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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 基于物聯(lián)網(wǎng)農(nóng)業(yè)設(shè)施監(jiān)控系統(tǒng)
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡(jiǎn)介：
- 本文主要研究利用ARM和Linux技術(shù)為支撐，將U-Boot和Linux操作系統(tǒng)進(jìn)行裁減、配置，相應(yīng)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(wù)器，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)設(shè)施遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)。利用CGI程序?qū)崿F(xiàn)了網(wǎng)頁(yè)交互控制遠(yuǎn)程嵌入式設(shè)備。用戶可以在上位機(jī)瀏覽器上對(duì)遠(yuǎn)程設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制。
- 詳細(xì)介紹：
- 本作品主要以ARM微處理器S3C2440A為基礎(chǔ)構(gòu)建數(shù)據(jù)處理模塊以及上位機(jī)交互界面的實(shí)現(xiàn)為核心，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)業(yè)的環(huán)境監(jiān)測(cè)。 移植嵌入式Linux系統(tǒng)到ARM處理器，利用普通USB攝像頭對(duì)農(nóng)業(yè)環(huán)境的視頻監(jiān)測(cè)。 根據(jù)嵌入式系統(tǒng)的軟硬件可裁剪的特點(diǎn)，本著高可靠性、高穩(wěn)定性和高性價(jià)比的原則，采用ARM920T內(nèi)核的S3C2440A處理器為核心，USB攝像頭搭建圖像采集硬件平臺(tái)。利用嵌入式系統(tǒng)的移植，具體實(shí)現(xiàn)UBoot、嵌入式Linux內(nèi)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(shí)現(xiàn)視頻采集，利用JPEG圖像壓縮技術(shù)進(jìn)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(shù)實(shí)現(xiàn)視頻圖像數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)傳輸，并基于SDL庫(kù)進(jìn)行解壓，實(shí)現(xiàn)C/S模式下的客戶端視頻顯示。 在ARM處理器上構(gòu)建嵌入式BOA服務(wù)器，為上位機(jī)交互界面提供服務(wù)，使得任何網(wǎng)絡(luò)都可以訪問(wèn)我們的處理器，并對(duì)農(nóng)業(yè)環(huán)境信息進(jìn)行監(jiān)控管理。比如濕度、溫度、光照、CO2等等。 為了實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的遠(yuǎn)程操控功能，利用HTML語(yǔ)言設(shè)計(jì)上位機(jī)遠(yuǎn)程操控顯示界面，利用信息交互的CGI程序?qū)ΡO(jiān)測(cè)信息的控制。 實(shí)驗(yàn)步驟 1.打開電腦，打開串口終端，進(jìn)行連接。讓后打開目標(biāo)板電源，終端上就打印出目標(biāo)板上Linux啟動(dòng)的信息。 2.在串口終端上輸入命令：#boa 就可以啟動(dòng)目標(biāo)板上的boa服務(wù)器。 3.在任何瀏覽器的地址欄中輸入目標(biāo)板的地址進(jìn)入登陸界面。 4進(jìn)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(shí)間。 點(diǎn)擊查看按鈕，采集數(shù)據(jù)更新： 光照控制：按下相應(yīng)的光照按鈕，燈就會(huì)關(guān)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(wù)器就會(huì)在開啟狀態(tài)。在命令行將攝像頭打開：#webcam_web 命令就可啟動(dòng)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(gè)腳本命令，它里面的命令很長(zhǎng)。 5.3 測(cè)試的過(guò)程及效果 (1)遠(yuǎn)程監(jiān)控測(cè)試：測(cè)試的控制界面可以對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)M箱里的四個(gè)LED等控制?？梢圆杉r(nóng)業(yè)設(shè)施環(huán)境的溫度、濕度和CO2濃度。圖5-3-1上最上一行是調(diào)用系統(tǒng)的時(shí)間實(shí)時(shí)顯示在網(wǎng)頁(yè)上。 A：采集測(cè)試：當(dāng)我們按下“查看”按鈕時(shí)，濕度、溫度和CO2濃度的值會(huì)顯示最新時(shí)刻的相應(yīng)值。對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)： 溫 度<----------->ds18b20 濕 度<----------->adc0 CO2濃度<----------->adc1 B：控制測(cè)試：當(dāng)我們按下相應(yīng)的光照按鈕，LED燈就會(huì)亮起或者關(guān)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(gè)燈亮，后三個(gè)燈全滅，那么config.ini文件中的內(nèi)容改為：led1=1,led2=0,led3=0,led4=0。每次LED的亮滅狀態(tài)都會(huì)被寫入config.ini文件。 目標(biāo)板上的四個(gè)LED燈已經(jīng)引出在GPIO接口上的3、5、7、9四個(gè)引腳上，當(dāng)我們控制模擬箱的四個(gè)燈時(shí)即可引出。正在設(shè)計(jì)相應(yīng)的電源電路。灌溉控制也由四個(gè)按鍵引出腳接入，同樣在GPIO接口上引出來(lái)?？梢杂脦эL(fēng)扇的小電機(jī)模擬模擬箱的通風(fēng)情況。 (2)視頻采集測(cè)試：當(dāng)我們單擊左側(cè)欄里的“視頻”時(shí)，就會(huì)看到我們監(jiān)控的畫面。視頻界面可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)農(nóng)業(yè)設(shè)施環(huán)境，“拍照”可以對(duì)當(dāng)前的狀態(tài)進(jìn)行拍照。 圖5-3-3頻監(jiān)控界面 系統(tǒng)的農(nóng)業(yè)設(shè)施模型初步搭建完成，正在測(cè)試中。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 1作品設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的： 隨著我國(guó)土地資源的不斷減少，耕地農(nóng)作物的土地資源也越來(lái)越少。由于科技技術(shù)的不斷發(fā)展，農(nóng)戶也越來(lái)越多地關(guān)注溫室的自動(dòng)化和電氣化。遠(yuǎn)程農(nóng)業(yè)設(shè)施監(jiān)控系統(tǒng)也越來(lái)越受到人們的關(guān)注。 2基本思路： 本作品主要以ARM微處理器S3C2440A為基礎(chǔ)構(gòu)建數(shù)據(jù)處理模塊以及上位機(jī)交互界面的實(shí)現(xiàn)為核心，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)業(yè)的環(huán)境監(jiān)測(cè)。移植嵌入式Linux系統(tǒng)到ARM處理器，利用普通USB攝像頭對(duì)農(nóng)業(yè)環(huán)境的視頻監(jiān)測(cè)。 創(chuàng)新點(diǎn)： 1. 利用電話網(wǎng)線或公共網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)業(yè)設(shè)施環(huán)境信息的遠(yuǎn)程采集和遠(yuǎn)程控制； 2. 采用USB攝像頭對(duì)農(nóng)業(yè)設(shè)施環(huán)境進(jìn)行遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)設(shè)施農(nóng)業(yè)的無(wú)人化。 本作品將物聯(lián)網(wǎng)與農(nóng)業(yè)相結(jié)合，利用ARM嵌入式處理器S3C2440A實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)測(cè)，同時(shí)可以遠(yuǎn)程操控溫度、濕度、光照、大氣環(huán)境等執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守的功能。 4技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)： 一、 分析了系統(tǒng)進(jìn)行可行性，包括簡(jiǎn)要的理論基礎(chǔ)，處理器和開發(fā)板的選型，系統(tǒng)性能參數(shù)的設(shè)定等。 二、 研究了Linux操作系統(tǒng)內(nèi)核原理及Linux系統(tǒng)中的內(nèi)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(chǔ)。 三、 研究了嵌入式開發(fā)的相關(guān)技術(shù)，尤其是ARM9處理器及其外圍設(shè)備構(gòu)建的嵌入式系統(tǒng)。 四、 為了實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)業(yè)設(shè)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(jī)構(gòu)遠(yuǎn)程操控功能，分析和確定上位機(jī)人機(jī)界面系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案，以期真正實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守，提升監(jiān)控系統(tǒng)的智能化。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 作品的科學(xué)性先進(jìn)性： 本作品以現(xiàn)代農(nóng)業(yè)監(jiān)控技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)相融合，在傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)、人機(jī)交互控制系統(tǒng)三個(gè)方面展開工作，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范區(qū)的實(shí)時(shí)監(jiān)控、自動(dòng)化管理和遠(yuǎn)程信息采集等功能。 目前國(guó)內(nèi)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控方面還存在應(yīng)用不夠廣泛，功能簡(jiǎn)單，應(yīng)用軟件普及率較低等特點(diǎn)。 6技術(shù)性分析說(shuō)明： 1.基于ARM構(gòu)建的嵌入式系統(tǒng) (1)嵌入式Linux的搭建：建立虛擬機(jī)，在虛擬機(jī)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(luò)服務(wù)器的搭建：將BOA服務(wù)器移植到ARM板，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集以及控制。 2.上位機(jī)人機(jī)界面的設(shè)計(jì) (1)采用HTML語(yǔ)言設(shè)計(jì)系統(tǒng)的控制界面，HTML語(yǔ)言是網(wǎng)絡(luò)的通用語(yǔ)言，簡(jiǎn)單、通用的標(biāo)記語(yǔ)言。 (2)為了實(shí)現(xiàn)信息的控制，采用信息交互的CGI程序。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)校級(jí)比賽
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無(wú)
作品可展示的形式
- 實(shí)物、產(chǎn)品 模型 現(xiàn)場(chǎng)演示 圖片
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 該作品的技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)： 1. 利用現(xiàn)代工程技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)信息技術(shù)等等，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控農(nóng)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(chǎng)上的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，我們通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，增加新技術(shù)的形式，降低了成本，進(jìn)一步增加了用戶數(shù)量，使更多的農(nóng)戶能夠接受本作品。 作品的適應(yīng)范圍： 廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)溫室、設(shè)施水產(chǎn)、設(shè)施畜禽等方面，應(yīng)用范圍廣，它借助現(xiàn)代化設(shè)施和科學(xué)技術(shù)，改善作物生長(zhǎng)環(huán)境或營(yíng)造人工環(huán)境，抵御惡劣的氣候和環(huán)境條件，延長(zhǎng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)時(shí)間。 經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)： 1．本作品具有一定的創(chuàng)新技術(shù)，這套遠(yuǎn)程農(nóng)業(yè)設(shè)施環(huán)境監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)，可以遠(yuǎn)程、低成本、利用網(wǎng)絡(luò)控制。 2. 項(xiàng)目的實(shí)施不僅可提高整個(gè)生態(tài)農(nóng)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(dāng)前面臨的實(shí)際問(wèn)題，還可樹立良好的示范效益，成為生態(tài)農(nóng)業(yè)信息化的領(lǐng)頭羊，提高農(nóng)作品影響力，提高客戶認(rèn)知度，創(chuàng)造更好的經(jīng)濟(jì)效益。
同類課題研究水平概述
- 國(guó)內(nèi)外遠(yuǎn)程農(nóng)業(yè)設(shè)施監(jiān)控最新研究水平概述 目前，世界設(shè)施農(nóng)業(yè)已經(jīng)發(fā)展到較高水平，形成了成套的技術(shù)、完整的設(shè)施設(shè)備和生產(chǎn)規(guī)范，并在向無(wú)人化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化和無(wú)線化方向發(fā)展，其中無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)是物聯(lián)網(wǎng)的一部分。 隨著網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用，計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)、傳感技術(shù)等多項(xiàng)信息技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。據(jù)美國(guó)伊利諾伊州統(tǒng)計(jì)，有67%農(nóng)戶使用了計(jì)算機(jī)，其中27%使用了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。目前，日本全國(guó)電腦自動(dòng)化技術(shù)已在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)部門中使用，普及率達(dá)到92%。農(nóng)業(yè)信息支持系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展，為設(shè)施農(nóng)業(yè)網(wǎng)絡(luò)化平臺(tái)建設(shè)、管理、模式化運(yùn)行、遠(yuǎn)程服務(wù)提供了保證。 設(shè)施農(nóng)業(yè)的現(xiàn)代化控制系統(tǒng)能根據(jù)作物對(duì)環(huán)境的不同需要，由計(jì)算機(jī)對(duì)設(shè)施農(nóng)業(yè)環(huán)境的溫度、光照、濕度、灌溉等進(jìn)行單項(xiàng)或多項(xiàng)聯(lián)合自動(dòng)監(jiān)測(cè)和調(diào)控，并可實(shí)現(xiàn)溫室作物全天候、周年性的高效生產(chǎn)，正朝著智能化、自動(dòng)化管理方向發(fā)展。 中國(guó)設(shè)施農(nóng)業(yè)研究始于20世紀(jì)80年代后期，經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，取得了很大的發(fā)展。但是與設(shè)施農(nóng)業(yè)比較發(fā)達(dá)的國(guó)家相比，仍有較大的差距，主要表現(xiàn)在：(1)設(shè)施水平低下；(2)機(jī)械化程度低；(3)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)含量低，智能化、自動(dòng)化程度不高，難以滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際需求。因此我國(guó)各地紛紛引進(jìn)國(guó)外的一些先進(jìn)的溫室設(shè)施進(jìn)行示范推廣。但是，國(guó)外引進(jìn)溫室設(shè)施控制設(shè)備價(jià)格昂貴。 目前，多家大學(xué)、研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)先后自主研制了智能溫室作品，從國(guó)內(nèi)溫室環(huán)境控制方面研究來(lái)看，基于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通過(guò)電纜的控制系統(tǒng)相對(duì)比較成熟，但是通過(guò)Internet網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)寥寥無(wú)幾。但是電纜易于老化，費(fèi)用高等等，系統(tǒng)可靠性降低。
