei scheme logice (organigramă, diagramă). Dispare astfel necesitatea memorării unor nume de instrucțiuni și a unor reguli complicate desintaxă, iar riscul de apariție a erorilor de programare scade drastic. Modul în care algoritmul este descris este astfel mult mai intuitiv, un program putând fi înțeles mult mai ușor și de către alți programatori decât cel care l-a conceput.

LabVIEW este cel mai răspândit și mai evoluat mediu de programare grafică. Deși LabVIEW este un instrument foarte puternic de simulare, acesta este cel mai adesea folosite pentru achiziția, analiza și prezentarea datelor de la diferite surse externe, conținând în librăria sa, multe instrumente virtuale special dedicate acestui scop.

De exemplu LabVIEW poate comanda plăci de achiziție pug-in sau pe USB pentru achiziția sau generarea semnalelor analogice și numerice. S-ar putea utiliza plăcile DAQ și LabVIEW pentru a monitoriza temperatura, trimite semnalele de la un sistem extern, sau determinarea frecvenței unui semnal necunoscut.

LabView permite achiziția semnalelor de la o varietate de echipamente. Se pot achiziționa date de la instrumente GPIB, seriale, Ethernet, PXI și VXI, folosind driverele incluse. Există posibilitatea comunicării cu mai mult de 1400 instrumente aparținând a 150 de producători, folosind driverele de comunicație LabView.

Programul oferă performanță și portabilitate ridicate.

Driverele de comunicație simplifică controlul instrumentelor și timpul de dezvolatare a noi aplicații, eliminând necesitatea de a învăța protocoale de programare pentru fiecare instrument în parte. Multe drivere folosesc Visual Instrument Software Architecture (VISA) pentru a comunica cu o gamă de bus-uri de comunicație, cum ar fi GPIB sau serial, folosind același cod LabView. Indiferent pe ce tip de bus este instrumentul, driverele VISA preiau controlul protocoalelor de comunicare respective.

Instrumentele virtuale

Sunt combinații de elemente hardware și/sau software, utilizate cu un PC, care au funcționalități similare instrumentelor tradiționale, clasice, de sine stătătoare.

Pe panoul frontal al unui instrument virtual, se vor găsi butoane, comutatoare, ecrane,afisaje digitale, indicatoare grafice, e.t.c. cu acelasi aspect ca al instrumentelor clasice .

Un instrument virtual este compus deci, dintr-o parte hardware si o parte software care permite configurarea instrumentului dupa dorinta utilizatorului. Prin termenul de Instrumentație Virtuală se înțelege utilizarea unui computer, dotat cu echipamente periferice de intrare și ieșire specializate, pentru a simula caracteristicile și funcționarea unui instrument sau sistem de măsurare, de testare sau de înregistrarea datelor. Instrumentele virtuale fac uz de traductoare si senzori pentru a intra în contact cu mărimea fizică măsurată, de eventuale sisteme de condiționare a semnalelor, precum și de circuite pentru conversia analog – digitală.

Diferența în raport cu sistemele de măsurare "clasice" este aceea că de aceasta dată toate funcțiunile de prelucrare și analiză a valorilor măsurate, de stocare a acestor informații și de transmitere a lor către utilizatorul uman sunt realizate de către computer și nu de către aparatura dedicată. Aplicațiile software înlocuiesc astfel componente estimate a reprezenta 80% din circuitele unui aparat de măsurare sau testare specializat "clasic".

Software-ul care realizează aceste funcțiuni posedă în majoritatea cazurilor o interfață grafică având același aspect ca și cel al panoului frontal al unui aparat de măsurare. Acesta este motivul pentru care aplicațiile respective sunt numite Instrumente Virtuale.

In sistemele de măsurare computerizate cu instrumente virtuale, natura mărimilor fizice măsurate dictează doar configurația componentelor de genul traductoarelor și în unele cazuri a condiționatoarelor de semnal. In aval de acestea, după convertorul analog – digital, informația referitoare la valoarea mărimii măsurate este procesata doar prin intermediul componentelor software. Dacă, de exemplu, un semnal de tip tensiune electrică necesită atât vizualizarea variației în timp cât și determinarea spectrului de frecvențe, utilizarea instrumentației virtuale permite folosirea aceluiași sistem de măsurare. Se înlocuiește doar aplicația de prelucrare a semnalului sau se construiește o aplicație care să afișeze simultan, într-o fereastra unică, ambele informații necesare. Mai mult, același sistem de măsurare, dar cu o aplicație software diferita, poate fi utilizat ca voltmetru, ca instrument de stocare a datelor sau casistem de avertizare.

Apariția instrumentelor virtuale a permis astfel ca mai multe aparate de măsurare sau testare specializate sa poată fi înlocuite printr-o singură configurație hardware de sistem de măsurare computerizat, completată apoi cu diverse aplicații software.

Facilitățile oferite de hardware-ul de achiziție de date și control de proces nu ar putea fi puse în valoare fără existența unui software adecvat. În acest sens se folosește mediul LabVIEW (LABoratory Virtual Instrument Engineering Workbench) – un mediu de programare bazat pe limbajul de programare graficǎ G, produs de Firma National Instruments (NI).

Avantajele LabView

Avantajul folosirii mediului de programare grafica LabVIEW în instrumentația virtuală constă în abordarea în mediu unitar a dezvoltării aplicațiilor pentru configurații hardware diverse și protocoale de comunicație dedicate interacțiunii cu procese (începând de la cele mai simple pana la procese industriale de mare complexitate).

Funcțiunile mediului de programare grafică LabVIEW de transmitere a informației prin intermediul diverselor protocoale de comunicație specifice Internet-ului vor face posibil un salt calitativ în dezvoltarea utilizatorilor spre folosirea de laboratoare virtuale și spre monitorizarea și comanda la distanță a proceselor.

În concluzie, se poate aprecia că Instrumentația Virtuală are, datorită flexibilității și versatilității sale, un potențial imens pentru cei ce lucrează în domeniul educației, științei și tehnologiei, indiferent de gradul lor de specializare sau de nivelul de calificare. Instrumentele și aparatele vor deveni din ce în ce mai ieftine și mai performante, software-ul va putea fi dezvoltat în masă, chiar de către programatori neprofesioniști, iar aplicațiile realizate vor avea un grad mare de accesibilitate datorită facilităților de comunicație existente.

Astăzi, utilizatorul introduce o placa de achizitie date in computer si cu ajutorul soft-ului de programare grafica isi configureaza instrumentul de masurare si in plus poate crea si cate inregistratoare grafice doreste. Toata partea fizica a lantului de masurare aflandu-se pe o placa controlata de microprocesorul computerului, utilizatorului nu-i ramane decat sa se conecteze la traductoarele specifice marimii de masurat si sa stie sa manevreze un mouse.

Reprezentarea instrumentelor fizice se face pe monitorul computerului cu ajutorul elementelor grafice existente in biblioteca limbajului de programare grafica.

Avantajele instrumentatiei virtuale

Avantajele instrumentatiei virtuale față de instrumentele tradiționale:

• ocupa un spatiu mic (practic un computer si un monitor);

• poate fi cu elemente distribuite (pot masura in mai multe locuri odata);

• datele se pot transmite prin internet (laboratorul de masurare se poate afla intr-un anume loc iar analiza rezultatelor se poate face in cu totul alta parte);

• instrumentele nu mai ocupa un spatiu fizic (o magazie) ci sunt stocate in memoria computerului;

• flexibilitate maxima privind configurarea instrumentelor (oricand se poate sterge un instrument din memorie si se poate face altul, se pot adauga elemente de comanda sau indicatoare, canale sau memorie);

• dispar practic problemele legate de murdarirea comutatoarelor sau imperfectiunea conexiunilor;

• costurile privind achizitia de aparate si intretinerea lor se reduc foarte mult, tinand cont ca o singura placa multifunctionala de achizitie date, impreuna cu softul aferent poate inlocui o multime de alte instrumente fizice dedicate;

• interfata grafica foarte prietenoasa cu utilizatorul;

• timpul relativ mic de invatare a limbajului de programare grafica;

•multimea de instrumente virtuale gata construite pentru a masura, a face analiza semnalului, a-l prelucra si a-l transmite oriunde doreste utilizatorul;

Instrumente Virtuale (VI)

Panoul Frontal (PF) al VI-ului

• Controale = Intrări

• Indicatoare = Ieșiri

Fig.2.1 Panoul frontal a unui .vi

Diagrama Bloc (DB) a VI-ului

• “Program” ce însoțește panoul frontal

• Componentele sunt legate împreună

Fig.2.2 Diagrama bloc a unui .vi

Fig.2.3 Crearea unui nou VI

Achizitia datelor (DAQ)

Achiziția datelor – modul de măsurare a fenomenelor electrice sau fizice ca temperatură, curent, presiune, sunet, etc. folosind diverse metode hardware. Plăcile de achiziții au rolul de a asigura conversia semnalului analogic primit de la senzor, traductor sau de la un sistem de condiționare a semnalului, în semnal digital. De asemenea îndeplinește și alte funcții ca: generarea de semnale analogice, comunicații digitale, numărare (cronometrare) prin primirea și transmiterea de semnale sub formă de impulsuri. Achiziția datelor bazată pe calculator folosește o combinație pentru luare a măsurătorilor folosind hardware și aplicații software pe calculator. Scopul achiziției este analizarea datelor și prezentarea rezultatelor. Sistemele de achiziții încorporează semnale, senzori, actuatori, dispozitive de condiționare de semnal, dispozitive de achiziție a datelor și aplicații software.

Deci achiziția datelor este un proces de colectare a semnalului din lumea reală, digitizarea lui pentru analiza datelor finalizând cu prezentarea și salvarea datelor.

La instalarea mediului de programare LabVIEW, are loc și instalarea instrumentului software al firmei National Instruments Measurement & Automation Explorer (MAX), care ajută la instalarea și testarea echipamentelor hardware produse de firma National Instruments. Acest program instalează și monitorizează orice echipament al firmei National Instruments, care a fost conectat la calculator. Hardware-ul și software-ul de la National Instruments sunt conectate cu acceași aplicație la calculator.

Sistemele de achiziție a datelor se află în multe forme tehnologice în calculator pentru a asigura o mai bună flexibilitate când se alege sistemul. Pentru achiziția datelor în aplicații de testare, măsurare și automatizare se pot alege moduri de conectare PCI, PXI, PCI Express, PXI Express, PCMCIA, USB, Wireless și Ethernet. Sunt cinci elemente care trebuiesc luate în considerare în achiziție: senzori sau traductori, semnalele, condiționator de semnal, hardware pentru achiziția datelor, drivere și aplicații software.

În acest capitol doresc să explic conceptele de bază a folosirii DAQ în LabView.

Subiecte:

– Introducere în DAQ – Data Acquisition ( Achiziții de date);

– MAX – Measurement and Automation Explorer;

– NI-DAQmx.

LabVIEW stă la baza creării unei aplicații DAQ. LabVIEW include un set de Vis ce oferă posibilitatea de a configura, de a obține date și de a transmite date către dispozitivul DAQ. Așadar, un dispozitiv poate executa o varietate de funcții, cum ar fi conversia analog-digital (A/D), conversia digital-analog (D/A), operații digitale I/O și operații de numărare sau cronometrare. Fiecare dispozitiv suportă diferite DAQ și diferite viteze de generare a semnalului. De asemenea, fiecare dispozitiv DAQ este creat pentru hardware, platforme și operații de sistem specifice.

National Instruments, cei care au inventat și LabVIEW, au inventat de asemenea dispozitivele DAQ, de aceea integrarea cu un dispozitivele DAQ de la NI și programul LabVIEW se realizează fără sudură și ușurează operațiile de I/O din mediul LabVIEW.

Introducere in DAQ- Data acquisition

Achiziția de date este procesul de măsurare a unui fenomen electric sa fizic, cum ar fi tensiunea, curentul, temperatura, presiunea sau un sunet cu ajutorul calculatorului. Un sistem DAQ este format din senzori, dardware de măsurare și un calculator cu software programabil. În comparație cu sistemele tradiționale de măsurare, sistemele de achiziție de date prelucrate cu ajutorul calculatorului exploatează puterea de procesare, productivitatea, afișajul și capacitățile de conectivitate a calculatoarelor și oferă soluții de măsurare mai puternice, flexibile și mai ieftine.

Acest program ofera posibilitatea de a:

– Configura hardwarele și softwarele National Instruments;

– Crea și edita canalele, sarcinile, interfețele și instrumenter virtuale;

– Vizualiza dispozitivele și instrumente conectate la sistem;

– Copia sau de a replica datele de configurare;

– Diagnostica sistemul și de a executa panourile de testare;

– Actualiza software-ul National Instruments.

Fig 2.4 Sistemul DAQ

În general, un semnal de intrare sau de ieșire este o tensiune sau un semnal de curent.

Un semnal de tensiune este de obicei un semnal de 0-5V, pe când un semnal de curent este de 4-20mA.

Dispozitivele DAQ

Un dispozitiv DAQ se comportă ca o interfață între un computer și lumea exterioară. În principal funcționează ca un dispozitiv care digitizează semnalele analogice de intrare, astfel încât computerul să le poată interpreta.

Există mai multe tipuri de dispozitive DAQ:

– Dispozitivele Desktop DAQ, care necesită conectarea unei plăci PCI DAQ în computer, programul rulează pe computer;

– Dispozitivul portabil DAQ, pentru conectarea prin portul USB, prin Wi-Fi, etc; programul rulează pe calculator;

– Dispozitivul distribuit DAQ, unde programul este dezvoltat pe computer și este downloadat mai târziu către dispozitivul DAQ.

Fig .2.5 Tipuri de dispozitive DAQ

Drivere DAQ

Programul driver este stratul de program folosit pentru a comunica cu ușurință cu hardware-ul. Se formează stratul de mijloc între aplicația programului și hardware-ul. Driverul previne de asemenea ca un programator să fie nevoit să se înregistreze – nivele de programare sau comenzi complicate pentru a avea acces la funcțiile hardware.

Driverele de la National Instruments sunt următoarele:

– NI-DAQmx;

– NI-DAQmx Base.

Aplicatiile DAQ

Aplicațiile programului adaugă analizarea și prezentarea la software-ul driverului. Acest program îndeplinește următoarele sarcini:

– Monitorizarea în timp real;

– Analizarea datelor;

– Arhivarea datelor;

– Controlul algoritmilor;

– Interfața om-mașină.

Cu alte cuvinte, pentru a crea o aplicație DAQ este nevoie de un program de dezvoltare a instrumentelor, cum este LabVIEW.

MAX – Measurement and Automation Explorer

Measurements and Automation Explorer permite accesul la dispozitivele și sistemele National Instruments.

Cu ajutorul programului MAX se pot :

– Configura programele si hardwarele din National Instruments;

– Crea și edita canalele, interfațele, scările, sarcinile și instrumentele virtuale;

– Executa diagnosticarea sistemelor;

– Vedea instrumentele și dispozitivele conectate în sistem;

– Actualiza programul National Instruments.

În plus, față de instrumentele standard, MAX poate expune elemente specifice instrumentelor ce pot fi utilizate pentru a configura, diagnostica sau testa sistemul, în funcție de produsele NI instalate. Atunci când se navighează în MAX, conținutul meniului și a barei de instrumente se schimbă pentru a reflecta aceste noi instrumente.

NI-DAQmx

Programul NI-DAQmx este stratul programului care ușurează comunicarea cu hardware-ul. El formează mijlocul stratului dintre aplicația programului și hardware-ul. De asemenea, programul previne ca programatorul să aibă dificultăți la înregistrare programului sau să aibă comenzi dificile pentru a avea acces la funcțiile hardware.

DAQ Assistant

DAQ Assistant inclus în NI-DAQmx, este un ghid grafic, interactiv pentru configurarea, testarea și achiziționarea datelor de măsurare. Cu un singur click se poate genera un cod bazat pe configurația necesară, ceea ce face mai rapidă și mai ușoară dezvoltarea unor operații complexe. Deoarece DAQ Assistant nu necesită reglări adiționale ci le setează automat, acesta generează mai puține erori și reduce drastic timpul de configurare a sistemului DAQ pentru a lua prima măsurătoare.

Înainte, un sistem de măsurare care folosea calculatorul, putea măsura un semnal fizic (temperatura), senzorul sau traductorul trebuiau să transforme semnalul fizic într-unul electric (tensiunea sau curentul). Sistemul DAQ este doar o componentă a întregului sistem de măsurare.

Trebuie folosit un sistem de condiționare a semnalului pentru a-l condiționa înainte ca dispozitivul de intrare DAQ să realizeze conversia în informații digitale.

Programul controlează sistemul DAQ prin preluarea datelor brute, analiza și prezentarea rezultatelor. Sistemul DAQ se poate conecta astfel:

– Intrarea dispozitivului DAQ se află deja în computer, conectarea făcându-se prin slotul PCI al computerului sau prin slotul PCMCIA al laptopului pentru un sistem de măsurare DAQ portabil;

– Dispozitivul DAQ este extern și se conecteză la computer printr-un port extern, cum ar fi portul serial sau portul Ethernet, ceea ce înseamnă posibilitatea de a plasa rapid și ușor nodurile de măsurare în apropierea senzorilor.

Semnalele fizice de intrare sau de ieșire

Achizițiile de date conțin semnalele colectate din sursele de măsură și digitizează semnalul pentru stocare, analiză și preventarea pe un PC. Programul DAQ vine în mai multe tipuri de tehnologii create pentru a oferi o flexibilitate bună atunci când este ales sistemul. Oamenii de știință și inginerii pot alege din PCI, PCI Express, USB, PXI, PXI Express, Wireless și Ethernet pentru testare, măsurare și aplicații de automatizare.

Există cinci componente care trebuie luate în considerare în construcția unui sistem de bază DAQ:

– Traductori și senzori;

– Semnale;

– Condiționarea semnalului;

– Hardware-ul DAQ;

– Programele pentru drivere și aplicațiile.

DAQ 6008

NI-USB-6008 este un dispozitiv ce oferă 8 intrari analogice cu un singur capăt : (AI) canale, două ieșiri analogice (AO), 12 canale DIO și un contor pe 32 de biți cu o interfață USB de viteză maximă.

Rezoluția AI: 12 biți diferențiali, 11 biți cu referința la masă.

Rata maximă AI, cu un singur canal: 10 kS/s

Rata maximă, cu mai multe canale (agregate) : 10 kS/s

Fig.2.6 Vedere din fata si spate a unui DAQ 6008

1-Fixare

2-Terminale de conectare

3-LED

4-USB

Fig.2.7 Diagrama bloc a unui DAQ 6008

Fig 2.8 Porturile NI-USB 6008

Tabelul 2.1 Descrierea semnalului

Fig.2.9 Canalul de intrare analogica

Fig.2.10 Circuitul unui canal de iesire analogica

DAQ 6251

IA nr de canale : -8 canale diferentiale si 16 canale unice

Rezolutie ADC: -16 biti

Rata de esantionare : -Maxima 1,25MS/s pe un singur canal

-1.00 MS/s pe mai multe canale

-Minima 0S/s

Tensiunea de intrare: ±10V. ±5V, ±2V, ±1V, ±0,5V, ±0,2V, ±0,1V

Tensiunea maxima de functionare: (semnal + mod comun) ±11V

Impedanta de intrare: AI+ la AI GND …………>10GΩ in paralel cu 100pF

AI- la AI GND………….>10GΩ in paralel cu 100Pf

IA nr de canale : 2

Rezolutia DAC : 16 biti

Tensiunea de iesire : ±10V, ±5V, referinta externa de la APFI <0…1>

Impedanta de iesire : 0,2Ω

Fig.2.11 DAQ 6251

Tabelul 2.2 Setarea timpului pentru masurarea multicanal

Senzorul de temperature cu precizie centigrad (LM 35)

Senzorul de temperature LM 35 este prudus de firma ‘’Texas Instruments’’

Caracteristici:

Este calibrat direct in Celsius (centigrad)

Factorul de scalare este liniar +10Mv

Acurate de 0,5˚C la (25˚C)

Folosit de la 55˚C la 150˚C

Cost redus

Opereaza de la 4V la 30V

Mai putin de 60µA pierdere de current

Non-liniar de la ±¼˚C in mod tipic

Impedanta minima de iesire 0,1 Ω pentru sarcina de 1Ma

Aplicatii in surse de alimentare, administrarea bateriilor, electrocasnice

Seria LM35 este un circuit integrat de precizie care masoara temperature cu o tensiune de iesire liniara proportionala cu temperature in centigrade.

Dispozitivul LM35 are un avantaj peste limita liniara a senzorului deoarece este calibrat in Kelvin.

Senzorul LM35 nu necesita o calibrare exterioara, aceasta are o precizie de ±¼˚ la temperatura camerei si la ±¾˚C ,functioneaza de la -55˚C la 150˚C.

Fig.2.12 Senzorul de temperature de baza in centigrade

Fig2.13 Caracteristica maxima de functionare a senzorului de temperature

Alegem R1: -Vs/50µA

Vout: 1500 mV la 150˚C

Vout: 250 mV la 25˚C

Vout: -550 mV la -55˚C

Fig.2.13 Configuratia pinilor

Fotorezistor

Este un rezistor, realizat dintr-un material semiconductor omogen, a carui rezistenta se modifica sub incidenta unui flux luminos incident. Se bazeaza pe fenomenul de fotoconductivitate prin care sub influenta radiatiei lumi-noase sunt eliberati electroni liberi care cresc conductivitatea electrica a semiconductorului si implicit scad rezistenta rezistorului(este o aplicatie a efectului fotoelectric intern).
Fotorezistorul este format dintr-o pelicula din material semiconductor, depusa prin evaporare în vid pe un gratar metalic care este fixat pe o placa izolatoare.Pelicula este prevazuta la capete cu contacte ohmmice care reprezinta terminalele si este protejata prin acoperire cu lac sau prin încapsulare în material plastic din fig.2.14

Fig.2.14 Structura unui fotorezistor

In general conductanta fotorezistentei este proportionala cu fluxul luminos.Materialele din care se realizeza fotorezistentele sunt sulfurile, seleniurile, precum si compusi de tipul A3B5mai utilizate sunt PbS, PbTe, PbSe, InSb, Ge pentru infrarosu, iar pentru vizibil si ultraviolet apropiat:CdS, CdSe si TI2S. Simbolurile grafice ale fotorezistorului fig.2.15 Fig.2.15 Simbolurile unui fotorezistor

Valoarea curentului prin fotorezistor, la o tensiune data U depinde de nivelul de iluminare.

Fig.2.16 Caracteristica curent-tensiune

Rezistenta electrica a fotorezistorului scade o data cu cresterea intensitatii fluxului luminos aplicat pe suprafata sensibilaa fotorezistorului.În figura 4 se observa cum rezistenta fotorezistoruluise modifica în functie de gradul de acoprire a suprafetei sensibile

Fig.2.17 Comportarea fotorezistorului la modificarea intensitatii fluxului luminos

Conectat într-un circuit electric, fotorezistorul modifica intensitatea curentului din circuit. Intensitatea curentului creste proportional cu cresterea intensitatii fluxului luminos.În circuitele electronice, în functie de modul de conectare, fotorezistorul poate fi activat de lumina (figura 5a) sau poate fi activat de întuneric figura 5b

Fig.2.18 Montaj cu fotorezistor activat de lumina

Fig.2.19 Montaj cu fotorezistor activat de întuneric

Din potentiometrul P se regleaza sensibilitatea fotorezistorului R3. Rezistenta R1 protejeaza fotorezistorul

Performantelefotorezistoruluiseapreciazaprinmarimile:rezistenta la întuneric dependenta de dimensiunile geometrice(w, d, l) si de concentratia de impuritati a semiconductorului pragul fotoelectric – reprezentând lungimea de unda maxima pâna la care dispozitivul mai functioneaza sensibilitatea spectrala – reprezinta raportul dintre conductanta fotorezistentei si fluxul luminos incident inertia fotorezistentei – reprezentând timpul dupa care rezistenta elementului sestabilizeaza la noua valoare, atunci când fluxul luminos variaza prin salt valoarea rezistentei electrice la întuneric tensiunea maxima admisa la borne puterea maxima disipata sensibilitatea la lumina

Fotorezistentele se utilizeaza cel mai adesea ca detectoare de radiatii în gama de frecvente vizibil-infrarosu îndepartat.

Capitolul 3. Contributii personale

Pentru controlul temperaturii umiditatii si luminii într-un mediu virtual am avut nevoie de programele Measurement and Automation Explorer (MAX) și LabVIEW.

Pentru masurarea temperaturii am folosit un dispozitiv creat de National Instruments numit DAQ NI-USB 6008 aici masurand un termocuplu.

Pentru masurarea umiditatii am folosit acelasi NI-USB 6008 cu o caracteristica rezistenta.

Pentru masurarea luminii soarelui am folosit un DAQ NI-PCI 6251 folosind ca si caracteristica tensiunea si tensiunea de iesire.

Measurement and Automation Explorer (MAX) este program instalat de LabVIEW și l-am folosit pentru a simula și a configura o placă de achiziție. Pentru a crea un dispozitiv simulat NI-DAQmx am dat click dreapta pe Devices and Interfaces și am selectat Creat New, astfel am putut selecta dispozitivul pecare vreau sa il simulez. Am selectat Simulated NI-DAQmx Device or Modular Instrument pentru a putea selecta tipul de intare dorit.

3.1 Setarile unui DAQ NI-USB 6008 pentru temperatura

3.1.1 Termocuplul

Termocuplul–element termoelectric alcătuit din două metale diferite având capetele conectate prin două suduri (joncțiuni), care menținute la temperaturi diferite prezintă o diferență de potețial la capetele libere.

Sudura–reprezintă o contopire (întrepătrundere) a atomilor proveniți de la douămateriale, care de obicei suntdiferite.

Procesul de sudare presupune modificarea structurii locale a materialelor contopite sub acțiunea unor procese termice.

La baza funcționării termocuplului stă efectul Seebeck care în cazul de față constă în apariția unei tensiunielectromotoare (t.e.m.) nete într-un circuit cu două joncțiuni diferite, aflate la temperaturi diferite. Această diferență de potențial este proporțională cu diferența de temperatură. Pe baza acestui principiu un termocuplu poate măsura doar diferențe de temperaturăsi nu valori absolute. În schimb, menținânduna din joncțiuni la o temperatură constantă, cunoscută, numită temperatura de referință (respectiv joncțiune de referință) putem măsura temperatura absolută aceleilalte joncțiuni (joncțiunea caldă)

Fig 3.1 Reprezentarea schematica a unui termocuplu

Fig.3.2 Interfata Measurement and Automation Explorer

Dupa aceea am configurat un NI-USB-6008 care este un dispozitiv ce oferă 8 intrari analogice cu un singur capăt : (AI) canale, două ieșiri analogice (AO), 12 canale DIO și un contor pe 32 de biți cu o interfață USB de viteză maximă.

Rezoluția AI: 12 biți diferențiali, 11 biți cu referința la masă.

Rata maximă AI, cu un singur canal: 10 kS/s

Rata maximă, cu mai multe canale (agregate) : 10 kS/s

Fig.3.3 Vedere din fata si din spate a unu NI-USB 6008

Fig.3.4 Porturile unui NI-USB 6008

Pentru a seta placuta am apasat Create task si apoi pentru a selecta tipul de masuratoare am selectat Acquire Signals-Temperature-Thermocouple.

Fig.3.5 Crearea unei placute de masurare a temperaturii

Fig 3.6 Selectarea tipului de masuratoare

Fig 3.7 Selectarea canalului suportat

Intrarea analogica AI0 este o intrare pozitiva a canalului diferential

Pentru a vizualiza task-ul creat anterior va trebui sa accesam My System-Data Neighborhood- NI-DAQmx Tasks-temperatura.

Pentru a configura termocuplul am ales semnalul maxim de intrare ca fiind 100 iar semnalul minim de intrare,0. Scara folosita de măsurare a temperaturii este in grade Celsius.

Am ales ca tipul termocuplului sa fie J. Acest tip de termocuplu citește temperaturi între

-40˚ C și 750˚ C. Acesta este confecționat din fier și aliaj de cupru și nichel. Am setat sursa CJC ca fiind constantă și are valoare 25.

Fig 3.8 Setarile termocuplului

Diagrama de conectare a termocuplului se poate vizualiza selectand Connection Diagram

Fig.3.9 Diagrama de conectare a termocuplului

Pentru vizualizarea graficului atunci cand termocuplul este in functiune se poate vedea daca din Display Type-Graph.

Fig 3.10 Graficul termocuplului in timpul functionarii

3.2 Setarile unui DAQ NI-USB 6008 pentru umiditatea aerului si solului

3.2.1Umiditatea Solului

Umiditatea sau coținutul în apă al solului, este cantitatea de apă care se află legată în mod fizic de pământ, în momentul când se face recoltarea si care se evaporă la1050C. Umiditatea solului depinde de climă, natura și înclinația solului și de vegetație.Alături de temperatură, umiditatea solului influențează, în mare măsură activitatea biologică și deci posibilitatea de autopurificare. Umiditatea soluluise poate determina „in situ”, în sol recoltat și prin observații directe, în funcție de apa existentă. Umiditatea solului, determinată prin observații directe, se poate clasifica astfel:

Gradul 1– sol uscat, ce nu răcește mâinile. Nisipul curge, argila este uscată, în grăunțe mari.Ținându-se la soare, aproape că nu se decolorează prin uscare.

Gradul 2– sol cu aspect proaspăt, răcește ușor mâinileși se decolorează foarte puțin prin uscare.

Gradul 3– sol umed, produce o răcire vizibilă a mâinilor, prin uscare se decolorează. Nisipul adeă puțin, argilele și argilo-nisipurile se leagă, dar se crapă ușor.

Gradul 4– sol umed ce încă nu lucește, dar la soare se decolorează puternic. La pipait este rece și umed, punându-se o hârtie pe el se udă. Pe mâinile prăfuite formează pete întunecate.

Gradul 5– sol umed, strălucește datorită acoperirii lui cu o peliculăde apă. Se caracterizează

prin fluiditate, nu se leagă, ci mai mult se întinde.Pentru determinarea umidității „ in situ” se utilizează:

– metode radioactive de măsurare care folosesc sonde cu neutroni ce se înfigvdirect în sol;

-metode conductometriceale căror electrozi sunt introduși în sol,conductivitatea electrică fiind influențată de umiditate.Din cauza dificultății de obținere a aparatelor necesare, în practică se folosește metoda gravimetrică din sol recoltat.

Determinarea umiditatii solului cu ajutorul metodei gravimetrica

Principiul metodei: solul se usucă la temperatura de 105˚C până la greutatea constantă și apoi se cântărește. Diferența de greutate obținută înainte și după uscare, reprezintă umiditatea care se exprimă procentual.

3.2.2Umiditatea aerului

Prin umiditatea aerului se înțelege cantitatea de vapori de apă care se află în aerul atmosferic. Aceștia provin, în cea mai mare parte, din evaporarea apelor de suprafață și din straturile superficiale ale solului, de pe plante și din respirația animalelor și unele procese tehnologice.

Un alt factor de microclimă, important în aprecierea complexă a ambianței termice la care ne referim, aproape tot atât de des ca și la temperatura aerului, este umiditatea. Umiditatea atmosferei se poate exprima în 3 modalități: absolută, maximă și relativă.

Umiditatea absolută reflectă cantitatea de vapori de apă prezentă efectiv într-un volum de aer, în timpul investigației, la temperatura existentă în acel moment. Umiditatea absolută variază în funcție de condițiile atmosferice. La o anumită valoare a umidității absolute aerul poate fi considerat umed sau uscat. Umiditatea absolută poate crește până la umiditatea maximă, în acest moment vaporii de apă se vor condensa. Umiditatea absolută se exprimă cel mai simplu în grame de apă la metru cub de aer.

Umiditatea maxima reprezinta cea mai mare cantitate de vapori de apa care se poate gasi intr-un volum determinat de aer, la o anumita temperatura. Umiditatea maxima presupune saturarea cu vapori de apa a aerului. Pentru aceeasi temperatura, aerul este saturat cu aceeasi cantitate de vapori de apa.

Însă, dacă crește temperatura aerului, crește și capacitatea sa de saturare și el va acumula o cantitate mai mare de vapori de apă, ceea ce este important în procesul de termoreglare prin evaporare. Evaporarea transpirației nu ar mai fi posibilă dacă umiditatea aerului la temperatura la care se găsește organismul ar atinge umiditatea maximă, dar dacă temperatura aerului crește mai sus de această temperatură, crește și capacitatea de acumulare a vaporilor de apă și procesul de evaporare a transpirației va reintra în acțiune ca un mecanism eficient de cedare a căldurii.

Umiditatea maximă se exprimă în aceleași unități ca și cea absolută, adică în grame de apă la metru cub de aer sau în milimetri ai coloanei de mercur

Umiditatea relativă este o valoare care poate fi calculată, ce reprezintă raportul procentual dintre cantitatea de vapori de apă pe care o conține un volum de aer și cantitatea de vapori de apă care ar satura același volum de aer. Umiditatea maximă, în scopul stabilirii umidității relative, se calculează la aceeași temperatură, la care se determină umiditatea absolută.

Deficitul de saturație exprimă diferența dintre umiditatea maximă la temperatura dată și umiditatea absolută. Cu cât acest deficit este mai mare, cu atât aerul poate primi mai mulți vapori de apă și ajută la procesul de termoreglare.

Cea mai mare valoare igienică o au umiditatea relativă și deficitul de saturație, care reprezintă gradul de saturație a aerului cu vapori de apă și permit a aprecia intensitatea și viteza de evaporare a transpirației de pe suprafața corpului la o temperatură sau alta. Normarea se efectuează după umiditatea relativă.

Cea mai mare valoare igienica o au umiditatea relativa si deficitul de saturatie, care reprezinta gradul de saturatie a aerului cu vapori de apa si permit a aprecia intensitatea si viteza de evaporare a transpiratiei de pe suprafata corpului la o temperatura sau alta.

Normarea se efectueaza dupa umiditatea relativa. Umiditatea optima relativa a aerului ce nu influenteaza negativ termoreglarea se considera la 40-60%.

Daca umiditatea relativa este mai mica de 30% atunci apare uscaciunea aerului.In acest caz se observa o evaporare intensa a mucoaselor cailor respiratorii superioare, provocand senzatia de uscaciune a bronhiilor, faringelui, etc.

Daca umiditatea relativa este mare 60-70% atunci este redusa termoliza si cu atat mai mult, cu cat este mai mare temperatura aerului , deci, termoreglarea este influentata negativ.

Cand temperatura aerului este scazuta, umiditatea este mare, termoliza creste si in acest caz caldura se pierde prin iradiere si convectie.

Pentru determinare umiditatii aerului se foloseste metoda psihrometrica si hidrometrica.

Fig.3.11 Masurarea umiditatii aerului cu psihrometrul si hidrometrul

Pentru masurarea umiditatii solului si a aerului va trebui sa simulam un DAQ NI-USB 6008 cu caracteristica rezistenta.

Pentru a face setarile pentru pentru simulare va trebui sa apasam Create Task, pentru a putea sa selectam tipul de masuratoare dorit am selectat Acquire System-Analog Imput-Resistance.

Fig.3.12 Crearea unei placute pentru masurarea umiditatii

Am ales intrarea analogica 0 deoarece este o intrare pozitiva.

Fig.3.13 Alegerea canalului suportat de placuta

Din My System-Data Neighorhood-NI DAQmx Tasks-umiditate

Pentru a configura DAQ-ul pentru masurarea umiditatii am ales semnalul maxim ca fiind de 100 si semnalul minim 0. Scara de masurare a umiditatii este in procente (%).

Fig.3.14 Setarea DAQ-ului pentru umiditate

Pentru vizualizarea diagramei de conectare vom selecta Connection Diagram.

Fig.3.15 Diagrama de conectare

Fig.3.16 Graficul atunci cand programul este in functiune

3.3 Setarea unui NI-PCI 6251

Configurarea placutei se face in urmatorul mod Devices and Interfaces-configure-Power states-port 0.

Fig.3.17 Configurarea portului placutei

Pentru a vedea ruta dispozitivului va trebui sa selectam Device Routes.

Fig.3.18 Ruta dispozitivului

umina ca factor de vegetatie

Lumina aree un rol deosebit pentru viata plantelor. Prin lumina, energia soarelui se integreaza in planta sub forma de energie potentiala. Lumina conditioneaza desfasurarea procesului de fotosinteza, aparitia organelor florale, inflorirea, fructificare, rezzistenta la cadere. Energia luminoasa este absorbita de clorofila, care, prin procesul de fotosinteza, transforma bioxidul de carbon luat din frunze si apa absorbita de catre radacini, in monozaharide.

In procesul de fotosinteza este folosita numai 1-5% din cantitatea de energie luminoasa care vine de la soare variind in functie de speciesau hibrid cultivat.

Lumina influenteza viata plantelor prin intensitate, claitate si durata de iluminare.

Intensitatea luminii

Lumina puternica influenteaza favorabil infratirea, fecundarea, fructificarea, rexistenta la cadere, calitatea cerealelor, continutul de zahar si amidon si are contributie importanta la colorarea si gustul frunctelor.

Exista si culturi la care o oarecare umbrire este favorabila, ca de exemplu inul si canepa de fuior, acestea fiind culturi care se seamana des, plantele crescand mai inalte si formand fibre mai subtiri si mai rezistente.

Calitatea luminii

Compozitia spectrala a luminii prezinta importanta pentru sinteza diferitelor substante. Razele rosii si galbene contribuie la sinteza dratilor de carbon, iar cele albastre la sinteza hidrantilor de carbon iar cele albastre la sinteza proteinelor.

Durata iluminarii-reprezinta numarul de ore pe zi, cat plantele sunt expuse la lumina. La ecuator, zilele sunt egale cu noptile si au aceeasi durata tot timpul anului. Trecand de la ecuator spre poli, zilele devin din ce in ce mai lungi vara si din ce in ce mai scurte iarna. Plantele s-au adaptat la aceste conditii de lumina, fenomentul purtand denumirea de fotoperiodism.

Ca urmare, se deosebesc:

–         plante de zi scurta;

–         plante de zi lunga;

–         plante indiferente.

Lumina se masoara cu luxmetrul. Luxmetrul este un instrument fotometric pentru masurarea ilumimarii. Scara de masura a luxmetrului este luxi.

Fig.3.19 Aparat de masurat intensitatea luminoasa

Pentru a putea realize schema care ma va ajuta sa monitorizes temperature,lumina,umiditatea voi folosi programul LabVIEW.

Pentru a crea un nou proiect vom selecta Create Project-All-Blank VI-Finist

Fig.3.20 Crearea unui nou proiect VI

Pasul urmator este de a folosi DAQ Assistance pentru a simula placuta noastra ce masoara temperature,umiditatea si lumina.

In functie de necesitatea noastra vom alege DAQ o singura data doar ca atunci cand DAQ-ul va deschide urmatoarea fereastra pentru setarea tipului de masuratoare vom alege de acolo Acquire Signals-Analog Imput-Temperature-Termocouple pentru temperatura ,Analog Imput-Resistance pentru monitorizarea umiditatii, Analog Imput-Voltage pentru Lumina

Fig.3.21 Selectarea tipului de masuratoare

Senzorii de temperatură lumina si umiditate sunt conectati la canalul 0, deci am selectat AI0. Setările termocuplului le-am făcut astfel: temperatura maximă am setat-o ca fiind 100 iar temperatura minima 0, pentru umiditate am setat valoarea maxima 100 si valoarea minima 0, iar pentru lumina am ales valoarea intre minima intre -10V si valoarea maxima de 10V, scara de măsură este de grade Celsius pentru umiditate procente iar pentru lumina Lux, în setările de sincronizare am setat ca achiziția de date să se faca în mod continuu.

Fig.3.22Alegerea canalului suportat pentru fiecare tip de DAQ folosit

Fig.3.24 Setarile senzorului de lumina

Fig.3.24 Setarile senzorului de temperatura

Fig.3.25 Setarile senzorului de umiditate

Cu ajutorul lui NI-DAQmx am putut să configurez, să testez și să achiziționez datele de măsură. Acesta a generat un cod bazat pe configurația termocuplului dorit, făcând astfel dezvoltarea operațiilor, mult mai rapide și ușoare. Un alt avantaj al folosirii DAQ Assistant a fost faptul că a generat mai puține erori și a redus timpul de configurare a termocuplului deoarece nu a necesitat reglări suplimentare.

Structurile controlează circulația datelor in programul LabVIEW. Bucla While repetă secvența de cod din interiorul ei cât timp condiția din interiorul ei este adevărată. Bucla While se execută cel puțin o dată, chiar dacă valoarea primită de terminal are valoarea fals.

Bucla While este ramă redimensionabilă.

Fig.3.26 Crearea unei bucle while

Pentru temperatura am creat un indicator numeric din Controls-Modern-Numeric-Numeric indicator.

Apoi am creat 4 controlere orizontale din Controls-Modern-Numeric-Horizontal Pointer Slide.

Dupa care am adaugat un comparator mai mic si trei comparatoare mai mare acestea introducandule din Programing-Comparison-Less sau Greater.

Dupa care am pus un grafic, Modern-Graph-Waveform Graph

Pentru afisarea temperaturii in functie de masuratoarea termocuplului am introdus 4 LED-uri booleene care ne va permite sa observam in timp real evolutia temperaturii ,pentru afisarea acestora in functie de valoarea masurata si pentru a-mi arata nivelul de alerta.

Am dorit sa primesc si masuratorile intr-un document excel astfel ca am introdus un fisier numit Write to Measurement File acesta putand fi introdus din Programming-File I/O-Write to Measurement File acesta fiind conectat la un buton de activare sau dezactivare pentru a salva datele numai atunci cand este nevoie.

In final am conectat la bucla while ciruitul si i-am pus un buton de alarma pentru pornirea sistemului de incalzire daca este prea frig sau racire daca este prea cald.

Fig.3.27 Diagrama bloc a sistemului de monitorizare a temperaturii

Pentru umiditate cu ajutorul lui NI-DAQmx am putut să configurez, să testez și să achiziționez datele de măsură. Acesta a generat un cod bazat pe configurația rezistentei setate, făcând astfel dezvoltarea operațiilor, mult mai rapide și ușoare. Un alt avantaj al folosirii DAQ Assistant a fost faptul că a generat mai puține erori și a redus timpul de configurare a placutei deoarece nu a necesitat reglări suplimentare.

Structurile controlează circulația datelor in programul LabVIEW. Bucla While repetă secvența de cod din interiorul ei cât timp condiția din interiorul ei este adevărată. Bucla While se execută cel puțin o dată, chiar dacă valoarea primită de terminal are valoarea fals.

Bucla While este ramă redimensionabilă.

Fig.3.28 Crearea unei bucle while

Am creat o formula cu X1 din Scripts-& Formules, dupa care am introdus un indicator numeri din Controls-Modern-Numeric-Numeri Indicator pentru afisarea precisa a umiditatii, apoi am introdus un Graph acesta putand fii introdus din Controls-Modern-Graph-Waveform Graph.

Dupa care am introdus un Knob si doua controlere verticale acestea putand fi introdus din Controls-Modern-Numeric-Knob sau Controls-Modern-Numeric-Vertical pointer slide.

In continuare am introdus un less,un greater si un greater or equal la care am conectat Knob-ul si controlerele verticale, apoi tot la acestea am conectat si trei indicatoare booleene pentru afisarea acestora in functie de valoarea masurata si pentru a-mi arata nivelul de alerta.

Am vrut ca valorile masurate sa fie salvate intr-un fisier excel asa ca am introdus un Write and Measurement File din Porogramming-File I/O-Write and Measurement File, acesta l-am conectat la un buton de activare si dezactivare pentru a salva datele atunci cand am nevoie.

In final circuitul l-am legat la bucla while si i-am pus un buton de actionare a apei sau a unui pulverizator.

Fig.3.29 Diagrama bloc a sistem de monitorizare a umiditatii aerului si solului

Pentru lumina cu ajutorul lui NI-DAQmx am putut să configurez, să testez și să achiziționez datele de măsură. Acesta a generat un cod bazat pe configurația rezistentei setate, făcând astfel dezvoltarea operațiilor, mult mai rapide și ușoare. Un alt avantaj al folosirii DAQ Assistant a fost faptul că a generat mai puține erori și a redus timpul de configurare a placutei deoarece nu a necesitat reglări suplimentare.

Structurile controlează circulația datelor in programul LabVIEW. Bucla While repetă secvența de cod din interiorul ei cât timp condiția din interiorul ei este adevărată. Bucla While se execută cel puțin o dată, chiar dacă valoarea primită de terminal are valoarea fals.

Bucla While este ramă redimensionabilă

Fig.3.30 Crearea unei bucle while

Pentru masurarea luminii am folosit doua DAQ-uri setate in mod diferit unul avand caracteristica tensiune iar cealalta avand caracteristica tensiune de iesire

Primul DAQ cu, caracteristica tensiune a fost conectat la un Amplitude and Level Measurements acest putand fi introdus din Analog Waveform-Measurements-Amplitude and Level Measurement.

Apoi am folosit trei indicatoare numerice unul pentru voltmetru unul pentru luxmetru si unul pentru citirea voltmetrului acestea putand fi introduse din Controls-Modern-Numeric-Numeric Indicator. Dupa care am introdus si doua Metre introducanduse foarte usor din Controls-Modern-Numeric-Meter.

Am introdus un Multiply cu o constanta de 103,14 si un Substract cu o constanta de 98.486 acestea pot fi introduse din Programming-Numeric-Substract sau Multiply, dupa care am implementat 3 grafice: un graph, un graph xy si un Ex xy graph, metoda de introducere a lor in schema fiind urmatoare Controls-Modern-Graph sau Graph XY sau Ex XY Graph.

Al doilea DAQ are patru led-uri booleene pentru afisarea precisa a masuratorilor facute de DAQ doua indicatoare ambele pentru indicare totalului tensiunii avand trei Add conectate la patru case structure care pot fi implementate din Programming-Structures-Case Structure care sunt conectate la indicatoarele numerice , doua less si doua greater conectate la patru controlere orizontale.

Mi-am dorit ca sa inregistrez datele care au fost masurate si in acest caz am implementat un Write and Measurement File acesta putand fi introdus din Programming-File I/O-Write and Measurement File. Dupa care am introdus un buton de activare a un copertine in cazul in care lumina soarelui este prea puternica.

Fig.3.31 Diagrama bloc a sistemului de monitorizare a luminii

Fig.3.32 Panoul frontal al vi-ului pentru masurarea temperatura si umiditate

Fig.3.33 Panoul frontal al vi-ului pentru masurarea luminii

Pentru un control mai eficient al temperaturii am dorit să primesc informațiile despre temperatură prin e-mail. Am folosit gmail.vi ca SubVI. Gmail.vi este pus la dispoziția utilizatorilor de National Instruments. L-am contruit ca SubVI și pentru a putea să îl folosesc în program pentru a nu ocupa mult spațiu.

Fig.3.3.4 Diagrama bloc a subVI-ului pentru gmail.com

Fig.3.3.5 Panoul frontal al subVI-ului pentru gmail.com

Rularea programului

Fig.3.3.6 Rularea programului pentru umiditate si temperatura

Dupa cum se observa in fig.3.3.6 programul monitorizeaza parametrii temperaturi si ai umiditatii acestia fiind in limite normale.

Fig.3.3.7 Rularea programului pentru masurarea intensitatii luminoase

Concluzii

În această lucrare s-a urmărit crearea unui sistem de monitorizare și control a temperaturii, umiditatii si luminii, implementat cu ajutorul unui senzor de umiditate, temperatura sau lumina acest sistem fiind o variantă optimă, ieftină și performantă pentru a controla umiditatea, lumina si temperatura de la distanță.

Datorită aplicației LabVIEW am putut realiza un sistem complex și performant, în acelați timp oferind posibilitatea de a proiecta cu ușurință sistemele de monitorizare a parametrilor din agricultura.

Conectarea senzorilor la un subprogram ce salvează măsuratorile într-un fișier, apoi fiind trimis prin gmail.com, face ca monitorizarea parametrilor să fie mult mai eficientă și de actualitate, deoarece se pot observa cu ușurință erorile și deviațiile temperaturii în timp.