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LGWL-SP01型 食品溯源物聯(lián)網(wǎng)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)
一、系統(tǒng)簡(jiǎn)介
LGWL-SP01型 食品溯源物聯(lián)網(wǎng)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)是針對(duì)近年來(lái)頻發(fā)的食品安全危機(jī)設(shè)計(jì)的覆蓋食品“產(chǎn)、加、運(yùn)、儲(chǔ)、銷”各個(gè)環(huán)節(jié)的追溯系統(tǒng)。它綜合運(yùn)用傳感器采集、RFID射頻識(shí)別、設(shè)備控制、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)、嵌入式系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)通信等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及多學(xué)科技術(shù)的交叉融合,依托部署在溯源沙盤中的各種傳感器節(jié)點(diǎn)、射頻識(shí)別裝置、控制節(jié)點(diǎn)、智能網(wǎng)關(guān)、服務(wù)器以及客戶端等,實(shí)現(xiàn)食品生產(chǎn)環(huán)節(jié)的智能感知與控制,加工環(huán)節(jié)的標(biāo)簽自動(dòng)識(shí)別讀寫,運(yùn)輸環(huán)節(jié)的車輛智能定位與智能冷鏈感知,倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)節(jié)的貨架信息的智能感知,超市銷售環(huán)節(jié)的自助結(jié)算和食品溯源查詢等功能,為提供安全可靠的食品保駕護(hù)航。
二、系統(tǒng)構(gòu)成
LGWL-SP01型 食品溯源物聯(lián)網(wǎng)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)主要分為農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)區(qū)、加工廠、交通運(yùn)輸、倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)、超市銷售結(jié)算區(qū),分別實(shí)現(xiàn)智能農(nóng)牧業(yè)系統(tǒng)、食品加工標(biāo)簽智能識(shí)別系統(tǒng)、車輛運(yùn)輸跟蹤管理系統(tǒng)、倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)、智能超市結(jié)算系統(tǒng)等。
1、系統(tǒng)外觀
智能農(nóng)業(yè)大棚環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)集成傳感器采集、設(shè)備控制、嵌入式實(shí)時(shí)處理以及無(wú)線通信等技術(shù),利用各種傳感器實(shí)時(shí)采集農(nóng)作物生長(zhǎng)過(guò)程中的光照、空氣溫濕度、土壤溫濕度、二氧化碳濃度等參數(shù),并通過(guò)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)傳輸至智能網(wǎng)關(guān)的監(jiān)控平臺(tái),平臺(tái)軟件利用農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)預(yù)設(shè)的農(nóng)作物生長(zhǎng)的各項(xiàng)指標(biāo)要求,經(jīng)過(guò)分析處理,及時(shí)精確地控制農(nóng)用設(shè)備的自動(dòng)開啟、關(guān)閉(如遠(yuǎn)程控制節(jié)水系統(tǒng)、調(diào)整大棚內(nèi)濕度、控制通風(fēng)換氣的閥門等),調(diào)節(jié)大棚環(huán)境狀況使其更有利于農(nóng)作物的生長(zhǎng),進(jìn)而達(dá)到提高農(nóng)作物產(chǎn)量和質(zhì)量的目的。同時(shí),大棚內(nèi)安裝網(wǎng)絡(luò)攝像頭,可以通過(guò)監(jiān)控平臺(tái)遠(yuǎn)程監(jiān)控農(nóng)作物的長(zhǎng)勢(shì)情況和大棚的安全狀況。
智能養(yǎng)殖場(chǎng)系統(tǒng)包括魚塘養(yǎng)殖場(chǎng)和牛羊養(yǎng)殖場(chǎng)兩種系統(tǒng)。
魚塘:通過(guò)中央控制系統(tǒng)可以遠(yuǎn)程控制水循環(huán)換氣泵工作,改善魚塘水環(huán)境。
加工廠環(huán)節(jié)主要模擬對(duì)農(nóng)產(chǎn)品(如蔬菜、牛羊肉、魚肉等)的加工,具體包括記錄運(yùn)輸原材料的車輛進(jìn)廠日期、時(shí)間等;實(shí)時(shí)采集工廠室內(nèi)溫濕度等環(huán)境參數(shù);控制換氣閥門調(diào)整加工環(huán)境;并為產(chǎn)品包裝打印RFID電子標(biāo)簽(高頻和超高頻標(biāo)簽),系統(tǒng)中記錄了加工單位、加工日期、加工過(guò)程所使用的添加劑、包裝重量、環(huán)境參數(shù)等;以及記錄運(yùn)輸產(chǎn)品的車輛信息等,這些信息均通過(guò)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)和以太網(wǎng)傳輸至服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行保存。
運(yùn)輸環(huán)節(jié)主要模擬運(yùn)輸車輛裝滿貨物,從種植區(qū)駛出、途徑加工廠,加油站、ETC公路、到達(dá)倉(cāng)庫(kù)卸貨,*后進(jìn)入超市的整個(gè)過(guò)程。
運(yùn)輸車輛依靠RFID技術(shù)模擬GPS地理定位裝置,將車輛所處的地理信息、產(chǎn)品所處環(huán)境的溫濕度數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)及時(shí)傳輸給服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù),加工廠出貨人員和倉(cāng)儲(chǔ)管理人員只需登錄到運(yùn)輸車輛跟蹤客戶端系統(tǒng),就可以查閱到當(dāng)前車輛所處的地理位置,運(yùn)行軌跡,監(jiān)測(cè)運(yùn)輸車輛是否安全到達(dá)目的地等。
對(duì)于不規(guī)則貨物,可采用機(jī)器臂控制系統(tǒng)裝卸貨。六自由度機(jī)械臂的臂部由大臂、小臂組成,一般具有兩個(gè)自由度,即伸縮、回轉(zhuǎn)、俯仰或升降,采用單片機(jī)控制運(yùn)動(dòng)軌跡。當(dāng)小車到達(dá)裝卸貨指定地點(diǎn)時(shí),通過(guò)無(wú)線向管理平臺(tái)發(fā)出命令,管理平臺(tái)接收到后,通過(guò)無(wú)線通信向機(jī)器臂控制器發(fā)送裝卸貨指令,控制器接收到命令后,就按照指定的取貨位置,操作機(jī)器臂經(jīng)過(guò)回轉(zhuǎn)、伸縮、升降、俯仰等幾組動(dòng)作組合,實(shí)現(xiàn)貨物的自動(dòng)裝卸。貨物裝卸完成后,運(yùn)輸車自動(dòng)離開。
7、 倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)節(jié)——倉(cāng)儲(chǔ)物品自動(dòng)感知系統(tǒng)
倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)節(jié)主要模擬產(chǎn)品出入倉(cāng)庫(kù)、物品貨架庫(kù)位的自動(dòng)識(shí)別、物品信息自動(dòng)盤點(diǎn)等功能。該環(huán)節(jié)有兩種展示形式,一種是實(shí)際倉(cāng)儲(chǔ)方式,一種在沙盤上模擬。
實(shí)際倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)將物品信息綁定到超高頻電子標(biāo)簽中,通過(guò)倉(cāng)庫(kù)出入口處安裝的超高頻讀寫器對(duì)電子標(biāo)簽進(jìn)行識(shí)別,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、準(zhǔn)確地采集物品出入庫(kù)信息;同時(shí)采用鋁制貨架,貨架每一層的每一個(gè)庫(kù)位都安裝有高頻天線,通過(guò)多路選擇器連接到高頻讀卡器上,用于識(shí)別庫(kù)位上放置的物品,實(shí)現(xiàn)對(duì)庫(kù)位現(xiàn)有貨物的盤點(diǎn)以及貨物的定位功能。出入庫(kù)超高頻讀寫器以及盤點(diǎn)高頻讀寫器分別通過(guò)以太網(wǎng)和無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)接入中央控制系統(tǒng),由中央控制系統(tǒng)統(tǒng)一管理。
模擬的立體倉(cāng)庫(kù)的庫(kù)位是可伸縮移動(dòng)的。它主要由電動(dòng)絲杠滑臺(tái)、滑臺(tái)驅(qū)動(dòng)器、滑臺(tái)控制器三部分組成,安裝在鋁合金框架內(nèi),形成一個(gè)至少4庫(kù)位的立體倉(cāng)庫(kù)。
8、供銷環(huán)節(jié)——超市智能溯源與結(jié)算系統(tǒng)
供銷環(huán)節(jié)主要模擬超市的稱重功能、自動(dòng)結(jié)算和商品溯源查詢等三個(gè)功能。
稱重功能首先通過(guò)RFID讀寫器讀出商品上RFID標(biāo)簽信息,并將此商品在電子秤上稱出重量,同時(shí)輸入商品單價(jià)并結(jié)算出總價(jià),*后將商品的名稱,價(jià)格信息通過(guò)標(biāo)簽打印機(jī)打印出對(duì)應(yīng)信息和用于溯源與結(jié)算的二維碼。
結(jié)算功能:系統(tǒng)可采用掃描槍掃描商品上的二維碼實(shí)現(xiàn)結(jié)算,語(yǔ)音播報(bào)當(dāng)前結(jié)算總額。也可以使用設(shè)置的超高頻讀卡器完成貨物(帶有超高頻標(biāo)簽)的自動(dòng)結(jié)算功能。即將多件帶有超高頻標(biāo)簽的貨物同時(shí)經(jīng)過(guò)超高頻讀卡器,系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)將貨物名稱和單價(jià)以及總價(jià)顯示出來(lái),并通過(guò)語(yǔ)音播放器播報(bào)商品總價(jià)。
溯源查詢功能:用戶可以將攜帶二維碼標(biāo)簽的商品拿到溯源查詢一體機(jī)的識(shí)別區(qū),通過(guò)二維碼識(shí)別系統(tǒng)讀取存儲(chǔ)的信息,在終端界面上顯示商品的原產(chǎn)地、加工廠狀況、運(yùn)輸狀況以及單價(jià)等信息。
三、硬件組成
服務(wù)器、客戶端、鋁合金鋼架模型等組成。
1、感知設(shè)備:
主要由傳感器調(diào)理板、ZigBee無(wú)線通信模塊以及接口底板組成。傳感器涉及環(huán)境溫濕度、土壤溫濕度、光線強(qiáng)度、二氧化碳濃度等,可根據(jù)客戶需求定制不同類型的傳感器節(jié)點(diǎn)。它們通過(guò)ZigBee技術(shù)將采樣數(shù)據(jù)傳輸給中央控制系統(tǒng)的智能網(wǎng)關(guān)。
2、控制設(shè)備:
主要由執(zhí)行設(shè)備、ZigBee無(wú)線通信模塊以及接口底板組成??刂圃O(shè)備主要分為直流供電型、以及交流供電型。直流供電型主要針對(duì)執(zhí)行設(shè)備的供電是直流電源,如道閘控制器、加工廠模擬通風(fēng)扇等,它們的供電電源均是DC12V。交流供電型主要針對(duì)執(zhí)行設(shè)備的供電是交流市電電源,如滴灌、加濕器、換氣泵等,它們的供電電源均是AC220V??刂圃O(shè)備通過(guò)ZigBee通信技術(shù)向智能網(wǎng)關(guān)發(fā)送當(dāng)前設(shè)備的控制狀態(tài)或接收智能網(wǎng)關(guān)的控制命令。
3、射頻識(shí)別裝置:
本系統(tǒng)中的射頻識(shí)別裝置主要包括兩種,一種是超高頻讀寫器裝置、一種是高頻讀寫器裝置,分別用在倉(cāng)儲(chǔ)出入庫(kù)環(huán)節(jié)、以及倉(cāng)儲(chǔ)貨架商品自動(dòng)盤點(diǎn)環(huán)節(jié)。
4、視頻監(jiān)控設(shè)備:
采用網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī),安裝在溫室大棚內(nèi)部,用于溫室大棚環(huán)境遠(yuǎn)程監(jiān)控。
5、智能小車:
由核心控制板、ZigBee通信模塊、傳感器采集板、伺服電機(jī)、供電板、輪式底盤等組成,通過(guò)核心控制板固化的采樣控制程序,實(shí)現(xiàn)車輛的自動(dòng)循跡、避障、紅燈擇路行駛、前進(jìn)、后退、左右轉(zhuǎn)彎、到站停車、以及與智能網(wǎng)關(guān)的無(wú)線通信等功能。
6、智能網(wǎng)關(guān):
安裝在中央控制系統(tǒng)區(qū)域的實(shí)驗(yàn)桌上,整體封裝在模具內(nèi),操作方便,美觀大方。嵌入式主板集成ZigBee無(wú)線通信模塊,與系統(tǒng)傳感器節(jié)點(diǎn)、控制器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行ZigBee數(shù)據(jù)通信。主板集成了以太網(wǎng)接口,通過(guò)TCP/IP協(xié)議與PC服務(wù)器或客戶端進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。同時(shí),主板集成了WiFi模塊,可直接連接無(wú)線路由器,替換以太網(wǎng)布線,降低了系統(tǒng)的復(fù)雜度。而且,主板留有3G模塊的接口,可實(shí)現(xiàn)智能網(wǎng)關(guān)直接接入移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的功能。
7、PC服務(wù)器:
它是整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)的核心,主要運(yùn)行食品溯源服務(wù)器應(yīng)用程序,建立數(shù)據(jù)庫(kù)和Socket服務(wù)器,實(shí)時(shí)監(jiān)聽客戶端的請(qǐng)求,存儲(chǔ)與客戶端的TCP/IP連接信息、以及雙方的通信數(shù)據(jù)。
8、客戶端:
它是整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)的操作接口,主要運(yùn)行食品溯源客戶端應(yīng)用程序,建立數(shù)據(jù)庫(kù)和Socket客戶端,分別與PC服務(wù)器或智能網(wǎng)關(guān)進(jìn)行TCP/IP數(shù)據(jù)通信,具有良好的人機(jī)交互界面,方便用戶操作,完成整個(gè)食品溯源的過(guò)程。
9、鋁合金鋼架模型:
支撐食品溯源系統(tǒng)的整個(gè)設(shè)施。內(nèi)部鋪設(shè)供電線路,配有完善的供電設(shè)備,包括空氣開關(guān)、急停開關(guān)、電源指示燈等,安裝在底座框架上,為系統(tǒng)輸入安全穩(wěn)定的交流220V總電源。除了提供標(biāo)準(zhǔn)食品溯源模型外,還可根據(jù)學(xué)校的要求定制模型的外觀,以及部署方式等。
四、軟件組成
系統(tǒng)軟件默認(rèn)采用C/S結(jié)構(gòu),主要包括智能車軟件、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)透明傳輸軟件、溯源系統(tǒng)智能網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)管理軟件、溯源系統(tǒng)服務(wù)器軟件、溯源系統(tǒng)客戶端軟件。
1、智能車軟件:
主要利用STC系列51單片機(jī)的接口總線,驅(qū)動(dòng)紅外反射傳感器采集信息,經(jīng)過(guò)處理,驅(qū)動(dòng)直流減速電機(jī)帶動(dòng)萬(wàn)向輪轉(zhuǎn)動(dòng),實(shí)現(xiàn)小車的自動(dòng)循跡、避障、行駛方式的改變等功能。同時(shí)小車上的讀卡器自動(dòng)識(shí)別道路上鋪設(shè)的射頻卡,實(shí)現(xiàn)小車定位。
2、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)透明傳輸軟件:
主要實(shí)現(xiàn)ZigBee網(wǎng)絡(luò)的建立、節(jié)點(diǎn)的自動(dòng)入網(wǎng)、節(jié)點(diǎn)之間數(shù)據(jù)的透明傳輸、傳感器節(jié)點(diǎn)的采樣與傳輸、執(zhí)行節(jié)點(diǎn)驅(qū)動(dòng)設(shè)備的功能。
3、溯源系統(tǒng)智能網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)管理軟件:
智能網(wǎng)關(guān)采用嵌入式Linux操作系統(tǒng),上電后運(yùn)行基于QT的溯源系統(tǒng)ZigBee節(jié)點(diǎn)管理軟件。軟件系統(tǒng)集成了嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù),保存所有ZigBee節(jié)點(diǎn)的屬性信息(如網(wǎng)絡(luò)類型、傳感器類型、網(wǎng)絡(luò)短地址、MAC地址),用戶可以在網(wǎng)關(guān)上瀏覽傳感器節(jié)點(diǎn)當(dāng)前采樣數(shù)據(jù)、以及手動(dòng)控制所有ZigBee控制器。同時(shí),網(wǎng)關(guān)可作為UDP客戶端,與PC服務(wù)器進(jìn)行UDP通信;也可作為TCP服務(wù)器,與觸摸終端一體機(jī)進(jìn)行TCP通信。
4、溯源系統(tǒng)服務(wù)器軟件
溯源系統(tǒng)服務(wù)器采用Windows操作系統(tǒng),主要建立TCP、UDP服務(wù)器,并處于監(jiān)聽狀態(tài),等待客戶端的連接請(qǐng)求。一旦連接成功,就可以與TCP、UDP客戶端進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。*后,將接收到的所有信息存儲(chǔ)在建立的SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)中。
5、溯源系統(tǒng)客戶端軟件
采用Windows系統(tǒng),運(yùn)行溯源系統(tǒng)客戶端GUI應(yīng)用程序,是溯源系統(tǒng)的人機(jī)交互界面。用戶可以通過(guò)客戶端軟件,查看溯源沙盤的所有環(huán)節(jié),例如查看農(nóng)業(yè)大棚的環(huán)境參數(shù)、控制農(nóng)業(yè)大棚的所有設(shè)備,視頻瀏覽大棚環(huán)境,控制智能小車的運(yùn)行狀態(tài),查看小車的地理位置與運(yùn)行軌跡,自動(dòng)盤點(diǎn)倉(cāng)儲(chǔ)貨架的物品,自動(dòng)結(jié)算商品,以及商品溯源查詢等功能。
五、系統(tǒng)功能
六、教學(xué)資源
食品溯源實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)覆蓋了ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)、智能小車、Linux智能網(wǎng)關(guān)、PC服務(wù)器、PC客戶端四部分的軟硬件資源,因此系統(tǒng)提供了與這幾部分相關(guān)的課程實(shí)驗(yàn),從數(shù)據(jù)采集傳輸實(shí)驗(yàn),網(wǎng)關(guān)匯聚處理實(shí)驗(yàn),到PC服務(wù)器應(yīng)用實(shí)驗(yàn),再到PC客戶端應(yīng)用管理實(shí)驗(yàn),一條線貫穿,讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中逐步領(lǐng)悟物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu),關(guān)鍵技術(shù)以及實(shí)現(xiàn)方式,培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手解決問題的能力,激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新潛力。
為方便用戶教學(xué)和實(shí)訓(xùn),系統(tǒng)還提供了一本使用手冊(cè)和一本實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書。使用手冊(cè)主要介紹如何安全正確地操作這套系統(tǒng),使其正常運(yùn)轉(zhuǎn),實(shí)現(xiàn)食品溯源的功能。實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書詳細(xì)地介紹了系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),網(wǎng)絡(luò)參數(shù),實(shí)驗(yàn)?zāi)康?,?shí)驗(yàn)原理,以及實(shí)驗(yàn)步驟等。
1、 基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?/strong>
2、 創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?/strong>
3、科研實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?/strong>
除了上述傳感控制設(shè)備、智能網(wǎng)關(guān)與智能終端的相關(guān)實(shí)驗(yàn)外,系統(tǒng)還提供了開發(fā)類實(shí)驗(yàn)。
LGWL-SP01型 食品溯源物聯(lián)網(wǎng)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)是針對(duì)近年來(lái)頻發(fā)的食品安全危機(jī)設(shè)計(jì)的覆蓋食品“產(chǎn)、加、運(yùn)、儲(chǔ)、銷”各個(gè)環(huán)節(jié)的追溯系統(tǒng)。它綜合運(yùn)用傳感器采集、RFID射頻識(shí)別、設(shè)備控制、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)、嵌入式系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)通信等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及多學(xué)科技術(shù)的交叉融合,依托部署在溯源沙盤中的各種傳感器節(jié)點(diǎn)、射頻識(shí)別裝置、控制節(jié)點(diǎn)、智能網(wǎng)關(guān)、服務(wù)器以及客戶端等,實(shí)現(xiàn)食品生產(chǎn)環(huán)節(jié)的智能感知與控制,加工環(huán)節(jié)的標(biāo)簽自動(dòng)識(shí)別讀寫,運(yùn)輸環(huán)節(jié)的車輛智能定位與智能冷鏈感知,倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)節(jié)的貨架信息的智能感知,超市銷售環(huán)節(jié)的自助結(jié)算和食品溯源查詢等功能,為提供安全可靠的食品保駕護(hù)航。
二、系統(tǒng)構(gòu)成
LGWL-SP01型 食品溯源物聯(lián)網(wǎng)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)主要分為農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)區(qū)、加工廠、交通運(yùn)輸、倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)、超市銷售結(jié)算區(qū),分別實(shí)現(xiàn)智能農(nóng)牧業(yè)系統(tǒng)、食品加工標(biāo)簽智能識(shí)別系統(tǒng)、車輛運(yùn)輸跟蹤管理系統(tǒng)、倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)、智能超市結(jié)算系統(tǒng)等。
1、系統(tǒng)外觀
標(biāo)準(zhǔn)版外觀圖
升級(jí)版外觀圖
2、系統(tǒng)拓?fù)?/strong>
系統(tǒng)拓?fù)鋱D
3、種植環(huán)節(jié)——智能農(nóng)業(yè)大棚監(jiān)控系統(tǒng)智能農(nóng)業(yè)大棚環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)集成傳感器采集、設(shè)備控制、嵌入式實(shí)時(shí)處理以及無(wú)線通信等技術(shù),利用各種傳感器實(shí)時(shí)采集農(nóng)作物生長(zhǎng)過(guò)程中的光照、空氣溫濕度、土壤溫濕度、二氧化碳濃度等參數(shù),并通過(guò)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)傳輸至智能網(wǎng)關(guān)的監(jiān)控平臺(tái),平臺(tái)軟件利用農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)預(yù)設(shè)的農(nóng)作物生長(zhǎng)的各項(xiàng)指標(biāo)要求,經(jīng)過(guò)分析處理,及時(shí)精確地控制農(nóng)用設(shè)備的自動(dòng)開啟、關(guān)閉(如遠(yuǎn)程控制節(jié)水系統(tǒng)、調(diào)整大棚內(nèi)濕度、控制通風(fēng)換氣的閥門等),調(diào)節(jié)大棚環(huán)境狀況使其更有利于農(nóng)作物的生長(zhǎng),進(jìn)而達(dá)到提高農(nóng)作物產(chǎn)量和質(zhì)量的目的。同時(shí),大棚內(nèi)安裝網(wǎng)絡(luò)攝像頭,可以通過(guò)監(jiān)控平臺(tái)遠(yuǎn)程監(jiān)控農(nóng)作物的長(zhǎng)勢(shì)情況和大棚的安全狀況。
農(nóng)業(yè)大棚外觀
4、養(yǎng)殖環(huán)節(jié)——智能養(yǎng)殖場(chǎng)系統(tǒng)智能養(yǎng)殖場(chǎng)系統(tǒng)包括魚塘養(yǎng)殖場(chǎng)和牛羊養(yǎng)殖場(chǎng)兩種系統(tǒng)。
魚塘:通過(guò)中央控制系統(tǒng)可以遠(yuǎn)程控制水循環(huán)換氣泵工作,改善魚塘水環(huán)境。
養(yǎng)魚塘外觀
牲畜養(yǎng)殖場(chǎng):系統(tǒng)將超高頻電子標(biāo)簽懸掛在牛羊模型上或者放在牛羊模型下模擬牛羊耳標(biāo),利用超高頻讀卡器多卡識(shí)別的特點(diǎn)動(dòng)態(tài)讀取多張超高頻電子標(biāo)簽,用于實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖場(chǎng)牛羊牲畜的自動(dòng)盤點(diǎn)。
牛羊養(yǎng)殖場(chǎng)外觀
5、加工環(huán)節(jié)——食品智能識(shí)別系統(tǒng)加工廠環(huán)節(jié)主要模擬對(duì)農(nóng)產(chǎn)品(如蔬菜、牛羊肉、魚肉等)的加工,具體包括記錄運(yùn)輸原材料的車輛進(jìn)廠日期、時(shí)間等;實(shí)時(shí)采集工廠室內(nèi)溫濕度等環(huán)境參數(shù);控制換氣閥門調(diào)整加工環(huán)境;并為產(chǎn)品包裝打印RFID電子標(biāo)簽(高頻和超高頻標(biāo)簽),系統(tǒng)中記錄了加工單位、加工日期、加工過(guò)程所使用的添加劑、包裝重量、環(huán)境參數(shù)等;以及記錄運(yùn)輸產(chǎn)品的車輛信息等,這些信息均通過(guò)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)和以太網(wǎng)傳輸至服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行保存。
車輛駛?cè)爰庸S
6、 運(yùn)輸環(huán)節(jié)——運(yùn)輸車輛跟蹤系統(tǒng)運(yùn)輸環(huán)節(jié)主要模擬運(yùn)輸車輛裝滿貨物,從種植區(qū)駛出、途徑加工廠,加油站、ETC公路、到達(dá)倉(cāng)庫(kù)卸貨,*后進(jìn)入超市的整個(gè)過(guò)程。
運(yùn)輸車輛依靠RFID技術(shù)模擬GPS地理定位裝置,將車輛所處的地理信息、產(chǎn)品所處環(huán)境的溫濕度數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)及時(shí)傳輸給服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù),加工廠出貨人員和倉(cāng)儲(chǔ)管理人員只需登錄到運(yùn)輸車輛跟蹤客戶端系統(tǒng),就可以查閱到當(dāng)前車輛所處的地理位置,運(yùn)行軌跡,監(jiān)測(cè)運(yùn)輸車輛是否安全到達(dá)目的地等。
機(jī)械臂 |
機(jī)器臂搬運(yùn)貨物 |
倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)節(jié)主要模擬產(chǎn)品出入倉(cāng)庫(kù)、物品貨架庫(kù)位的自動(dòng)識(shí)別、物品信息自動(dòng)盤點(diǎn)等功能。該環(huán)節(jié)有兩種展示形式,一種是實(shí)際倉(cāng)儲(chǔ)方式,一種在沙盤上模擬。
實(shí)際倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)將物品信息綁定到超高頻電子標(biāo)簽中,通過(guò)倉(cāng)庫(kù)出入口處安裝的超高頻讀寫器對(duì)電子標(biāo)簽進(jìn)行識(shí)別,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、準(zhǔn)確地采集物品出入庫(kù)信息;同時(shí)采用鋁制貨架,貨架每一層的每一個(gè)庫(kù)位都安裝有高頻天線,通過(guò)多路選擇器連接到高頻讀卡器上,用于識(shí)別庫(kù)位上放置的物品,實(shí)現(xiàn)對(duì)庫(kù)位現(xiàn)有貨物的盤點(diǎn)以及貨物的定位功能。出入庫(kù)超高頻讀寫器以及盤點(diǎn)高頻讀寫器分別通過(guò)以太網(wǎng)和無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)接入中央控制系統(tǒng),由中央控制系統(tǒng)統(tǒng)一管理。
供銷環(huán)節(jié)主要模擬超市的稱重功能、自動(dòng)結(jié)算和商品溯源查詢等三個(gè)功能。
稱重功能首先通過(guò)RFID讀寫器讀出商品上RFID標(biāo)簽信息,并將此商品在電子秤上稱出重量,同時(shí)輸入商品單價(jià)并結(jié)算出總價(jià),*后將商品的名稱,價(jià)格信息通過(guò)標(biāo)簽打印機(jī)打印出對(duì)應(yīng)信息和用于溯源與結(jié)算的二維碼。
結(jié)算功能:系統(tǒng)可采用掃描槍掃描商品上的二維碼實(shí)現(xiàn)結(jié)算,語(yǔ)音播報(bào)當(dāng)前結(jié)算總額。也可以使用設(shè)置的超高頻讀卡器完成貨物(帶有超高頻標(biāo)簽)的自動(dòng)結(jié)算功能。即將多件帶有超高頻標(biāo)簽的貨物同時(shí)經(jīng)過(guò)超高頻讀卡器,系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)將貨物名稱和單價(jià)以及總價(jià)顯示出來(lái),并通過(guò)語(yǔ)音播放器播報(bào)商品總價(jià)。
溯源查詢功能:用戶可以將攜帶二維碼標(biāo)簽的商品拿到溯源查詢一體機(jī)的識(shí)別區(qū),通過(guò)二維碼識(shí)別系統(tǒng)讀取存儲(chǔ)的信息,在終端界面上顯示商品的原產(chǎn)地、加工廠狀況、運(yùn)輸狀況以及單價(jià)等信息。
服務(wù)器、客戶端、鋁合金鋼架模型等組成。
1、感知設(shè)備:
主要由傳感器調(diào)理板、ZigBee無(wú)線通信模塊以及接口底板組成。傳感器涉及環(huán)境溫濕度、土壤溫濕度、光線強(qiáng)度、二氧化碳濃度等,可根據(jù)客戶需求定制不同類型的傳感器節(jié)點(diǎn)。它們通過(guò)ZigBee技術(shù)將采樣數(shù)據(jù)傳輸給中央控制系統(tǒng)的智能網(wǎng)關(guān)。
2、控制設(shè)備:
主要由執(zhí)行設(shè)備、ZigBee無(wú)線通信模塊以及接口底板組成??刂圃O(shè)備主要分為直流供電型、以及交流供電型。直流供電型主要針對(duì)執(zhí)行設(shè)備的供電是直流電源,如道閘控制器、加工廠模擬通風(fēng)扇等,它們的供電電源均是DC12V。交流供電型主要針對(duì)執(zhí)行設(shè)備的供電是交流市電電源,如滴灌、加濕器、換氣泵等,它們的供電電源均是AC220V??刂圃O(shè)備通過(guò)ZigBee通信技術(shù)向智能網(wǎng)關(guān)發(fā)送當(dāng)前設(shè)備的控制狀態(tài)或接收智能網(wǎng)關(guān)的控制命令。
3、射頻識(shí)別裝置:
本系統(tǒng)中的射頻識(shí)別裝置主要包括兩種,一種是超高頻讀寫器裝置、一種是高頻讀寫器裝置,分別用在倉(cāng)儲(chǔ)出入庫(kù)環(huán)節(jié)、以及倉(cāng)儲(chǔ)貨架商品自動(dòng)盤點(diǎn)環(huán)節(jié)。
4、視頻監(jiān)控設(shè)備:
采用網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī),安裝在溫室大棚內(nèi)部,用于溫室大棚環(huán)境遠(yuǎn)程監(jiān)控。
5、智能小車:
由核心控制板、ZigBee通信模塊、傳感器采集板、伺服電機(jī)、供電板、輪式底盤等組成,通過(guò)核心控制板固化的采樣控制程序,實(shí)現(xiàn)車輛的自動(dòng)循跡、避障、紅燈擇路行駛、前進(jìn)、后退、左右轉(zhuǎn)彎、到站停車、以及與智能網(wǎng)關(guān)的無(wú)線通信等功能。
6、智能網(wǎng)關(guān):
安裝在中央控制系統(tǒng)區(qū)域的實(shí)驗(yàn)桌上,整體封裝在模具內(nèi),操作方便,美觀大方。嵌入式主板集成ZigBee無(wú)線通信模塊,與系統(tǒng)傳感器節(jié)點(diǎn)、控制器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行ZigBee數(shù)據(jù)通信。主板集成了以太網(wǎng)接口,通過(guò)TCP/IP協(xié)議與PC服務(wù)器或客戶端進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。同時(shí),主板集成了WiFi模塊,可直接連接無(wú)線路由器,替換以太網(wǎng)布線,降低了系統(tǒng)的復(fù)雜度。而且,主板留有3G模塊的接口,可實(shí)現(xiàn)智能網(wǎng)關(guān)直接接入移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的功能。
7、PC服務(wù)器:
它是整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)的核心,主要運(yùn)行食品溯源服務(wù)器應(yīng)用程序,建立數(shù)據(jù)庫(kù)和Socket服務(wù)器,實(shí)時(shí)監(jiān)聽客戶端的請(qǐng)求,存儲(chǔ)與客戶端的TCP/IP連接信息、以及雙方的通信數(shù)據(jù)。
8、客戶端:
它是整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)的操作接口,主要運(yùn)行食品溯源客戶端應(yīng)用程序,建立數(shù)據(jù)庫(kù)和Socket客戶端,分別與PC服務(wù)器或智能網(wǎng)關(guān)進(jìn)行TCP/IP數(shù)據(jù)通信,具有良好的人機(jī)交互界面,方便用戶操作,完成整個(gè)食品溯源的過(guò)程。
9、鋁合金鋼架模型:
支撐食品溯源系統(tǒng)的整個(gè)設(shè)施。內(nèi)部鋪設(shè)供電線路,配有完善的供電設(shè)備,包括空氣開關(guān)、急停開關(guān)、電源指示燈等,安裝在底座框架上,為系統(tǒng)輸入安全穩(wěn)定的交流220V總電源。除了提供標(biāo)準(zhǔn)食品溯源模型外,還可根據(jù)學(xué)校的要求定制模型的外觀,以及部署方式等。
四、軟件組成
系統(tǒng)軟件默認(rèn)采用C/S結(jié)構(gòu),主要包括智能車軟件、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)透明傳輸軟件、溯源系統(tǒng)智能網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)管理軟件、溯源系統(tǒng)服務(wù)器軟件、溯源系統(tǒng)客戶端軟件。
1、智能車軟件:
主要利用STC系列51單片機(jī)的接口總線,驅(qū)動(dòng)紅外反射傳感器采集信息,經(jīng)過(guò)處理,驅(qū)動(dòng)直流減速電機(jī)帶動(dòng)萬(wàn)向輪轉(zhuǎn)動(dòng),實(shí)現(xiàn)小車的自動(dòng)循跡、避障、行駛方式的改變等功能。同時(shí)小車上的讀卡器自動(dòng)識(shí)別道路上鋪設(shè)的射頻卡,實(shí)現(xiàn)小車定位。
2、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)透明傳輸軟件:
主要實(shí)現(xiàn)ZigBee網(wǎng)絡(luò)的建立、節(jié)點(diǎn)的自動(dòng)入網(wǎng)、節(jié)點(diǎn)之間數(shù)據(jù)的透明傳輸、傳感器節(jié)點(diǎn)的采樣與傳輸、執(zhí)行節(jié)點(diǎn)驅(qū)動(dòng)設(shè)備的功能。
3、溯源系統(tǒng)智能網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)管理軟件:
智能網(wǎng)關(guān)采用嵌入式Linux操作系統(tǒng),上電后運(yùn)行基于QT的溯源系統(tǒng)ZigBee節(jié)點(diǎn)管理軟件。軟件系統(tǒng)集成了嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù),保存所有ZigBee節(jié)點(diǎn)的屬性信息(如網(wǎng)絡(luò)類型、傳感器類型、網(wǎng)絡(luò)短地址、MAC地址),用戶可以在網(wǎng)關(guān)上瀏覽傳感器節(jié)點(diǎn)當(dāng)前采樣數(shù)據(jù)、以及手動(dòng)控制所有ZigBee控制器。同時(shí),網(wǎng)關(guān)可作為UDP客戶端,與PC服務(wù)器進(jìn)行UDP通信;也可作為TCP服務(wù)器,與觸摸終端一體機(jī)進(jìn)行TCP通信。
4、溯源系統(tǒng)服務(wù)器軟件
溯源系統(tǒng)服務(wù)器采用Windows操作系統(tǒng),主要建立TCP、UDP服務(wù)器,并處于監(jiān)聽狀態(tài),等待客戶端的連接請(qǐng)求。一旦連接成功,就可以與TCP、UDP客戶端進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。*后,將接收到的所有信息存儲(chǔ)在建立的SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)中。
5、溯源系統(tǒng)客戶端軟件
采用Windows系統(tǒng),運(yùn)行溯源系統(tǒng)客戶端GUI應(yīng)用程序,是溯源系統(tǒng)的人機(jī)交互界面。用戶可以通過(guò)客戶端軟件,查看溯源沙盤的所有環(huán)節(jié),例如查看農(nóng)業(yè)大棚的環(huán)境參數(shù)、控制農(nóng)業(yè)大棚的所有設(shè)備,視頻瀏覽大棚環(huán)境,控制智能小車的運(yùn)行狀態(tài),查看小車的地理位置與運(yùn)行軌跡,自動(dòng)盤點(diǎn)倉(cāng)儲(chǔ)貨架的物品,自動(dòng)結(jié)算商品,以及商品溯源查詢等功能。
五、系統(tǒng)功能
系統(tǒng)主要功能
1 智能網(wǎng)關(guān)ZigBee節(jié)點(diǎn)管理功能 | |
2. 溯源系統(tǒng)服務(wù)器管理功能 | |
3. 智能農(nóng)業(yè)大棚主要功能 | |
網(wǎng)關(guān):大棚空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)
|
網(wǎng)關(guān):大棚雨棚設(shè)備開、關(guān) |
農(nóng)業(yè)大棚主界面
|
農(nóng)業(yè)大棚視頻監(jiān)控功能
|
牛羊盤點(diǎn)功能
|
農(nóng)業(yè)大棚環(huán)境監(jiān)測(cè)與控制功能
|
加工環(huán)節(jié)主界面
|
加工廠通風(fēng)扇控制
|
運(yùn)輸環(huán)節(jié)主界面
|
智能小車定位跟蹤功能
|
倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)節(jié)主界面
|
物品自動(dòng)盤點(diǎn)
|
貨物出庫(kù)功能
|
供銷環(huán)節(jié)主界面
|
自助結(jié)算功能
|
食品溯源功能
|
六、教學(xué)資源
食品溯源實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)覆蓋了ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)、智能小車、Linux智能網(wǎng)關(guān)、PC服務(wù)器、PC客戶端四部分的軟硬件資源,因此系統(tǒng)提供了與這幾部分相關(guān)的課程實(shí)驗(yàn),從數(shù)據(jù)采集傳輸實(shí)驗(yàn),網(wǎng)關(guān)匯聚處理實(shí)驗(yàn),到PC服務(wù)器應(yīng)用實(shí)驗(yàn),再到PC客戶端應(yīng)用管理實(shí)驗(yàn),一條線貫穿,讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中逐步領(lǐng)悟物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu),關(guān)鍵技術(shù)以及實(shí)現(xiàn)方式,培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手解決問題的能力,激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新潛力。
為方便用戶教學(xué)和實(shí)訓(xùn),系統(tǒng)還提供了一本使用手冊(cè)和一本實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書。使用手冊(cè)主要介紹如何安全正確地操作這套系統(tǒng),使其正常運(yùn)轉(zhuǎn),實(shí)現(xiàn)食品溯源的功能。實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書詳細(xì)地介紹了系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),網(wǎng)絡(luò)參數(shù),實(shí)驗(yàn)?zāi)康?,?shí)驗(yàn)原理,以及實(shí)驗(yàn)步驟等。
1、 基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?/strong>
名稱 | 實(shí)驗(yàn) | |
1. 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信類實(shí)驗(yàn) |
IAR集成開發(fā)環(huán)境搭建實(shí)驗(yàn) 基于Z-Stack協(xié)議棧傳感節(jié)點(diǎn)透明傳輸程序的實(shí)驗(yàn) |
|
2. 智能小車采集控制實(shí)驗(yàn) |
Keil uvision開發(fā)環(huán)境搭建實(shí)驗(yàn) 智能小車紅外反射傳感器采樣實(shí)驗(yàn) 智能小車超聲波傳感器采樣實(shí)驗(yàn) 智能小車直流伺服電機(jī)控制實(shí)驗(yàn) 智能小車避障行駛實(shí)驗(yàn) |
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3. Linux智能網(wǎng)關(guān)實(shí)驗(yàn) |
Qt開發(fā)環(huán)境搭建實(shí)驗(yàn) 大棚光線采集顯示實(shí)驗(yàn) 大棚溫濕度采集顯示實(shí)驗(yàn) 大棚土壤溫濕度檢測(cè)顯示實(shí)驗(yàn) 大棚內(nèi)二氧化碳監(jiān)測(cè)顯示實(shí)驗(yàn) 大棚外雨水監(jiān)測(cè)顯示實(shí)驗(yàn) 大棚外風(fēng)速檢測(cè)顯示實(shí)驗(yàn) 滴灌設(shè)備控制實(shí)驗(yàn) 植物補(bǔ)光燈控制實(shí)驗(yàn) |
通風(fēng)扇控制實(shí)驗(yàn) 大棚卷簾控制實(shí)驗(yàn) 大棚地?zé)峥刂茖?shí)驗(yàn) 加濕器控制實(shí)驗(yàn) 智能小車自動(dòng)循跡實(shí)驗(yàn) 智能小車壁障實(shí)驗(yàn) 車載讀卡器讀卡實(shí)驗(yàn) 閘機(jī)開關(guān)控制實(shí)驗(yàn) |
4. PC服務(wù)器應(yīng)用實(shí)驗(yàn) |
Visual Studio 2010開發(fā)環(huán)境搭建 SQL Server 數(shù)據(jù)庫(kù)開發(fā)環(huán)境搭建 基于TCP的服務(wù)器客戶端通信實(shí)驗(yàn) 基于UDP的服務(wù)器客戶端通信實(shí)驗(yàn) |
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5. PC客戶端應(yīng)用實(shí)驗(yàn) |
基于C#的人機(jī)交互GUI界面實(shí)驗(yàn) 基于C#的農(nóng)業(yè)大棚環(huán)境監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)(含空氣溫濕度采集、土壤溫濕度采集、光線采集、二氧化碳檢測(cè)等) 基于C#的農(nóng)業(yè)大棚設(shè)備控制實(shí)驗(yàn)(含滴灌設(shè)備控制、補(bǔ)光燈開關(guān)控制、通風(fēng)扇開關(guān)控制、卷簾開合控制、加濕器開關(guān)控制、地?zé)衢_關(guān)控制實(shí)驗(yàn)等) |
名稱 | 實(shí)驗(yàn) |
1. 基于QT的智能網(wǎng)關(guān)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn) |
基于QT的倉(cāng)儲(chǔ)物品自動(dòng)盤點(diǎn)實(shí)驗(yàn) 基于QT的農(nóng)業(yè)大棚環(huán)境聯(lián)動(dòng)控制實(shí)驗(yàn) |
2. PC服務(wù)器實(shí)驗(yàn) |
基于C#的SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)操作實(shí)驗(yàn) 基于C#的采樣信息存儲(chǔ)實(shí)驗(yàn) 基于C#的TCP/UDP數(shù)據(jù)顯示與通信實(shí)驗(yàn) |
3. PC客戶端實(shí)驗(yàn) |
基于C#的倉(cāng)儲(chǔ)物品入庫(kù)管理實(shí)驗(yàn) 基于C#的倉(cāng)儲(chǔ)物品出庫(kù)管理實(shí)驗(yàn) 基于C#的車輛跟蹤定位管理實(shí)驗(yàn) 基于C#的稱重實(shí)驗(yàn) 基于C#的自主結(jié)算實(shí)驗(yàn) 基于C#的物品溯源查詢實(shí)驗(yàn) |
除了上述傳感控制設(shè)備、智能網(wǎng)關(guān)與智能終端的相關(guān)實(shí)驗(yàn)外,系統(tǒng)還提供了開發(fā)類實(shí)驗(yàn)。
名稱 | 實(shí)驗(yàn) |
1.智能網(wǎng)關(guān)開發(fā)實(shí)驗(yàn) |
嵌入式Linux開發(fā)環(huán)境建立實(shí)驗(yàn): Uboot啟動(dòng)代碼配置編譯實(shí)驗(yàn); Linux內(nèi)核配置編譯實(shí)驗(yàn); Linux內(nèi)核驅(qū)動(dòng)開發(fā)實(shí)驗(yàn); Linux驅(qū)動(dòng)接口測(cè)試實(shí)驗(yàn); Yaffs根文件系統(tǒng)的制作實(shí)驗(yàn); Qtopia2.2.0圖形系統(tǒng)編譯實(shí)驗(yàn); Qt-4.7.3程序庫(kù)的編譯實(shí)驗(yàn); 基于QT的無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)管理實(shí)驗(yàn) |
2.客戶端應(yīng)用開發(fā)實(shí)驗(yàn) | 基于C#的食品溯源綜合實(shí)驗(yàn) |