实验方法与步骤
一、实验方法描述
①模型法。本项目通过建构模型的方法模拟智能无土栽培场景和信息化设备，训练并评价学生在该情境下对物联网相关技术的理论基础和实际应用能力，以便学生在面对真实应用场景时，能够充分利用自身具备的理论基础知识完成相应的应用创新和工程实施，为后续学习和终生发展奠定坚实基础。
②比较法。本项目大量采用比较法实现对不同设备参数和设备配置信息的选择，通过将同类型的相关参数对比，加深学生对该技术实际应用的理解，以RFID标签工作频率的选择为例，实验中列举了多种不同的工作频率和对应的工作协议，学生可以通过横向对比，准确辨识在不同的工作协议/频率下，RFID标签的应用场景，应用特点和性能指标等
二、学生交互性操作步骤说明
本实验教学项目属于“无线传感器网络原理及应用”课程，共计2个实验学时，其中，智能无土栽培数据采集模块设计0.5个学时、无土栽培控制系统设计及布设0.7个学时、实时监控交互0.3个学时、作物管理模块设计0.5个学时。通过三维仿真技术、3D动画，虚拟仿真了智能农业无土栽培环境及质量监控、智能信息化设备选型、网络设计、网络部署和故障诊断等农业智能化过程及运维，学生可在整个场景和工作情境中进行交互性操作。
基于物联网的智能无土栽培系统虚拟仿真实验的实验步骤可以分为数据采集模块设计、控制系统设计及布设、实时监控交互和作物管理等四个模块，具体操作步骤如下：
1：基于传感器的无土栽培系统数据采集模块设计实验
步骤1: 了解无土栽培的发展现状及应用前景。
步骤2: 根据实际场景，从传感器列表中选择所需的传感器，并了解各种传感器的相关属性。传感器列表中包含人体红外传感器、CO2传感器、空气温湿度传感器、光照传感器、PH值传感器、液位传感器、网络摄像头等。
步骤3: 初始化实验条件。
步骤4:在实验台中，选择所需的电源模块，并利用一个或若干个传感器和终端节点对感知节点进行相应的电路设计，搭建数据采集模块。
步骤5：编辑传感器相应的程序实现。
步骤6：测试运行所搭建的数据采集模块是否连接正常。
2：智能控制系统设计及布设
步骤7: 根据所选择传感器的场景需要，从执行器列表中选择所需的执行器；选择控制器的主控芯片，并根据所选执行器的特点进行相应的电路设计。
步骤8:在实际场景中测试执行器电路功能是否正常。
步骤9: 结合无线传感器网络的相关理论，依次对无线传感网络的传感器节点、执行器节点和主控节点进行布设，并对各数据采集节点、执行器节点进行网络配置。
步骤10:测试各个节点配置是否可以正常工作。
步骤11:配置网关。
步骤12：网络链路调整完成后，通过动画模拟演示网络的拓扑状态。
步骤13：在正确配置完成后，学生可以通过动画看到感知层的传感器信息在网络中依次传输到客户端的过程演示。
3：实时监控交互
步骤14: 根据智能控制模块中发送来的温湿度、PH值等传感器数据以及卷帘机、补光灯等设备的开关状态等，通过WIFI或其他方式传入服务器，并在用户平台的数据监测界面进行实时显示，以便于随时掌握无土栽培中的各种状况。
步骤15: 平台向实验者展现所有接入系统的可控设备及当前状态。实验者可以对设备状态进行调整，实现远程控制或自动控制。
步骤16: 对于智能控制模块上传的大量数据，可以针对特定数据进行统计、分析，最终以曲线图、柱状图等形式展现，通对长期数据的相同周期内的对比，为优化无土栽培系统的自动控制方案提供依据。
4：作物管理实验
步骤17: 每个作物架都配置1个RFID卡，类别分为有源RFID标签和无源RFID标签, 根据实际场景需要在实验台中搭建相应的RFID感知识别系统。
步骤18:对RFID卡内部存写信息进行写入,主要包括农作物品种、种植时间、采摘时间、位置等信息。
步骤19: 将制作完成的RFID标签固定至作物架合适的位置上, 实验者可利用RFID读卡器读写作物架上的RFID卡信息，在大规模种植环境下能够快速查找所需作物的位置，实现精准定位。
实验20：在远程监控平台实现对作物管理的远程监控。
