VSWL-NY03智能溫室大棚實訓系統(tǒng)
 

一,、系統(tǒng)簡介
       VSWL-NY03智能溫室大棚實訓系統(tǒng)綜合運用傳感器采集,、設備控制、無線傳感器網(wǎng)絡,、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)教學提供了一個完備的應用實訓系統(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
       實訓系統(tǒng)主要由環(huán)境感知設備,、控制設備、智能網(wǎng)關(guān),、視頻監(jiān)控設備,、供電設備、智能終端,、鋁合金鋼架模型等組成,。
       環(huán)境感知設備
       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,。
       控制設備：
       主要由執(zhí)行設備、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備,。
       智能網(wǎng)關(guān)：
       主要用于傳感層設備的數(shù)據(jù)處理以及接入上層云服務平臺。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，接收ZigBee傳感器采樣信息,，向ZigBee控制設備發(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)控設備
       它是一種視頻服務器,，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)設備遠程控制,、以及視頻查看等功能,。
       供電設備：
       配有完善的供電設備，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施,，內(nèi)部鋪設供電線路。除了提供標準農(nóng)業(yè)大棚鋼架模型外,，還可根據(jù)學校的要求設計溫室大棚的外觀,，感知與控制設備的類型，設備部署的方式,，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)絡數(shù)據(jù)透明傳輸軟件：
       主要實現(xiàn)ZigBee網(wǎng)絡的建立,、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,、教學資源
      實訓系統(tǒng)覆蓋了ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡,、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終端應用實驗,，一條線貫穿,，讓學生在實驗中逐步領(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)學生動手解決問題的能力，激發(fā)學生的創(chuàng)新潛力,。
      另外,，為方便用戶教學和學習，系統(tǒng)提供了一本使用手冊和一本實驗指導書,。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,。實驗指導書詳細地介紹了系統(tǒng)的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu),，網(wǎng)絡參數(shù)，實驗目的,，實驗原理,，以及實驗步驟等。
1,、基礎實驗能力

2,、創(chuàng)新實驗能力

3、科研實驗能力
       除了上述傳感控制設備,、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。