中国现代教育装备
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 实验室建设  
绿色农业控制系统创新实践教学平台设计
来源:《中国现代教育装备》杂志 时间:2021-1-22 14:57:23
  [导读]以绿色农业应用为背景,融入现代科技设计创新实践教学平台。系统设计了清洁能源系统、能源储存系统、信息采集系统、智能温室控制系统、中央控制系统、人机交互以及云平台应用系统,实现能源自给自足、环境信息采集与存储、无线区域组网、系统信息显示与预警、智能控制等功能。系统内各功能部分,采用独立的模块化设计,易于组装移植,综合性、开放性和扩展性强。有助于培养学生工程实践能力、解决复杂工程问题能力和创新精神。

  《中华人民共和国国民经济和社会发展第十三个五年(2016—2020年)规划纲要》提出,健全现代农业科技创新推广体系,加快推进农业机械化,加强农业与信息技术融合,发展智慧农业,提高农业生产力水平。随着农业现代化技术发展以及人们对环境可持续发展的要求,绿色农业生产模式得到越来越多的重视。清洁能源利用、现代科技和信息技术应用、对环境友好是其主要特色[1]。

  为了让学生对绿色农业相关控制技术有一个直观的了解,理解掌握清洁能源应用、储能技术、智能控制、传感器以及物联网应用等现代技术;践行习近平总书记“绿水青山就是金山银山”的绿色发展理念;让更多学生投身于绿色发展相关新工科应用领域实践研究与探索;培养学生利用当下新技术解决社会热点问题能力,增强环保意识,在具体的实践过程中,锻炼培养学生基本科学实验能力、工程实践动手能力、掌握高新技术能力和科技创新能力,开发设计了绿色农业控制系统创新实践教学平台。平台以绿色农业应用为背景,引入清洁能源应用技术、储能技术、物联网无线通信技术、智能控制技术、传感器技术、微控制器应用技术等当下新技术设计制作而成。系统内各功能部分采用独立的模块化设计,自成体系,易于组装,分布安装灵活方便,易于移植,可以给学生更多发挥空间。编写了平台系统使用说明书,并依托此平台规划设计编写了验证性、设计性、创新性三个层次的实验项目及指导书。有助于学生对现代过程控制、应用清洁能源利用技术以及智能控制技术的理解;有助于学生对传感器及其应用技术的理解和掌握;还有助于学生对物联网、云平台等应用技术的学习和理解。经过多年的实践教学实践,形成了个性化实践教学培养模式,增强了学生学习的自主性,提高了实践教学效果。

  1 绿色农业控制系统创新实践教学平台主体架构

  2 绿色农业控制系统创新实践教学平台各功能模块的设计

  3 绿色农业控制系统创新实践教学平台特点及教学设计

  4 结语

  此平台在哈尔滨工业大学国家级电工电子实验教学示范中心应用多年,有效地支持了中心电子学基础实验课程和2门创新实验课程的教学任务,提高了实践教学效果。系统中太阳能追日系统模块、最大功率跟踪模块、温室环境信息采集模块及其控制模块、锂电池管理系统模块和人机交互显示界面,让学生对绿色农业控制系统有了一个全面、系统、直观的理解。模块化的设计,有助于学生由浅到深、由简单到复杂有序地开展实践学习活动。以此平台为基础,对各功能模块进行重新组合改进,可以构建新的创新实践作品,有助于锻炼学生灵活运用所学知识能力,强化学生创新思维,培养学生工程实践能力和创新精神。

  参考文献

  [1] 郭海红,刘新民.中国农业绿色全要素生产率时空演变[J].中国管理科学,2020,28(9):66-75.

  [2] 李成熙与许正望, 追日系统中的信号检测电路设计[J].船电技术,2016,36(5):5-7,11.

  [3] 宋在勇.基于单片机的自动追日控制系统设计[J].科技与创新,2019(24):65-66.

  [4] 张璞,刘宁艳,金印彬.基于模块化平台的电子系统综合设计实验[J].中国现代教育装备,2019(19):31-33.

  [5] 朱晓庆,王震坡,WANG Hsin,等.锂离子动力电池热失控与安全管理研究综述[J]. 机械工程学报, 2020,56(14):91-118.

  [6] 张雪花,张武,杨旭,等, 农业温室环境控制方法研究综述[J].控制工程,2017,24(1):8-15.

  [7] 黄彩虹,金福江,易定容,等.基于物联网的步进电机远程监控实验平台设计[J]. 中国现代教育装备,2020(7):30-33.

  [8] 肖增瑞,秦会斌,崔佳冬.基于物联网云平台的智慧农业温室系统设计[J].物联网技术, 2017,7(5):68-71.

王猛 吴建强 李琰 崔振 侯博雅 哈尔滨工业大学


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