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农业大棚物联网实训系统
发布日期:2017-04-26   点击次数:3690
系统简介
  农业大棚物联网实训系统(SeaIOT-GreenHouse),充分利用云平台的分布式计算和海量异构数据存储的办事优势,将部署在温室大棚中的各种工业485/ZigBee传感器、工业485/ZigBee控制设备、视频监控设备、颠末物联网网关分析处理,搭载NB-IoT模块低功耗远距离传输接入云办事平台,实现农业生产环境的智能感知、大数据分析、智能决策、自动控制以及预测报警。用户既可以通过物联网网关,又可以通过WEB或者智能终端随时随地查看农业生产状态,及时人工干与,为农业生产的邃密化、可视化、自动化调控提供科学依据,达到提高农作物产量、改善农作物品质的目的。

  • 网络拓扑图
  • 系统结构
  • 焦点功能
  • 软件系统
  • 教学资源
  • 成功案例
  • 课程资源
  物联网温室大棚具有感知层、网络层、应用层三层系统结构。

  感知层主要包括温湿度、光线、二氧化碳、土壤温湿度、风速、风向、雨雪等各种传感器节点,以及通风扇、喷灌、补光灯、加湿器、警笛、卷帘等控制设备,实现农业温室大棚信息的实时监测、农用设施的状态检测、以及自动化控制。

  网络层包括无线传感器网络和接入网络。无线传感器网络采用ZigBee,负责感知层传感器节点、控制器节点与网关之间的数据通信,由网关汇聚信息。接入网络可使用以太网、WIFI、3G/4G、NB-IOT任一种,负责网关与云办事平台之间的数据交互,将汇聚的感知层设备信息接入到云办事平台。

  应用层主要设计面向用户,具有多种终端设备诸如PC C#客户端、Web客户端、Android客户端等,与温室大棚有关的各种软件系统,如温湿度自动调节、光照自动调节、二氧化碳浓度自动调节、视频监控等。

环境监测
  ZigBee传感设备实时采集大棚内空气温湿度、CO2浓度、光照强度、土壤温湿度、土壤水分,大棚外风速、风向、雨雪等数据,通过ZigBee无线传感器网络传输给物联网网关,由网关的智能农业管理平台对数据进行分析处理。

远程智能控制
  ZigBee控制设备接收网关智能农业管理平台的控制命令,对大棚内排风扇、喷灌、补光灯、加湿器、报警器、以及照明灯带等进行控制,同时向网关智能农业管理平台反馈设备的运行状态。系统提供Android手机端、Web端、微信"民众平台多种方式远程查询环境信息、控制执行设备、视频监控等。

联动控制
  用户可凭据农作物种类、生长周期和季节变更,随时修改传感设备与控制设备的自动联动。设定传感器设备的下限值和下限值,以及当传感器采样低至下限值或高至下限值时,控制设备的动作。
(1)大棚内温度自动调节:系统凭据温度阈值,自动开关排风扇。
(2)大棚内湿度自动调节:系统凭据湿度阈值,自动开关加湿器。
(3)大棚土壤湿度自动调节:系统凭据土壤湿度阈值,自动进行喷灌。
(4)大棚光照强度自动调节:系统凭据光照度阈值,自动控制卷帘或植物生长灯。
(5)大棚CO2自动调节:系统凭据CO2浓度,自动控制排风扇换气。

视频监控
  系统提供本地网关、远程Android手机端的视频监控功能。通过视频传输技术,直观地查看农作物生长情况。

多终端客户端
  系统提供本地网关、WEB端、Android手机端三种客户端的智能农业监控平台,通过即时通信网络协议与部署在远程办事器的246天天有好彩正版资一云办事平台进行信息交互。

数据查询
  系统提供实时数据和历史数据查询两种功能。实时数据可在本地网关、WEB端、Android手机端的软件平台上查询。历史数据可在本地网关、WEB端界面通过表格、曲线显示。

阈值超出警告
  系统实时采集的各项环境参数,超出设置的上下限阈值时,会有报警产生,自动提醒用户,同时写入报警日记。Android手机端也会震动提醒,语音提醒。

传输协议动态切换
  系统传感网络既可使用RS485总线Modbus协议,又可使用ZigBee协议。撑持网关或Android手机端动态切换。接入网络既可使用以太网、WIFI,又可用4G移动网络连入互联网,真正实现数据共享。

地图定位
  系统Web端提供外网IP定位和关键词定位两种功能。地图上除了实现放大、缩小、显示具体信息等地图的基本功能外,还可以浏览物联网网关的监测信息。

多用户管理
  系统提供管理员用户和普通用户两种。管理员用户可以分配多个普通用户,同时可以查看所有物联网网关管理的传感器数据。

NB-IoT远传
  系统网关可配置NB-IoT数传模块,实现农业传感数据的低功耗远距离无线传输。

太阳能供电
  系统可以通过交流电源供电工作,也可以通过开关切换使用太阳能供电
1.物联网云办事系统
  智能温室大棚使用部署在云端的246天天有好彩正版资一云办事系统(FTIOTCLOUD),将采样信息、设备状态、联动设置、数据展示、报警纪录、用户管理、地图定位的所有信息进行存储、分析、处理,为多客户端提供应用办事。

  FTIOTCLOUD提供基于HTTP的标准WebService数据交换接口,撑持二次开发,采用标准的json数据花样。
  FTIOTCLOUD采用基于发布/订阅模式的MQTT协议,它构建于TCP/IP协议之上,是应用层协议,最大的有点在于,可以以极少的代码和有线的带宽,为远程连接设备提供实时牢靠的消息办事。
  FTIOTCLOUD采用HTML5网页开发,内嵌Web Socket技术,实现办事器与客户端之间在给定的时间范围内任意时刻,全双工推送信息。浏览器和办事器只需做一个握手动作,成立连接后,办事器可以主动传输数据给客户端,解决了传统B/S架构中轮询或Ajax异步查询浏览器总需发送请求的弊端。

2.Linux智能温室大棚管理平台
  物联网网关使用嵌入式Linux操作系统,运行基于Qt的智能温室大棚管理软件。它内嵌sqlite轻量级数据库、Mqtt协议,具有添加节点、实时采集、设备控制、联动设置、历史数据查询、曲线显示、视频监控、超出报警、ZigBee网络状态查询等功能。


主界面
大棚外气候环境监测


环境监测
土壤温湿度联动控制

3. Web智能温室大棚监控平台
  系统提供Web浏览器方式访问智能温室大棚。Web系统后端采用Spring+mybatis+Tomcat架构,内嵌MQTT协议。只需输入温室大棚的URL地址,就可以登录到web系统中,远程查询各个传感器的采样数据,对各个执行设备进行远程控制。具体包括多用户管理、物联网网关管理、传感器设备管理、联动管理、报警纪录、历史数据曲线显示、多模式地图定位等功能。


用户登录界面
关联设置


环境监测实时采集
地图定位

4. Android智能温室大棚监控软件
  Android手机温室大棚监控软件,内嵌轻量级sqlite数据库、使用Mqtt协议,通过WIFI或4G移动网络接入物联网云办事系统,就可以随时随地监控远在天边的智能温室大棚。具体包括物联网网关添加、设备采集控制、设备关联、报警纪录、视频监控、用户设置等功能。

主菜单                         网关查询                       实时采集                        设备控制
5.微信"民众平台远程监控
  可扫描二维码加入246天天有好彩正版资一物联网微信"民众开放平台,使用该平台也可读取传感器采集的数据,对设备进行远程控制。

  物联网温室大棚系统覆盖了单片机编程、ZigBee无线传感器网络、Linux网关Qt开发、JAVA Web开发以及Android应用开发几部分,因此系统提供对应的课程试验,从单片机采集传输,到网关分析处理,再到WEB/Android终端应用试验,一条线贯穿,让学生在试验中逐步领悟物联网的系统结构,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。
5.1 传感器典型试验
试验1 温湿度采集试验
试验2 光照度传感器试验
试验3 CO2传感器试验
试验4 土壤温湿度检测
试验5 风速检测
试验6 雨雪检测
试验7 排风扇控制试验
试验8 水泵控制试验
试验9 警笛报警试验

5.2 无线传感网组网试验
试验1 Z-Stack 2007协议栈的安装    
试验2 TI的GenericApp原程序的再现
试验3 ZigBee协议栈基础试验:点对点数据传输
试验4 ZigBee数据包的捕获与协议分析
试验5  ZigBee协议栈中串口收发基础试验
试验6 ZigBee协议栈NV设备操作
试验7 Z-Stack协议栈流程分析
试验8广播通信
试验9组播通信
试验10温湿度节点与协调器的无线传输
试验11 ZigBee传感器采集传输试验
试验12 ZigBee控制器传输控制试验
试验13 ZigBee AES加密
试验14 传感层ZUC、LBLock、snow3g、Kasumi加密的温湿度传输试验

5.3 嵌入式Qt开发
第一部分 Linux网关基础试验手册
试验一 shell编程
试验二 Makefile 试验
试验三 标准IO试验
试验四 Hello world
试验五 多进程Fork调用试验
试验六 管道通信试验    
试验七 进程间通讯
试验八 UDP通信
试验九 TCP通信
试验十 消息队列试验
试验十一 多线程试验
第二部分 Linux网关QT试验手册
试验一  QT HelloWorld试验
试验二  Qt下信号和槽试验
试验三  Qt下TCP通讯—办事器客户端试验
试验四  Qt下NB-IoT通讯
试验五  Qt下UDP通讯试验
试验六  Qt下多线程试验
试验七  Qt下数据库访问试验
试验八  Qt下串口通讯试验
试验九  Qt下感知类环境数据采集试验
试验十  Qt下控制类节点试验
试验十一  Qt下温湿度加热器联动试验
试验十二  Qt下MQTT发布订阅试验
试验十三  Qt下复杂对象访问协议(gSOAP)编程
试验十四  Qt下视频图像采集监控试验
5.4 Android应用开发
试验一 WebService的编写
试验二 WebService的使用
试验三 mqtt-zigbee数据采集
试验四 mqtt-zigbee远程控制
试验五 NB-IoT远程通信
试验六 基于modbus的RS485总线编程
5.4 Java Web开发
试验一  搭建Java web开发环境
试验二  Eclipse的基本使用
试验三  DIV + CSS布局试验
试验四  HTML5新增内容应用
试验五  CSS3新特性应用
试验六  JavaScript倒计时、前端验证、事宜分析试验
试验七  利用Ajax读取xml文件
试验八  Ajax异步验证用户名试验
试验九  Servlet版网页登录
试验十  Spring框架网页登录
试验十一 文件上传与下载
试验十二 MQTT发布订阅
试验十三 html5 Websockets通讯
试验十四  微信"民众号编程


华北科技学院采用该平台
江西渝州科技职业学院采用该平台
西京学院采用该平台
包头师范学院采用该平台
湖北工业大学采用该平台
宁夏师范学院采用该平台

农业大棚物联网实训系统
序号 课程资源名称
1 相应产品的视频操作及展示
2 CC2530单片机试验目次
3 物联网无线传感器网络技术与应用
4
QT网关应用程序开发
5
智慧农业沙盘实训
6
产品设备使用说明


CC2530单片机试验
序号 CC2530单片机试验目次 配套资料
PPT
试验指导书
试验代码
视频资料
1
CC2530简介及开发环境的搭建




2
LED控制试验




3
按键控制LED开关试验




4
守时器T1守时试验




5
守时器T3的中断试验




6
外部中断试验




7
串口的接收和发送试验




8
睡眠守时器的试验




9
看门狗试验





无线传感器网络技术与应用
序号 zigbee协议栈试验目次 配套资料
PPT
试验指导书
试验代码
视频资料
无线射频试验
1 点对点通信试验




2
广播通信试验




3
RSSI信号强度试验




4
空中信道监听试验




5 无线遥控试验




协议栈试验
6
ZStack协议栈工程解析试验




7
多点自组网试验




8
信息广播/组播试验




9 星状网-网络拓扑试验




10 树状网-网络拓扑试验




11
ZStack绑定试验




12
ZStack串口应用试验




13
ZStack温湿度采集试验




14
ZStack 红外对射采集试验





QT网关应用程序开发
序号 安卓zigbee基础试验目次 配套资料
PPT
试验指导书
试验代码
视频资料
1
Android环境搭建




2
温湿度、光线传感器数据采集




3
继电器、三路插排模块控制




4
Tcp网络通信




5
TEST-SENSORS 试验教程




6
ECHO-SERVER试验教程




7
温湿度传感器与继电器联动试验