浙江省大学生科技创新活动计划暨新苗人才计划项目结题报告副本.docx
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浙江省大学生科技创新活动计划暨新苗人才计划项目结题报告副本
浙江省大学生科技创新活动计划暨新苗人才计划
项目结题报告
项目编号:
2014R12022
项目名称:
远程墒情小气候采集系统
项目负责人:
陈明辉
学校名称:
浙江农林大学
主要依托学科:
电子信息工程
结题日期:
2014年11月25日
项目类别:
大学生科技创新项目□
大学生创新创业孵化项目□
大学生科技成果推广项目□
浙江省大学生科技创新活动计划暨新苗人才计划实施办公室 制
一、项目情况
项
目
概
况
项目名称
远程墒情小气候采集系统
项目性质
()基础研究()应用研究
项目来源
()自主立题()教师指导选题
起止时间
自2013年12月至2014年12月
项目状况
1、研发阶段2、中试阶段3、批量(规模)生产(选项打√)
项
目
负
责
人
姓名
陈明辉
性别
男
出生年月
学历
所在学院
信息工程学院
联系
电话
电子
信箱
项目组
主要成员
姓名
性别
学历
专业
具体分工
指
导
教
师
姓名
性别
出生年月
职称
联系电话
主要研究方向
姓名
性别
出生年月
职称
联系电话
主要研究方向
姓名
性别
出生年月
职称
联系电话
主要研究方向
项
目
主
要
内
容
远程墒情小气候采集系统是一个集墒情、气象等小型气候信息的自动化监测控制系统。
该系统能监测空气温湿度、风速风向、降雨量、同一土壤剖面几个深度的湿度和容积含水量等墒情信息。
本系统支持GPRS传输,支持串口无线数据传输。
系统数据采集精度准确、运行稳定可靠,存储便利,可使用移动存储设备(USB)现场读取或利用串口通讯直接读取历史记录;可通过拨打电话和发送短信的方式远程激活,获取实时测量数据,亦可设置定时上传数据到监控中心。
整个系统由太阳能供电,超低功耗设计,符合可持续发展的绿色理念。
二、项目实施情况总结
内容提示:
1.项目实施情况;2.项目研究内容及方法的创新;3.项目成果的学术价值;4.项目成果的社会效益和经济效益;4.研究存在的不足或欠缺,尚需深入研究的问题等。
1500字左右。
项目实施情况:
2014年1月至4月,我们团队深入农家进行了解,采集了农田实地信息并进行分析整合,同时做了一个适合农民、大众的和农业专家的三种问卷调查,收集了不同层次人的观念经验等资料。
后期设立了几种模拟方案,并在虚拟环境中进行仿真调试,采集好仿真过程中产生的数据和相关信息,并在几种方案中确定一到两种最合理的方案。
2014年5月至8月,确定了系统的开发环境,并购买所需的元器件,同时进行硬件的设计和制作。
并根据系统所要实现的功能和单片机,设计编写相关的单片机程序代码。
进行实物的初步开发研究,将相关器件按照仿真模型进行有机的整合。
2014年9月至12月,针对已初步成形的系统,将设计中存在的缺陷和不足进行有针对性的改进和改善,再充分考虑设备成本,运行速度,系统性能,降低硬件成本。
项目研究内容及方法的创新:
硬件开发环境:
本系统由一个墒情数据采集模块,气象数据采集模块,以及远程监控中心应用软件组成。
气象数据采集模块通过Internet和远程监控中心应用软件通信,墒情数据采集模块和气象数据采集模块通信。
系统总体构架如图所示:
墒情数据采集模块主要负责采集土壤温度、土壤湿度等墒情信息,通过无线的方式将墒情数据发送给气象处理模块。
本系统采用DHT11模块来采集大气的温度和湿度。
该传感器是数字量输出,输出信号稳定,而且处理方便,不需要经过外接的AD处理,可以直接读取使用。
采用RH—T传感器来采集土壤的湿度。
该传感器是模拟量输出,输出稳定、精确,价格便宜。
采用LM35D传感器来采集土壤的温度。
LM35D是由测温传感器和放大器组成,一种输出信号为模拟信号的温度传感器,测温范围为0~100℃,工作电压范围4~30℃,精度为正负1℃,符合本系统的要求。
注:
本栏可加页。
RH-T土壤湿度传感器输出为模拟信号,CC2530通过AD接口P0_0和RH-T通信。
二者的接口图如图所示:
LM35D土壤温度传感器输出为模拟信号,CC2530通过AD接口P0_1和LM35D通信。
二者的接口如图所示:
DHT11数字温湿度传感器与CC2530的接线图如图所示:
B530通过232串口和气象采集模块通信,由于S5PV210串口有限,可利用USB1口转串口来代替串口。
FE1.1S是用于USB2.0HUB的主控IC,支持热插拔,并且提供四个USB口,具有低功耗、底成本、高性能等特点。
CO2传感器的电路如图所示:
注:
本栏可加页。
Linux系统中已有PL2303的驱动程序,故可以使用USB3转串口来和Zigbee模块进行串口通信。
电路原理图如图所示:
FR-WS风速传感器输出信号为脉冲信号,可以通过脉冲的个数来采集风速数据。
S5PV210通过外部中断引脚和FR-WS相连,接口图如下所示:
嵌入式设备终端通过串口1和电脑通信,串口1主要用来查看操作系统的运行情况。
嵌入式设备终端通过串口2和GTM-900模块通信,负责接收和发送数据。
串口1和串口2都通过SP3232电平转换芯片,可以直接通过DB9接口线直接连接,电路原理图所示:
注:
本栏可加页。
气象采集模块采用S5PV210作为主控芯片。
S5PV210是三星推出的一款基于Cortex-A8构架的芯片,适用于智能手机和平板。
S5PV210主频可达1GHZ,具有丰富的外设功能,能移植多种操作系统。
本系统采用天嵌公司的TQ210开发板,具有1G的nandflsh、1G的DDR2内存,同时具有丰富的外设,如USB接口、DB9串口接口、音频接口、摄像头接口等。
由于S5PV210引脚过多,所以下面只给出部分引脚原理图,如图所示:
软件开发环境
IAR8.10是IARsystems推出的集成开发环境。
并且有配套的仿真工具。
并且可以直接使用TI公司提供的协议栈z-Stack进行开发,缩短了开发的时间。
开发界面如图:
注:
本栏可加页。
Vim是一个强大的编程工具,虽然不是图形化界面,但是它具有很多强大的功能。
Vim分为三种编辑模式,编辑模式,底行模式,命令行模式。
熟练掌握vim的操作后,编写程序的效率会大大提高。
开发界面如图所示:
QTCreate是一个跨平台,完整的Qt集成开发环境。
其中封装了各种通用的类,可以通过集成QT的各种类,来更简单地实现要想实现的界面[16]。
并且集成了QTdesigner,使界面的设计和编程变得更加轻松,省去了繁琐的计算,QT开发界面如图所示:
由于气象采集模块需要运行linux操作系统,主要移植的步骤包括:
移植bootloader;移植内核,通过busybox制作文件系统,添加各种库文件和应用程序后,转换成yaffs格式,烧写到10M-500M地址位置。
最后设置u-boot命令参数,设置为nandflash启动,重启系统[19]。
移植步骤框图如图所示:
注:
本栏可加页。
墒情数据采集模块分为两个设备类型,一个为网络协调器,一个是网络设备节点。
网络协调器负责接收网络设备节点发送来的数据,统一打包发送给气象数据采集模块。
网络设备节点执行发送任务,网络协调器执行接收任务。
故两个任务的流程图如图所示:
墒情数据采集模块的网络节点设备执行的流程主要是进入操作系统后,定时执行发送任务:
读取响应传感器的电压信号,转换后打包发送协调器,流程图如图1所示,墒情数据采集模块的网络协调器执行的流程主要是进入操作系统后,收到数据后执行接收任务:
采集大气温湿度,保存接收到得数据,打包后通过串口发送给气象采集模块,流程图如图2所示:
图1图2
注:
本栏可加页。
上位机界面如图所示:
整体实物图如图所示:
注:
本栏可加页。
项目成果的学术价值:
本项目实现了对地域上分散的农业生产现场信息的集中监测。
基于本设计方案的终端设备具有安装简单、成本低廉、环境适应性强等特点,同时实现了将农田现场气象环境及作物生理参数数据采集与作物图像数据采集这两项功能的有效结合,使得监控信息更加全面丰富,同时也更加直观生动,提高了对农田现场气象环境数据、作物生理参数以及生长状态的综合监控能力,同时也大大提高了工作效率。
本系统基于免维护的GPRS无线网络资源及互联网络实现了对农田现场信息的分布式远程采集和传输,有效的解决了实际农业生产中信息远程采集监控技术领域存在距离较近的问题,同时基本系统实现的图像远程采集传输技术,为开展农业领域的图像与模式识别技术研究,进而实现远程诊断提供了一条参考的途径。
项目成果的社会效益和经济效益:
远程墒情小气候采集系统作为一种新型的环境监测系统,集中了市场同类商品的技术优点,采用绿色可持续发展的理念,做到了低成本,低功耗,低排放的标准,与市场上的环境监测产品相比具有巨大的优势。
将本系统投入市场,将改变现有的高成本高功耗设备的现状,给环境监测系统带来巨大的变革,带动整个产业链的发展。
研究存在的不足或欠缺,尚需深入研究的问题
本系统虽然作为一个新型的环境检测系统取得了巨大的改善,但同时也存在问题。
和国外的系统相比还有很大的差距。
首先就是精度问题,国外的设备先进,集成度相对较高,基本上做到了自动化采样、自动化分析、自动化数据处理及传输,并能用大型显示板自动显示区域环境质量状况,同时,将一些新技术,如地理信息系统,遥感和卫星定位系统(三S系统)等应用于区域环境质量监测。
而我国的地理信息、卫星等系统还很少应用于环境质量的监测,设备和国外相比还有改善之处。
其次是研究领域问题,发达国家目前研究的重点领域已从污染源排放变化规律和环境质量变化规律转向以污染物对人体危害的机制、“三致”有毒物质的痕量、超痕量分析及人体最舒适的环境质量标准等方面上来。
对全球性的重大环境问题,如酸雨、危险废弃物、全球变暖等方面的监测研究,取得了显著的成果。
对污染物质在自然环境中的迁移变化规律、污染物质形态等高难课题的研究监测,也投入相当的人力和物力。
而我们的只停留在环境监测方面,今后也必须向更多的方面发展。
总之,本系统还有很多不足之处,需要我们不断得去完善。
注:
本栏可加页。
三、项目实现经济效益和知识产权情况
经济
效益
年产值(万元)
年利税(万元)
知识
产权
著作类
科技论文(篇)
科技著作(种)
专利类
专利申请
受理(件)
发明专利数
(件)
其他类(实物、模型等)
获奖
情况
国家级奖项
省级奖项
市级奖项
校级奖项
第十届“博创杯”全国大学生嵌入式物联网设计大赛省特等奖
四、项目成果统计
完成论文登记表(具体资料附页)
主要作者
论文名称
刊物名称、年、卷、期、页或论文集名称、出版社、页
论文被引用情况或三大索引收录情况
论文类别(打√)
国外重要刊物
国内重要刊物
学术会议论文
其他刊物
国外
国内
完成论著及其它成果登记表(具体资料附页)
获奖成果名称
主要完成者
授奖单位
奖励名称
等级
日期
专利名称
申请人或专利权人
发明人
申请号或授权号
专利
国别
申请日
授权日
智能雨量数据收集嵌入式系统软件
浙江农林大学
中国
论著名称
主要作者
出版时间
字数
(万字)
出版社
推广成果名称
应用单位
社会效益
评议、鉴定成果名称
评议、鉴定单位
评议、鉴定日期
五、项目经费使用情况
浙江省大学生科技创新活动计划暨新苗人才计划项目经费收入及支出明细表
项目
金额(元)
备注
一、经费收入
1、省财政经费
5000
2、学校配套经费
3、自筹经费
4、其它
二、经费支出
1、设备费
500
(1)购置设备费
500
(2)试制设备费
(3)设备租赁费
2、材料费
3500
3、测试化验加工费
4、燃料动力费
5、差旅费
6、会议费
7、合作、协作研究与交流费
8、出版/文献/信息传播/知识产权事务费
500
9、人员劳务费
10、专家咨询费
11、其他开支
三、经费结余
0
注:
1、经费收入=经费支出+经费结余;
2、务必加盖学校财务处公章,无公章无效;
3、购置设备费<20%(其中不能用于购买通用设备);人员劳务费<15%。
指导老师签名:
财务处:
(盖章)
年月日年月日
六、项目组承诺书
承诺书
1、本申请书中所填写的各栏目内容真实、准确。
2、提供验收的技术文件和资料真实、可靠,技术(或理论)成果事实存在。
3、提供验收的实物(样品)与所提供鉴定的技术文件和资料一致,并事实存在。
4、本项目的知识产权或商业秘密明晰完整,未剽窃他人成果、未侵犯他人的知识产权或商业秘密。
若发生与上述承诺相违背的事实,由本项目组承担全部法律责任。
项目组全体成员(签章):
年月日
七、指导老师意见
指导老师签名:
年月日
八、学院验收意见
(盖章)
年月日
九、学校验收意见
(盖章)
年月日
十、专家组审核意见
专家组组长(签章)
年月日
十一、实施办公室审核意见
(盖章)
年月日
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