[发明专利]一种水稻栽培物联网虚拟仿真实验教学系统和方法

权利要求书

1.一种水稻栽培物联网虚拟仿真实验教学系统，其特征在于，包括信息采集模块、控制处理模块、通信模块、云端服务器以及客户端；其中：

信息采集模块包括传感器模块、电平转换模块和无线模块；传感器模块用于采集水稻栽培参数；电平转换模块用于485电平与TTL电平之间的转换；无线模块用于接收、汇总传感器模块采集的水稻栽培参数并将汇总后的数据传输至控制处理模块；

控制处理模块位于主机端，包括串口监听模块和bat文件批量处理模块；串口监听模块通过串口监听显示接收到的信息采集模块采集的水稻栽培参数，并将水稻栽培参数由十六进制转为十进制发送至云端服务器；bat文件批量处理模块，用于下载云端服务器的代码以及用命令行实现IAR文件的下载和编译，并将编译结果发送至云端服务器；所述控制处理模块还包括MQTT订阅和发布模块，用于订阅云端服务器代码以及发布水稻栽培参数至云端服务器；所述云端服务器还包括MQTT服务器，MQTT服务器用于实现水稻栽培参数数据的订阅和代码发布至控制处理模块；

所述控制处理模块得到订阅的代码信息后，bat文件批量处理模块自动运行用于处理命令行的.bat文件，若要编译下载学生代码，.bat文件实现的具体内容为：下载服务器保存的.txt代码文件，强制转换成工程目录下的485.c文件，编译整个工程并返回编译情况；若要编译下载初始代码，.bat文件实现的具体内容为：复制初始485.c文件到工程目录下进行覆盖，编译整个工程并返回编译情况，代码编译成功后，自动下载进无线模块，采集数据；

云端服务器用于对客户端发送来的代码和控制处理模块发送的水稻栽培参数进行接收、显示和存储，该服务器包括数据库和WAMP Server，WAMP Server用于快速安装配置Web服务器，数据库用于对客户端发送来的代码和控制处理模块发送的水稻栽培参数数据进行存储；

客户端，用于显示采集到的水稻栽培参数，以及编写代码和提交代码文件至云端服务器；通信模块，用于上述各模块之间的数据传输；

所述传感器模块问询帧格式为：地址码、功能码、起始地址、数据长度、校验码低位、校验码高位，应答帧格式为：地址码、功能码、有效字节数、数据一区、第二数据区、第N数据区、校验码。

2.根据权利要求1所述的水稻栽培物联网虚拟仿真实验教学系统，其特征在于，所述水稻栽培参数为土壤中氮磷钾含量。

3.根据权利要求2所述的水稻栽培物联网虚拟仿真实验教学系统，其特征在于，所述传感器模块选用485型土壤氮磷钾三合一变送器。

4.根据权利要求1所述的水稻栽培物联网虚拟仿真实验教学系统，其特征在于，所述电平转换模块选用TTL转RS485模块，所述无线模块选用CC2530ZigBee无线模块。

5.根据权利要求1所述的水稻栽培物联网虚拟仿真实验教学系统，其特征在于，所述数据库为SQL Server数据库。

6.根据权利要求1所述的水稻栽培物联网虚拟仿真实验教学系统，其特征在于，所述通信模块采用Web Socket通信。

7.根据权利要求1所述的水稻栽培物联网虚拟仿真实验教学系统，其特征在于，所述客户端界面为人机交互的网页对话框，包含代码编写区域、提交按钮、提示按钮和重置按钮。

8.一种水稻栽培物联网虚拟仿真实验教学方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、在客户端编写代码并提交代码文件至云端服务器；

步骤2、云端服务器将接收代码并保存至数据库，通过MQTT服务器发布控制处理模块订阅的代码；

步骤3、控制处理模块的bat文件批量处理模块下载云端服务器发布的代码并自动运行.bat文件编译代码，编译结果经由服务器返回至客户端；若编译正确，控制处理模块则将其下载进数据采集模块的传感器模块，进行水稻栽培参数采集；若编译错误，则返回步骤1；

若要编译下载学生代码，.bat文件实现的具体内容为：下载服务器保存的.txt代码文件，强制转换成工程目录下的485.c文件，编译整个工程并返回编译情况；若要编译下载初始代码，.bat文件实现的具体内容为：复制初始485.c文件到工程目录下进行覆盖，编译整个工程并返回编译情况；

步骤4、数据采集模块的无线模块接收、汇总传感器模块采集的水稻栽培参数，并发送给控制处理模块的串口监听模块；

步骤5、串口监听模块接收显示水稻栽培参数，控制处理模块对水稻栽培参数由十六进制转为十进制，然后将十进制的水稻栽培参数通过MQTT订阅和发布模块发布水稻栽培参数至云端服务器；

步骤6、云端服务器将获得的水稻栽培参数保存到数据库；

步骤7、客户端请求云端服务器数据时，云端服务器将水稻栽培参数数据传输给客户端，客户端实时显示；

所述传感器模块问询帧格式为：地址码、功能码、起始地址、数据长度、校验码低位、校验码高位，应答帧格式为：地址码、功能码、有效字节数、数据一区、第二数据区、第N数据区、校验码。