1.产品简介

1.1 产品设计背景

农业是我们国民经济的基石。农业持续增长是整个国民经济长期稳定、协调发展的决定性因素，它不仅直接关系到我国食品供给和社会和谐，而且关系到国家的繁荣和现代化的实现。随着中国经济近30年来的快速发展，农业生产资源紧缺和农业对资源消耗过大的问题对农业发展和国民经济发展的制约愈发明显。为了改善靠天吃饭的不确定农业发展条件，农业物联网将先进的传感、通信和数据处理等物联网技术应用于农业领域，构建智慧农业系统，是解决农业发展滞后问题的有效方法。物联网智慧农业大致分为3个层次，即感知层、网络层和应用层。感知层主要实现农业生态环境的感知、作物的状态感知和动植物的质量检测等；网络层主要实现感知层所获得信息到应用层的传输；应用层首先通过数据清洗和融合、模式识别等手段形成最终数据，然后提供给生态环境监测系统、生长监控系统、追溯系统使用。

普通高中信息技术课程是一门旨在全面提升学生信息素养，帮助学生掌握信息技术基础知识与技能、增强信息意识、发展计算思维、提高数字化学习与创新能力、树立正确的信息社会价值观和责任感的基础课程。课程围绕高中信息技术学科核心素养，精炼学科大概念，吸纳学科领域的前沿成果，构建具有时代特征的学习内容；课程兼重理论学习和实践应用，通过丰富多样的任务情境，鼓励学生在数字化环境中学习与实践；课程倡导基于项目的学习方式，将知识建构、技能培养与思维发展融入到运用数字化工具解决问题和完成任务的过程中；课程提供学习机会，让学生参与到信息技术支持的沟通、共享、合作与协商中，体验知识的社会性建构，增强信息意识、理解信息技术对人类的影响，提高信息社会参与的责任感与行为能力，从而成为具备较高信息素养的中国公民。

广州飞瑞敖电子科技有限公司设计了K12-P02-12型智能农业开发平台以智慧农业为背景，辅以多个有趣的小实验，满足学校的教学与科研使用，让学生通过简单的学习就能体会到物联网中控制的魅力。

1.2 产品创新点

● 设备控制安全可靠

系统强电柜上锁保护，用户可以接触到的区域最高电压为12V，安全可靠。

● 使用便捷

磁吸附节点可移动，灵活拆分，连线设计方便快捷，传感器和控制系统操作便捷，学生学习，体验，实验方便快捷；

● 多种供电方式

节点可以选择：

1）电源适配器供电；

2）Type-C接口供电；

3）背板供电接口供电

4）电池供电。

Type-C接口接入时可以给电池充电。

● 维护简单

友好的用户界面提示零障碍上手。

节点与网关的硬件配置通过屏幕即可完成。

● 同时支持Python、图形化编程软件FreeOwl开发。

图1.1 编程语言支持

2.产品介绍

2.1 产品概述

K12-P02-12型人工智能开发沙盘-智能农业结构部分由金属底座和亚克力农业实景模型两部分组成。模型由温室大棚区和农产品深加工区两部分组成。

温室大棚区模拟了一个温室大棚场景，可以进行普通作物培养和无土栽培试验。该区域安装有多个传感器及控制器节点，各个节点通过Zigbee网络相连，把数据汇集到网关，用户可以连接到网关对设备进行操作。通过这个经典的物联网技术运用可以采集作物生长的数据（如土壤温湿度、光照等），也可以控制设备对作物进行补光、遮阳、滴灌、通风等操作。系统管理软件安装和运行在PC端上，各设备数据保存在网关中，用户可以通过我司的API接口调用和控制设备。

图2.1 系统架构

农产品深加工区运用了人工智能相关技术，科普了农作物的现代化加工与溯源过程。该区域深入浅出的介绍了图像识别技术和机械臂控制在农作物采摘过程中的运用、无人驾驶在产品运输过程中的运用、RFID技术在农产品溯源中的运用等。该区域的设备均开放控制接口给用户，用户可通过调用我司的API接口调用和控制设备。

整个沙盘的模型如下图2.2所示。

图2.2 沙盘模型（图片仅供参考，以实物为准）

2.2 产品实物图

图2.3 产品实物（图片仅供参考，以实物为准）

2.3 产品功能

2.3.1 温室大棚区

温室大棚区域硬件主要分为网关、普通节点两大块。

网关节点

网关节点主要硬件资源如下图所示。

图2.4 网关节点主要硬件资源拓扑

网关节点通过板载WiFi模块与上位机通讯；通过zigbee协调器与普通节点通讯；通过串口屏显示设备信息。

普通节点

普通节点主要功能模块如下图所示。

图2.5 普通节点主要功能模块拓扑

普通节点通过磁吸模块接口获取传感器数据/控制执行器状态；通过扩展模块接口控制沙盘设备状态；通过zigbee节点与网关通讯；通过显示屏显示节点信息。

2.3.2 农产品深加工区

农产品深加工区域设备均可通过wifi网络连接，发送API指令进行无线控制。可控制的设备有：网络摄像头、机械臂、智能小车、RFID标签读写器、智能货架、传送带。

本区域提供丰富有趣的案例供用户使用，让用户从多角度体会到物联网和人工智能在农业生产加工中的应用，以及带给我们生活的便利。

2.3.3 育苗区

育苗区主要用于培育作物幼苗。区域配备有滴灌系统（补充水分）、补光系统（补充光照）、遮阳系统（降低光照）、通风系统（平衡温湿度和CO2浓度）。

用户可以把作物种子放在育苗区，借助滴灌系统、补光系统、遮阳系统、通风系统营造一个适合种子发育的环境。

2.3.4 无土栽培区

无土栽培区主要用于作物的培育。区域配备有灌溉系统（补充营养液）、补光系统（补充光照）、遮阳系统（降低光照）、通风系统（平衡温湿度和CO2浓度）。

用户可以把在育苗区培育的作物幼苗放在管道中养殖。

2.3.4 编程语言支持

2.3.4.1 Python编程接口

Python简介

Python 是一个高层次的结合了解释性、编译性、互动性和面向对象的脚本语言。

Python 的设计具有很强的可读性，相比其他语言经常使用英文关键字，其他语言的一些标点符号，它具有比其他语言更有特色语法结构。

Python 是一种解释型语言：这意味着开发过程中没有了编译这个环节。

Python 是交互式语言：这意味着，您可以在一个Python提示符，直接互动执行你写的程序。

Python 是面向对象语言:这意味着Python支持面向对象的风格或代码封装在对象的编程技术。

Python 是初学者的语言：Python 对初级程序员而言，是一种伟大的语言，它支持广泛的应用程序开发，从简单的文字处理到 WWW 浏览器再到游戏。

Python 特点

（1）易于学习：Python有相对较少的关键字，结构简单，和一个明确定义的语法，学习起来更加简单。

（2）易于阅读：Python代码定义的更清晰。

（3）易于维护：Python的成功在于它的源代码是相当容易维护的。

（4）一个广泛的标准库：Python的最大的优势之一是丰富的库，跨平台的，在UNIX，Windows和Macintosh兼容很好。

（5）互动模式：互动模式的支持，您可以从终端输入执行代码并获得结果的语言，互动的测试和调试代码片断。

（6）可移植：基于其开放源代码的特性，Python已经被移植（也就是使其工作）到许多平台。

（7）可扩展：如果你需要一段运行很快的关键代码，或者是想要编写一些不愿开放的算法，你可以使用C或C++完成那部分程序，然后从你的Python程序中调用。

（8）数据库：Python提供所有主要的商业数据库的接口。

（9）GUI编程：Python支持GUI可以创建和移植到许多系统调用。

（10）可嵌入:你可以将Python嵌入到C/C++程序，让你的程序的用户获得"脚本化"的能力。

本系列产品提供原始接口和python库接口API。

用户即可以通过socket连接发送原始接口指令控制，也可以通过安装由我司开发的python库，调用对应的API控制设备。

Python库集成socket通信并封装交互协议及硬件模块编码，公开方法，提供外界调用。有完善的文档说明，API接口非常接近英文语法，只需要几节课的学习掌握基本的python语法就可以控制设备。

图2.6 Python语言打开灯光代码实例

2.3.4.2 图形化编程软件FreeOwl简易图形化编程工具介绍

图形化编程软件FreeOwl是麻省理工学院专门针对小朋友研发的图形化编程语言，类似乐高积木，构成程序的命令和参数通过积木形状的模块来实现。无需英文和代码基础，孩子通过拖曳代码块的方式建立程序，培养编程思维。图形化编程软件FreeOwl是完全面向对象编程方式，程序脚本是关联到每个角色，动作通过事件或消息触发。

飞瑞敖公司系列产品全面支持图形化编程软件FreeOwl编程工具开发，易学易用易上手，趣味性强。

图2.7  图形化编程软件FreeOwl开发工具编程实例

2.4 主要设备介绍

2.4.1 网关节点

网关节点如下所示。

图2.9 网关节点（图片仅供参考，以实物为准）

2.4.2 普通节点

普通节点如下所示。

图2.10 普通节点（图片仅供参考，以实物为准）

2.4.3 磁吸模块

磁吸模块可直接吸附在节点上使用。主要磁吸模块类型如下所示。

图2.11 手势传感器（图片仅供参考，以实物为准）

图2.12 红外对射传感器（图片仅供参考，以实物为准）

图2.13 RGB灯模块（图片仅供参考，以实物为准）

图2.14 燃气传感器（图片仅供参考，以实物为准） 

 还包括人体传感器、光照传感器、风扇模块、烟雾模块、结露传感器、蜂鸣器模块、 温湿度传感器、火焰传感器、红外反射传感器等等。

2.4.4 机械臂

6自由度机械臂，可以通过wifi连接。可以编程控制机械臂做出复杂的动作组合抓取物品。

图2.24 机械臂（图片仅供参考，以实物为准）

2.4.5 智能小车

智能小车采用双层PCB板+X设计模式。底层PCB板主要包括超声波模块、红外模块、电机控制模块、RFID读卡模块等传感器。上层PCB板主要包括主MCU、按键控制、WiFi设备服务器、显示屏等。X为小车预留的扩展接口，可以搭载无线充电模块、副MCU等扩展板，为小车的功能扩展提供了无限可能。

图2.25 智能小车（图片仅供参考，以实物为准）

● 智能小车自动驾驶

 具有根据预先规划的路径、寻线运行的能力，即能够在沙盘平台上按照道路规划线，自动运行，自动避障，自动报警等功能。

● 遥控车

 网络遥控：通过网络设备本地/远程网络遥控小车在沙盘上运行。其控制方式可以采用直接控制智能小车，也可以采用通过实验室的服务器控制小车。

 不同的控制方式，覆盖不同的技术，可以展开多种技术的教学与实践。

2.4.5 智能仓储货架

智能仓储货架可以储存带有RFID标签的农产品。储存的农产品可以通过机械臂抓取到传送带上，传送带把货物运送到指定区域。

课程及实验清单

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020-22883271