基本信息
- 項目名稱：
- 基于物聯(lián)網(wǎng)農業(yè)設施監(jiān)控系統(tǒng)
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 本文主要研究利用ARM和Linux技術為支撐，將U-Boot和Linux操作系統(tǒng)進行裁減、配置，相應地移植到S3C2440A開發(fā)板上，在嵌入式Linux系統(tǒng)上制作YAFFS2根文件系統(tǒng)，并在其上配置搭建BOA服務器，實現(xiàn)了農業(yè)設施遠程監(jiān)控系統(tǒng)設計。利用CGI程序實現(xiàn)了網(wǎng)頁交互控制遠程嵌入式設備。用戶可以在上位機瀏覽器上對遠程設備進行監(jiān)測和控制。
- 詳細介紹：
- 本作品主要以ARM微處理器S3C2440A為基礎構建數(shù)據(jù)處理模塊以及上位機交互界面的實現(xiàn)為核心，通過網(wǎng)絡傳輸實現(xiàn)對農業(yè)的環(huán)境監(jiān)測。 移植嵌入式Linux系統(tǒng)到ARM處理器，利用普通USB攝像頭對農業(yè)環(huán)境的視頻監(jiān)測。 根據(jù)嵌入式系統(tǒng)的軟硬件可裁剪的特點，本著高可靠性、高穩(wěn)定性和高性價比的原則，采用ARM920T內核的S3C2440A處理器為核心，USB攝像頭搭建圖像采集硬件平臺。利用嵌入式系統(tǒng)的移植，具體實現(xiàn)UBoot、嵌入式Linux內核和YFFS2根文件系統(tǒng)的移植。采用嵌入式Linux操作系統(tǒng)下的video4Linux的API函數(shù)接口實現(xiàn)視頻采集，利用JPEG圖像壓縮技術進行圖像壓縮，以便于圖像的傳輸。圖像的傳輸采用面向連接的Internet TCP協(xié)議和socket編程技術實現(xiàn)視頻圖像數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡傳輸，并基于SDL庫進行解壓，實現(xiàn)C/S模式下的客戶端視頻顯示。 在ARM處理器上構建嵌入式BOA服務器，為上位機交互界面提供服務，使得任何網(wǎng)絡都可以訪問我們的處理器，并對農業(yè)環(huán)境信息進行監(jiān)控管理。比如濕度、溫度、光照、CO2等等。 為了實現(xiàn)農業(yè)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的遠程操控功能，利用HTML語言設計上位機遠程操控顯示界面，利用信息交互的CGI程序對監(jiān)測信息的控制。 實驗步驟 1.打開電腦，打開串口終端，進行連接。讓后打開目標板電源，終端上就打印出目標板上Linux啟動的信息。 2.在串口終端上輸入命令：#boa 就可以啟動目標板上的boa服務器。 3.在任何瀏覽器的地址欄中輸入目標板的地址進入登陸界面。 4進入登陸界面，輸入用戶名和密碼，root和111111。 5.成功登錄后，我們看到主控界面，顯示時間。 點擊查看按鈕，采集數(shù)據(jù)更新： 光照控制：按下相應的光照按鈕，燈就會關閉或開啟。 6.在鍵盤上按回車，回到命令行。開發(fā)板不掉電，boa服務器就會在開啟狀態(tài)。在命令行將攝像頭打開：#webcam_web 命令就可啟動攝像頭。打開火狐瀏覽器就可以看到視頻監(jiān)控。 wbcam_web是我自己寫的一個腳本命令，它里面的命令很長。 5.3 測試的過程及效果 (1)遠程監(jiān)控測試：測試的控制界面可以對實驗模擬箱里的四個LED等控制。可以采集農業(yè)設施環(huán)境的溫度、濕度和CO2濃度。圖5-3-1上最上一行是調用系統(tǒng)的時間實時顯示在網(wǎng)頁上。 A：采集測試：當我們按下“查看”按鈕時，濕度、溫度和CO2濃度的值會顯示最新時刻的相應值。對應的驅動： 溫 度<----------->ds18b20 濕 度<----------->adc0 CO2濃度<----------->adc1 B：控制測試：當我們按下相應的光照按鈕，LED燈就會亮起或者關閉。圖5-3-2為按下“光照2”和“光照4”的效果圖。我們可以看到LED2和LED4亮起了?？梢孕薷腸onfig.ini文件，確定LED的初始化狀態(tài)。比如要使第一個燈亮，后三個燈全滅，那么config.ini文件中的內容改為：led1=1,led2=0,led3=0,led4=0。每次LED的亮滅狀態(tài)都會被寫入config.ini文件。 目標板上的四個LED燈已經引出在GPIO接口上的3、5、7、9四個引腳上，當我們控制模擬箱的四個燈時即可引出。正在設計相應的電源電路。灌溉控制也由四個按鍵引出腳接入，同樣在GPIO接口上引出來?？梢杂脦эL扇的小電機模擬模擬箱的通風情況。 (2)視頻采集測試：當我們單擊左側欄里的“視頻”時，就會看到我們監(jiān)控的畫面。視頻界面可以實時監(jiān)測農業(yè)設施環(huán)境，“拍照”可以對當前的狀態(tài)進行拍照。 圖5-3-3頻監(jiān)控界面 系統(tǒng)的農業(yè)設施模型初步搭建完成，正在測試中。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 1作品設計、發(fā)明的目的： 隨著我國土地資源的不斷減少，耕地農作物的土地資源也越來越少。由于科技技術的不斷發(fā)展，農戶也越來越多地關注溫室的自動化和電氣化。遠程農業(yè)設施監(jiān)控系統(tǒng)也越來越受到人們的關注。 2基本思路： 本作品主要以ARM微處理器S3C2440A為基礎構建數(shù)據(jù)處理模塊以及上位機交互界面的實現(xiàn)為核心，通過網(wǎng)絡傳輸實現(xiàn)對農業(yè)的環(huán)境監(jiān)測。移植嵌入式Linux系統(tǒng)到ARM處理器，利用普通USB攝像頭對農業(yè)環(huán)境的視頻監(jiān)測。 創(chuàng)新點： 1. 利用電話網(wǎng)線或公共網(wǎng)絡實現(xiàn)對農業(yè)設施環(huán)境信息的遠程采集和遠程控制； 2. 采用USB攝像頭對農業(yè)設施環(huán)境進行遠程視頻監(jiān)控，實現(xiàn)設施農業(yè)的無人化。 本作品將物聯(lián)網(wǎng)與農業(yè)相結合，利用ARM嵌入式處理器S3C2440A實現(xiàn)遠程視頻監(jiān)測，同時可以遠程操控溫度、濕度、光照、大氣環(huán)境等執(zhí)行機構，實現(xiàn)無人值守的功能。 4技術關鍵和主要技術指標： 一、 分析了系統(tǒng)進行可行性，包括簡要的理論基礎，處理器和開發(fā)板的選型，系統(tǒng)性能參數(shù)的設定等。 二、 研究了Linux操作系統(tǒng)內核原理及Linux系統(tǒng)中的內存管理，編寫了Linux操作系統(tǒng)下串口讀寫操作程序，為系統(tǒng)的開發(fā)打下基礎。 三、 研究了嵌入式開發(fā)的相關技術，尤其是ARM9處理器及其外圍設備構建的嵌入式系統(tǒng)。 四、 為了實現(xiàn)對農業(yè)設施環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的溫度、濕度、光照、大氣環(huán)境等執(zhí)行機構遠程操控功能，分析和確定上位機人機界面系統(tǒng)實現(xiàn)方案，以期真正實現(xiàn)無人值守，提升監(jiān)控系統(tǒng)的智能化。
科學性、先進性
- 作品的科學性先進性： 本作品以現(xiàn)代農業(yè)監(jiān)控技術和物聯(lián)網(wǎng)相融合，在傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)、實時監(jiān)控系統(tǒng)、人機交互控制系統(tǒng)三個方面展開工作，實現(xiàn)現(xiàn)代農業(yè)示范區(qū)的實時監(jiān)控、自動化管理和遠程信息采集等功能。 目前國內通過網(wǎng)絡遠程視頻監(jiān)控方面還存在應用不夠廣泛，功能簡單，應用軟件普及率較低等特點。 6技術性分析說明： 1.基于ARM構建的嵌入式系統(tǒng) (1)嵌入式Linux的搭建：建立虛擬機，在虛擬機上安裝RedHat Linux系統(tǒng)，然后在Linux系統(tǒng)下搭建嵌入式的Linux。 (2)根文件系統(tǒng)的制作：采用YAFFS2制作根文件系統(tǒng)，然后移植到ARM板上。 (3)網(wǎng)絡服務器的搭建：將BOA服務器移植到ARM板，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集以及控制。 2.上位機人機界面的設計 (1)采用HTML語言設計系統(tǒng)的控制界面，HTML語言是網(wǎng)絡的通用語言，簡單、通用的標記語言。 (2)為了實現(xiàn)信息的控制，采用信息交互的CGI程序。
獲獎情況及鑒定結果
- 青島農業(yè)大學校級比賽
作品所處階段
- 實驗室階段
技術轉讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 實物、產品 模型 現(xiàn)場演示 圖片
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經濟效益預測
- 該作品的技術特點和優(yōu)勢： 1. 利用現(xiàn)代工程技術、自動化技術、計算機信息技術等等，通過物聯(lián)網(wǎng)絡監(jiān)控農作物物灌溉情況、氣象狀況、環(huán)境狀況，采集溫度、大氣濕度、光照、CO2含量等等的信息。 2. 相比于市場上的遠程監(jiān)控系統(tǒng)，我們通過優(yōu)化設計結構，增加新技術的形式，降低了成本，進一步增加了用戶數(shù)量，使更多的農戶能夠接受本作品。 作品的適應范圍： 廣泛應用于農業(yè)溫室、設施水產、設施畜禽等方面，應用范圍廣，它借助現(xiàn)代化設施和科學技術，改善作物生長環(huán)境或營造人工環(huán)境，抵御惡劣的氣候和環(huán)境條件，延長農業(yè)生產時間。 經濟效益預測： 1．本作品具有一定的創(chuàng)新技術，這套遠程農業(yè)設施環(huán)境監(jiān)測控制系統(tǒng)，可以遠程、低成本、利用網(wǎng)絡控制。 2. 項目的實施不僅可提高整個生態(tài)農業(yè)的信息化管理水平，提高從業(yè)人員的信息素養(yǎng)和管理水平，解決當前面臨的實際問題，還可樹立良好的示范效益，成為生態(tài)農業(yè)信息化的領頭羊，提高農作品影響力，提高客戶認知度，創(chuàng)造更好的經濟效益。
同類課題研究水平概述
- 國內外遠程農業(yè)設施監(jiān)控最新研究水平概述 目前，世界設施農業(yè)已經發(fā)展到較高水平，形成了成套的技術、完整的設施設備和生產規(guī)范，并在向無人化、智能化、網(wǎng)絡化和無線化方向發(fā)展，其中無線傳感網(wǎng)絡是物聯(lián)網(wǎng)的一部分。 隨著網(wǎng)絡信息技術在農業(yè)中的應用，計算機技術、通訊技術、傳感技術等多項信息技術在各個領域得到廣泛的應用。據(jù)美國伊利諾伊州統(tǒng)計，有67%農戶使用了計算機，其中27%使用了網(wǎng)絡技術。目前，日本全國電腦自動化技術已在農業(yè)生產部門中使用，普及率達到92%。農業(yè)信息支持系統(tǒng)技術的發(fā)展，為設施農業(yè)網(wǎng)絡化平臺建設、管理、模式化運行、遠程服務提供了保證。 設施農業(yè)的現(xiàn)代化控制系統(tǒng)能根據(jù)作物對環(huán)境的不同需要，由計算機對設施農業(yè)環(huán)境的溫度、光照、濕度、灌溉等進行單項或多項聯(lián)合自動監(jiān)測和調控，并可實現(xiàn)溫室作物全天候、周年性的高效生產，正朝著智能化、自動化管理方向發(fā)展。 中國設施農業(yè)研究始于20世紀80年代后期，經過幾十年的發(fā)展，取得了很大的發(fā)展。但是與設施農業(yè)比較發(fā)達的國家相比，仍有較大的差距，主要表現(xiàn)在：(1)設施水平低下；(2)機械化程度低；(3)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的技術含量低，智能化、自動化程度不高，難以滿足現(xiàn)代農業(yè)生產的實際需求。因此我國各地紛紛引進國外的一些先進的溫室設施進行示范推廣。但是，國外引進溫室設施控制設備價格昂貴。 目前，多家大學、研究機構和企業(yè)先后自主研制了智能溫室作品，從國內溫室環(huán)境控制方面研究來看，基于點對點通過電纜的控制系統(tǒng)相對比較成熟，但是通過Internet網(wǎng)絡的遠程監(jiān)控系統(tǒng)寥寥無幾。但是電纜易于老化，費用高等等，系統(tǒng)可靠性降低。
