《物联网安装与调试》课件-1.植物水培环境系统

项目一植物水培环境系统物联网工程设计与应用开发现代水培技术通过非土壤基质和灌溉水提供营养，强调了水温和液位监测的重要性。本章介绍了利用物联网行业实训仿真系统搭建智能水培环境监测系统，包括传感器知识、系统连线图、仿真搭建验证，重点在于硬件安装和利用上位机对水温传感器与液位传感器进行数据采集，实现系统数据在仿真平台的实时显示，完成虚实结合，确保作物生长环境的精确控制。摘要掌握物联网行业实训仿真系统软件环境搭建掌握植物水培环境监测系统的连线图掌握植物水培环境监测系统在仿真软件中的连线图掌握植物水培环境监测系统的安装与调试掌握植物水培环境监测系统的数据采集技能目标及能力要求教学目标

物联网行业实训仿真系统搭建任务描述01知识储备02任务实施03任务考核04物联网行业实训仿真系统搭建物联网行业实训仿真系统（以下简称实训仿真系统）是一款能够体验物联网系统安装与维护的虚拟实训仿真平台软件，实训仿真系统所需要的硬件环境及软件环境。在安装实训仿真系统软件之前，请准备好满足所列硬件环境的计算机。任务描述硬件环境任务描述硬件环境处理器1GHz以上RAM512MB以上磁盘空间32位系统：4.5GB以上，64位系统：4.5GB以上软件环境操作系统Windows7/8/10操作平台环境Microsoft.NETFramework4.5及以上版本任务描述01知识储备02任务实施03任务考核04物联网行业实训仿真系统搭建

实训仿真系统介绍物联网行业实训仿真系统是一个高仿真度的虚拟实训平台，专注于物联网系统的安装与维护。它模拟了真实硬件设备和操作流程，覆盖了行业常用的硬件，为用户提供了一个实际操作的实验环境。通过这个平台，用户可以学习物联网的基础知识、硬件扩展、行业应用解决方案，并锻炼开发和运维能力。系统支持多种工作模式，包括云平台接入、网关直连等，以适应不同学习需求，促进用户在物联网领域的技术提升和创新思维发展。实训仿真系统特点物联网云平台实训仿真系统（软件）实训仿真套件（硬件）实训平台虚实结合实训仿真平台与实训仿真套件硬件相结合，能够支持真实物联网系统的设计、构建和实现安全省空间可以避免实际设备使用不当产生的不必要的意外和事故且节约部署空间便利直观详细的实验步骤、细致的参数设置，能帮助学生直观理解和体验物联网系统底层的工作原理；免损耗、易维护仿真物联网设备可以规避开发过程中因硬件原因导致的程序调试，支持在种类及功能上的快速平滑升级实训仿真系统特点认知型实训功能：实训仿真系统配备了各种常见的典型物联网设备，如传感器、执行器、网关、RFID射频设备、终端、其他外设等。实训仿真系统功能仿真型实训功能：实训仿真系统支持虚拟物联网设备选择、工位布置、虚拟连线、特定行业场景条件下的物联网系统构建和运行仿真。拓展型实训功能：实训仿真系统与实训仿真套件以及物联网云平台互相配合，就构成完整的物联网行业实训平台。实训仿真系统功能系统界面介绍实训仿真系统软件的主界面分为三个板块：工具栏、设备区、设计区。系统界面介绍—工具栏实训仿真系统软件的工具栏各功能组件的作用。工具栏组件作用新建新建新的工作台打开载入(*.N2V)格式的仿真包文件保存将当前工作台作为仿真包文件(*.N2V)或者图片格式保存到硬盘目录另存为将当前工作台另存为到指定位置全部保存将工作台区中的所有的工作台做逐一保存撤销撤销当前工作台的操作记录恢复恢复当前工作台被撤销的操作记录对齐左对齐、右对齐等等排序设备叠层顺序系统界面介绍—其他实训仿真系统的下拉菜单按钮位于主界面的右上角最小化按钮左侧，左键点击即可弹出下拉配置项，点击“系统设置”，弹出系统设置界面系统设置界面与连线上报设置界面。系统界面介绍—设备区设备区包含常见的物联网硬件设备，例如多类型的传感器（执行器）、传感数据采集模块等。系统界面介绍—设计区设计区分为五个部分：①工作台主功能操作区、②连线图操作区、③仿真设计区、④比例尺、⑤工作台标签栏。系统界面介绍—设计区(工作台操作区)连线验证：左键单击“连线验证”可开启/关闭实时连线验证功能。连线上报：左键单击“◀”符号可进行连线上报的设置及执行连线上报。模拟实验：开启/关闭模拟实验功能。连线上报设置：左键单击“连线上报设置”，跳出设置界面所示，主要用于设置授权服务器的地址，数据类型默认为VerifyData，点击保存地址即可。系统界面介绍—设计区(连线操作区)连线图导入：点击图标可将自定义的参考连线图导入仿真设计区；可以在仿真设计区查看、编辑及删除连线图。系统界面介绍—设计区(连线操作区)设置背景图：点击“”图标，可在弹出界面中选取要插入的背景图片在当前工作台以此图片作为背景；也可以查看并删除当前背景图。系统界面介绍—设计区(仿真设计区)在仿真设计区,常用操作包括：拖动设备、设备连线、设备右键操作及连线右键操作。系统界面介绍—设计区(仿真设计区)通过鼠标拖动调节比例尺，可以调节设计区画面与设计区尺寸的相对比例大小。工作台标签栏管理系统功能介绍—设备操作设备拖放操作：鼠标左击设备列表的小图标并拖动到工作面板，当提示为时，放开鼠标，即可放入设备。示例：不可放入：可放入：系统功能介绍—设备操作设备拖动操作：鼠标左击（工作面板中的）设备并保持点击状态，当鼠标指针变为，拖动鼠标，设备即可跟随移动。设备编辑操作：鼠标右击（工作面板中的）设备弹出菜单，点击菜单栏的功能键或者按照功能键提示的快捷按钮（例如复制：Ctrl+C，粘贴：Ctrl+V）进行操作。系统功能介绍—连线操作新建连线操作：点击设备的接线点，拖动到另一个设备的接线点，放开鼠标即可新建一条连线。系统功能介绍—连线操作连线验证操作：连线验证功能属于开关型功能，支持实时验证和按需验证两种方式。主要验证两方面，一是连线的正确性，二是设备的供电状态。系统功能介绍—供电功能供电状态对那些不需供电的设备（例如：转接头、RFID卡等）来说，不需要连接电源，供电状态默认为正常。对那些需要供电的设备来说，供电状态分为三种：未供电、供电异常、供电正常。未供电：设备未接电源，提示图标为。供电异常：设备已接电源，但是电压不符合工作电压要求，提示图标为。正常供电：设备已接电源，且电压符合额定工作电压要求，无提示图标。系统功能介绍—供电功能供电类型设备供电类型分为：红黑线供电和适配器供电。红黑线供电：有线端引出或者有接线端子的设备大部分都是需要红黑线供电（线端示意为），例如风扇、警示灯、二氧化碳传感器、火焰传感器等。适配器供电：采用专用的供电孔，有的是三孔型，有的是双孔型，比如我们生活中常见的电脑主机供电口、电饭煲供电口，例如仿真系统中大多数的两线制传感器通常就是适配器供电还有PC电源、摄像头电源等。连线状态连线状态分为三种：正常、错误、异常。正常：连线状态正常的情况下，连线显示为实线（电源正极为红线、负极为黑线，数据线为蓝线）。错误：连线状态错误的情况下，连线显示为虚实线，且中间有红色叉号。异常：连线状态异常的情况下，连线显示为黄色实线。连线状态异常意味着连线本身正确，但一些额外要求不符合。例如：ADAM4017的Vin口数据回路规则（自身可建立数据环回）、数据传输线的D+（发送线）和D-（接收线）接反、电源选择错误、继电器输入端和控制端接线混乱等等。系统功能介绍—工作台操作新建工作台操作：点击“新建”即可新建一个空白工作台，或者点击“打开”从仿真包文件（文件后缀名格式为N2V）导入新的工作台。系统功能介绍—工作台操作重命名工作台操作：在标签栏找到工作台所对应的标签，双击名称即进入工作台名称的编辑模式，即可进行工作台重命名。关闭工作台操作：点击工具栏当前工作台右侧的删除按钮“☒”可以关闭当前工作台。标签栏调整操作：当打开的工作台过多，部分工作台的标签会被隐藏，这时可以调整标签栏长度，或者点击“▶”向右滑动查找所需的工作台。系统功能介绍—工作台操作缩放比例调整操作：拖动比例尺上面的滑块或者利用快捷键（Ctrl+鼠标滚轮），可以快速调整工作台缩放比例。视角快速切换操作：比例尺伸展状态（比例尺参数>100%）下，拖动工作台缩略图上的红色矩形框可以快速切换视角。系统功能介绍—模拟数据模拟实验开启/关闭操作：点击设计区工具栏中，表示功能打开，当图标为时表示功能关闭。设备属性设置操作：部分传感器设备开放属性设置，双击设备可以开启属性设置框，点击保存可更新属性值，退出或取消则不保存更改。通过属性设置，可以模拟生成传感器数据。任务描述01知识储备02任务实施03任务考核04物联网行业实训仿真系统搭建搭建软件环境安装仿真软件12安装虚拟串口3任务实施搭建软件环境1.可以到微软官网下载Microsoft.NETFramework.exe，或者打开课程资源包中的配套软件包中找到.Net安装包。2.点击.Net安装包“donetfx45_full_x86_x64.exe”安装.Net。3.等待打开安装包。4.勾选“我已阅读并接收许可条款”，点击安装。5.等待安装完毕。搭建软件环境安装仿真软件12安装虚拟串口3任务实施安装仿真软件1.打开课程资源包中的配套软件包中找到物联网行业实训仿真系统安装包。双击打开物联网行业实训仿真系统安装包“物联网行业实训仿真v_3.0.2”，按照安装向导完成实训仿真系统的安装。2.可以选择安装在计算机的系统盘或其他盘。3.安装完成后，将生成桌面图标“物联网行业实训仿真系统”。4.双击该图标打开实训仿真系统软件，得到软件界面。搭建软件环境安装仿真软件12安装虚拟串口3任务实施安装虚拟串口1.打开课程资源包中的配套软件包中找到安装包。双击安装。2.选择中文，然后点击下一步，根据安装向导进行安装，其中可以切换对应的安装磁盘位置。3.安装成功后桌面生成一个快捷图标。任务描述01知识储备02任务实施03任务考核04物联网行业实训仿真系统搭建任务考核1、请参照评价标准完成自评和对其他小组的互评。2、各组请代表分析本组任务实施经验。评价指标评分细则分值得分计划与准备(10分)做好实验前的准备，整理材料、清点设备。5

规范使用设备。5

知识储备(30分)实训仿真系统功能5

实训仿真系统特点

实训仿真系统界面介绍

实训仿真系统功能介绍5

实验操作(20分)安装.NET环境5

安装实训仿真系统软件30

安装虚拟串口5

职业素养(20分)保持实验后桌面整洁10

爱惜设备，规范操作10

实验结果(20分)工艺及功能验证10

撰写实验报告10

总计100

项目一植物水培环境系统物联网工程设计与应用开发现代水培技术通过非土壤基质和灌溉水提供营养，强调了水温和液位监测的重要性。本章介绍了利用物联网行业实训仿真系统搭建智能水培环境监测系统，包括传感器知识、系统连线图、仿真搭建验证，重点在于硬件安装和利用上位机对水温传感器与液位传感器进行数据采集，实现系统数据在仿真平台的实时显示，完成虚实结合，确保作物生长环境的精确控制。摘要掌握物联网行业实训仿真系统软件环境搭建掌握植物水培环境监测系统的连线图掌握植物水培环境监测系统在仿真软件中的连线图掌握植物水培环境监测系统的安装与调试掌握植物水培环境监测系统的数据采集技能目标及能力要求教学目标

物联网行业实训仿真系统搭建任务描述01知识储备02任务实施03任务考核04物联网行业实训仿真系统搭建应用案例：植物水培环境系统任务描述01知识储备02任务实施03任务考核04应用案例：植物水培环境系统“植物水培环境监测系统”用于监测水培过程中作物环境的水温与储水量，利用模拟量采集器ADAM4017采集两个传感器的实时数据。是多个设备连接起来的有机整体，学生们不仅学习传感器与采集器的安装与基本使用，而且掌握上位机对数据的采集与监控，明确它们在系统的用途与使用原理。任务描述任务描述01知识储备02任务实施03任务考核04应用案例：植物水培环境系统知识储备传感器组成和作用传感器分类12数据采集器3串行通信4硬件设备5

传感器的组成和作用传感器一般由敏感元件、转换元件、变换电路和辅助电源四部分组成。敏感元件直接感受被测量，并输出与被测量有确定关系的物理量信号；转换元件将敏感元件输出的物理量信号转换为电信号；变换电路负责对转换元件输出的电信号进行放大调制；转换元件和变换电路一般还需要辅助电源供电。知识储备传感器组成和作用传感器分类12数据采集器3串行通信4硬件设备5传感器的输出量分类①参量型传感器:它的输出是电阻、电感、电容等无源电参量，相应的有电阻式传感器、电感式传感器、电容式传感器等。②发电型传感器:它的输出是电压或电流，相应的有热电隅传感器、光电传感器、磁电传感器、压电传感器等。电压输出传感器电流输出传感器传感器根据测量对象、工作原理、使用材料、制造工艺等多种标准进行分类，具有广泛的多样性和适用性，允许同一测量目标采用不同原理的传感器，同时同一原理也能应用于多种测量目标。按被测量分：传感器按被测量分类，主要分为力、压力、位移、速度、温度、湿度、流量、气体成分和离子浓度等。按功能原理分：按转换原理，传感器分为物理传感器、化学传感器和生物传感器。按材料分类：可分为半导体传感器、金属材料传感器、陶瓷传感器、高分子和电子聚合物传感器、光纤传感器、复合材料传感器等。按工艺分类：可分为厚薄膜传感器、MEMS（微机电系统）传感器、纳米传感器等。按传感对象分类：可分为心电传感器、呼吸传感器、脉搏传感器、血糖传感器、烟雾传感器、火焰传感器、气体传感器、水质传感器、风力传感器等。传感器的特性分类按线制数量分类：两线制、三线制、四线制。两线制传感器（变送器）：所谓两线制即电源、负载串联在一起，有一公共点，而现场变送器与控制室仪表之间的信号联络及供电仅用两根电线，这两根电线既是电源线又是信号线。三线制传感器（变送器）：所谓三线制就是电源正端用一根线，信号输出正端用一根线，电源负端和信号负端共用一根线。四线制传感器（变送器）：四线制是指电源两根线，信号两根线。电源和信号是分开工作的。传感器的线制分类两线制传感器三线制传感器四线制传感器知识储备传感器组成和作用传感器分类12数据采集器3串行通信4硬件设备5ADAM-4017+ADAM-4017+是一款16位、8通道的模拟量输入模块，支持0-5V电压和4-20mA电流信号采集，具备可编程输入范围。通过485通信接口和MODBUSRTU协议与上位机PC连接，适用于工业测量和监控，提供3000VDC光隔离保护，防止高压损坏，是一种经济有效的解决方案。ADAM-4017+特点（1）模拟量采集器的电源具有防反接，过压过流保护。（2）采用工业通信标准的485接口，接口带有防雷保护，并且485芯片采用高速光耦合隔离，保证通信的稳定性。（3）通信协议采用标准的工业通信标准协议MODBUS协议。（4）通信速率默认为9600BPS，也可以定制相应的波特率。（5）支持8路模拟量采集输入，支持DIN导轨安装。典型应用：机房监控，温度传感器控制系统，消防报警系统，自动化控制，智能楼宇，远程数据采集系统。ADAM-4017+原理ADAM4017模块的上盖下有8个黄色跳线开关（JP0～JP7），分别对应8个输入通道，用于设置通道信号类型。默认设置为电压输入，若要输入电流信号，则需调整跳线位置。应用案例：植物水培环境系统传感器组成和作用传感器分类12数据采集器3串行通信4硬件设备5总线概述计算机领域的总线最初是多功能线路集合，后发展为计算机内部或计算机间的通信系统，包括硬件和软件方面。在嵌入式系统中，总线用于芯片级、板级和设备级互连，且存在多种分类方式:一是按照传输速率分类：可分为低速总线和高速总线。二是按照连接类型分类：可分为系统总线、外设总线和扩展总线。三是按照传输方式分类：可分为并行总线和串行总线。串行通信在计算机网络和分布式工业控制系统中，设备通过标准串行通信接口和通信电缆交换数据。串行通信通过单数据线逐位传输数据，占用固定时间，只需少量线路，适合远程通信，如计算机间和计算机与外设间。常见的串行通信接口标准包括RS-232、RS-422和RS-485等。此外，SPI（串行外设接口）、I2C（内置集成电路）和CAN（控制器局域网）通信也属于串行通信类别。电平信号及电气特性在电子产品开发领域，存在多种电平信号，包括TTL电平、CMOS电平、RS-232电平和USB电平等。这些电平信号在逻辑“1”和逻辑“0”的表示标准上存在差异。为了保证通信的稳定性和可靠性，建议在选择电平信号时，充分考虑其电气特性和应用场景，并进行必要的测试和验证。

RS-485通信标准异步串行通信要求通信双方遵循统一的协议和接口标准，以实现设备间的正常连接和数据交换。RS-485通信就是其中之一，RS-485作为广泛使用的串行通信接口标准，支持多发送器在平衡双导线上驱动多个负载设备，实现半双工通信，即发送时其他设备仅接收。总线上设备数量受芯片和电缆品质影响，电缆选择需考虑节点数、传输距离和电磁环境。应用案例：植物水培环境系统传感器组成和作用传感器分类12数据采集器3串行通信4硬件设备5硬件检测—液位传感器1)观察液位变送器外观是否有破损等情况。2)将传感器的电源线接入DC24V，“+”端接+24V，蓝线为信号线。万用表连接方法：将万用表红表笔搭接传感器“-”，黑表笔接入DC24V的负极，测出传感器未放入水中时电流为4mA，放置于水箱中后的电流值变大，水位越深，电流值越大。以上测量结果表示设备功能完好。硬件检测—ADAM40171)观察ADAM40170模拟量采集器外观是否有破损,接线端子否损坏。2)使用红黑线，红线将ADAM4017的+Vs接DC24V的正极，黑线将ADAM4170的GND接DC24V的负极，上电后，ADAM4017的Status指示灯一直闪烁。上述操作后，初步可以判断ADAM4017质量完好。硬件检测—RS-232转RS-485RS-232至RS-485转换器支持信号转换，无需外接电源，利用RS-232电荷泵驱动，实现通信距离延长至1.2公里。内置零延时自动收发转换和I/O电路控制数据流方向，无需握手信号，确保RS-232程序在RS-485下无需修改即可运行。支持300-115.2Kbps传输速率，适用于构建点到点或点到多点的远程多机通信网络，实现多机应答通信。硬件检测—水温传感器1)观察水温传感器外观是否有破损等情况。2)将传感器的电源线接入DC24V，“+”端接+24V。万用表连接方法：将万用表红表笔搭接传感器“-”，黑表笔接入DC24V的负极，测出传感器放置于水箱中（室温约17℃时）时的电流值为9.5mA。拿出传感器，用手触摸传感器的金属杆，电流值会上升。以上测量结果表示设备功能完好。任务描述01知识储备02任务实施03任务考核04应用案例：植物水培环境系统设备选型环境部署12任务实施系统应用3设备选型在开始仿真练习之前，至关重要的一步是深入理解并熟悉系统中各个设备与系统连线的端口分配情况。这包括了解每个端口的功能、它们之间的连接方式以及如何正确配置这些端口以确保系统的正常运行。熟悉端口分配有助于提高仿真效率，避免连接错误，确保仿真练习的顺利进行。序号设备数量1模拟量采集器（ADAM4017）12液位传感器13水温传感器14RS485/232转换器1序号传感器名称供电电压模拟量采集器1水温传感器红色线24+V黑色信号线Vin3+2液位传感器红色线24+V黑色信号线Vin2+设备选型端口分配设备选型水培环境监测系统主要是水培过程中水温和液位的变化，水温和液位隶属于模拟量信号，在连接过程中，将水温和液位信号分别连接模拟量采集器ADAM-4017的vin3+和vin2+。设备选型环境部署12任务实施系统应用3环境搭建在本项目中我们需要通过仿真平台进行硬件环境的搭建和数据对接，包括设备的选取、连线和相关参数配置，那么首先运行“物联网行业实训仿真.msi”软件。环境搭建--设备选取设备选取：在仿真界面中将左边设备区中设备拖入到右边的绘图区，分别是：传感器——有线传感中拉取水温传感器和液位传感器，在采集器——I/O模式中拉取4017采集设备，在其他设备——其他外设中拉取RS485/RS232转换器，在其他设备——终端中拉取PC，在其他设备——电源中拉取若干12V、24V、通用电源。环境搭建--连线绘制备连线绘