VSWL-NY03智能溫室大棚實訓(xùn)系統(tǒng)
 

一、系統(tǒng)簡介
       VSWL-NY03智能溫室大棚實訓(xùn)系統(tǒng)綜合運用傳感器采集、設(shè)備控制、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、移動通信、嵌入式系統(tǒng)、中間件等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及多學(xué)科技術(shù)的交叉融合，依托部署在溫室大棚中的各種傳感器節(jié)點、控制節(jié)點、智能網(wǎng)關(guān)、服務(wù)器與客戶端實現(xiàn)溫室大棚農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的智能感知、智能分析、智能決策、智能控制以及智能預(yù)警等，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)向精細化、可視化、自動化方向的邁進提供了技術(shù)儲備，為物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)教學(xué)提供了一個完備的應(yīng)用實訓(xùn)系統(tǒng)。

二、系統(tǒng)構(gòu)成
       系統(tǒng)利用各種傳感器測量溫室大棚生產(chǎn)過程中的參數(shù)，結(jié)合嵌入式數(shù)據(jù)庫存儲技術(shù)將歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)一保存管理；利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一管理各個節(jié)點；利用自動控制理論和反饋控制理論實現(xiàn)智能控制與無人值守；利用嵌入式Linux系統(tǒng)實現(xiàn)智能網(wǎng)關(guān)；利用Android系統(tǒng)實現(xiàn)智能終端，促使學(xué)生了解物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)大棚等現(xiàn)實環(huán)境的應(yīng)用。
1、系統(tǒng)外觀

溫室大棚外觀圖
 

2、系統(tǒng)構(gòu)成拓撲圖

系統(tǒng)構(gòu)成拓撲圖
 

三、硬件組成
       實訓(xùn)系統(tǒng)主要由環(huán)境感知設(shè)備、控制設(shè)備、智能網(wǎng)關(guān)、視頻監(jiān)控設(shè)備、供電設(shè)備、智能終端、鋁合金鋼架模型等組成。
       環(huán)境感知設(shè)備
       主要由傳感器調(diào)理板、ZigBee通信處理板以及接口底板組成的節(jié)點。標配傳感器包括空氣溫濕度傳感器、土壤溫濕度傳感器、光照度傳感器、二氧化碳傳感器、雨雪傳感器、風(fēng)速傳感器等，可根據(jù)客戶需求定制不同類型的傳感器節(jié)點。
       控制設(shè)備：
       主要由執(zhí)行設(shè)備、ZigBee通信處理板以及接口底板組成的節(jié)點，交流220V供電，整體封裝在標準的86盒內(nèi)，安全可靠。標配執(zhí)行設(shè)備包括加濕器、電動卷簾、補光燈、加熱燈帶、滴灌、換氣扇等，可根據(jù)客戶需求定制不同的控制設(shè)備。
       智能網(wǎng)關(guān)：
       主要用于傳感層設(shè)備的數(shù)據(jù)處理以及接入上層云服務(wù)平臺。主要由Cortex-A8主板組成，可升級為A9四核主板，整體封裝在模具內(nèi)，美觀大方。主板集成ZigBee無線路由器通信模塊，用于維護ZigBee網(wǎng)絡(luò)，接收ZigBee傳感器采樣信息，向ZigBee控制設(shè)備發(fā)送控制命令。主板還集成WiFi模塊，用于連接無線路由器，降低以太網(wǎng)布線的復(fù)雜度。同時，主板可擴展GPRS、3G或4G模塊，將智能網(wǎng)關(guān)接入互聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)信息的遠程可靠傳輸。
       視頻監(jiān)控設(shè)備
       它是一種視頻服務(wù)器，具有IP地址和MAC地址，用于視頻監(jiān)測大棚內(nèi)農(nóng)作物的長勢、以及安全防范。
       智能終端：
       主要指運行Android系統(tǒng)的平板電腦或智能手機。Android平板電腦，運行智能溫室大棚終端軟件，實現(xiàn)大棚環(huán)境監(jiān)測、農(nóng)業(yè)設(shè)備遠程控制、以及視頻查看等功能。
       供電設(shè)備：
       配有完善的供電設(shè)備，包括空氣開關(guān)、急停開關(guān)、電源指示燈等，安裝在底座鋼架上，為系統(tǒng)輸入安全穩(wěn)定的交流220V總電源?？墒褂锰柲芄╇姲鍨橄到y(tǒng)提供能源，降低系統(tǒng)能耗。
       鋼架模型：
       支撐溫室大棚的整個設(shè)施，內(nèi)部鋪設(shè)供電線路。除了提供標準農(nóng)業(yè)大棚鋼架模型外，還可根據(jù)學(xué)校的要求設(shè)計溫室大棚的外觀，感知與控制設(shè)備的類型，設(shè)備部署的方式，模型材料以及是否使用真實的農(nóng)作物等。

四、軟件資源
       系統(tǒng)軟件默認采用C/S結(jié)構(gòu)，主要包括ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)透明傳輸軟件、本地智能網(wǎng)關(guān)QT溫室大棚監(jiān)控軟件、溫室大棚Android終端監(jiān)控軟件等。
       ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)透明傳輸軟件：
       主要實現(xiàn)ZigBee網(wǎng)絡(luò)的建立、節(jié)點的自動入網(wǎng)、節(jié)點休眠與喚醒、節(jié)點之間數(shù)據(jù)的透明傳輸、傳感器節(jié)點的采樣與傳輸、以及執(zhí)行節(jié)點驅(qū)動設(shè)備的功能。
       智能網(wǎng)關(guān)QT溫室大棚監(jiān)控軟件：
       智能網(wǎng)關(guān)采用嵌入式Linux操作系統(tǒng)，上電后即運行基于QT的智能溫室大棚監(jiān)控軟件。用戶可以在本地網(wǎng)關(guān)上直接瀏覽溫室大棚內(nèi)所有傳感器采集的數(shù)據(jù)，可以手動控制大棚所有農(nóng)用設(shè)備，可以編輯控制規(guī)則實現(xiàn)環(huán)境參數(shù)自動控制與調(diào)節(jié)。網(wǎng)關(guān)監(jiān)控軟件集成了嵌入式數(shù)據(jù)庫，對所有傳感器數(shù)據(jù)進行保存，用戶可以瀏覽傳感器的歷史數(shù)據(jù)以及觀察曲線圖。
       Android溫室大棚終端監(jiān)控軟件：
       平板電腦運行基于Android操作系統(tǒng)的智能溫室大棚終端監(jiān)控軟件。用戶可以在平板上瀏覽溫室大棚內(nèi)所有傳感器采集的數(shù)據(jù)，可以手動控制大棚所有農(nóng)用設(shè)備，還可以通過視頻遠程監(jiān)控大棚內(nèi)農(nóng)作物的生長情況，也可以作為溫室大棚安全防范的重要環(huán)節(jié)。
 

五、系統(tǒng)功能
1、智能網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)的功能：
Linux網(wǎng)關(guān)軟件運行界面如表所示。

2、智能終端實現(xiàn)的功能：

六、教學(xué)資源
      實訓(xùn)系統(tǒng)覆蓋了ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、Linux智能網(wǎng)關(guān)、以及Android智能終端三部分，因此系統(tǒng)提供了約三十個課時的實驗，從基礎(chǔ)采集傳輸實驗，到網(wǎng)關(guān)匯聚分析處理實驗，再到Android終端應(yīng)用實驗，一條線貫穿，讓學(xué)生在實驗中逐步領(lǐng)悟物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)，關(guān)鍵技術(shù)以及實現(xiàn)方式，培養(yǎng)學(xué)生動手解決問題的能力，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新潛力。
      另外，為方便用戶教學(xué)和學(xué)習(xí)，系統(tǒng)提供了一本使用手冊和一本實驗指導(dǎo)書。使用手冊主要介紹如何安全正確地操作這套系統(tǒng)，使其正常運轉(zhuǎn)，實現(xiàn)溫室大棚的監(jiān)控功能。實驗指導(dǎo)書詳細地介紹了系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，實驗?zāi)康?，實驗原理，以及實驗步驟等。
1、基礎(chǔ)實驗?zāi)芰?/span>

2、創(chuàng)新實驗?zāi)芰?/span>

3、科研實驗?zāi)芰?br />       除了上述傳感控制設(shè)備、智能網(wǎng)關(guān)與智能終端的相關(guān)實驗外，系統(tǒng)還提供了科研開發(fā)類實驗。