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一、产品简介

1.1 产品设计背景

   农业不仅是一个古老的传统行业,还是国民经济的重要产业。农业持续增长是整个国民经济长期稳定、协调发展的决定性因素,它不仅直接关系到我国食品供给和社会和谐,而且关系到国家的繁荣和现代化的实现。随着中国经济近30年来的快速发展,农业生产资源紧缺和农业对资源消耗过大的问题对农业发展和国民经济发展的制约愈发明显。农业物联网将先进的传感、通信和数据处理等物联网技术应用于农业领域,构建智能农业系统,是解决农业发展滞后问题的有效方法。物联网智能农业大致分为3个层次,即感知层、网络层和应用层。感知层主要实现农业生态环境的感知、作物的状态感知和动植物的质量检测等;网络层主要实现感知层所获得信息到应用层的传输;应用层首先通过数据清洗和融合、模式识别等手段形成最终数据,然后提供给生态环境监测系统、生长监控系统、追溯系统使用。
   智能农业做为物联网技术应用的一个重要方面,是各个高校的学习和研究重点,但是由于农业生产环境的特殊背景,并不是每一个学校都有合适的场地和产品来完成这方面的研究。为了解决这个问题,广州飞瑞敖电子科技有限公司设计了IOT-P01-03型智慧农业实训台来满足学校的教学和科研使用。

1.2 产品设计目标

   广州飞瑞敖电子科技有限公司IOT-P01-03型智慧农业实训台定位于高校物联网应用专业和物联网实训室建设,采用模块化的设计模式,可以根据实际需求选配各种模块,与实际应用紧密结合,覆盖物联网三个层面的主要技术,包括传感器技术、无线传感网络、WiFi等各种通信组网技术。可以用于智慧农业基础理论的学习验证的实验教学,为师生接触和研究当前先进智慧农业技术搭建桥梁。
在教学方面不仅可以作为物理网工程专业<单片机原理与应用>、<物联网传感器与控制器原理与应用>等基础专业课程的实验平台,还可以作为以智慧农业为应用的<物联网软件设计><物联网应用系统设计>课程的实训平台。

1.3 产品创新点

● 实训台采用纯模块化设计,单个传感器节点分为节点底板、射频模块和传感器模块三部分,各模块均采用可插拔方式,扩展性强,易维修维护升级。
● 实验箱标配WiFi、433MHz两种主流局域网无线通信模块。
● 传感器种类丰富涵盖了电容式传感器、电阻式传感器、光敏传感器、气敏传感器等十余种不同种类的传感器。
● 实训台紧密围绕教育部物联网工程专业培训计划教学大纲进行设计,功能齐全强大,完整的体现了物联网技术三层架构:感知层、网络层以及应用层。
● 完整详尽的实验指导书,并提供应用程序源码供学生学习和二次开发。

二、产品介绍

2.1 产品概述

   如图2.1所示IOT-P01-03型物联网智慧农业实训台整体采用不锈钢框架设计,整体尺寸77cm(宽)*46cm(深)*110cm(高,含摄像头)。实训台整体模拟了物联网技术在农业生产领域的应用,8块433MHz无线通信节点分别装配有传感器(空气温湿度、CO2、光照以及土壤温湿度)和执行器(加热、加湿、通风以及灯光)模块,与上位机进行数据交互。装配在左下角的平板电脑默认搭载运行的管理软件可快速的检测实训台上的各个节点模块是否正常运行,同时也可作为教师和学生自主编写的Android APP的运行平台。

2.2 产品实物图

图2.1 智慧农业实训台实物图

2.3 产品功能详解

   IOT-P01-03型智慧农业实训台可作为物理网工程专业<单片机原理与应用>、<物联网传感器与控制器原理与应用>基础专业课程的实验平台,还可以作为以智能农业为应用的<物联网软件设计><物联网应用系统设计>课程的实训平台。

2.3.1 满足<单片机原理与技术>课程实验开设

   如图2.1所示的IOT-P01-03型智慧农业实训台的各个节点的节点底板上板载一枚STC12C5A16S2型51单片机,用于进行传感器数据采集,传感器数据处理以及数据发送。与传统的单片机开发板相比,该节点底板(单片机板)虽然外围器件较少,但是更能体现出物联网技术中的节能低功耗的优势,所涉及实验内容更贴近于物联网工程专业学生所要学习的知识点,更适合应用于物联网工程专业<单片机原理与技术>专业课程开设。

2.3.2 满足<物联网传感器与控制器原理与应用>课程实验开设

   IOT-P01-03型智慧农业实训台标准配置有光敏传感器、空气温湿度传感器、CO2传感器、土壤温湿度共计4款传感器模块,4种传感器模块覆盖了电容式、电阻式、光敏式、气敏式四大原理类型传感器,配合实验指导书学生可以掌握常用传感器应用、会非电量与电量的转换,掌握处理、显示和传送等重要知识点。同时实训台配置有加热控制(数码管控制)、灯光控制(继电器控制)、风扇控制(直流电机)、加热模拟(数码管)共4款控制模块,囊括了物联网控制领域的大部分应用场景的模拟,配合实训台配套的实验指导书和源码,可以完成<物联网传感器与控制器原理与技术>课程的实验开设。

2.3.3 满足<物联网软件设计><物联网应用系统设计>课程实验开设

   该课程侧重于上位机应用软件开发。IOT-P01-03型智慧农业实训台将囊括了智慧农业应用领域的很多重要知识点,学生再对实训台上各个节点有了了解后,结合实训台配套提供的案例源码,可以使用自己擅长的上位机开发语言(Java,C++,C#等),完成对智慧农业应用的二次开发,从而完成<物联网软件设计><物联网应用系统设计>课程实验。

三、支撑课程及实验清单

3.1.1 <单片机原理与技术>课程实验

实验1 STC单片机IO口准双向输出实验
实验2 STC单片机定时器实验
实验3 STC单片机串口通信实验
实验4 STC单片机掉电保存实验
实验5 STC单片机ADC转换实验

3.1.2 <物联网传感器与控制器原理及应用>课程实验清单

实验1 基于STC的光敏传感器实验
实验2 基于STC的温湿度传感器实验
实验3 基于STC的CO2传感器实验
实验4 基于STC的土壤温湿度传感器实验
实验5 基于STC的水阀控制实验
实验6 基于STC的直流电机控制实验
实验7 基于STC的灯光控制实验
实验8 基于STC的数码管控制实验

3.1.3 <物联网软件设计><物联网应用系统设计>课程案例清单

<物联网软件设计><物联网应用系统设计>相关资源将以案例的形式提供给学生,所有案例均提供基于Java语言的Android APP以及对应源码;
案例1 温室室内光照度的远程监控系统
案例2 温室室内温度的远程监控系统
案例3 智慧农业控制系统

一、传感器模块

1.空气温湿度传感器模块
2.光照度传感器模块
3.CO2浓度传感器模块
4.土壤温湿度传感器模块
5.加热模拟模块
6.风机模块模块
7.光照模拟模块
8.水阀控制模块
9.433无线数传模块
10.WiFi网关
11.WiFi摄像头
12.平板控制终端
13.实训平台结构件

二、实验清单

<单片机原理与技术>课程实验

实验1 STC单片机IO口准双向输出实验
实验2 STC单片机定时器实验
实验3 STC单片机串口通信实验
实验4 STC单片机掉电保存实验
实验5 STC单片机ADC转换实验

<物联网传感器与控制器原理及应用>课程实验清单

实验1 基于STC的光敏传感器实验
实验2 基于STC的温湿度传感器实验
实验3 基于STC的CO2传感器实验
实验4 基于STC的土壤温湿度传感器实验
实验5 基于STC的水阀控制实验
实验6 基于STC的直流电机控制实验
实验7 基于STC的灯光控制实验
实验8 基于STC的数码管控制实验

<物联网软件设计>课程案例清单

<物联网软件设计><物联网应用系统设计>相关资源将以案例的形式提供给学生,所有案例均提供基于Java语言的Android APP以及对应源码;
案例1 温室室内光照度的远程监控系统
案例2 温室室内温度的远程监控系统
案例3 智慧农业控制系统

三、智慧农业实训台管理软件

软件统一管理各传感器与灌溉、光照、风机等设备。通过WiFi设备服务器参数设置与设备关联,把传感器与电器联系起来,使之成为一个整体,互相影响,互相协作运行,实现对智慧农业的手动和自动控制等功能。