智慧農業實訓實驗箱

產品簡介

產品概述

智慧農業實驗箱,其功能特點是采集農業環境中光照、氣壓、PM2.5、CO2、土壤溫濕度和空氣溫濕度的數據,通過ZigBee無線組網技術將采集到的數據傳輸將所有的數據傳輸到上位機。用戶通過上位機界面實現與硬件系統的交互,實驗箱提供兩種控制方式,自動控制和手動控制。另外,實驗箱有多種數據顯示的方式,ZigBee終端通過OLED顯示各個采集終端的數據,單片機STM32通過串口屏顯示所有的采集數據和聯動裝置的狀態,同時,在上位機端,除了常規的數字數據顯示外,還提供曲線圖顯示數據,清晰直觀。另外,實驗箱還提供LoRa通信的相關課程。

教學方向應用

智慧農業實驗箱其目的是監測農業環境中的各項指標,更加科學直觀的觀側這些數據,同時,通過聯動裝置在調節環境中相關的指標參數,使得整個實驗箱系統更加完備。該設備作為物聯網智慧農業教學設備,主要用于教學、開發、實驗,為物聯網專業相關教程提供良好的教學,實驗環境,方便展示教學。

功能特性

產品特點

  • 實驗箱設備,包括數據采集、數據的無線傳輸、云平臺管理等三個主要的方面,小巧精致,功能完備。主要的技術特點如下:

  • 實驗箱采集模塊功能豐富,包括氣壓、光照、PM2.5、CO2、土壤溫濕度、空氣溫濕度數據的采集

  • 使用低功耗的ZigBee無線組網技術

  • 多種顯示數據的方式,包括OLED、串口屏、上位機軟件三種

  • 根據采集到的數據可以控制聯動系統(風扇、滴灌、補光、卷簾)的狀態,控制方式可以選擇自動控制和手動控制方式

  • 提供LoRa節點,可以學習基于LoRa節點的點對點通信

  • 該實驗箱主要應用在教學領域,基于本實驗箱,我公司提供了STM32篇章和ZigBee篇以及LoRa的相關課程,集多個技術于一體,功能豐富。

總體架構

智慧農業實驗箱的系統由數據采集、無線傳輸、云管理平臺三個主要的模塊構成。數據采集包括兩個端,在 ZigBee終端,采集空氣溫濕度、光照、氣壓、PM2.5的數據,各個終端的數據顯示在OLED上,并通過ZigBee將數據傳到協調器,再轉發到單片機;在單片機端直接采集土壤溫濕度和CO2的濃度兩個數據,并將所有數據顯示在串口屏上。ZigBee無線傳輸技術將各個終端的數據匯集到協調器,協調器通過串口和單片機STM32相連,把所有數據集中到單片機。云管理平臺以服務器為中心管理各項數據,結合數據可設置閾值或者手動模式下調控聯動系統(滴灌、風扇、補光、卷簾)的狀態,各個聯動裝置的當前狀態顯示在串口屏和云平臺界面上。


硬件功能

數據采集端

基于ZigBee無線組網技術,ZigBee終端采集空氣溫濕度、光照、氣壓、PM2.5的數據,各終端采集到的數據通過OLED直接顯示,再通過組網技術傳輸到Zigbee協調器,協調器通過串口數據處理中心單片機STM32通信,將收集到的數據集中到單片機。同時,單片機直接采集CO2土壤溫濕度的數據,CO2傳感器通過串口單片機通信,土壤溫濕度傳感器通過RS485單片機通信。

聯動裝置和本地數據顯示

以單片機STM32為數據處理中心,串口屏通過串口連接到了單片機,串口屏將集中顯示采集到的氣壓、光照、CO2、PM2.5、土壤和空氣溫濕度數據,同時,也會顯示聯動裝置(滴灌、風扇、補光)的當前狀態(打開或者關閉)。為了能實時調節農業環境中的相關參數,提供更好的農業環境,實驗箱中提供了滴灌、風扇、補光、卷簾的聯動裝置,用戶可以通過上位機來管理這些裝置。

上位機和單片機通信

單片機通過網口連接到上位機服務器,從而實現單片機和上位機兩端數據和指令的上下行傳輸。在上位機界面,實時顯示當前各傳感器采集到的數據,用戶通過上位機來實現與硬件系統的交互。

LoRa模塊

智慧農業實驗箱硬件還提供了兩個LoRa節點,可實現基于LoRa節點的點對點通信。

軟件功能

服務端主要由數據接收處理模塊,控制模塊,數據庫(DB),主服務模塊,數據推送模塊組成。上位機與下位機之間進行通信有2種模式,第一種是數據收集模式,通過監聽端口的形式來實時獲取下位機傳輸過來的農業感知信息,然后通過數據預處理模塊進行數據處理,然后提供給主服務模塊進行業務邏輯處理;第二種是遠程控制模式,通過主服務模塊獲取到控制指令,然后通過對應指令集,向下位機發送對應的指令,然后接受到下位機反饋信息后返回給主服務模塊。

軟件端重要功能有:查看實時數據、查看歷史數據、手動控制和設定自動控制等功能。

產品主要設備參數

CC2530模塊:

1.E18-MS1-PCB采用美國德州儀器(TI)公司原裝進口

2.射頻芯片CC2530

3.芯片內部集成了8051單片機及無線收發器

4.適用于ZigBee設計及2.4GHz IEEE 802.15.4協議

LoRa模塊:

1.支持半雙工通信,

2.具有超強抗干擾性和高接收靈敏度

3.ISM多頻段,多種傳輸速率可選擇

4.支持智能復位、低電壓檢測、定時喚醒、低功耗模式、休眠模式

5.具有超遠傳輸距離,空曠最遠可達五千米

配套課程

智慧農業實驗箱課程體系如表3所示,實驗箱課程主要分為STM32篇、ZigBee、LoRa篇以及聯動系統簡介,STM32單片機是當下性價比最高的單片機,在課程中介紹了學習該單片機開發的基本環境搭建、驅動傳感器等課程,在這些課程當中還介紹了基本的協議和庫函數的使用,以及編程,可以幫助初學者順利入門。ZigBee篇介紹了開發環境IAR的搭建、協議棧、點對點通信、組網等內容,這是實驗箱的主要課程,利用我公司提供的硬件系統可以完成終端數據采集、組網通過協調器轉發數據給單片機STM32等實驗;LoRa篇介紹了基于LoRa節點的點對點通信;最后是聯動系統簡介,介紹了實驗箱的聯動系統:風扇、滴灌、卷簾、補光裝置,并詳細講解了MOS管開關電路的驅動原理以及步進電機的相關知識。


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