物联网智慧农业实验室建设解决方案

物联网智慧农业实验室建设方案
一、物联网智慧农业实验室主要用途
物联网智慧农业实验室能够满足高校农林专业对物联网技术的应用，以及专业开设的物联网导论、传感器原理及应用、无线单片机原理及应用、无线传感器网络及应用、RFID 技术及应用、物联网工程及应用、物联网标准与中间件技术、无线单片机应用课程设计、智慧农业应用系统设计等课程的实践实训教学需要，并为学生或教师的物联网创新应用项目开发提供平台。

使学生通过该实验室的平台，能掌握物联网技术基础理论、物理信息系统标识与感知、计算机网络理论与技术和数据分析与信息处理技术等知识，具备通信技术、网络技术、传感技术等信息领域宽广专业知识，具备一定的物联网农业应用系统的开发、实践能力和科学研究能力。

从而为地方经济建设提供物联网行业的人才供给实践、实训的平台。

二、物联网智慧农业实验室设计方案
物联网智慧农业实验室是以光载无线交换机为核心的物联网信息平台构建WiFi无线局域网，覆盖实验室及其周边区域；加上实验室的有线网络交换机、网络路由器，从而建立融合有线网络、无线局域网的物联网关键部分—网络层，农业大棚及各种传感器、嵌入式设备通过WiFi-ZigBee网关、WiFi设备服务器（串口通信RS232或RS485转WiFi无线网络）无线接入物联网工程信息平台，构成全面涵盖物联网三个层次（应用层、网络层、感知层）的一个统一的物联网智慧农业实验平台。

同时，其它内置WiFi模块的各种手持设备（笔记本电脑、手机等）也能无线接入该实验平台，成为物联网实验设备的一部分；师生教学、科研实践开发的其它感知模块，通过与标准的WiFi设备服务器连接，也能轻易接入该实验平台，完成测试、验证。

本实验室专门为农林专业高校设计，可以实现物联网智慧农业实验室内模拟的农业大棚内的农业生产环境数据采集、环境控制、人员物资管理、视频监控等功能，以及对农业大棚的远程控制。

同时，我们提供该实验室系统的设计原理图，开放足够多的端口和丰富、完善的接口数据以及二次开发包，为教师、学生提供一个开放的平台去学习和研究。

2.1 物联网智慧农业实验室拓扑图：
如图1 物联网智慧农业实验室以光载无线交换机及其配套设备远端射频单元通过单模光纤链路分布无线信号；结合农业大棚及大棚内多种传感器、控制设备PLC、
Wifi-ZigBee网关、WiFi设备服务器、实验平台服务器及系统软件，精准控制农作物的生长
过程；并使用智慧农业大棚信息展示屏实时展示农作物生长过程环境数据及生长场景，实现物联网智慧农业实验室的功能。

图1 物联网智慧农业实验室拓扑图
2.2 光载无线交换机及其分布式天线系统
光载无线交换机及其配套设备远端射频单元为广州飞瑞敖电子科技有限公司的核
心产品，用于实现WiFi无线射频信号的远距离、大范围的光纤分布，是物联网无线网络分布的主要分布方式。

光载无线交换机安装在物联网智慧农业实验室内的落地式网络机柜里面，与原本有线布线网络连接，接入学院已有的计算机网络。

光载无线交换机内置2个WiFi接入点（AP）（所有网络协议处理、基带数据处理、射频信号处理都集中在光载无线交换机内），通过单模光纤链路将WiFi射频信号分布至物联网实验室，在实验室里面安装2个远端射频单元，完成全实验室的WiFi无线覆盖，将实验设备和各类WiFi终端接入统一的WiFi无线局域网，构成整体物联网平台。

2.3 物联网实验平台服务器
为实现物联网智慧农业实验平台的统一管理、实验室实验设备等管控、以及开展功能复杂的综合设计和科研项目，在实验室内配置一台服务器。

该服务器安装系统软件，及物联网实验的服务器端软件，提供本地、或远程访问服务，并实施对物联网实验的监控和设备管理。

2.4 智慧农业大棚
智慧农业大棚由农业大棚、智慧农业大棚信息展示屏、各种传感器、控制器及系统软件组成，在老师及实验指导书的指导下完成物联网技术在农业的应用的学习与实验，并能在该实验平台上进行创新科研课题研究。

2.4.1农业大棚：
农业大棚由骨架和覆膜组成，用于农作物生长提供一个可控的空间。

2.4.2智慧农业大棚信息展示屏：
智慧农业大棚信息展示屏由液晶板拼接而成，用于展示农业大棚内各传感器采集的环境数据和现场场景；同时展示屏也是展示智慧农业的一个窗口。

2.4.3智慧农业大棚传感器：
传感器由ZigBee空气温湿度传感器、ZigBee土壤温湿度传感器、ZigBee土壤PH
传感器、ZigBee光合有效辐射传感器、ZigBeeCO2传感器、超高频RFID读卡器、Wifi摄像头组成。

ZigBee传感器采集的数据经WiFi-ZigBee网关转换成Wifi信号接入物联网信息平台，超高频RFID读卡器经其配套设备Wifi设备服务器接入物联网信息平台；所有传感器用于采集农业大棚内影响作物生长的空气温湿度、土壤温湿度、土壤PH值、光合有效辐射、CO2浓度等环境数据，以及进出农业大棚人员物资信息和农作物生长现场的图像经物联网信息平台上传到物联网平台服务器。

2.4.4智慧农业大棚控制器：
控制器由加热、喷灌、通风、卷帘设备及其配套PLC及Wifi设备服务器组成，当传感器采集的环境数据与标准值对比超出临界范围时，控制器自动启动相关硬件设备对作物生长环境加热、施肥浇水、通风、卷帘加减光照辐射，实现作物生长过程精确控制。

2.4.5智慧农业大棚系统软件：
系统软件安装在实验平台服务器，用于对采集的数据汇总、展示、比对控制。

三、实验项目
物联网智慧农业实验室可以完成物联网网络层、应用层和传感层的课程实验和综合实验，同时支持在此平台下，开展物联网技术在农业的科研训练、复杂综合设计实验、毕业设计及创新实验，下表列出了基本的实验项目（附表2）：
拟采用实验室设备如下：。