农业信息采集模拟仿真实训平台开发及应用

农业信息采集模拟仿真实训平台开发及应用
王兴旺
【摘要】分析了农业院校农业信息采集知识模块的重要性,提出了农业信息采集模拟仿真实训平台总体设计方案并进行了开发研制.结果表明,农业信息采集模拟仿真实训平台的应用对于教学满意率的提高和知识项的掌握有显著的促进作用.
【期刊名称】《湖北农业科学》
【年(卷),期】2015(054)012
【总页数】3页(P3025-3027)
【关键词】模拟仿真;信息采集;开发
【作者】王兴旺
【作者单位】上海农林职业技术学院,上海201699;上海市农业学校,上海201699【正文语种】中文
【中图分类】G434
目前，上海市农业学校在《农业信息技术》、《园林植物栽培与养护》、《果蔬产品贮藏与加工》等课程教学过程中，对于农业信息采集知识模块的教学非常重视，采集的农业信息通常包括果蔬储藏温度与湿度、大田土壤温度与湿度、空气氧气浓度、光照、辐射等信息［1］。

目前，已经设计出农业生产或工业生产用的信息采集设备和配套软件，但是价格昂贵、不易携带和安放、容易损坏，这就造成在日常教学过程中农业信息采集知识模块主要以理论讲解为主，信息采集的实训环节比较薄弱，整体教学达不到理想效果［2］。

本研究根据目前的教学现状，利用界面设计技术、单片机技术、网络技术、数据库技术和人机接口传感与通讯技术，设计并实现了农业信息采集模拟仿真实训平台，仿真平台模拟农业生产或工业生产用的信息采集设备，利用无线传感器采集到温度、湿度、光照等信息，将信息传输到计算机中，学生通过对仿真平台的使用可以采集到比较准确的农业信息。

通过对软件的修改还可以将仿真平台进行扩充和升级，在一定程度上解决了硬件实训不足、资源短缺等问题，开发过程采用价格较低的电子元件和应用软件，成本较低，易于推广使用［3］。

仿真技术在教育教学中的应用，给课程改革增添了活力，逐渐被越来越多的专家、学者所接受。

农业信息采集模拟仿真实训平台采用软硬件结合、功能模块重组配置的方式，它是增加教学平台适用性和试验技术可扩展性的有效手段，有助于培养学生的动手能力和创新精神；仿真实训平台有助于革新传统的教学模式，推动实训课程的发展。

使用计算机软件开展实训，或采用有实物介入的计算机仿真实训，是中等职业教育加强内涵建设，开展绿色实训，打造现代化的职业教育的发展方向［4］。

使用计算机仿真实训，可以模拟实际工作中的各种危险与故障，弥补纯硬件实训的不足，能够解决使用纯物理设备实训的各种问题，例如实践环节教学资源短缺、设备不能及时更新、实践耗材不足、双师型师资力量缺乏和智能化差等问题。

目前，日本、美国等国家的农业类学校对于农业信息采集的模拟仿真实训已经进入普及和应用阶段，国内中职学校对于农业信息采集模拟仿真实训还不多，仍处于起步和建设阶段［5］。

2.1 实训平台体系结构设计
基于无线传感的农业信息采集模拟仿真实训平台如图1所示。

它由田间采集电路
和上位机软件两大部分组成，通过无线接收／发射器实施通讯。

仿真实训平台模拟信息采集电路放置于田间，准确、实时地采集各种田间参数（温度、湿度、光照
等），经过初步处理后，由无线波发射至上位机；上位机接收来自田间的信息数据，进一步对数据进行分析处理并以图、表等形式提供给农业技术人员。

2.2 射频模块
射频模块是实训平台中重要的组成部分之一，是实现射频收发、存储控制程序、执行控制程序的多功能模块。

模块采用了TI公司的CC2430芯片为核心芯片（集射频收发功能、8051微控制器、高速Flash为一体的芯片），同时还扩展了USB在线烧录接口用于在线烧录器进行程序烧录。

在农业采集模拟仿真实训平台当中，无论是节点还是基站，都需要配备一个射频模块进行程序控制。

2.3 传感器模块
传感器模块是将物理世界的信息进行量化的设备，是农业信息采集模拟仿真实训平台中采集数据的基本来源。

传感器根据采集对象的不同，分为A／D式传感器及开关传感器，农业信息采集模拟仿真实训平台支持多达十几种传感器，使用统一连接的方式，方便使用和替换。

传感器模块一般由两部分构成：探测部与连接部，由于传感器种类的不同，探测部形状各异，但连接部完全相同。

图2～图5是实训平台的部分传感器模块。

2.4 基站板
基站板（或称为网关板）是实训平台中用于采集节点数据、烧录程序（射频模块可以通过基站板进行烧录，也可以通过在线烧录接口）以及串口通讯的多功能设备（图6）。

基站板上有一个射频模块连接插槽，一个传感器模块连接插槽，一个USB烧录线接口，USB转串行接口以及一个标准串口。

基站板还具有3个红、蓝、黄状态指示灯。

系统的程序设计包括：①键盘扫描；②各项参数的采集；③各项参数在液晶上的显示；④各项参数的继电器控制，主程序的流程如图7所示。

为了验证仿真实训的学生满意效果，将农业信息采集模拟仿真实训平台应用在13
级《农业信息技术》、《园林植物栽培与养护》、《果蔬产品贮藏与加工》3门课程来测评学生的教学满意率效果如表1所示。

从表1可以看出，使用农业信息采
集模拟仿真实训平台以后学生对于课程的教学满意率有所提高，实训平台的使用激发了学生的学习兴趣，对于农业信息采集的教学不再是理论教学，而是实践教学。

为了验证仿真实训平台学习方式学生掌握知识的有效性，以《农业信息技术》课程为例，对开设本课程的12级（未使用仿真实训平台）和13级（使用仿真实训平台）的学生进行考试情况进行对比，考核所用试卷的知识体系结构和所占比例分别是：农业信息采集基础知识部分40%、农业信息采集方案设计部分10%、系统调试部分40%和新技术部分10%。

从表2可以看出，使用仿真实训平台后对于知识项的掌握有一定程度的提高，特别是对于农业信息采集基础知识和系统调试知识提高幅度较大。

对农业信息采集模拟仿真实训平台研究现状进行了分析，提出了农业信息采集模拟仿真实训平台总体设计方案，研制了农业信息采集模拟仿真实训平台，并在中职教学中进行了应用，得出了教学满意率和仿真实训教学知识项掌握程度效果对比结论，但尚有待于进一步研究。

今后的研究重点主要是：①开发便携式农业信息采集设备，更好地解决运输问题，降低成本，增强农业信息采集设备的可推广性；②进一步提高农业信息采集模拟仿真实训平台的测量精度，使其更接近生产要求。

【相关文献】
［1］蔡义华，刘刚，李莉，等.基于无线传感器网络的农田信息采集节点设计与实验［J］.农业工
程学报，2009，25（4）：176－178.
［2］乔晓军，张馨，王成，等.无线传感器网络在农业中应用［J］.农业工程学报，2005，12（11）：232－234.
［3］宋衣青，李书旗，王海滨.分布式无线农业信息采集系统的设计与实现［J］.实验室研究与探索，2009，28（9）：58－61.
［4］韩芝侠.基于无线传感器网络的农业信息采集系统路由设计研究［J］.微型机与应用，2011，
3（20）：61－64.
［5］刘航，廖桂平，杨帆.无线传感器网络在农业生产中的应用［J］.农业网络信息，2008，23（11）：16－18.。