物聯(lián)網(wǎng)智慧農(nóng)業(yè)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)解決方案

1、物聯(lián)網(wǎng)智慧農(nóng)業(yè)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)方案一、物聯(lián)網(wǎng)智慧農(nóng)業(yè)實(shí)驗(yàn)室主要用途    物聯(lián)網(wǎng)智慧農(nóng)業(yè)實(shí)驗(yàn)室能夠滿足高校農(nóng)林專業(yè)對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，以及專業(yè)開設(shè)的物聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)論、傳感器原理及應(yīng)用、無線單片機(jī)原理及應(yīng)用、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)及應(yīng)用、RFID技術(shù)及應(yīng)用、物聯(lián)網(wǎng)工程及應(yīng)用、物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)與中間件技術(shù)、無線單片機(jī)應(yīng)用課程設(shè)計、智慧農(nóng)業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計等課程的實(shí)踐實(shí)訓(xùn)教學(xué)需要，并為學(xué)生或教師的物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新應(yīng)用項(xiàng)目開發(fā)提供平臺。    使學(xué)生通過該實(shí)驗(yàn)室的平臺，能掌握物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)理論、物理信息系統(tǒng)標(biāo)識與感知、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)理論與技術(shù)和數(shù)據(jù)分析與信息處理技術(shù)等知識

2、，具備通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、傳感技術(shù)等信息領(lǐng)域?qū)拸V專業(yè)知識，具備一定的物聯(lián)網(wǎng)農(nóng)業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)、實(shí)踐能力和科學(xué)研究能力。從而為地方經(jīng)濟(jì)建設(shè)提供物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的人才供給實(shí)踐、實(shí)訓(xùn)的平臺。二、物聯(lián)網(wǎng)智慧農(nóng)業(yè)實(shí)驗(yàn)室設(shè)計方案    物聯(lián)網(wǎng)智慧農(nóng)業(yè)實(shí)驗(yàn)室是以光載無線交換機(jī)為核心的物聯(lián)網(wǎng)信息平臺構(gòu)建WiFi無線局域網(wǎng)，覆蓋實(shí)驗(yàn)室及其周邊區(qū)域；加上實(shí)驗(yàn)室的有線網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、網(wǎng)絡(luò)路由器，從而建立融合有線網(wǎng)絡(luò)、無線局域網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵部分網(wǎng)絡(luò)層，農(nóng)業(yè)大棚及各種傳感器、嵌入式設(shè)備通過WiFi-ZigBee網(wǎng)關(guān)、WiFi設(shè)備服務(wù)器（串口通信RS232或RS485轉(zhuǎn)WiFi無線網(wǎng)絡(luò)）無線接入物聯(lián)網(wǎng)

3、工程信息平臺，構(gòu)成全面涵蓋物聯(lián)網(wǎng)三個層次（應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層、感知層）的一個統(tǒng)一的物聯(lián)網(wǎng)智慧農(nóng)業(yè)實(shí)驗(yàn)平臺。同時，其它內(nèi)置WiFi模塊的各種手持設(shè)備（筆記本電腦、手機(jī)等）也能無線接入該實(shí)驗(yàn)平臺，成為物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的一部分；師生教學(xué)、科研實(shí)踐開發(fā)的其它感知模塊，通過與標(biāo)準(zhǔn)的WiFi設(shè)備服務(wù)器連接，也能輕易接入該實(shí)驗(yàn)平臺，完成測試、驗(yàn)證。    本實(shí)驗(yàn)室專門為農(nóng)林專業(yè)高校設(shè)計，可以實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)智慧農(nóng)業(yè)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)模擬的農(nóng)業(yè)大棚內(nèi)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境數(shù)據(jù)采集、環(huán)境控制、人員物資管理、視頻監(jiān)控等功能，以及對農(nóng)業(yè)大棚的遠(yuǎn)程控制。同時，我們提供該實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)的設(shè)計原理圖，開放足夠多的端口和豐富、

4、完善的接口數(shù)據(jù)以及二次開發(fā)包，為教師、學(xué)生提供一個開放的平臺去學(xué)習(xí)和研究。    2.1 物聯(lián)網(wǎng)智慧農(nóng)業(yè)實(shí)驗(yàn)室拓?fù)鋱D：    如圖1 物聯(lián)網(wǎng)智慧農(nóng)業(yè)實(shí)驗(yàn)室以光載無線交換機(jī)及其配套設(shè)備遠(yuǎn)端射頻單元通過單模光纖鏈路分布無線信號；結(jié)合農(nóng)業(yè)大棚及大棚內(nèi)多種傳感器、控制設(shè)備PLC、Wifi-ZigBee網(wǎng)關(guān)、WiFi設(shè)備服務(wù)器、實(shí)驗(yàn)平臺服務(wù)器及系統(tǒng)軟件，精準(zhǔn)控制農(nóng)作物的生長過程；并使用智慧農(nóng)業(yè)大棚信息展示屏實(shí)時展示農(nóng)作物生長過程環(huán)境數(shù)據(jù)及生長場景，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)智慧農(nóng)業(yè)實(shí)驗(yàn)室的功能。   

5、       圖1  物聯(lián)網(wǎng)智慧農(nóng)業(yè)實(shí)驗(yàn)室拓?fù)鋱D     2.2 光載無線交換機(jī)及其分布式天線系統(tǒng)    光載無線交換機(jī)及其配套設(shè)備遠(yuǎn)端射頻單元為廣州飛瑞敖電子科技有限公司的核心產(chǎn)品，用于實(shí)現(xiàn)WiFi無線射頻信號的遠(yuǎn)距離、大范圍的光纖分布，是物聯(lián)網(wǎng)無線網(wǎng)絡(luò)分布的主要分布方式。    光載無線交換機(jī)安裝在物聯(lián)網(wǎng)智慧農(nóng)業(yè)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的落地式網(wǎng)絡(luò)機(jī)柜里面，與原本有線布線網(wǎng)絡(luò)連接，接入學(xué)院

6、已有的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。光載無線交換機(jī)內(nèi)置2個WiFi接入點(diǎn)（AP）（所有網(wǎng)絡(luò)協(xié)議處理、基帶數(shù)據(jù)處理、射頻信號處理都集中在光載無線交換機(jī)內(nèi)），通過單模光纖鏈路將WiFi射頻信號分布至物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室，在實(shí)驗(yàn)室里面安裝2個遠(yuǎn)端射頻單元，完成全實(shí)驗(yàn)室的WiFi無線覆蓋，將實(shí)驗(yàn)設(shè)備和各類WiFi終端接入統(tǒng)一的WiFi無線局域網(wǎng)，構(gòu)成整體物聯(lián)網(wǎng)平臺。    2.3 物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)平臺服務(wù)器    為實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)智慧農(nóng)業(yè)實(shí)驗(yàn)平臺的統(tǒng)一管理、實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)設(shè)備等管控、以及開展功能復(fù)雜的綜合設(shè)計和科研項(xiàng)目，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)配置一臺服務(wù)器。該服務(wù)器安裝系統(tǒng)軟件，及物

7、聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)的服務(wù)器端軟件，提供本地、或遠(yuǎn)程訪問服務(wù)，并實(shí)施對物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)的監(jiān)控和設(shè)備管理。    2.4 智慧農(nóng)業(yè)大棚    智慧農(nóng)業(yè)大棚由農(nóng)業(yè)大棚、智慧農(nóng)業(yè)大棚信息展示屏、各種傳感器、控制器及系統(tǒng)軟件組成，在老師及實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的指導(dǎo)下完成物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)的應(yīng)用的學(xué)習(xí)與實(shí)驗(yàn)，并能在該實(shí)驗(yàn)平臺上進(jìn)行創(chuàng)新科研課題研究。    2.4.1農(nóng)業(yè)大棚：    農(nóng)業(yè)大棚由骨架和覆膜組成，用于農(nóng)作物生長提供一個可控的空間。   

8、0;2.4.2智慧農(nóng)業(yè)大棚信息展示屏：    智慧農(nóng)業(yè)大棚信息展示屏由液晶板拼接而成，用于展示農(nóng)業(yè)大棚內(nèi)各傳感器采集的環(huán)境數(shù)據(jù)和現(xiàn)場場景；同時展示屏也是展示智慧農(nóng)業(yè)的一個窗口。    2.4.3智慧農(nóng)業(yè)大棚傳感器：    傳感器由ZigBee空氣溫濕度傳感器、ZigBee土壤溫濕度傳感器、ZigBee土壤PH傳感器、ZigBee光合有效輻射傳感器、ZigBeeCO2傳感器、超高頻RFID讀卡器、Wifi攝像頭組成。ZigBee傳感器采集的數(shù)據(jù)經(jīng)WiFi-ZigBee網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)換成Wifi信號接入物聯(lián)

9、網(wǎng)信息平臺，超高頻RFID讀卡器經(jīng)其配套設(shè)備Wifi設(shè)備服務(wù)器接入物聯(lián)網(wǎng)信息平臺；所有傳感器用于采集農(nóng)業(yè)大棚內(nèi)影響作物生長的空氣溫濕度、土壤溫濕度、土壤PH值、光合有效輻射、CO2濃度等環(huán)境數(shù)據(jù)，以及進(jìn)出農(nóng)業(yè)大棚人員物資信息和農(nóng)作物生長現(xiàn)場的圖像經(jīng)物聯(lián)網(wǎng)信息平臺上傳到物聯(lián)網(wǎng)平臺服務(wù)器。    2.4.4智慧農(nóng)業(yè)大棚控制器：    控制器由加熱、噴灌、通風(fēng)、卷簾設(shè)備及其配套PLC及Wifi設(shè)備服務(wù)器組成，當(dāng)傳感器采集的環(huán)境數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)值對比超出臨界范圍時，控制器自動啟動相關(guān)硬件設(shè)備對作物生長環(huán)境加熱、施肥澆水、通風(fēng)、卷簾加減光照輻射，實(shí)現(xiàn)作物生長過程精確控制。    2.4.5智慧農(nóng)業(yè)大棚系統(tǒng)軟件：    系統(tǒng)軟件安裝在實(shí)驗(yàn)平臺服務(wù)器，用于對采集的數(shù)據(jù)匯總、展示、比對控制。三、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目    物聯(lián)網(wǎng)智慧農(nóng)業(yè)實(shí)驗(yàn)室可以完成