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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:4860
系统简介
  农业大棚物联网实训系统(SeaIOT-AGH01),通过采集大棚内空气温湿度、光照度、土壤湿度、二氧化碳浓度等数据信息,经过ZigBee无线传感网传送给物联网网关,物联网网关通过有线网络(以太网)、移动网络(4G)或无线网络(WiFi)传送给云服务平台,经过分析处理,通过WEB页面展示农业生产环境的数据信息,控制加湿器、通风扇、补光灯、滴灌、遮阳帘、点阵屏等执行器的工作状态。同时,系统支持视频采集,用户可通过物联网网关、WEB监控平台、移动端近场或远程视频浏览大棚状况。系统支持用户自定义控制决策,实现农业生产环境的自动调节,达到促进作物生长的目的。
系统提供了丰富的实验例程和实验指导书,能够满足无线传感器网络、Qt嵌入式系统开发、Android物联网应用开发、数据库设计、Web物联网应用开发等诸多课程的教学与实践。
  • 系统特点
  • 体系结构
  • 核心功能
  • 软件系统
  • 教学资源
  • 成功案例

1)工业级选型:工业级传感器执行器面向实际应用,注重实际动手能力。

2)传输协议:默认采用ZigBee无线传输方式。

3)涉及课程:无线传感器网络、Qt嵌入式系统开发、Android物联网应用开发、数据库设计、Web物联网应用开发

4)环境自动调节

根据农作物种植经验,可以设置环境参数阈值,当环境参数不适合农作物生长时,自动控制相关设备状态,以实现大棚环境的自动调节。

5)远程视频监控

采用网络摄像头对农业大棚现场进行实时监控,摄像头通过WIFI接入互联网,支持WEB监控端、移动端远程视频查看,实时监控植物生长情况。

6)人机交互界面

物联网网关、WEB监控端、移动端三方软件系统均采用图形图像化交互界面,增加操作的便利化和直观性。

物联网农业大棚具有感知层、网络层、应用层三层体系结构。

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、警笛、卷帘等控制设备,实现农业农业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、WIFI4G任一种,负责网关与云服务平台之间的数据交互,将汇聚的感知层设备信息接入到云服务平台。

应用层主要设计面向用户,具有多种访问终端,如本地网关、Web客户端、Android客户端等,运行与农业大棚有关的软件系统,如大棚温湿度自动调节、光照自动调节、土壤湿度自动调节、二氧化碳浓度自动调节、视频监控等。

系统整体架构如图所示。


Ø 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。

Ø 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、报警器等进行控制,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端多种方式远程查询环境信息、控制执行设备、浏览视频等。

Ø 联动控制

用户可根据农作物种类、生长周期和季节变化,随时修改传感设备与控制设备的自动联动。设定传感器设备的上限值和下限值,以及当传感器采样低至下限值或高至上限值时,控制设备的动作。

1)大棚内温度自动调节:系统根据温度阈值,自动开关排风扇。

2)大棚内湿度自动调节:系统根据湿度阈值,自动开关加湿器。

3)大棚土壤湿度自动调节:系统根据土壤湿度阈值,自动进行喷灌。

4)大棚光照强度自动调节:系统根据光照度阈值,自动控制卷帘或植物生长灯。

5)大棚CO2自动调节:系统根据CO2浓度,自动控制排风扇换气。

Ø 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。

Ø 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服务器的泛太云服务平台进行信息交互。

Ø 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WEB端界面通过表格、曲线显示,支持数据导出功能。

Ø 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,同时写入报警日志。Android手机端也会震动提醒,语音提醒。

Ø 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、显示详细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。

Ø 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。


1 农业大棚感知层管理平台

网关采用嵌入式Linux操作系统,上电后默认运行智能农业大棚网关管理软件。在网关正常访问互联网时,自动接入云服务平台。

用户可以在本地网关上直接浏览农业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大棚环境参数自动控制与调节,支持本地视频浏览大棚环境;具有系统设置功能,可查询修改无线传感网络参数、网关网络参数、入网状态、服务器连接状态、服务器参数配置、传感器在线状态、传感器属性信息等;还具有实时传感器采集、设备手动控制、传感器联动设置、视频本地浏览等功能。




主界面
大棚外气象环境监测


环境监测
网关视频监控


2 农业大棚Android监控终端

系统支持用户随时随地通过Android移动端登录到系统中查看农业大棚的各项环境参数和设备状态。

具体包括用户登录、网关设备添加、传感器采样数据的实时显示、执行器的远程开关、农业场景自控策略设置、报警信息振动与语音双重提醒、远程视频浏览、以及服务器地址编辑和自动切换等功能。

Android语音报警功能:支持远程访问,系统会在参量超过或低于设置的阈值时,自动提醒用户。如温度过高,手机远程终端的APP收到后会语音提醒。

视频监控功能:提供Android移动端远程视频监控的功能,直观查看农作物的生长情况。


3 农业大棚WEB端监控平台

系统提供Web浏览器访问智能农业大棚系统采用B/S架构,部署在泛太云服务器中,用户不管身在何处,都可以通过浏览器登录到监控系统中查询农业大棚的各项环境参数和设备状态。

具有多用户管理、大棚网关设备的增删改查、传感器设备的增删改查、传感器采样数据的实时显示、执行器的手动开关、农业场景自控策略设置、报警记录查询、历史数据按照时间段以表格/曲线方式展示、数据导出excel文件、IP/关键词地图定位等功能,还具有服务器地址编辑和自动切换功能。




该系统涉及如下课程:《无线传感器网络》、《Qt嵌入式系统开发》、《Android物联网应用开发》、《Web物联网应用开发》。而本系统重点在于将物联网技术运用在实际工程系统中,因此提供以下几个典型实训案例:

1 《Qt嵌入式系统开发》课程实训

软件开发环境搭建

系统界面设计

农业大棚Qt网关系统初始化

QT网关大棚环境采集显示(温湿度、光照度、二氧化碳、土壤湿度、风速、风向、雨雪等)

QT网关大棚设备状态控制(通风扇、滴灌、补光灯、警笛等)

基于gSOAPQT网关远程访问数据库案例

基于MQTTQT网关大棚参数mqtt即时收发案例

2 《Android物联网应用开发》课程实训

软件开发环境搭建

大棚环境采集界面设计

大棚设备控制界面设计

视频监控界面设计

基于gSOAPAndroid端远程访问数据库案例

基于MQTT的传感器实时接收显示案例

基于MQTT的执行器即时发送控制案例

3 《Web物联网应用开发》课程实训

软件开发环境搭建

大棚环境监测前端界面设计

大棚设备控制前端界面设计

基于Spring框架的网页登录案例

基于Spring+Mybatis的大棚数据采集存储案例

基于MQTTweb传感器数据实时显示案例




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