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數(shù)字化農(nóng)植園

1.1 方案概述

現(xiàn)今，以互聯(lián)網(wǎng)為代表的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)給世界帶來了深刻變化。然而，網(wǎng)絡(luò)功能強(qiáng)大、豐富，終究是虛擬的，為了擴(kuò)展互聯(lián)網(wǎng)的用戶端，“物聯(lián)網(wǎng)”應(yīng)運(yùn)而生。它是一種全新的信息獲取和處理技術(shù)，集成了傳感器、微機(jī)電系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)三大技術(shù)，目的是讓物品與網(wǎng)絡(luò)連接，能夠感知、方便識別和管理。相應(yīng)地，教學(xué)模式也在隨著“物聯(lián)網(wǎng)”的產(chǎn)生發(fā)生改變，新課程標(biāo)準(zhǔn)下的科學(xué)教學(xué)，需要構(gòu)建數(shù)字化的中小學(xué)科學(xué)探究新模式。

目前，數(shù)字化理化生實驗設(shè)備，也僅僅是圍繞學(xué)科教學(xué)內(nèi)容在中小學(xué)教學(xué)領(lǐng)域開展。然而，校園數(shù)字農(nóng)植園通過傳感系統(tǒng)，構(gòu)建數(shù)字化種養(yǎng)殖環(huán)境，創(chuàng)造更加良好的探究和體驗環(huán)境，使小動物飼養(yǎng)、植物種植，成為學(xué)生樂于參與的社會活動，與數(shù)字化結(jié)合充分發(fā)揮學(xué)生的動手能力，開辟了實驗教學(xué)新模式。

學(xué)校通過建立一個微型校園數(shù)字化農(nóng)植園系統(tǒng)，通過種植、觀測某種植物、動物的生長情況，利用計算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)，對動植物生長的狀態(tài)以及動植物所處環(huán)境狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)控并記錄歷史數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)被采集傳輸?shù)接嬎銠C(jī)上進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲與分析，輸出實時數(shù)據(jù)。通過平臺，與廣大用戶共同交流種植經(jīng)驗，展示研究成果。通過遍布各地的微型校園數(shù)字化農(nóng)植園系統(tǒng)，同時開展各種主題型、差異性、比對型等科學(xué)小實驗，使合作性探究變?yōu)楝F(xiàn)實。

數(shù)字農(nóng)植園為學(xué)生提供在玩中做探究的情境，提高學(xué)生對科學(xué)探究的興趣，讓學(xué)生樂于探究，熱愛科學(xué)，從而培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。集長時間持續(xù)實驗、戶外實驗、跨時間與跨地域的合作實驗于一體的數(shù)字農(nóng)植園不僅能提供比手工采集高得多的精確數(shù)據(jù)，而且大大節(jié)省傳統(tǒng)實驗數(shù)據(jù)的記錄、計算、分析的時間，使科學(xué)探究的重心落在假設(shè)級探究活動上，并保證探究的成功。與此同時，數(shù)字農(nóng)植園中個人的實驗結(jié)論可以提供給他人應(yīng)用，教師可以在線評價學(xué)生的實驗報告，學(xué)?？山⑿１镜膶W(xué)生實驗報告資源庫，這對學(xué)校校本探究課程的建設(shè)，教師個性化實驗設(shè)計都提供了保障。數(shù)字農(nóng)植園建設(shè)也為學(xué)?！疤厣睂嶒灲虒W(xué)提供了新方向。

1.2 需求分析

（一）數(shù)據(jù)采集

通過各個類型的傳感器監(jiān)測陽光房內(nèi)的土壤水分、土壤溫度、空氣溫濕度、光照強(qiáng)度、二氧化碳濃度等參數(shù)。

（二）設(shè)備控制

根據(jù)前端各類傳感器采集的信息反饋，系統(tǒng)對農(nóng)業(yè)園區(qū)設(shè)備進(jìn)行自動控制，可實現(xiàn)自動/手動灌溉或滴灌、自動/手動通風(fēng)、自動/手動卷模、自動/手動增氧以及攝像機(jī)巡邏等控制。

（三）視頻監(jiān)控

視頻監(jiān)控，直觀地反映了農(nóng)作物生產(chǎn)的實時狀態(tài)，引入視頻圖像與圖像處理，既可直觀反映一些作物的生長長勢，也可以側(cè)面反映出作物生長的整體狀態(tài)及營養(yǎng)水平?？梢詮恼w上給農(nóng)戶提供更加科學(xué)的種植決策理論依據(jù)。監(jiān)控溫室的進(jìn)出口以及溫室內(nèi)的植物生長狀況。

（四）系統(tǒng)整體功能

1、顯示大屏聯(lián)動溫室內(nèi)各項數(shù)據(jù)，并實時在控制室電腦顯示、分析；

2、監(jiān)控圖像、數(shù)據(jù)分析等圖像可同時在多臺液晶屏上顯示；

3、數(shù)據(jù)及監(jiān)控圖像傳到互聯(lián)網(wǎng)，用戶可在任何有網(wǎng)絡(luò)的地方查看，并可根據(jù)其用戶權(quán)限進(jìn)行相應(yīng)的操作；

4、可通過電腦、PAD等遠(yuǎn)程控制溫室內(nèi)電磁閥以便遠(yuǎn)程灌溉/滴灌、卷模、增氧、通風(fēng)；同時可遠(yuǎn)程控制監(jiān)控攝像頭了解溫室內(nèi)植物作物生長狀態(tài)和周邊環(huán)境；

5、收集的數(shù)據(jù)能設(shè)定警戒值，如果超出警戒值可發(fā)送警報到控制室或者手機(jī)上，以免發(fā)生意外情況；

6、能提供充足的升級空間，可滿足后續(xù)創(chuàng)新園建設(shè)中的監(jiān)控、數(shù)據(jù)收集、田間灌溉的提升需求并預(yù)留接口，可對現(xiàn)有系統(tǒng)進(jìn)行大規(guī)模的升級。

1.3 設(shè)計效果圖

1.4 平面設(shè)計圖

1.5 案例圖片