物联网综合实训课程
智能农业综合实训台
AI智能农业实训平台是针对物联网智能农业方向设计的一款综合型教学实训平台，本平台在传感器/执行器、无线工业节点、异构网关、路由器、嵌入式中控网关等硬件的基础之上，经过硬件组装、硬件接线、协议制定、固件开发、烧写配置、应用开发等步骤，实现在PC端或Android端能实时采集农业传感器数据，能进行远程控制，能进行智能联动控制，让本平台构成一个完整的智能农业应用系统。
1、产品介绍
AI智能农业实训平台除了能让学生近距离的感知AI智能农业实训平台，了解物联网系统的整体架构；能进行硬件接线操作，锻炼学生的动手能力；能进行基于Cortex-M3的Stm32应用开发，学习单片机程序的基础开发；可以进行程序烧写、功能及网络参数配置等操作，理解网络层的通讯原理；还能进行基于物联网的Android应用开发，获得物联网应用层的开发能力。
并且以上这些课程内容在配套光盘中都提供详细的开发资料和课程资源，而课程资源按照物联网体系架构进行分解设置，将复杂的物联网系统进行分解成多个子知识点，便于学生理解和接受，即便没有太多基础也相对比较轻松上手。在课程中既可以学习嵌入式、物联网相关的基础知识，又能自由设计出各类综合性的物联网应用项目。所以AI智能农业实训平台能为学生完成课程实训、毕业设计和创新实践提供良好的环境。
2、平台布局
注意：平台支持定制，请以实际硬件为准。
1）左侧区域（节点+传感+控制）
实训平台左侧网孔架中包含无线工业节点 x 4、调光灯、光照传感器、二氧化碳传感器、温湿度传感器、风扇等硬件，它们通过导线相连。注意：节点与传感器不一定是就近接线的，实训台顶部的传感器也会走线槽连接到这些节点上，左侧的接线如下：节点1（光照）、节点2（二氧化碳）、节点3（温湿度+风扇）、节点4（风速）。
2）右侧区域（节点+传感+控制）
实训平台右侧网孔架中包含无线工业节点 x 4、加热器、烟雾传感器、雨雪传感器、土壤PH传感器、土壤水分传感器、土壤温湿度传感器、水泵等硬件，它们通过导线相连。注意：节点与传感器不一定是就近接线的，实训台顶部的传感器也会走线槽连接到这些节点上，右侧的接线如下：节点1（烟雾+继电器）、节点2（雨雪+土壤PH）、节点3（土壤水分）、节点4（土壤温湿度+风向）。
3）中间区域（异构网关+中控平台+人机交互）
实训平台中间的区域主要包括嵌入式中控平台、无线异构网关、显示屏以及电源开关幕等硬件模块。无线异构网关汇聚物联网数据，再通过嵌入式中控网关上应用进行展示，屏幕可通过HDMI接口连接电脑，方便实验及应用展示。电源主要用语嵌入式中控网关的唤醒。
4）实训台顶部（传感+摄像头）
实训平台的顶部包括风速传感器、风向传感器以及网络摄像头。
5）接口区域（开关+插座+网络+HDMI）
实训平台的桌面接口区域包括电源空气开关、电源指示灯、插座、网口以及HDMI接口，其中网口连接至台体内部的路由器，HMDI接口连接至网孔架中间区域的显示屏。
6）内部区域（电源+路由器）
实训平台的内部主要包括电源模块以及路由器，电源模块主要是将220V输入电源进行转换，为平台内各硬件模块进行供电，路由器为这个系统提供局域网，出厂配置的SSID及密码会记录在实训台的产品标签上。
7）网孔架背面区域（控制）
实训平台的背面包括窗帘电机、8路继电器、加湿器等硬件模块。8路继电器由网孔架右侧的节点1控制，继电器的每一路控制了不同执行器，说明如下：1路（窗帘开）、2路（窗帘停）、3路（窗帘关）、4路（调光灯）、5路（窗加热器）、6路（加湿器）、7路（水泵）。
3、平台架构
AI智能农业实训平台上集成了物联网真实场景下的常用传感器、执行器和家用电器等硬件模块，通过无线工业节点上的Stm32单片机采集和控制这些硬件，再通过Zigbee、蓝牙、Wifi、Lora、433等协议的无线模组与异构网关构成无线传感网，又通过异构网关的Wifi中间件将无线传感网数据接入互联网的局域网或者数据上云，最终在应用层的上位机程序中可以显示传感器数据或进行联动。
AI智能农业实训平台的软硬件设计完整的体现了物联网智能家居的基本架构，平台整体框架如下图所示：
整个物联网系统由感知层、网络层及物联网中间件层和应用层组成：
感知层：主要由无线工业节点和传感器/执行器组成，通过有线的方式进行连接，M3程序负责传感器数据采集、执行器控制以无线通讯。
平台包含大量传感器和执行器。传感器包括：光照传感器、二氧化碳传感器、温湿度传感器、风速传感器、风向传感器、烟雾传感器、雨雪传感器、土壤PH传感器、土壤水分传感器、土壤温度传感器。执行器包括：继电器控制器、风扇执行器、窗帘执行器、调光灯执行器、加热器执行器、加湿器执行器、水泵执行器等。
网络层及物联网中间件：通过M4程序实现对多种无线模组数据汇聚与转发，再通过Wifi中间件通过服务将数据传输到局域网或互联网。
应用层：包括局域网和互联网应用端的APP程序，如果数据要接入了互联网，则额外需要云平台中服务程序和数据库等。
4、安卓系统软件
4.1、空气土质
智慧农业APP的空气土质页面会实时显示智慧气象中的温湿度、二氧化碳、烟雾、土壤温度、土壤水分、土壤酸碱度等数据，便于实时了解农作物的土壤情况。
4.2、气候气象
智慧农业APP的气候气象页面会实时显示智慧气象中的光照、雨雪、风速、风向等数据，便于实时了解天气变化情况，合理安排耕作时间。
4.3、农业控制
智慧农业APP的农业控制页面可以控制风扇、灯光、水泵、卷帘电机、加热器、加湿器等执行器，可以人为的干预农作物的种植环境，调节温湿、水分、光照，保证农作物处于最近生长环境。
1.嵌入式中控网关
★核心板芯片：Cortex-A53八核处理器S5P6818
处理器主频1.4GHz
采用28nm制作工艺，内置高性能4核A9 ARM架构，配备Mali-400 GPU
支持32KB*4 I/D一级缓存，1MB二级缓存，支持单通道32位数据总线，高达800MHz工作频率的LPDDR2/3，LVDDR3(Low Voltage DDR3)，DDR3，支持3.3V的IO电平
DDR3内存：2GB DDR3
存储：16GB EMMC 存储
电源管理：AXP228，支持动态调频，超低功耗
★LCD液晶：10.1寸LCD，分辨率1024*600；
触摸屏：10.1寸5点电容触摸屏；
标准音频单元，音频输入输出接口；
1路TF卡插座；
1路千兆以太网RJ45接口；
3路USB Host2.0接口；1路USB OTG接口；
2路RS232接口；1路RS485接口；
1路500W CMOS 高清摄像头接口；
S500M芯片 WiFi/蓝牙4.0二合一
4路GPIO LED；1路有源蜂鸣器；
板载温湿度传感器、光照传感器、红外遥控接收头；
SPI FLASH、RTC实时时钟、三轴加速度传感器；
2.异构网关
M4核心处理器:核心MCU采用基于ARM Cortex-M4内核，32位微控制器STM32F429ZGT6。
▲显示单元:3.2寸TFT触摸显示屏，分辨率320*240
可提供良好的人机交互界面
无线单元：板载支持ZIGBEE、WIFI、蓝牙、LORA、433等无线模块，可汇聚多种异构网络
板载功能：对外TTL串口、232串口、USB转串口等多种通信接口。
配套黑色有机玻璃罩
▲联动存储功能：利用STM32F429其强大处理能力及其自适应实时存储器加速器功能，使得智能异构无线网关能实时处理应用层设置的联动信息，将不同联动内容分地址存储，互不干扰。当智能无线节点传送传感器数据到智能异构无线网关时，网关能及时在存储器中查找出对应联动信息，在判断传感器数据后，根据联动信息，控制执行器进行相关联动动作。
▲物联网中间件功能：板载802.11 b/g/n的模组,主频高达580MHz,带WIFI功能和以太网接口。板载嵌入式工业级物联网中间件模块，实现UART、Wi-Fi、以太网间的三者互传功能。工作模式：透明传输模式、串口指令模式、GPIO模式、HTTPd Client模式可以同时容纳24个客户端同时接入
外部连接：支持AP、STA、AP+STA配网；支持自定义心跳包、套接字分发协议；支持Modbus轮询功能；支持远程升级功能；支持超时重启、定时重启；支持网页、串口AT指令、网路AT指令配置；支持内置天线，传输距离可达280米。
二、传感器/执行器
1、温湿度传感器
1）工作电压10V-30V DC，工作温度-40℃-+80℃，最大功耗0.3W，耗电≤0.15W（12V DC,25℃）。
2）信号输出RS485，响应时间≤ 15S。
3）温度分辨率：0.1℃，湿度分辨率：0.1%RH；温度长期稳定性≤ 0.1℃/y，湿度长期稳定性≤ 1%RH/y。
3）外壳采用ABS材质，液晶显示器实时显示数据。
2.风速传感器
1）工作电压12-24V DC，耗电小于1W。
2）工作温度-30 - 80℃，工作湿度0 – 95%RH。
3）测量范围0 – 30m/s，测量精度±1m/s。
3）响应时间小于5秒。
3）通讯端口RS485A，波特率9600。
3.大气压力传感器
1）工作电压12-24V DC，耗电电流小于100mA。
2）工作温度-20 - 125℃，工作湿度0 – 100%RH。
3）测量范围26 – 126KPa，测量精度±10KPa。
3）预热时间小于1分钟，响应时间小于10秒。
3）通讯端口RS485A，波特率9600。
4.雨雪传感器
（1）测量对象：雨、雪有无查询
（2）供电方式：DC 12V
（3）输出形式：开关量
（4）负载能力(触点容量)：5A，250VAC/30VDC
（5）工作环境：温度-40℃～50℃，湿度≤100%RH
（6）外壳防护等级：IP45；
5.声音&光照传感器
（1）86型光照&声音采集2合1传感器，颜色白。
（2）尺寸为86mm*86mm，工作电压为12- 24V。
（3）光照采集通过联动声音输出。
（4）声音采集通过开关量输出。
6.风向传感器
（1）工作电压12-24V DC，耗电小于1W。
（2）工作温度-30 - 80℃，工作湿度0 – 95%RH。
（3）测量范围0 – 360°，测量精度±3°。
（4）响应时间小于5秒。
（5）通讯端口RS485A，波特率9600。
7.13.56M RFID读卡器
（1）工作电压8-15V DC，工作功率0.5W – 2W，工作温度-20℃ T0 +70℃。
（2）通讯接口RS485/Wiegand，波特率4800-115200 bps，读卡时间0.1s。
（3）外壳采用ABS材质，自带LED指示灯。
8.电磁锁
（1）工作电压为12V、24V可选
（2）工作电流为1.2A。
（3）通电时间＜10S（不可长时间通电）
（4）锁舌行程为7mm。
（5）锁舌吸力≤1N（100g）
（6）工作方式为通电缩回，断电弹出.
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《无线工业节点Stm32应用开发》实验目录 |
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第1章 STM32应用开发基础 |
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第2章 STM32开发环境搭建 |
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2.1 STM32开发环境安装及使用 |
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2.2 Keil uVision4工程新建、配置、下载、调试 |
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第3章 STM32基础应用开发 |
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3.1 STM32应用开发-LED灯 |
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3.2 STM32应用开发-按键 |
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3.3 STM32应用开发-外部中断 |
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3.4 STM32应用开发-串口 |
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3.5 STM32应用开发-ADC |
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3.6 STM32应用开发-定时器 |
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3.7 STM32应用开发-串口屏 |
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第4章 STM32传感器应用开发 |
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4.1 STM32传感器应用开发-燃气传感器 |
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4.2 STM32传感器应用开发-多普勒传感器 |
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4.3 STM32传感器应用开发-门磁传感器 |
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4.4 STM32传感器应用开发-雨雪传感器 |
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4.5 STM32传感器应用开发-声音传感器 |
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4.6 STM32传感器应用开发-光照传感器 |
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4.7 STM32传感器应用开发-声光报警灯 |
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4.8 STM32传感器应用开发-电磁锁 |
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4.9 STM32传感器应用开发-舵机 |
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4.10 STM32传感器应用开发-交通灯 |
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4.11 STM32传感器应用开发-调光灯 |
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4.12 STM32传感器应用开发-温湿度传感器 |
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4.13 STM32传感器应用开发-13.56M RFID读卡器 |
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4.14 STM32传感器应用开发-大气压力传感器 |
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4.15 STM32传感器应用开发-风速传感器 |
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4.16 STM32传感器应用开发-风向传感器 |
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4.17 STM32传感器应用开发-900M RFID读卡器 |
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4.18 STM32传感器应用开发-多通道RFID读卡器 |
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第5章 Zigbee无线通信应用开发 |
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5.1 GB2530配置 |
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5.2 节点与上位机通信实验 |
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第6章 WIFI无线通信应用开发 |
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6.1 ESP8266组网实验 |
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《嵌入式Android应用开发》实验目录 |
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第1章 Android系统介绍及编译烧写 |
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第2章 ANDROID应用开发环境搭建 |
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2.1 ANDROID STUDIO安装与配置 |
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2.2 ANDROID驱动安装 |
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2.3 ADB工具配置与使用 |
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第3章 ANDROID应用程序开发流程 |
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3.1 新建ANDROID应用工程 |
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3.2 导入ANDROID应用工程 |
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3.3 运行ANDROID应用工程 |
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3.4 发布ANDROID应用APP |
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第4章 ANDROID应用开发基础 |
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4.1 ANDROID应用常用布局-LINEARLAYOUT |
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4.2 ANDROID应用常用布局-ABSOLUTELAYOUT |
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4.3 ANDROID应用常用布局-RELATIVELAYOUT |
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4.4 ANDROID应用常用布局-TABLELAYOUT |
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4.5 ANDROID应用常用组件-TEXTVIEW |
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4.6 ANDROID应用常用组件-EDITTEXT |
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4.7 ANDROID应用常用组件-BUTTON |
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4.8 ANDROID应用常用组件-IMAGEVIEW |
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4.9 ANDROID应用LOGCAT-查看日志 |
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4.10 ANDROID应用ACTIVITY-生命周期 |
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4.11 ANDROID应用ACTIVITY-数据传递 |
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4.12 ANDROID应用信息提示-TOAST |
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4.13 ANDROID应用信息提示-NOTIFICATION |
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4.14 ANDROID应用信息提示-DIALOG |
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4.15 ANDROID应用信息提示-POPUPWINDOW |
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4.16 ANDROID应用数据存储-SHAREDPREFERENCES |
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4.17 ANDROID应用数据存储-SQLITE |
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4.18 ANDROID应用数据存储-CONTENT PROVIDER |
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4.19 ANDROID应用多线程-THREAD |
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4.20 ANDROID应用多线程-TIMER |
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4.21 ANDROID应用多线程-HANDLER |
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4.22 ANDROID应用BROADCAST-RECEIVER |
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4.23 ANDROID应用BROADCAST-SENDER |
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4.24 ANDROID应用SERVICE-STARTSERVICE |
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4.25 ANDROID应用SERVICE-BINDSERVICE |
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4.26 ANDROID应用SOCKET-TCP CLIENT |
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4.27 ANDROID应用SOCKET-UDP DEMO |
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第5章 嵌入式ANDROID应用开发 |
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5.1 嵌入式ANDROID NDK应用开发流程 |
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5.2 嵌入式ANDROID NDK应用-LED灯控制 |
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5.3 嵌入式ANDROID NDK应用-蜂鸣器控制 |
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5.4 嵌入式ANDROID应用-光照传感器采集 |
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5.5 嵌入式ANDROID应用-温湿度传感器采集 |
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《物联网智能系统Android应用开发》实验目录 |
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第1章 物联网智能系统Android示例解析 |
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1.1 物联网智能系统应用框架及代码分析 |
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1.2 物联网智能系统应用通讯协议解析 |
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第2章 物联网智能系统Android基础应用开发 |
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2.1 环境监测-光照传感器数据显示实验 |
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2.2 环境监测-二氧化碳传感器数据显示实验 |
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2.3 环境监测-温湿度传感器数据显示实验 |
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2.4 环境监测-雨雪传感器数据显示实验 |
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2.5 环境监测-空气质量传感器数据显示实验 |
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2.6 环境监测-噪声传感器数据显示实验 |
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2.7 智能安防-燃气传感器数据显示实验 |
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2.8 智能安防-红外对射传感器数据显示实验 |
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2.9 智能安防-多普勒传感器数据显示实验 |
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2.10 智能安防-烟雾传感器数据显示实验 |
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2.11 智能安防-门磁传感器数据显示实验 |
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2.12 智能安防-紧急按钮传感器数据显示实验 |
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2.13 智能控制-风扇执行器控制实验 |
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2.14 智能控制-声光报警灯执行器控制实验 |
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2.15 智能控制-电磁阀执行器控制实验 |
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2.16 智能控制-调光灯执行器控制实验 |
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2.17 智能控制-智能无线插座执行器控制实验 |
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2.18 智能控制- RS485开关量控制器控制实验 |
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2.19 智能控制- MP3播放器控制实验 |
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2.20 门禁系统-RFID读卡器读卡实验 |
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2.21 门禁系统-电磁锁执行器控制实验 |
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2.22 智慧城市-智能电表数据显示实验 |
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2.23 智慧城市-智能燃气表数据显示实验 |
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2.24 气象农业-风向传感器数据显示实验 |
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2.25 气象农业-风速传感器数据显示实验 |
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2.26 气象农业-温湿度&大气压力传感器数据显示实验 |
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2.27 气象农业-声音&光照传感器数据显示实验 |
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2.28 智能交通-900M RFID读卡器读卡实验 |
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2.29 智能交通-舵机执行器控制实验 |
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2.30 智能交通-交通灯执行器控制实验 |
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2.31 智慧物流-多通道RFID读卡器读卡实验 |
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第3章 物联网智能系统Android综合应用开发 |
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3.1 物联网智能门禁系统 |
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《嵌入式裸机调试开发》实验目录 |
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第1章 嵌入式裸机开发环境搭建 |
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第2章 嵌入式裸机开发与调试流程 |
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2.1 裸机工程新建、编译、删除、导入 |
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2.2 裸机工程调试配置 |
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2.3 裸机实验调试操作流程 |
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第3章 嵌入式裸机开发基础实验 |
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3.1 GCD汇编指令调试 |
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3.2 ASM汇编指令调试 |
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3.3 C语言代码调试 |
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第4章 嵌入式裸机开发接口实验 |
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4.1 基于S5P4418裸机开发-GPIOLED |
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4.2 基于S5P4418裸机开发-按键 |
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4.3 基于S5P4418裸机开发-串口通讯 |
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4.4 基于S5P4418裸机开发-按键中断 |
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4.5 基于S5P4418裸机开发-PWM |
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《嵌入式Linux系统开发》实验目录 |
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第1章 嵌入式LINUX开发环境搭建 |
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第2章 嵌入式LINUX开发基础 |
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第3章 嵌入式LINUX系统移植 |
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3.1 BOOTLOADER（UBOOT） |
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3.2 LINUX内核（KERNEL） |
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第4章 嵌入式LINUX应用开发 |
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4.1 GCC编译与交叉编译 |
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4.2 嵌入式LINUX多线程 |
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4.3 嵌入式LINUX串口通信 |
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4.4 嵌入式LINUX网络编程TCP |
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4.5 嵌入式LINUX网络编程UDP |
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第5章 嵌入式LINUX驱动开发 |
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5.1 LINUX驱动概述 |
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5.2 嵌入式LINUX GPIOLED驱动开发 |
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5.3 嵌入式LINUX 按键驱动开发 |
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5.4 嵌入式LINUX 蜂鸣器驱动开发 |
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5.5 嵌入式LINUX ADC驱动开发 |
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第6章 嵌入式LINUX QT应用开发 |
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6.1 QT应用环境搭建及使用 |
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6.2 嵌入式QT应用环境搭建及使用 |
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6.3 嵌入式LINUX QT应用-LED点灯 |
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6.4 嵌入式LINUX QT应用-串口通信 |
