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DB-NY01 智能农业实训沙盘

一、沙盘介绍：
智能农业实训沙盘是一个铝合金金属骨架和有机玻璃墙壁组成的温室系统，与其他感知、控制及执行系统一起，构成完整的温室大棚系统。包括：透明温室大棚、排风系统、光照调节系统、温度调节系统、无线传感器网络等。是针对于物联网在农业领域自动化与智能化应用的一款实景模拟系统，依托各种传感节点（环境温湿度、土壤水分、二氧化碳、风速、雨雪等），和无线通信网络实现农业生产环境的智能感知、智能预警、智能调控，为农业生产提供精准化种植、可视化管理。为院校在物联网实训教学方面提供了一个真实的农业综合实训系统，使学生在实训中实现对物联网综合技术应用的理解并在此基础上进行创新应用，培养学生创新应用能力，充分满足了高校培养物联网技术人才的需求。
智能农业实训沙盘是以农业大棚为原型，通过实景＋实训的方式，综合运用无线传输网络、单片机、RFID射频识别、传感器与控制器、云计算等技术，依托部署在实景沙盘中的在农业传感器与控制器、无线网络、RFID以及智能网关等设备，实现智能农业的控制与管理，帮助学生熟悉智能农业系统相关项目的开发与应用。

二、沙盘特点：

智能农业实训沙盘采用优质铝合金骨架，长宽高为：800*800*500mm，沙盘一侧为智能农业大棚模型，大棚内置风扇节点、灯光节点、农业传感器以及相关控制器节点，另一侧为智能农业实训区域，实训区域支持磁吸搭积木的连接方式，表面集成多路物联网模块供电底板，所有供电底板由沙盘内部统一供电，无需外接电源，便于学生操作；
u  智能农业沙盘采用高强度铝合金骨架，外形尺寸0.8m*0.8m*0.5m；
u  智能农业沙盘包含智能灯光系统、排风系统、智能灌溉系统、传感器系统、执行器系统、云平台系统等，均可通过沙盘内实验模块进行采集和控制；
u  智能农业沙盘采用一体式供电结构，整个沙盘只需连接一根电源线即可，通过一根电源线可以为12路模块供电，省去繁杂的接线工作，便于学生使用操作；
u  智能农业沙盘表面集成12个实验模块插槽，所有实验插槽均可进行磁吸式连接，并且集成防短路设计，支持至多个模块的联动实验，可在单个知识点学习的基础上，进行多模块综合应用实验，可完成无线传感网络实验等多种复杂的联网实验；
u  智能农业沙盘内部硬件与物联网模块底板连接，可通过物联网模块直接控制智能农业的灯光和风扇，代码开源，支持二次开发；
u  提供NewIOT物联网实验平台，用于实验调试及相关物联网模块基础配置；

三、农业物联网模块:

u  采用磁吸式可拆卸结构，集成防呆设计，避免短路；
u  可以无缝吸附到智能农业实训沙盘上，插槽集成供电功能，无需单独外接电源；
u  实验模块表面集成电路图（下图），便于学生更直观的了解元器件的组成及模块的运行原理：

u  模块均采用磁吸式接口设计+搭积木式结构，集成标准的12路弹性插针，可以实现供电、仿真调试、数据通信、IO口拓展等功能，同时支持搭积木式的多级磁吸联接，通过弹性插针即可通信，无须外接跳线，通过模块相互搭积木，组成一套完整的物联网系统，如：STM32处理器+ZigBee无线模块+传感器模块（3层垂直积木，无须额外接线），可拓展性强，如下图所示：
农业物联网模块

四、硬件组成：

序号	项目	名称	数量	备注
1	沙盘	智能农业实训沙盘	1	一体化供电平台
2	调试平台	物联网实验平台	1	一体化供电平台
3	供电底板	3.3V/5V供电底板	12	支持磁吸搭积木
4	单片机模块	嵌入式STM32模块	12	支持磁吸搭积木
5	无线通讯模块	ZigBee无线通信模块	12	支持磁吸搭积木
5	无线通讯模块	WIFI无线通信模块	1	支持磁吸搭积木
6	传感器模块	空气温湿度传感器	1	支持磁吸搭积木
		光照传感器	1	支持磁吸搭积木
		二氧化碳传感器	1	支持磁吸搭积木
		风速传感器	1	支持磁吸搭积木
		雨雪传感器	1	支持磁吸搭积木
		土壤湿度传感器	1	支持磁吸搭积木
		电导率传感器	1	支持磁吸搭积木
		PH值传感器	1	支持磁吸搭积木
		火焰传感器	1	支持磁吸搭积木
		烟雾传感器	1	支持磁吸搭积木
		红外对射传感器	1	支持磁吸搭积木
7	执行控制器模块	双路继电器执行器	2	支持磁吸搭积木
8	云平台	公有云平台	1	支持上云
9	其他配件	电源线、香蕉线等	1

五、硬件参数：

智能农业实训沙盘参数
序号	名称	参数	图片
1	智能农业实训沙盘	l 采用铝合金骨架，尺寸0.8m0.8m0.5m； l 采用5V-12V安全电压，提供1路电源总开关； l 内置农业大棚模型，包含灯光、排风扇、温湿度、光照度、雨雪、风速、二氧化碳、土壤湿度、电导率、PH值、火焰、烟雾、红外对射等传感器。 l 提供2路传感器接口； l 提供2路接线插座，用于接线连接； l 提供12路磁吸模块连接板，支持物联网模块磁吸搭积木连接，至少支持3层模块叠加；
2	物联网实验平台	l 外观尺寸：长415宽310高50（mm），材质：铝合金楔形结构； l 实验平台采用一体式供电结构，整个实验过程只需连接一根电源线和数据线即可。 l 采用全新的教学模式：磁吸积木式教学，所有模块可以进行叠罗汉式(搭积木)的组装连接，支持多层模块叠加，无需外数据线与电源线； l 提供5V供电接口（Type-C）、以太网接口、双路USB接口、J-link下载器接口、CC-Debugger下载器接口、RS232/RS485串口，其中J-link下载器、CC-Debugger下载器均为平台内置，下载程序时只需将模块吸附到平台对应下载端即可，无需接线； l 内置USB串口服务设备,通过1路USB虚拟出多路串口，根据端口虚拟出不同的串口，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 实验平台具备8个通用实验模块插槽，每个插槽集成12路接触点，供模块进行数据通讯及供电，并且插槽集成防短路功能，可直接将模块吸附到插槽内,支持最多8个模块联动实验； l 实验平台上集成了485选择键、ZigBee仿真器复位键、J-Link仿真器启动键和虚拟仪器启动键，在使用不同功能的时候，方便切换和使用，同时实训平台内部集成还原功能模块，当通讯及仿真调试出现混乱时，只需关闭电源再重启，即可恢复出厂设置；
3	3.3v/5v供电底板	l 提供3.3v/5v供电触点，为上层模块进行持续供电； l 提供“通用平台”弹性探针接触点，用于程序下载、串口调试、供电等作用。提供搭积木弹性接触针，用于搭积木形式教学。
4	嵌入式STM32处理器	l 采用STM32F103处理器，内核：ARM 32位的Cortex?-M3 CPU；最高72MHz工作频率，在存储器的0等待周期访问时可达1.25DMips/MHz (Dhrystone 2.1)； l 存储器： l 从16K到32K字节的闪存程序存储器； l 从6K到10K字节的SRAM； l 支持USB、CAN、6个定时器、2个ADC 、6个通信接口； l 提供485选择端、BOOT0两路接口；提供1个复位键； l 程序下载方式为实验平台内部下载，即无须外部接线，节省接线操作时间，带有电源保护电路； l 提供“通用平台”弹性探针接触点，用于程序下载、串口调试、供电等作用。提供搭积木弹性接触针，用于搭积木形式教学。
5	ZigBee无线通信模块	l 主芯片：CC2530F256，256K Flash，8K RAM，内置8051单片机及无线收发器，支持11-26信道更改，支持点播、组播、广播多种类型数据通信，支持自动组网及网络自愈功能； l 串行速率：9600-115200bps多种速率可选； l 无线频率：2.4GHz； l 无线协议：ZigBee2007/PRO； l 通讯接口：UART； l 无障碍传输距离：200米； l 集成串口切换功能，通过跳线方式，可将通讯线路进行切换； l 具备协调器、路由器及终端功能，可通过串口指令让设备在三种类型中自由切换； l 提供“通用平台”弹性探针接触点，用于程序下载、串口调试、供电等作用。提供搭积木弹性接触针，用于搭积木形式教学。
6	Wifi无线通信模块	l 主芯片集成MAC、基频芯片及射频收发单元，内置低功耗运行机制，可以有效的降低功耗运行； l 支持WiFi@2.4GHz802.11b/g/n无线标准； l 支持WEP/WPA-PSK/WPA2-PSK安全模式； l 支持AP、STA、AP+STA工作模式； l 完全集成的串口转无线TCP/UDP传输功能，多个串口速率选择； l 支持TCP/UDPClient注册包机制； l 支持SimpleConfig/Airkiss/usrlink快速联网配置； l 支持AT+指令集配置； l 集成串口切换功能，通过跳线方式，可将通讯线路进行切换； l 通过参数配置，可通过WiFi无线节点，将传感器数据传入云端； l 提供“通用平台”弹性探针接触点，用于程序下载、串口调试、供电等作用。提供搭积木弹性接触针，用于搭积木形式教学。
7	空气温湿度传感器	l 采用DHT11传感器； l 温度：检测范围0-50度，精确到可以达到0.5℃； l 湿度： l 检测范围20%RH-95%RH, 精确到可以达到2%RH； l 支持电容型湿度传感实验； l 支持湿度值脉冲信号输出； l 输出形式：数字量； l 提供“通用平台”弹性探针接触点，用于程序下载、串口调试、供电等作用。提供搭积木弹性接触针，用于搭积木形式教学。
8	光照度传感器	l 采用ROHM原装BH1750FVI芯片； l 输出形式:数字量、模拟量； l 使用宽电压LM393电压比较器,工作稳定； l 光照度范围：0-65535lx l 传感器内置16bitAD转换器，直接数字输出，省略复杂的计算，省略标定，不区分环境光源，接近于视觉灵敏度的分光特性，可对广泛的亮度进行1勒克斯的高精度测定； l 提供“通用平台”弹性探针接触点，用于程序下载、串口调试、供电等作用。提供搭积木弹性接触针，用于搭积木形式教学。
9	二氧化碳传感器	l 测量范围：0-10000ppm； l 测量精度：±（50ppm+5%读数值）； l 输出信号：UART； l 响应时间：＜120s； l 提供“通用平台”弹性探针接触点，用于程序下载、串口调试、供电等作用。提供搭积木弹性接触针，用于搭积木形式教学。
10	风速传感器	l 测量范围：0-30m/s； l 测量精度：±1m/s； l 响应时间：<5s； l 波特率：2400/4800/9600； l 材质：优质铝合金/聚碳酸酯； l 工作湿度环境：0-100%RH(15-95%RH)； l 通讯端口：脉冲/rs485/4-20mA/0-5V/0-10V； l 启动风力 0.2-0.4m/s提供“通用平台”弹性探针接触点，用于程序下载、串口调试、供电等作用。提供搭积木弹性接触针，用于搭积木形式教学。
11	雨雪传感器	l 采用长方形设计，方便安装，检测面积：1500mm2； l 测量参数：雨雪含水率； l 湿度范围：0～100%RH； l 测量精度：±3%RH； l 输出形式：模拟量、开关量； l 提供“通用平台”弹性探针接触点，用于程序下载、串口调试、供电等作用。提供搭积木弹性接触针，用于搭积木形式教学
12	土壤湿度传感器	l 采用叉形设计，方便插入土壤，检测深度38mm； l 测量参数：土壤容积含水率； l 湿度范围：0～100%RH； l 测量精度：±3%RH； l 输出形式：模拟量、开关量； l 提供“通用平台”弹性探针接触点，用于程序下载、串口调试、供电等作用。提供搭积木弹性接触针，用于搭积木形式教学。
13	电导率传感器	l 输出电压：0-3.4V； l 测量范围：0-20ms/cm； l 测量精度：±5%F.S.； l 电级接口：BNC接口； l 提供“通用平台”弹性探针接触点，用于程序下载、串口调试、供电等作用。提供搭积木弹性接触针，用于搭积木形式教学。
14	PH值传感器	l 测量范围：0-14PH； l 测量精度：±0.01PH（25℃）； l 相应时间：≤1Min； l 传感器接口：BNC接口； l 提供“通用平台”弹性探针接触点，用于程序下载、串口调试、供电等作用。提供搭积木弹性接触针，用于搭积木形式教学。
15	火焰传感器	l 探测角度：60°； l 检测波长：760nm-1100nm； l 输出形式：开关量； l 支持灵敏度可调； l 提供“通用平台”弹性探针接触点，用于程序下载、串口调试、供电等作用。提供搭积木弹性接触针，用于搭积木形式教学。
16	烟雾传感器	l 采用可拆卸结构，支持MQ系列半导体气敏元件； l 支持1路数字量输出； l 支持1路模拟量AD输出功能； l 支持灵敏度可调； l 检测浓度：300-10000ppm； l 提供“通用平台”弹性探针接触点，用于程序下载、串口调试、供电等作用。提供搭积木弹性接触针，用于搭积木形式教学。
17	红外对射传感器	l 采用H2010直射型光电传感器，槽宽10mm； l 使用宽电压LM393电压比较器,工作稳定； l 具有信号输出指示灯，输出高电平灯灭，输出低电平灯亮； l 输出形式：开关量； l 提供“通用平台”弹性探针接触点，用于程序下载、串口调试、供电等作用。提供搭积木弹性接触针，用于搭积木形式教学。
18	双路继电器执行器	l 采用5V控制继电器，实现双路控制开关； l 继电器规格3A-200VAC；3A-30VDC； l 提供NO、COM、NC三路输出端，可外接控制设备； l 提供双路指示灯，显示继电器状态； l 提供“通用平台”弹性探针接触点，用于程序下载、串口调试、供电等作用。提供搭积木弹性接触针，用于搭积木形式教学。
19	公有云平台	l 支持传统工业上云：可通过多种通讯方式，如: 5G（NB-IOT）、4G、GPRS（2.5G）、 Lora、 WiFi等，将工业上传统硬件（包括教学传感器模块）接入云端，实现对工业生产环境数据的全面监控； l Modbus协议：采用工业上常用的Modbus协议，可将工业级别传感器完全移植到教学实践中，并提供源代码，让学生更快的与社会接轨； l 可以通过wifi、4g、nb-iot无线模块，将传感器数据直接采集到云端显示； l 支持云组态设置； l 支持手机接收传感器报警信息； l 支持微信小程序显示组态内容，及控制设备等功能；

六、实验实训：
通过将各个实验模块与智能农业实训沙盘相结合，可进行多种实训实验：

智能农业沙盘实训项目
实验一、农业传感器采集实训	实验六、云平台配置与应用实训
实验二、农业执行器控制实训	实验七、农业报警实训
实验三、农业传感器联动控制实训	实验八、RFID读卡与应用实验
实验四、无线传感器网络实训	实验九、农业场景应用实训
实验五、农业场景嵌入式系统开发实训	实验十、WiFi网关通信实验