基本信息
- 项目名称：
- 基于物联网农业设施监控系统
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 本文主要研究利用ARM和Linux技术为支撑，将U-Boot和Linux操作系统进行裁减、配置，相应地移植到S3C2440A开发板上，在嵌入式Linux系统上制作YAFFS2根文件系统，并在其上配置搭建BOA服务器，实现了农业设施远程监控系统设计。利用CGI程序实现了网页交互控制远程嵌入式设备。用户可以在上位机浏览器上对远程设备进行监测和控制。
- 详细介绍：
- 本作品主要以ARM微处理器S3C2440A为基础构建数据处理模块以及上位机交互界面的实现为核心，通过网络传输实现对农业的环境监测。 移植嵌入式Linux系统到ARM处理器，利用普通USB摄像头对农业环境的视频监测。 根据嵌入式系统的软硬件可裁剪的特点，本着高可靠性、高稳定性和高性价比的原则，采用ARM920T内核的S3C2440A处理器为核心，USB摄像头搭建图像采集硬件平台。利用嵌入式系统的移植，具体实现UBoot、嵌入式Linux内核和YFFS2根文件系统的移植。采用嵌入式Linux操作系统下的video4Linux的API函数接口实现视频采集，利用JPEG图像压缩技术进行图像压缩，以便于图像的传输。图像的传输采用面向连接的Internet TCP协议和socket编程技术实现视频图像数据的网络传输，并基于SDL库进行解压，实现C/S模式下的客户端视频显示。 在ARM处理器上构建嵌入式BOA服务器，为上位机交互界面提供服务，使得任何网络都可以访问我们的处理器，并对农业环境信息进行监控管理。比如湿度、温度、光照、CO2等等。 为了实现农业环境监控系统的远程操控功能，利用HTML语言设计上位机远程操控显示界面，利用信息交互的CGI程序对监测信息的控制。 实验步骤 1.打开电脑，打开串口终端，进行连接。让后打开目标板电源，终端上就打印出目标板上Linux启动的信息。 2.在串口终端上输入命令：#boa 就可以启动目标板上的boa服务器。 3.在任何浏览器的地址栏中输入目标板的地址进入登陆界面。 4进入登陆界面，输入用户名和密码，root和111111。 5.成功登录后，我们看到主控界面，显示时间。 点击查看按钮，采集数据更新： 光照控制：按下相应的光照按钮，灯就会关闭或开启。 6.在键盘上按回车，回到命令行。开发板不掉电，boa服务器就会在开启状态。在命令行将摄像头打开：#webcam_web 命令就可启动摄像头。打开火狐浏览器就可以看到视频监控。 wbcam_web是我自己写的一个脚本命令，它里面的命令很长。 5.3 测试的过程及效果 (1)远程监控测试：测试的控制界面可以对实验模拟箱里的四个LED等控制。可以采集农业设施环境的温度、湿度和CO2浓度。图5-3-1上最上一行是调用系统的时间实时显示在网页上。 A：采集测试：当我们按下“查看”按钮时，湿度、温度和CO2浓度的值会显示最新时刻的相应值。对应的驱动： 温 度<----------->ds18b20 湿 度<----------->adc0 CO2浓度<----------->adc1 B：控制测试：当我们按下相应的光照按钮，LED灯就会亮起或者关闭。图5-3-2为按下“光照2”和“光照4”的效果图。我们可以看到LED2和LED4亮起了。可以修改config.ini文件，确定LED的初始化状态。比如要使第一个灯亮，后三个灯全灭，那么config.ini文件中的内容改为：led1=1,led2=0,led3=0,led4=0。每次LED的亮灭状态都会被写入config.ini文件。 目标板上的四个LED灯已经引出在GPIO接口上的3、5、7、9四个引脚上，当我们控制模拟箱的四个灯时即可引出。正在设计相应的电源电路。灌溉控制也由四个按键引出脚接入，同样在GPIO接口上引出来。可以用带风扇的小电机模拟模拟箱的通风情况。 (2)视频采集测试：当我们单击左侧栏里的“视频”时，就会看到我们监控的画面。视频界面可以实时监测农业设施环境，“拍照”可以对当前的状态进行拍照。 图5-3-3频监控界面 系统的农业设施模型初步搭建完成，正在测试中。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 1作品设计、发明的目的： 随着我国土地资源的不断减少，耕地农作物的土地资源也越来越少。由于科技技术的不断发展，农户也越来越多地关注温室的自动化和电气化。远程农业设施监控系统也越来越受到人们的关注。 2基本思路： 本作品主要以ARM微处理器S3C2440A为基础构建数据处理模块以及上位机交互界面的实现为核心，通过网络传输实现对农业的环境监测。移植嵌入式Linux系统到ARM处理器，利用普通USB摄像头对农业环境的视频监测。 创新点： 1. 利用电话网线或公共网络实现对农业设施环境信息的远程采集和远程控制； 2. 采用USB摄像头对农业设施环境进行远程视频监控，实现设施农业的无人化。 本作品将物联网与农业相结合，利用ARM嵌入式处理器S3C2440A实现远程视频监测，同时可以远程操控温度、湿度、光照、大气环境等执行机构，实现无人值守的功能。 4技术关键和主要技术指标： 一、 分析了系统进行可行性，包括简要的理论基础，处理器和开发板的选型，系统性能参数的设定等。 二、 研究了Linux操作系统内核原理及Linux系统中的内存管理，编写了Linux操作系统下串口读写操作程序，为系统的开发打下基础。 三、 研究了嵌入式开发的相关技术，尤其是ARM9处理器及其外围设备构建的嵌入式系统。 四、 为了实现对农业设施环境监控系统的温度、湿度、光照、大气环境等执行机构远程操控功能，分析和确定上位机人机界面系统实现方案，以期真正实现无人值守，提升监控系统的智能化。
科学性、先进性
- 作品的科学性先进性： 本作品以现代农业监控技术和物联网相融合，在传感器网络系统、实时监控系统、人机交互控制系统三个方面展开工作，实现现代农业示范区的实时监控、自动化管理和远程信息采集等功能。 目前国内通过网络远程视频监控方面还存在应用不够广泛，功能简单，应用软件普及率较低等特点。 6技术性分析说明： 1.基于ARM构建的嵌入式系统 (1)嵌入式Linux的搭建：建立虚拟机，在虚拟机上安装RedHat Linux系统，然后在Linux系统下搭建嵌入式的Linux。 (2)根文件系统的制作：采用YAFFS2制作根文件系统，然后移植到ARM板上。 (3)网络服务器的搭建：将BOA服务器移植到ARM板，实现数据采集以及控制。 2.上位机人机界面的设计 (1)采用HTML语言设计系统的控制界面，HTML语言是网络的通用语言，简单、通用的标记语言。 (2)为了实现信息的控制，采用信息交互的CGI程序。
获奖情况及鉴定结果
- 青岛农业大学校级比赛
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 实物、产品 模型 现场演示 图片
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 该作品的技术特点和优势： 1. 利用现代工程技术、自动化技术、计算机信息技术等等，通过物联网络监控农作物物灌溉情况、气象状况、环境状况，采集温度、大气湿度、光照、CO2含量等等的信息。 2. 相比于市场上的远程监控系统，我们通过优化设计结构，增加新技术的形式，降低了成本，进一步增加了用户数量，使更多的农户能够接受本作品。 作品的适应范围： 广泛应用于农业温室、设施水产、设施畜禽等方面，应用范围广，它借助现代化设施和科学技术，改善作物生长环境或营造人工环境，抵御恶劣的气候和环境条件，延长农业生产时间。 经济效益预测： 1．本作品具有一定的创新技术，这套远程农业设施环境监测控制系统，可以远程、低成本、利用网络控制。 2. 项目的实施不仅可提高整个生态农业的信息化管理水平，提高从业人员的信息素养和管理水平，解决当前面临的实际问题，还可树立良好的示范效益，成为生态农业信息化的领头羊，提高农作品影响力，提高客户认知度，创造更好的经济效益。
同类课题研究水平概述
- 国内外远程农业设施监控最新研究水平概述 目前，世界设施农业已经发展到较高水平，形成了成套的技术、完整的设施设备和生产规范，并在向无人化、智能化、网络化和无线化方向发展，其中无线传感网络是物联网的一部分。 随着网络信息技术在农业中的应用，计算机技术、通讯技术、传感技术等多项信息技术在各个领域得到广泛的应用。据美国伊利诺伊州统计，有67%农户使用了计算机，其中27%使用了网络技术。目前，日本全国电脑自动化技术已在农业生产部门中使用，普及率达到92%。农业信息支持系统技术的发展，为设施农业网络化平台建设、管理、模式化运行、远程服务提供了保证。 设施农业的现代化控制系统能根据作物对环境的不同需要，由计算机对设施农业环境的温度、光照、湿度、灌溉等进行单项或多项联合自动监测和调控，并可实现温室作物全天候、周年性的高效生产，正朝着智能化、自动化管理方向发展。 中国设施农业研究始于20世纪80年代后期，经过几十年的发展，取得了很大的发展。但是与设施农业比较发达的国家相比，仍有较大的差距，主要表现在：(1)设施水平低下；(2)机械化程度低；(3)环境监控系统的技术含量低，智能化、自动化程度不高，难以满足现代农业生产的实际需求。因此我国各地纷纷引进国外的一些先进的温室设施进行示范推广。但是，国外引进温室设施控制设备价格昂贵。 目前，多家大学、研究机构和企业先后自主研制了智能温室作品，从国内温室环境控制方面研究来看，基于点对点通过电缆的控制系统相对比较成熟，但是通过Internet网络的远程监控系统寥寥无几。但是电缆易于老化，费用高等等，系统可靠性降低。
