[發明專利]一種水稻栽培物聯網虛擬仿真實驗教學系統和方法

有效

• 申請號: 202011295085.2
• 申請日: 2020-11-18
• 公開（公告）號: CN112489514B
• 公開（公告）日: 2023-03-24
• 發明（設計）人: 張正華;顧逸楓;李斌;徐向英;楊冬晗
• 申請（專利權）人: 揚州大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;H04L12/28
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 陳鵬

1.一種水稻栽培物聯網虛擬仿真實驗教學系統，其特征在于，包括信息采集模塊、控制處理模塊、通信模塊、云端服務器以及客戶端；其中：

信息采集模塊包括傳感器模塊、電平轉換模塊和無線模塊；傳感器模塊用于采集水稻栽培參數；電平轉換模塊用于485電平與TTL電平之間的轉換；無線模塊用于接收、匯總傳感器模塊采集的水稻栽培參數并將匯總后的數據傳輸至控制處理模塊；

控制處理模塊位于主機端，包括串口監聽模塊和bat文件批量處理模塊；串口監聽模塊通過串口監聽顯示接收到的信息采集模塊采集的水稻栽培參數，并將水稻栽培參數由十六進制轉為十進制發送至云端服務器；bat文件批量處理模塊，用于下載云端服務器的代碼以及用命令行實現IAR文件的下載和編譯，并將編譯結果發送至云端服務器；所述控制處理模塊還包括MQTT訂閱和發布模塊，用于訂閱云端服務器代碼以及發布水稻栽培參數至云端服務器；所述云端服務器還包括MQTT服務器，MQTT服務器用于實現水稻栽培參數數據的訂閱和代碼發布至控制處理模塊；

所述控制處理模塊得到訂閱的代碼信息后，bat文件批量處理模塊自動運行用于處理命令行的.bat文件，若要編譯下載學生代碼，.bat文件實現的具體內容為：下載服務器保存的.txt代碼文件，強制轉換成工程目錄下的485.c文件，編譯整個工程并返回編譯情況；若要編譯下載初始代碼，.bat文件實現的具體內容為：復制初始485.c文件到工程目錄下進行覆蓋，編譯整個工程并返回編譯情況，代碼編譯成功后，自動下載進無線模塊，采集數據；

云端服務器用于對客戶端發送來的代碼和控制處理模塊發送的水稻栽培參數進行接收、顯示和存儲，該服務器包括數據庫和WAMP Server，WAMP Server用于快速安裝配置Web服務器，數據庫用于對客戶端發送來的代碼和控制處理模塊發送的水稻栽培參數數據進行存儲；

客戶端，用于顯示采集到的水稻栽培參數，以及編寫代碼和提交代碼文件至云端服務器；通信模塊，用于上述各模塊之間的數據傳輸；

所述傳感器模塊問詢幀格式為：地址碼、功能碼、起始地址、數據長度、校驗碼低位、校驗碼高位，應答幀格式為：地址碼、功能碼、有效字節數、數據一區、第二數據區、第N數據區、校驗碼。

2.根據權利要求1所述的水稻栽培物聯網虛擬仿真實驗教學系統，其特征在于，所述水稻栽培參數為土壤中氮磷鉀含量。

3.根據權利要求2所述的水稻栽培物聯網虛擬仿真實驗教學系統，其特征在于，所述傳感器模塊選用485型土壤氮磷鉀三合一變送器。

4.根據權利要求1所述的水稻栽培物聯網虛擬仿真實驗教學系統，其特征在于，所述電平轉換模塊選用TTL轉RS485模塊，所述無線模塊選用CC2530ZigBee無線模塊。

5.根據權利要求1所述的水稻栽培物聯網虛擬仿真實驗教學系統，其特征在于，所述數據庫為SQL Server數據庫。

6.根據權利要求1所述的水稻栽培物聯網虛擬仿真實驗教學系統，其特征在于，所述通信模塊采用Web Socket通信。

7.根據權利要求1所述的水稻栽培物聯網虛擬仿真實驗教學系統，其特征在于，所述客戶端界面為人機交互的網頁對話框，包含代碼編寫區域、提交按鈕、提示按鈕和重置按鈕。

8.一種水稻栽培物聯網虛擬仿真實驗教學方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、在客戶端編寫代碼并提交代碼文件至云端服務器；

步驟2、云端服務器將接收代碼并保存至數據庫，通過MQTT服務器發布控制處理模塊訂閱的代碼；

步驟3、控制處理模塊的bat文件批量處理模塊下載云端服務器發布的代碼并自動運行.bat文件編譯代碼，編譯結果經由服務器返回至客戶端；若編譯正確，控制處理模塊則將其下載進數據采集模塊的傳感器模塊，進行水稻栽培參數采集；若編譯錯誤，則返回步驟1；

若要編譯下載學生代碼，.bat文件實現的具體內容為：下載服務器保存的.txt代碼文件，強制轉換成工程目錄下的485.c文件，編譯整個工程并返回編譯情況；若要編譯下載初始代碼，.bat文件實現的具體內容為：復制初始485.c文件到工程目錄下進行覆蓋，編譯整個工程并返回編譯情況；

步驟4、數據采集模塊的無線模塊接收、匯總傳感器模塊采集的水稻栽培參數，并發送給控制處理模塊的串口監聽模塊；

步驟5、串口監聽模塊接收顯示水稻栽培參數，控制處理模塊對水稻栽培參數由十六進制轉為十進制，然后將十進制的水稻栽培參數通過MQTT訂閱和發布模塊發布水稻栽培參數至云端服務器；

步驟6、云端服務器將獲得的水稻栽培參數保存到數據庫；

步驟7、客戶端請求云端服務器數據時，云端服務器將水稻栽培參數數據傳輸給客戶端，客戶端實時顯示；

所述傳感器模塊問詢幀格式為：地址碼、功能碼、起始地址、數據長度、校驗碼低位、校驗碼高位，應答幀格式為：地址碼、功能碼、有效字節數、數據一區、第二數據區、第N數據區、校驗碼。