農業信息采集模擬仿真實訓平臺開發及應用

王興旺

摘要：分析了農業院校農業信息采集知識模塊的重要性，提出了農業信息采集模擬仿真實訓平臺總體設計方案并進行了開發研制。結果表明，農業信息采集模擬仿真實訓平臺的應用對于教學滿意率的提高和知識項的掌握有顯著的促進作用。

關鍵詞：模擬仿真；信息采集；開發

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2015）12-3025-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.12.059

Development and Applied of Agricultural Information Collection

Simulation Training Platform

WANG Xing-wang1，2

（1.Shanghai Vocational Technical of Agriculture & Forestry，Shanghai 201699，China；2.Shanghai Agricultural School， Shanghai 201699，China）

Abstract： The importance of agricultural information acquisition of the knowledge module in the agricultural universities was analyzed.The agricultural information acquisition simulation training platform overall design scheme and developed the platform was proposed. The results showed that the use of the agricultural information collection and simulation training platform had a significant role in promoting the improvement of teaching satisfaction and knowledge of master.

Key words：analog simulation； information collection； development

目前，上海市農業學校在《農業信息技術》、《園林植物栽培與養護》、《果蔬產品貯藏與加工》等課程教學過程中，對于農業信息采集知識模塊的教學非常重視，采集的農業信息通常包括果蔬儲藏溫度與濕度、大田土壤溫度與濕度、空氣氧氣濃度、光照、輻射等信息[1]。目前，已經設計出農業生產或工業生產用的信息采集設備和配套軟件，但是價格昂貴、不易攜帶和安放、容易損壞，這就造成在日常教學過程中農業信息采集知識模塊主要以理論講解為主，信息采集的實訓環節比較薄弱，整體教學達不到理想效果[2]。

本研究根據目前的教學現狀，利用界面設計技術、單片機技術、網絡技術、數據庫技術和人機接口傳感與通訊技術，設計并實現了農業信息采集模擬仿真實訓平臺，仿真平臺模擬農業生產或工業生產用的信息采集設備，利用無線傳感器采集到溫度、濕度、光照等信息，將信息傳輸到計算機中，學生通過對仿真平臺的使用可以采集到比較準確的農業信息。通過對軟件的修改還可以將仿真平臺進行擴充和升級，在一定程度上解決了硬件實訓不足、資源短缺等問題，開發過程采用價格較低的電子元件和應用軟件，成本較低，易于推廣使用[3]。

1 農業信息采集模擬仿真實訓平臺研究現狀

仿真技術在教育教學中的應用，給課程改革增添了活力，逐漸被越來越多的專家、學者所接受。農業信息采集模擬仿真實訓平臺采用軟硬件結合、功能模塊重組配置的方式，它是增加教學平臺適用性和試驗技術可擴展性的有效手段，有助于培養學生的動手能力和創新精神；仿真實訓平臺有助于革新傳統的教學模式，推動實訓課程的發展。使用計算機軟件開展實訓，或采用有實物介入的計算機仿真實訓，是中等職業教育加強內涵建設，開展綠色實訓，打造現代化的職業教育的發展方向[4]。

使用計算機仿真實訓，可以模擬實際工作中的各種危險與故障，彌補純硬件實訓的不足，能夠解決使用純物理設備實訓的各種問題，例如實踐環節教學資源短缺、設備不能及時更新、實踐耗材不足、雙師型師資力量缺乏和智能化差等問題。目前，日本、美國等國家的農業類學校對于農業信息采集的模擬仿真實訓已經進入普及和應用階段，國內中職學校對于農業信息采集模擬仿真實訓還不多，仍處于起步和建設階段[5]。

2 農業信息采集模擬仿真實訓平臺硬件體系

2.1 實訓平臺體系結構設計

基于無線傳感的農業信息采集模擬仿真實訓平臺如圖1所示。它由田間采集電路和上位機軟件兩大部分組成，通過無線接收/發射器實施通訊。仿真實訓平臺模擬信息采集電路放置于田間，準確、實時地采集各種田間參數（溫度、濕度、光照等），經過初步處理后，由無線波發射至上位機；上位機接收來自田間的信息數據，進一步對數據進行分析處理并以圖、表等形式提供給農業技術人員。

2.2 射頻模塊

射頻模塊是實訓平臺中重要的組成部分之一，是實現射頻收發、存儲控制程序、執行控制程序的多功能模塊。模塊采用了TI公司的CC2430芯片為核心芯片（集射頻收發功能、8051微控制器、高速Flash為一體的芯片），同時還擴展了USB在線燒錄接口用于在線燒錄器進行程序燒錄。在農業采集模擬仿真實訓平臺當中，無論是節點還是基站，都需要配備一個射頻模塊進行程序控制。

2.3 傳感器模塊

傳感器模塊是將物理世界的信息進行量化的設備，是農業信息采集模擬仿真實訓平臺中采集數據的基本來源。傳感器根據采集對象的不同，分為A/D式傳感器及開關傳感器，農業信息采集模擬仿真實訓平臺支持多達十幾種傳感器，使用統一連接的方式，方便使用和替換。傳感器模塊一般由兩部分構成：探測部與連接部，由于傳感器種類的不同，探測部形狀各異，但連接部完全相同。圖2～圖5是實訓平臺的部分傳感器模塊。

2.4 基站板

基站板（或稱為網關板）是實訓平臺中用于采集節點數據、燒錄程序（射頻模塊可以通過基站板進行燒錄，也可以通過在線燒錄接口）以及串口通訊的多功能設備（圖6）。基站板上有一個射頻模塊連接插槽，一個傳感器模塊連接插槽，一個USB燒錄線接口，USB轉串行接口以及一個標準串口。基站板還具有3個紅、藍、黃狀態指示燈。

3 軟件程序設計與實現

系統的程序設計包括：①鍵盤掃描；②各項參數的采集；③各項參數在液晶上的顯示；④各項參數的繼電器控制，主程序的流程如圖7所示。

4 中職教學中的應用

為了驗證仿真實訓的學生滿意效果，將農業信息采集模擬仿真實訓平臺應用在13級《農業信息技術》、《園林植物栽培與養護》、《果蔬產品貯藏與加工》3門課程來測評學生的教學滿意率效果如表1所示。從表1可以看出，使用農業信息采集模擬仿真實訓平臺以后學生對于課程的教學滿意率有所提高，實訓平臺的使用激發了學生的學習興趣，對于農業信息采集的教學不再是理論教學，而是實踐教學。

為了驗證仿真實訓平臺學習方式學生掌握知識的有效性，以《農業信息技術》課程為例，對開設本課程的12級（未使用仿真實訓平臺）和13級（使用仿真實訓平臺）的學生進行考試情況進行對比，考核所用試卷的知識體系結構和所占比例分別是：農業信息采集基礎知識部分40%、農業信息采集方案設計部分10%、系統調試部分40%和新技術部分10%。從表2可以看出，使用仿真實訓平臺后對于知識項的掌握有一定程度的提高，特別是對于農業信息采集基礎知識和系統調試知識提高幅度較大。

5 小結

對農業信息采集模擬仿真實訓平臺研究現狀進行了分析，提出了農業信息采集模擬仿真實訓平臺總體設計方案，研制了農業信息采集模擬仿真實訓平臺，并在中職教學中進行了應用，得出了教學滿意率和仿真實訓教學知識項掌握程度效果對比結論，但尚有待于進一步研究。今后的研究重點主要是：①開發便攜式農業信息采集設備，更好地解決運輸問題，降低成本，增強農業信息采集設備的可推廣性；②進一步提高農業信息采集模擬仿真實訓平臺的測量精度，使其更接近生產要求。

參考文獻：

[1] 蔡義華，劉 剛，李 莉，等.基于無線傳感器網絡的農田信息采集節點設計與實驗[J].農業工程學報，2009，25（4）：176-178.

[2] 喬曉軍，張 馨，王 成，等.無線傳感器網絡在農業中應用[J].農業工程學報，2005，12（11）：232-234.

[3] 宋衣青，李書旗，王海濱.分布式無線農業信息采集系統的設計與實現[J].實驗室研究與探索，2009，28（9）：58-61.

[4] 韓芝俠.基于無線傳感器網絡的農業信息采集系統路由設計研究[J].微型機與應用，2011，3（20）：61-64.

[5] 劉 航，廖桂平，楊 帆.無線傳感器網絡在農業生產中的應用[J].農業網絡信息，2008，23（11）：16-18.