DB-NY01 智能農業實訓沙盤
智能農業實訓沙盤是一個鋁合金金屬骨架和有機玻璃墻壁組成的溫室系統，與其他感知、控制及執行系統一起，構成完整的溫室大棚系統。包括：透明溫室大棚、排風系統、光照調節系統、溫度調節系統、無線傳感器網絡等。是針對于物聯網在農業領域自動化與智能化應用的一款實景模擬系統，依托各種傳感節點（環境溫濕度、土壤水分、二氧化碳、風速、雨雪等），和無線通信網絡實現農業生產環境的智能感知、智能預警、智能調控，為農業生產提供精準化種植、可視化管理。為院校在物聯網實訓教學方面提供了一個真實的農業綜合實訓系統，使學生在實訓中實現對物聯網綜合技術應用的理解并在此基礎上進行創新應用，培養學生創新應用能力，充分滿足了高校培養物聯網技術人才的需求。
智能農業實訓沙盤是以農業大棚為原型，通過實景＋實訓的方式，綜合運用無線傳輸網絡、單片機、RFID射頻識別、傳感器與控制器、云計算等技術，依托部署在實景沙盤中的在農業傳感器與控制器、無線網絡、RFID以及智能網關等設備，實現智能農業的控制與管理，幫助學生熟悉智能農業系統相關項目的開發與應用。
二、沙盤特點：
u 智能農業沙盤采用高強度鋁合金骨架，外形尺寸0.8m*0.8m*0.5m；
u 智能農業沙盤包含智能燈光系統、排風系統、智能灌溉系統、傳感器系統、執行器系統、云平臺系統等，均可通過沙盤內實驗模塊進行采集和控制；
u 智能農業沙盤采用一體式供電結構，整個沙盤只需連接一根電源線即可，通過一根電源線可以為12路模塊供電，省去繁雜的接線工作，便于學生使用操作；
u 智能農業沙盤表面集成12個實驗模塊插槽，所有實驗插槽均可進行磁吸式連接，并且集成防短路設計，支持至多個模塊的聯動實驗，可在單個知識點學習的基礎上，進行多模塊綜合應用實驗，可完成無線傳感網絡實驗等多種復雜的聯網實驗；
u 智能農業沙盤內部硬件與物聯網模塊底板連接，可通過物聯網模塊直接控制智能農業的燈光和風扇，代碼開源，支持二次開發；
u 提供NewIOT物聯網實驗平臺，用于實驗調試及相關物聯網模塊基礎配置；
三、農業物聯網模塊:
u 采用磁吸式可拆卸結構，集成防呆設計，避免短路；
u 可以無縫吸附到智能農業實訓沙盤上，插槽集成供電功能，無需單獨外接電源；
u 實驗模塊表面集成電路圖（下圖），便于學生更直觀的了解元器件的組成及模塊的運行原理：
u 模塊均采用磁吸式接口設計+搭積木式結構，集成標準的12路彈性插針，可以實現供電、仿真調試、數據通信、IO口拓展等功能，同時支持搭積木式的多級磁吸聯接，通過彈性插針即可通信，無須外接跳線，通過模塊相互搭積木，組成一套完整的物聯網系統，如：STM32處理器+ZigBee無線模塊+傳感器模塊（3層垂直積木，無須額外接線），可拓展性強，如下圖所示：
四、硬件組成：
| 序號 | 項目 | 名稱 | 數量 | 備注 |
| 1 | 沙盤 | 智能農業實訓沙盤 | 1 | 一體化供電平臺 |
| 2 | 調試平臺 | 物聯網實驗平臺 | 1 | 一體化供電平臺 |
| 3 | 供電底板 | 3.3V/5V供電底板 | 12 | 支持磁吸搭積木 |
| 4 | 單片機模塊 | 嵌入式STM32模塊 | 12 | 支持磁吸搭積木 |
| 5 | 無線通訊模塊 | ZigBee無線通信模塊 | 12 | 支持磁吸搭積木 |
| WIFI無線通信模塊 | 1 | 支持磁吸搭積木 | ||
| 6 | 傳感器模塊 | 空氣溫濕度傳感器 | 1 | 支持磁吸搭積木 |
| 光照傳感器 | 1 | 支持磁吸搭積木 | ||
| 二氧化碳傳感器 | 1 | 支持磁吸搭積木 | ||
| 風速傳感器 | 1 | 支持磁吸搭積木 | ||
| 雨雪傳感器 | 1 | 支持磁吸搭積木 | ||
| 土壤濕度傳感器 | 1 | 支持磁吸搭積木 | ||
| 電導率傳感器 | 1 | 支持磁吸搭積木 | ||
| PH值傳感器 | 1 | 支持磁吸搭積木 | ||
| 火焰傳感器 | 1 | 支持磁吸搭積木 | ||
| 煙霧傳感器 | 1 | 支持磁吸搭積木 | ||
| 紅外對射傳感器 | 1 | 支持磁吸搭積木 | ||
| 7 | 執行控制器模塊 | 雙路繼電器執行器 | 2 | 支持磁吸搭積木 |
| 8 | 云平臺 | 公有云平臺 | 1 | 支持上云 |
| 9 | 其他配件 | 電源線、香蕉線等 | 1 |
五、硬件參數：
六、實驗實訓：
通過將各個實驗模塊與智能農業實訓沙盤相結合，可進行多種實訓實驗：
實驗中提供開源的實驗代碼，可自行修改、編譯代碼，支持二次開發，可根據以上基礎實驗，自行拓展更多智能農業實驗，實現農業系統的開發與應用；
| 智能農業實訓沙盤參數 | |||
| 序號 | 名稱 | 參數 | 圖片 |
| 1 | 智能農業實訓沙盤 | l 采用鋁合金骨架，尺寸0.8m*0.8m*0.5m； l 采用5V-12V安全電壓，提供1路電源總開關； l 內置農業大棚模型，包含燈光、排風扇、溫濕度、光照度、雨雪、風速、二氧化碳、土壤濕度、電導率、PH值、火焰、煙霧、紅外對射等傳感器。 l 提供2路傳感器接口； l 提供2路接線插座，用于接線連接； l 提供12路磁吸模塊連接板，支持物聯網模塊磁吸搭積木連接，至少支持3層模塊疊加； |  |
| 2 | 物聯網實驗平臺 | l 外觀尺寸：長415*寬310*高50（mm），材質：鋁合金楔形結構； l 實驗平臺采用一體式供電結構，整個實驗過程只需連接一根電源線和數據線即可。 l 采用全新的教學模式：磁吸積木式教學，所有模塊可以進行疊羅漢式(搭積木)的組裝連接，支持多層模塊疊加，無需外數據線與電源線； l 提供5V供電接口（Type-C）、以太網接口、雙路USB接口、J-link下載器接口、CC-Debugger下載器接口、RS232/RS485串口，其中J-link下載器、CC-Debugger下載器均為平臺內置，下載程序時只需將模塊吸附到平臺對應下載端即可，無需接線； l 內置USB串口服務設備,通過1路USB虛擬出多路串口，根據端口虛擬出不同的串口，最多可拓展8路串口接口，其中包含普通TTL串口4路，485串口4路； l 實驗平臺具備8個通用實驗模塊插槽，每個插槽集成12路接觸點，供模塊進行數據通訊及供電，并且插槽集成防短路功能，可直接將模塊吸附到插槽內,支持最多8個模塊聯動實驗； l 實驗平臺上集成了485選擇鍵、ZigBee仿真器復位鍵、J-Link仿真器啟動鍵和虛擬儀器啟動鍵，在使用不同功能的時候，方便切換和使用，同時實訓平臺內部集成還原功能模塊，當通訊及仿真調試出現混亂時，只需關閉電源再重啟，即可恢復出廠設置； |  |
| 3 | 3.3v/5v供電底板 | l 提供3.3v/5v供電觸點，為上層模塊進行持續供電； l 提供“通用平臺"彈性探針接觸點，用于程序下載、串口調試、供電等作用。提供搭積木彈性接觸針，用于搭積木形式教學。 |  |
| 4 | 嵌入式STM32處理器 | l 采用STM32F103處理器，內核：ARM 32位的Cortex?-M3 CPU；72MHz工作頻率，在存儲器的0等待周期訪問時可達1.25DMips/MHz (Dhrystone 2.1)； l 存儲器： l 從16K到32K字節的閃存程序存儲器； l 從6K到10K字節的SRAM； l 支持USB、CAN、6個定時器、2個ADC 、6個通信接口； l 提供485選擇端、BOOT0兩路接口；提供1個復位鍵； l 程序下載方式為實驗平臺內部下載，即無須外部接線，節省接線操作時間，帶有電源保護電路； l 提供“通用平臺"彈性探針接觸點，用于程序下載、串口調試、供電等作用。提供搭積木彈性接觸針，用于搭積木形式教學。 |  |
| 5 | ZigBee無線通信模塊 | l 主芯片：CC2530F256，256K Flash，8K RAM，內置8051單片機及無線收發器，支持11-26信道更改，支持點播、組播、廣播多種類型數據通信，支持自動組網及網絡自愈功能； l 串行速率：9600-115200bps多種速率可選； l 無線頻率：2.4GHz； l 無線協議：ZigBee2007/PRO； l 通訊接口：UART； l 無障礙傳輸距離：200米； l 集成串口切換功能，通過跳線方式，可將通訊線路進行切換； l 具備協調器、路由器及終端功能，可通過串口指令讓設備在三種類型中自由切換； l 提供“通用平臺"彈性探針接觸點，用于程序下載、串口調試、供電等作用。提供搭積木彈性接觸針，用于搭積木形式教學。 |  |
| 6 | Wifi無線通信模塊 | l 主芯片集成MAC、基頻芯片及射頻收發單元，內置低功耗運行機制，可以有效的降低功耗運行； l 支持WiFi@2.4GHz802.11b/g/n無線標準； l 支持WEP/WPA-PSK/WPA2-PSK安全模式； l 支持AP、STA、AP+STA工作模式； l 集成的串口轉無線TCP/UDP傳輸功能，多個串口速率選擇； l 支持TCP/UDPClient注冊包機制； l 支持SimpleConfig/Airkiss/usrlink快速聯網配置； l 支持AT+指令集配置； l 集成串口切換功能，通過跳線方式，可將通訊線路進行切換； l 通過參數配置，可通過WiFi無線節點，將傳感器數據傳入云端； l 提供“通用平臺"彈性探針接觸點，用于程序下載、串口調試、供電等作用。提供搭積木彈性接觸針，用于搭積木形式教學。 |  |
| 7 | 空氣溫濕度傳感器 | l 采用DHT11傳感器； l 溫度：檢測范圍0-50度，精確到可以達到0.5℃； l 濕度： l 檢測范圍20%RH-95%RH, 精確到可以達到2%RH； l 支持電容型濕度傳感實驗； l 支持濕度值脈沖信號輸出； l 輸出形式：數字量； l 提供“通用平臺"彈性探針接觸點，用于程序下載、串口調試、供電等作用。提供搭積木彈性接觸針，用于搭積木形式教學。 |  |
| 8 | 光照度傳感器 | l 采用ROHM原裝BH1750FVI芯片； l 輸出形式:數字量、模擬量； l 使用寬電壓LM393電壓比較器,工作穩定； l 光照度范圍：0-65535lx l 傳感器內置16bitAD轉換器，直接數字輸出，省略復雜的計算，省略標定，不區分環境光源，接近于視覺靈敏度的分光特性，可對廣泛的亮度進行1勒克斯的高精度測定； l 提供“通用平臺"彈性探針接觸點，用于程序下載、串口調試、供電等作用。提供搭積木彈性接觸針，用于搭積木形式教學。 |  |
| 9 | 二氧化碳傳感器 | l 測量范圍：0-10000ppm； l 測量精度：±（50ppm+5%讀數值）； l 輸出信號：UART； l 響應時間：＜120s； l 提供“通用平臺"彈性探針接觸點，用于程序下載、串口調試、供電等作用。提供搭積木彈性接觸針，用于搭積木形式教學。 |  |
| 10 | 風速傳感器 | l 測量范圍：0-30m/s； l 測量精度：±1m/s； l 響應時間：<5s； l 波特率：2400/4800/9600； l 材質：優質鋁合金/聚碳酸酯； l 工作濕度環境：0-99%RH(15-95%RH)； l 通訊端口：脈沖/rs485/4-20mA/0-5V/0-10V； l 啟動風力 0.2-0.4m/s提供“通用平臺"彈性探針接觸點，用于程序下載、串口調試、供電等作用。提供搭積木彈性接觸針，用于搭積木形式教學。 |  |
| 11 | 雨雪傳感器 | l 采用長方形設計，方便安裝，檢測面積：1500mm2； l 測量參數：雨雪含水率； l 濕度范圍：0～99%RH； l 測量精度：±3%RH； l 輸出形式：模擬量、開關量； l 提供“通用平臺"彈性探針接觸點，用于程序下載、串口調試、供電等作用。提供搭積木彈性接觸針，用于搭積木形式教學 |  |
| 12 | 土壤濕度傳感器 | l 采用叉形設計，方便插入土壤，檢測深度38mm； l 測量參數：土壤容積含水率； l 濕度范圍：0～99%RH； l 測量精度：±3%RH； l 輸出形式：模擬量、開關量； l 提供“通用平臺"彈性探針接觸點，用于程序下載、串口調試、供電等作用。提供搭積木彈性接觸針，用于搭積木形式教學。 |  |
| 13 | 電導率傳感器 | l 輸出電壓：0-3.4V； l 測量范圍：0-20ms/cm； l 測量精度：±5%F.S.； l 電級接口：BNC接口； l 提供“通用平臺"彈性探針接觸點，用于程序下載、串口調試、供電等作用。提供搭積木彈性接觸針，用于搭積木形式教學。 |  |
| 14 | PH值傳感器 | l 測量范圍：0-14PH； l 測量精度：±0.01PH（25℃）； l 相應時間：≤1Min； l 傳感器接口：BNC接口； l 提供“通用平臺"彈性探針接觸點，用于程序下載、串口調試、供電等作用。提供搭積木彈性接觸針，用于搭積木形式教學。 |  |
| 15 | 火焰傳感器 | l 探測角度：60°； l 檢測波長：760nm-1100nm； l 輸出形式：開關量； l 支持靈敏度可調； l 提供“通用平臺"彈性探針接觸點，用于程序下載、串口調試、供電等作用。提供搭積木彈性接觸針，用于搭積木形式教學。 |  |
| 16 | 煙霧傳感器 | l 采用可拆卸結構，支持MQ系列半導體氣敏元件； l 支持1路數字量輸出； l 支持1路模擬量AD輸出功能； l 支持靈敏度可調； l 檢測濃度：300-10000ppm； l 提供“通用平臺"彈性探針接觸點，用于程序下載、串口調試、供電等作用。提供搭積木彈性接觸針，用于搭積木形式教學。 |  |
| 17 | 紅外對射傳感器 | l 采用H2010直射型光電傳感器，槽寬10mm； l 使用寬電壓LM393電壓比較器,工作穩定； l 具有信號輸出指示燈，輸出高電平燈滅，輸出低電平燈亮； l 輸出形式：開關量； l 提供“通用平臺"彈性探針接觸點，用于程序下載、串口調試、供電等作用。提供搭積木彈性接觸針，用于搭積木形式教學。 |  |
| 18 | 雙路繼電器執行器 | l 采用5V控制繼電器，實現雙路控制開關； l 繼電器規格3A-200VAC；3A-30VDC； l 提供NO、COM、NC三路輸出端，可外接控制設備； l 提供雙路指示燈，顯示繼電器狀態； l 提供“通用平臺"彈性探針接觸點，用于程序下載、串口調試、供電等作用。提供搭積木彈性接觸針，用于搭積木形式教學。 |  |
| 19 | 公有云平臺 | l 支持傳統工業上云：可通過多種通訊方式，如: 5G（NB-IOT）、4G、GPRS（2.5G）、 Lora、 WiFi等，將工業上傳統硬件（包括教學傳感器模塊）接入云端，實現對工業生產環境數據的全面監控； l Modbus協議：采用工業上常用的Modbus協議，可將工業級別傳感器移植到教學實踐中，并提供源代碼，讓學生更快的與社會接軌； l 可以通過wifi、4g、nb-iot無線模塊，將傳感器數據直接采集到云端顯示； l 支持云組態設置； l 支持手機接收傳感器報警信息； l 支持微信小程序顯示組態內容，及控制設備等功能； |  |
通過將各個實驗模塊與智能農業實訓沙盤相結合，可進行多種實訓實驗：
| 智能農業沙盤實訓項目 | |
| 實驗一、農業傳感器采集實訓 | 實驗六、云平臺配置與應用實訓 |
| 實驗二、農業執行器控制實訓 | 實驗七、農業報警實訓 |
| 實驗三、農業傳感器聯動控制實訓 | 實驗八、RFID讀卡與應用實驗 |
| 實驗四、無線傳感器網絡實訓 | 實驗九、農業場景應用實訓 |
| 實驗五、農業場景嵌入式系統開發實訓 | 實驗十、WiFi網關通信實驗 |
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