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VSWL-NY03智能温室大棚实训系统

一、系统简介        VSWL-NY03智能温室大棚实训系统综合运用传感器采集、设备控制、无线传感器网络、移动通信、嵌入式系统、中间件等物联网技术以及多学科技术的交叉融合，依托部署在温室大棚中的各种传感器节点、控制节点、智能网关、服务器与客户端实现温室大棚农业生产环境的智能感知、智能分析、智能决策、智能控制以及智能预警等，为农业生产向精细化、可视化、自动化方向的迈进提供了技术储备，为物联网专业教学提供了一个完备的应用实训系统。二、系统构成       系统利用各种传感器测量温室大棚生产过程中的参数，结合嵌入式数据库存储技术将历史数据统一保存管理；利用无线传感器网络统一管理各个节点；利用自动控制理论和反馈控制理论实现智能控制与无人值守；利用嵌入式Linux系统实现智能网关；利用Android系统实现智能终端，促使学生了解物联网技术在农业大棚等现实环境的应用。1、系统外观

温室大棚外观图

2、系统构成拓扑图

     

系统构成拓扑图

三、硬件组成       智能温室大棚实训系统主要由环境感知设备、控制设备、智能网关、视频监控设备、供电设备、智能终端、铝合金钢架模型等组成。       环境感知设备       主要由传感器调理板、ZigBee通信处理板以及接口底板组成的节点。标配传感器包括空气温湿度传感器、土壤温湿度传感器、光照度传感器、二氧化碳传感器、雨雪传感器、风速传感器等，可根据客户需求定制不同类型的传感器节点。       控制设备：       主要由执行设备、ZigBee通信处理板以及接口底板组成的节点，交流220V供电，整体封装在标准的86盒内，安全可靠。标配执行设备包括加湿器、电动卷帘、补光灯、加热灯带、滴灌、换气扇等，可根据客户需求定制不同的控制设备。       智能网关：       主要用于传感层设备的数据处理以及接入上层云服务平台。主要由Cortex-A8主板组成，可升级为A9四核主板，整体封装在模具内，美观大方。主板集成ZigBee无线路由器通信模块，用于维护ZigBee网络，接收ZigBee传感器采样信息，向ZigBee控制设备发送控制命令。主板还集成WiFi模块，用于连接无线路由器，降低以太网布线的复杂度。同时，主板可扩展GPRS、3G或4G模块，将智能网关接入互联网，实现信息的远程可靠传输。       视频监控设备       它是一种视频服务器，具有IP地址和MAC地址，用于视频监测大棚内农作物的长势、以及安全防范。       智能终端：       主要指运行Android系统的平板电脑或智能手机。Android平板电脑，运行智能温室大棚终端软件，实现大棚环境监测、农业设备远程控制、以及视频查看等功能。       供电设备：       配有完善的供电设备，包括空气开关、急停开关、电源指示灯等，安装在底座钢架上，为系统输入安全稳定的交流220V总电源。可使用太阳能供电板为系统提供能源，降低系统能耗。       钢架模型：       支撑温室大棚的整个设施，内部铺设供电线路。除了提供标准农业大棚钢架模型外，还可根据学校的要求设计温室大棚的外观，感知与控制设备的类型，设备部署的方式，模型材料以及是否使用真实的农作物等。四、软件资源       系统软件默认采用C/S结构，主要包括ZigBee无线传感器网络数据透明传输软件、本地智能网关QT温室大棚监控软件、温室大棚Android终端监控软件等。       ZigBee无线传感器网络数据透明传输软件：       主要实现ZigBee网络的建立、节点的自动入网、节点休眠与唤醒、节点之间数据的透明传输、传感器节点的采样与传输、以及执行节点驱动设备的功能。       智能网关QT温室大棚监控软件：       智能网关采用嵌入式Linux操作系统，上电后即运行基于QT的智能温室大棚监控软件。用户可以在本地网关上直接浏览温室大棚内所有传感器采集的数据，可以手动控制大棚所有农用设备，可以编辑控制规则实现环境参数自动控制与调节。网关监控软件集成了嵌入式数据库，对所有传感器数据进行保存，用户可以浏览传感器的历史数据以及观察曲线图。       Android温室大棚终端监控软件：       平板电脑运行基于Android操作系统的智能温室大棚终端监控软件。用户可以在平板上浏览温室大棚内所有传感器采集的数据，可以手动控制大棚所有农用设备，还可以通过视频远程监控大棚内农作物的生长情况，也可以作为温室大棚安全防范的重要环节。五、系统功能1、智能网关实现的功能：       Linux网关软件运行界面如表所示。

2、智能终端实现的功能：

六、教学资源      覆盖了ZigBee无线传感器网络、Linux智能网关、以及Android智能终端三部分，因此系统提供了约三十个课时的实验，从基础采集传输实验，到网关汇聚分析处理实验，再到Android终端应用实验，一条线贯穿，让学生在实验中逐步领悟物联网的体系结构，关键技术以及实现方式，培养学生动手解决问题的能力，激发学生的创新潜力。      另外，为方便用户教学和学习，系统提供了一本使用手册和一本实验指导书。使用手册主要介绍如何安全正确地操作这套系统，使其正常运转，实现温室大棚的监控功能。实验指导书详细地介绍了系统的网络结构，网络参数，实验目的，实验原理，以及实验步骤等。1、基础实验能力

名称	实验
1. 无线传感器网络通信类实验	IAR集成开发环境搭建实验基于Z-Stack协议栈传感节点透明传输程序的使用实验
2. Linux智能网关实验	大棚光线采集显示实验大棚温湿度采集显示实验大棚外雨雪监测显示实验大棚外风速检测显示实验大棚内二氧化碳监测显示实验大棚土壤温湿度检测显示实验滴灌设备控制实验植物补光灯控制实验通风扇控制实验大棚卷帘控制实验大棚地热控制实验加湿器控制实验
3.  Android智能终端实验	大棚温湿度终端显示实验大棚光线终端显示实验大棚土壤温湿度终端显示实验室外雨雪监测实验

2、创新实验能力

名称	实验
1. 基于QT的智能网关创新实验	基于QT的大棚环境温度调节控制实验基于QT的大棚环境湿度调节控制实验基于QT的土壤温度调节控制实验基于QT的土壤湿度调节控制实验基于QT的大棚植物光合作用实验基于QT的室外天气监测控制实验基于QT的传感器采集信息曲线显示实验基于QT的传感器采集信息数据库存储实验
2. 基于Android的智能终端创新实验	Android终端与Linux网关的网络通信实验基于Android的农业大棚环境监测实验基于Android的农业大棚设备控制实验基于Android的农业大棚视频监控实验

3、科研实验能力

       除了上述传感控制设备、智能网关与智能终端的相关实验外，系统还提供了科研开发类实验。

名称	实验
1.无线传感器网络开发实验	简单的无线收发实验误码率测试实验频谱分析实验Z-Stack 点对点通讯实验Z-Stack 星状网通讯实验Z-Stack 树状网通讯实验Z-Stack MESH网通讯实验Z-Stack ZigBee PRO通讯实验基于Z-Stack2007协议栈的GenericApp实例的移植实验基于Z-Stack2007协议栈的无线数据传输实验；基于Z-Stack2007协议栈温湿度节点与协调器的无线数据传输；基于Z-Stack2007协议栈多传感器节点与协调器无线数据传输；基于Z-Stack2007协议栈的网络拓扑定制实验；
2.智能网关开发实验	嵌入式Linux开发环境建立实验：Uboot启动代码配置编译实验；Linux内核配置编译实验；Linux内核驱动开发实验；Linux驱动接口测试实验；Yaffs根文件系统的制作实验；Qtopia2.2.0图形系统编译实验；Qt-4.7.3程序库的编译实验

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