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一、產品簡介

1.1 產品設計背景

   農業不僅是一個古老的傳統行業,還是國民經濟的重要產業。農業持續增長是整個國民經濟長期穩定、協調發展的決定性因素,它不僅直接關系到我國食品供給和社會和諧,而且關系到國家的繁榮和現代化的實現。隨著中國經濟近30年來的快速發展,農業生產資源緊缺和農業對資源消耗過大的問題對農業發展和國民經濟發展的制約愈發明顯。農業物聯網將先進的傳感、通信和數據處理等物聯網技術應用于農業領域,構建智能農業系統,是解決農業發展滯后問題的有效方法。物聯網智能農業大致分為3個層次,即感知層、網絡層和應用層。感知層主要實現農業生態環境的感知、作物的狀態感知和動植物的質量檢測等;網絡層主要實現感知層所獲得信息到應用層的傳輸;應用層首先通過數據清洗和融合、模式識別等手段形成最終數據,然后提供給生態環境監測系統、生長監控系統、追溯系統使用。
   智能農業做為物聯網技術應用的一個重要方面,是各個高校的學習和研究重點,但是由于農業生產環境的特殊背景,并不是每一個學校都有合適的場地和產品來完成這方面的研究。為了解決這個問題,廣州飛瑞敖電子科技有限公司設計了IOT-P01-03型智慧農業實訓臺來滿足學校的教學和科研使用。

1.2 產品設計目標

   廣州飛瑞敖電子科技有限公司IOT-P01-03型智慧農業實訓臺定位于高校物聯網應用專業和物聯網實訓室建設,采用模塊化的設計模式,可以根據實際需求選配各種模塊,與實際應用緊密結合,覆蓋物聯網三個層面的主要技術,包括傳感器技術、無線傳感網絡、WiFi等各種通信組網技術。可以用于智慧農業基礎理論的學習驗證的實驗教學,為師生接觸和研究當前先進智慧農業技術搭建橋梁。
在教學方面不僅可以作為物理網工程專業<單片機原理與應用>、<物聯網傳感器與控制器原理與應用>等基礎專業課程的實驗平臺,還可以作為以智慧農業為應用的<物聯網軟件設計><物聯網應用系統設計>課程的實訓平臺。

1.3 產品創新點

● 實訓臺采用純模塊化設計,單個傳感器節點分為節點底板、射頻模塊和傳感器模塊三部分,各模塊均采用可插拔方式,擴展性強,易維修維護升級。
● 實驗箱標配WiFi、433MHz兩種主流局域網無線通信模塊。
● 傳感器種類豐富涵蓋了電容式傳感器、電阻式傳感器、光敏傳感器、氣敏傳感器等十余種不同種類的傳感器。
● 實訓臺緊密圍繞教育部物聯網工程專業培訓計劃教學大綱進行設計,功能齊全強大,完整的體現了物聯網技術三層架構:感知層、網絡層以及應用層。
● 完整詳盡的實驗指導書,并提供應用程序源碼供學生學習和二次開發。

二、產品介紹

2.1 產品概述

   如圖2.1所示IOT-P01-03型物聯網智慧農業實訓臺整體采用不銹鋼框架設計,整體尺寸77cm(寬)*46cm(深)*110cm(高,含攝像頭)。實訓臺整體模擬了物聯網技術在農業生產領域的應用,8塊433MHz無線通信節點分別裝配有傳感器(空氣溫濕度、CO2、光照以及土壤溫濕度)和執行器(加熱、加濕、通風以及燈光)模塊,與上位機進行數據交互。裝配在左下角的平板電腦默認搭載運行的管理軟件可快速的檢測實訓臺上的各個節點模塊是否正常運行,同時也可作為教師和學生自主編寫的Android APP的運行平臺。

2.2 產品實物圖

圖2.1 智慧農業實訓臺實物圖

2.3 產品功能詳解

   IOT-P01-03型智慧農業實訓臺可作為物理網工程專業<單片機原理與應用>、<物聯網傳感器與控制器原理與應用>基礎專業課程的實驗平臺,還可以作為以智能農業為應用的<物聯網軟件設計><物聯網應用系統設計>課程的實訓平臺。

2.3.1 滿足<單片機原理與技術>課程實驗開設

   如圖2.1所示的IOT-P01-03型智慧農業實訓臺的各個節點的節點底板上板載一枚STC12C5A16S2型51單片機,用于進行傳感器數據采集,傳感器數據處理以及數據發送。與傳統的單片機開發板相比,該節點底板(單片機板)雖然外圍器件較少,但是更能體現出物聯網技術中的節能低功耗的優勢,所涉及實驗內容更貼近于物聯網工程專業學生所要學習的知識點,更適合應用于物聯網工程專業<單片機原理與技術>專業課程開設。

2.3.2 滿足<物聯網傳感器與控制器原理與應用>課程實驗開設

   IOT-P01-03型智慧農業實訓臺標準配置有光敏傳感器、空氣溫濕度傳感器、CO2傳感器、土壤溫濕度共計4款傳感器模塊,4種傳感器模塊覆蓋了電容式、電阻式、光敏式、氣敏式四大原理類型傳感器,配合實驗指導書學生可以掌握常用傳感器應用、會非電量與電量的轉換,掌握處理、顯示和傳送等重要知識點。同時實訓臺配置有加熱控制(數碼管控制)、燈光控制(繼電器控制)、風扇控制(直流電機)、加熱模擬(數碼管)共4款控制模塊,囊括了物聯網控制領域的大部分應用場景的模擬,配合實訓臺配套的實驗指導書和源碼,可以完成<物聯網傳感器與控制器原理與技術>課程的實驗開設。

2.3.3 滿足<物聯網軟件設計><物聯網應用系統設計>課程實驗開設

   該課程側重于上位機應用軟件開發。IOT-P01-03型智慧農業實訓臺將囊括了智慧農業應用領域的很多重要知識點,學生再對實訓臺上各個節點有了了解后,結合實訓臺配套提供的案例源碼,可以使用自己擅長的上位機開發語言(Java,C++,C#等),完成對智慧農業應用的二次開發,從而完成<物聯網軟件設計><物聯網應用系統設計>課程實驗。

三、支撐課程及實驗清單

3.1.1 <單片機原理與技術>課程實驗

實驗1 STC單片機IO口準雙向輸出實驗
實驗2 STC單片機定時器實驗
實驗3 STC單片機串口通信實驗
實驗4 STC單片機掉電保存實驗
實驗5 STC單片機ADC轉換實驗

3.1.2 <物聯網傳感器與控制器原理及應用>課程實驗清單

實驗1 基于STC的光敏傳感器實驗
實驗2 基于STC的溫濕度傳感器實驗
實驗3 基于STC的CO2傳感器實驗
實驗4 基于STC的土壤溫濕度傳感器實驗
實驗5 基于STC的水閥控制實驗
實驗6 基于STC的直流電機控制實驗
實驗7 基于STC的燈光控制實驗
實驗8 基于STC的數碼管控制實驗

3.1.3 <物聯網軟件設計><物聯網應用系統設計>課程案例清單

<物聯網軟件設計><物聯網應用系統設計>相關資源將以案例的形式提供給學生,所有案例均提供基于Java語言的Android APP以及對應源碼;
案例1 溫室室內光照度的遠程監控系統
案例2 溫室室內溫度的遠程監控系統
案例3 智慧農業控制系統

一、傳感器模塊

1.空氣溫濕度傳感器模塊
2.光照度傳感器模塊
3.CO2濃度傳感器模塊
4.土壤溫濕度傳感器模塊
5.加熱模擬模塊
6.風機模塊模塊
7.光照模擬模塊
8.水閥控制模塊
9.433無線數傳模塊
10.WiFi網關
11.WiFi攝像頭
12.平板控制終端
13.實訓平臺結構件

二、實驗清單

<單片機原理與技術>課程實驗

實驗1 STC單片機IO口準雙向輸出實驗
實驗2 STC單片機定時器實驗
實驗3 STC單片機串口通信實驗
實驗4 STC單片機掉電保存實驗
實驗5 STC單片機ADC轉換實驗

<物聯網傳感器與控制器原理及應用>課程實驗清單

實驗1 基于STC的光敏傳感器實驗
實驗2 基于STC的溫濕度傳感器實驗
實驗3 基于STC的CO2傳感器實驗
實驗4 基于STC的土壤溫濕度傳感器實驗
實驗5 基于STC的水閥控制實驗
實驗6 基于STC的直流電機控制實驗
實驗7 基于STC的燈光控制實驗
實驗8 基于STC的數碼管控制實驗

<物聯網軟件設計>課程案例清單

<物聯網軟件設計><物聯網應用系統設計>相關資源將以案例的形式提供給學生,所有案例均提供基于Java語言的Android APP以及對應源碼;
案例1 溫室室內光照度的遠程監控系統
案例2 溫室室內溫度的遠程監控系統
案例3 智慧農業控制系統

三、智慧農業實訓臺管理軟件

軟件統一管理各傳感器與灌溉、光照、風機等設備。通過WiFi設備服務器參數設置與設備關聯,把傳感器與電器聯系起來,使之成為一個整體,互相影響,互相協作運行,實現對智慧農業的手動和自動控制等功能。