LGWL-NY03型智能溫室大棚實訓系統

一、系統簡介
LGWL-NY03型智能溫室大棚實訓系統綜合運用傳感器采集、設備控制、無線傳感器網絡、移動通信、嵌入式系統、中間件等物聯網技術以及多學科技術的交叉融合，依托部署在溫室大棚中的各種傳感器節點、控制節點、智能網關、服務器與客戶端實現溫室大棚農業生產環境的智能感知、智能分析、智能決策、智能控制以及智能預警等，為農業生產向精細化、可視化、自動化方向的邁進提供了技術儲備，為物聯網專業教學提供了一個完備的應用實訓系統。

二、系統構成
智能溫室大棚實訓系統利用各種傳感器測量溫室大棚生產過程中的參數，結合嵌入式數據庫存儲技術將歷史數據統一保存管理；利用無線傳感器網絡統一管理各個節點；利用自動控制理論和反饋控制理論實現智能控制與無人值守；利用嵌入式Linux系統實現智能網關；利用Android系統實現智能終端，促使學生了解物聯網技術在農業大棚等現實環境的應用。
1、系統外觀

溫室大棚外觀圖

2、系統構成拓撲圖

系統構成拓撲圖

三、硬件組成
智能溫室大棚實訓系統主要由環境感知設備、控制設備、智能網關、視頻監控設備、供電設備、智能終端、鋁合金鋼架模型等組成。
1、環境感知設備：主要由傳感器調理板、ZigBee通信處理板以及接口底板組成的節點。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，可根據客戶需求定制不同類型的傳感器節點。
2、控制設備：主要由執行設備、ZigBee通信處理板以及接口底板組成的節點，交流220V供電，整體封裝在標準的86盒內，安全可靠。標配執行設備包括加濕器、電動卷簾、補光燈、加熱燈帶、滴灌、換氣扇等，可根據客戶需求定制不同的控制設備。
3、智能網關：主要用于傳感層設備的數據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，美觀大方。主板集成ZigBee無線路由器通信模塊，用于維護ZigBee網絡，接收ZigBee傳感器采樣信息，向ZigBee控制設備發送控制命令。主板還集成WiFi模塊，用于連接無線路由器，降低以太網布線的復雜度。同時，主板可擴展GPRS、3G或4G模塊，將智能網關接入互聯網，實現信息的遠程可靠傳輸。
4、視頻監控設備：它是一種視頻服務器，具有IP地址和MAC地址，用于視頻監測大棚內農作物的長勢、以及安全防范。
5、智能終端：主要指運行Android系統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，實現大棚環境監測、農業設備遠程控制、以及視頻查看等功能。
6、供電設備：配有完善的供電設備，包括空氣開關、急停開關、電源指示燈等，安裝在底座鋼架上，為系統輸入安全穩定的交流220V總電源。可使用太陽能供電板為系統提供能源，降低系統能耗。
7、鋼架模型：支撐溫室大棚的整個設施，內部鋪設供電線路。除了提供標準農業大棚鋼架模型外，還可根據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作物等。
四、軟件資源
系統軟件默認采用C/S結構，主要包括ZigBee無線傳感器網絡數據透明傳輸軟件、本地智能網關QT溫室大棚監控軟件、溫室大棚Android終端監控軟件等。
1、ZigBee無線傳感器網絡數據透明傳輸軟件：主要實現ZigBee網絡的建立、節點的自動入網、節點休眠與喚醒、節點之間數據的透明傳輸、傳感器節點的采樣與傳輸、以及執行節點驅動設備的功能。
2、智能網關QT溫室大棚監控軟件：智能網關采用嵌入式Linux操作系統，上電后即運行基于QT的智能溫室大棚監控軟件。用戶可以在本地網關上直接瀏覽溫室大棚內所有傳感器采集的數據，可以手動控制大棚所有農用設備，可以編輯控制規則實現環境參數自動控制與調節。網關監控軟件集成了嵌入式數據庫，對所有傳感器數據進行保存，用戶可以瀏覽傳感器的歷史數據以及觀察曲線圖。
3、Android溫室大棚終端監控軟件：平板電腦運行基于Android操作系統的智能溫室大棚終端監控軟件。用戶可以在平板上瀏覽溫室大棚內所有傳感器采集的數據，可以手動控制大棚所有農用設備，還可以通過視頻遠程監控大棚內農作物的生長情況，也可以作為溫室大棚安全防范的重要環節。
五、系統功能

1、智能網關實現的功能：
Linux網關軟件運行界面如表所示：

2、智能終端實現的功能：

六、教學資源
LGWL-NY03型智能溫室大棚實訓系統覆蓋了ZigBee無線傳感器網絡、Linux智能網關、以及Android智能終端三部分，因此系統提供了約三十個課時的實驗，從基礎采集傳輸實驗，到網關匯聚分析處理實驗，再到Android終端應用實驗，一條線貫穿，讓學生在實驗中逐步領悟物聯網的體系結構，關鍵技術以及實現方式，培養學生動手解決問題的能力，激發學生的創新潛力。

另外，為方便用戶教學和學習，系統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，使其正常運轉，實現溫室大棚的監控功能。實驗指導書詳細地介紹了系統的網絡結構，網絡參數，實驗目的，實驗原理，以及實驗步驟等。
1、基礎實驗能力

名稱	實驗
1. 無線傳感器網絡通信類實驗	IAR集成開發環境搭建實驗基于Z-Stack協議棧傳感節點透明傳輸程序的使用實驗
2. Linux智能網關實驗	大棚光線采集顯示實驗大棚溫濕度采集顯示實驗大棚外雨雪監測顯示實驗大棚外風速檢測顯示實驗大棚內二氧化碳監測顯示實驗大棚土壤溫濕度檢測顯示實驗滴灌設備控制實驗植物補光燈控制實驗通風扇控制實驗大棚卷簾控制實驗大棚地熱控制實驗加濕器控制實驗
3. Android智能終端實驗	大棚溫濕度終端顯示實驗大棚光線終端顯示實驗大棚土壤溫濕度終端顯示實驗室外雨雪監測實驗

2、創新實驗能力

名稱	實驗
1. 基于QT的智能網關創新實驗	基于QT的大棚環境溫度調節控制實驗基于QT的大棚環境濕度調節控制實驗基于QT的土壤溫度調節控制實驗基于QT的土壤濕度調節控制實驗基于QT的大棚植物光合作用實驗基于QT的室外天氣監測控制實驗基于QT的傳感器采集信息曲線顯示實驗基于QT的傳感器采集信息數據庫存儲實驗
2. 基于Android的智能終端創新實驗	Android終端與Linux網關的網絡通信實驗基于Android的農業大棚環境監測實驗基于Android的農業大棚設備控制實驗基于Android的農業大棚視頻監控實驗

3、科研實驗能力
除了上述傳感控制設備、智能網關與智能終端的相關實驗外，系統還提供了科研開發類實驗。

名稱	實驗
1.無線傳感器網絡開發實驗	簡單的無線收發實驗誤碼率測試實驗頻譜分析實驗 Z-Stack 點對點通訊實驗 Z-Stack 星狀網通訊實驗 Z-Stack 樹狀網通訊實驗 Z-Stack MESH網通訊實驗 Z-Stack ZigBee PRO通訊實驗基于Z-Stack2007協議棧的GenericApp實例的移植實驗基于Z-Stack2007協議棧的無線數據傳輸實驗；基于Z-Stack2007協議棧溫濕度節點與協調器的無線數據傳輸；基于Z-Stack2007協議棧多傳感器節點與協調器無線數據傳輸；基于Z-Stack2007協議棧的網絡拓撲定制實驗；
2.智能網關開發實驗	嵌入式Linux開發環境建立實驗： Uboot啟動代碼配置編譯實驗； Linux內核配置編譯實驗；Linux內核驅動開發實驗； Linux驅動接口測試實驗；Yaffs根文件系統的制作實驗； Qtopia2.2.0圖形系統編譯實驗；Qt-4.7.3程序庫的編譯實驗

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