農(nóng)業(yè)信息采集模擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)開發(fā)及應(yīng)用

王興旺

摘要：分析了農(nóng)業(yè)院校農(nóng)業(yè)信息采集知識(shí)模塊的重要性，提出了農(nóng)業(yè)信息采集模擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)總體設(shè)計(jì)方案并進(jìn)行了開發(fā)研制。結(jié)果表明，農(nóng)業(yè)信息采集模擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的應(yīng)用對(duì)于教學(xué)滿意率的提高和知識(shí)項(xiàng)的掌握有顯著的促進(jìn)作用。

關(guān)鍵詞：模擬仿真；信息采集；開發(fā)

中圖分類號(hào)：G434 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(nóng)業(yè)學(xué)校在《農(nóng)業(yè)信息技術(shù)》、《園林植物栽培與養(yǎng)護(hù)》、《果蔬產(chǎn)品貯藏與加工》等課程教學(xué)過程中，對(duì)于農(nóng)業(yè)信息采集知識(shí)模塊的教學(xué)非常重視，采集的農(nóng)業(yè)信息通常包括果蔬儲(chǔ)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(jīng)設(shè)計(jì)出農(nóng)業(yè)生產(chǎn)或工業(yè)生產(chǎn)用的信息采集設(shè)備和配套軟件，但是價(jià)格昂貴、不易攜帶和安放、容易損壞，這就造成在日常教學(xué)過程中農(nóng)業(yè)信息采集知識(shí)模塊主要以理論講解為主，信息采集的實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)比較薄弱，整體教學(xué)達(dá)不到理想效果[2]。

本研究根據(jù)目前的教學(xué)現(xiàn)狀，利用界面設(shè)計(jì)技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)和人機(jī)接口傳感與通訊技術(shù)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)信息采集模擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，仿真平臺(tái)模擬農(nóng)業(yè)生產(chǎn)或工業(yè)生產(chǎn)用的信息采集設(shè)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?shù)接?jì)算機(jī)中，學(xué)生通過對(duì)仿真平臺(tái)的使用可以采集到比較準(zhǔn)確的農(nóng)業(yè)信息。通過對(duì)軟件的修改還可以將仿真平臺(tái)進(jìn)行擴(kuò)充和升級(jí)，在一定程度上解決了硬件實(shí)訓(xùn)不足、資源短缺等問題，開發(fā)過程采用價(jià)格較低的電子元件和應(yīng)用軟件，成本較低，易于推廣使用[3]。

1 農(nóng)業(yè)信息采集模擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)研究現(xiàn)狀

仿真技術(shù)在教育教學(xué)中的應(yīng)用，給課程改革增添了活力，逐漸被越來越多的專家、學(xué)者所接受。農(nóng)業(yè)信息采集模擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)采用軟硬件結(jié)合、功能模塊重組配置的方式，它是增加教學(xué)平臺(tái)適用性和試驗(yàn)技術(shù)可擴(kuò)展性的有效手段，有助于培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新精神；仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)有助于革新傳統(tǒng)的教學(xué)模式，推動(dòng)實(shí)訓(xùn)課程的發(fā)展。使用計(jì)算機(jī)軟件開展實(shí)訓(xùn)，或采用有實(shí)物介入的計(jì)算機(jī)仿真實(shí)訓(xùn)，是中等職業(yè)教育加強(qiáng)內(nèi)涵建設(shè)，開展綠色實(shí)訓(xùn)，打造現(xiàn)代化的職業(yè)教育的發(fā)展方向[4]。

使用計(jì)算機(jī)仿真實(shí)訓(xùn)，可以模擬實(shí)際工作中的各種危險(xiǎn)與故障，彌補(bǔ)純硬件實(shí)訓(xùn)的不足，能夠解決使用純物理設(shè)備實(shí)訓(xùn)的各種問題，例如實(shí)踐環(huán)節(jié)教學(xué)資源短缺、設(shè)備不能及時(shí)更新、實(shí)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(nóng)業(yè)類學(xué)校對(duì)于農(nóng)業(yè)信息采集的模擬仿真實(shí)訓(xùn)已經(jīng)進(jìn)入普及和應(yīng)用階段，國內(nèi)中職學(xué)校對(duì)于農(nóng)業(yè)信息采集模擬仿真實(shí)訓(xùn)還不多，仍處于起步和建設(shè)階段[5]。

2 農(nóng)業(yè)信息采集模擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)硬件體系

2.1 實(shí)訓(xùn)平臺(tái)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

基于無線傳感的農(nóng)業(yè)信息采集模擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)如圖1所示。它由田間采集電路和上位機(jī)軟件兩大部分組成，通過無線接收/發(fā)射器實(shí)施通訊。仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)模擬信息采集電路放置于田間，準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)地采集各種田間參數(shù)（溫度、濕度、光照等），經(jīng)過初步處理后，由無線波發(fā)射至上位機(jī)；上位機(jī)接收來自田間的信息數(shù)據(jù)，進(jìn)一步對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理并以圖、表等形式提供給農(nóng)業(yè)技術(shù)人員。

2.2 射頻模塊

射頻模塊是實(shí)訓(xùn)平臺(tái)中重要的組成部分之一，是實(shí)現(xiàn)射頻收發(fā)、存儲(chǔ)控制程序、執(zhí)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(fā)功能、8051微控制器、高速Flash為一體的芯片），同時(shí)還擴(kuò)展了USB在線燒錄接口用于在線燒錄器進(jìn)行程序燒錄。在農(nóng)業(yè)采集模擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)當(dāng)中，無論是節(jié)點(diǎn)還是基站，都需要配備一個(gè)射頻模塊進(jìn)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(jìn)行量化的設(shè)備，是農(nóng)業(yè)信息采集模擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)中采集數(shù)據(jù)的基本來源。傳感器根據(jù)采集對(duì)象的不同，分為A/D式傳感器及開關(guān)傳感器，農(nóng)業(yè)信息采集模擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)支持多達(dá)十幾種傳感器，使用統(tǒng)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(gòu)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(shí)訓(xùn)平臺(tái)的部分傳感器模塊。

2.4 基站板

基站板（或稱為網(wǎng)關(guān)板）是實(shí)訓(xùn)平臺(tái)中用于采集節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)、燒錄程序（射頻模塊可以通過基站板進(jìn)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(shè)備（圖6）。基站板上有一個(gè)射頻模塊連接插槽，一個(gè)傳感器模塊連接插槽，一個(gè)USB燒錄線接口，USB轉(zhuǎn)串行接口以及一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)串口?；景暹€具有3個(gè)紅、藍(lán)、黃狀態(tài)指示燈。

3 軟件程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)包括：①鍵盤掃描；②各項(xiàng)參數(shù)的采集；③各項(xiàng)參數(shù)在液晶上的顯示；④各項(xiàng)參數(shù)的繼電器控制，主程序的流程如圖7所示。

4 中職教學(xué)中的應(yīng)用

為了驗(yàn)證仿真實(shí)訓(xùn)的學(xué)生滿意效果，將農(nóng)業(yè)信息采集模擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)應(yīng)用在13級(jí)《農(nóng)業(yè)信息技術(shù)》、《園林植物栽培與養(yǎng)護(hù)》、《果蔬產(chǎn)品貯藏與加工》3門課程來測評(píng)學(xué)生的教學(xué)滿意率效果如表1所示。從表1可以看出，使用農(nóng)業(yè)信息采集模擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)以后學(xué)生對(duì)于課程的教學(xué)滿意率有所提高，實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的使用激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，對(duì)于農(nóng)業(yè)信息采集的教學(xué)不再是理論教學(xué)，而是實(shí)踐教學(xué)。

為了驗(yàn)證仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)學(xué)習(xí)方式學(xué)生掌握知識(shí)的有效性，以《農(nóng)業(yè)信息技術(shù)》課程為例，對(duì)開設(shè)本課程的12級(jí)（未使用仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)）和13級(jí)（使用仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)）的學(xué)生進(jìn)行考試情況進(jìn)行對(duì)比，考核所用試卷的知識(shí)體系結(jié)構(gòu)和所占比例分別是：農(nóng)業(yè)信息采集基礎(chǔ)知識(shí)部分40%、農(nóng)業(yè)信息采集方案設(shè)計(jì)部分10%、系統(tǒng)調(diào)試部分40%和新技術(shù)部分10%。從表2可以看出，使用仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)后對(duì)于知識(shí)項(xiàng)的掌握有一定程度的提高，特別是對(duì)于農(nóng)業(yè)信息采集基礎(chǔ)知識(shí)和系統(tǒng)調(diào)試知識(shí)提高幅度較大。

5 小結(jié)

對(duì)農(nóng)業(yè)信息采集模擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)研究現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，提出了農(nóng)業(yè)信息采集模擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)總體設(shè)計(jì)方案，研制了農(nóng)業(yè)信息采集模擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，并在中職教學(xué)中進(jìn)行了應(yīng)用，得出了教學(xué)滿意率和仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)知識(shí)項(xiàng)掌握程度效果對(duì)比結(jié)論，但尚有待于進(jìn)一步研究。今后的研究重點(diǎn)主要是：①開發(fā)便攜式農(nóng)業(yè)信息采集設(shè)備，更好地解決運(yùn)輸問題，降低成本，增強(qiáng)農(nóng)業(yè)信息采集設(shè)備的可推廣性；②進(jìn)一步提高農(nóng)業(yè)信息采集模擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的測量精度，使其更接近生產(chǎn)要求。

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