基于OpenHarmony的智能溫感種植系統(tǒng)

該基于OpenHarmony的智能溫感種植系統(tǒng)獲得2022年首屆福建省大學生人工智能創(chuàng)意賽-OpenHarmony開發(fā)者大賽一等獎

參賽選手：福州軟件職業(yè)技術學院 --盧鈺釩 曹毅 林浩東

指導老師：福州軟件職業(yè)技術學院 --黃蓉、蔡群嬌

一、項目的背景

科技作為第一生產力，也廣泛應用在了農業(yè)領域，比如溫室大棚從塑料薄膜到PC陽光板，傳統(tǒng)的溫室大棚逐漸被智能溫室大棚代替，智能溫室大棚將牢牢占據(jù)未來農業(yè)市場！在國產化替代的大背景下，目前市場上的溫室控制系統(tǒng)沒有基于Harmony操作系統(tǒng)實現(xiàn)的方案。

而本項目智能溫感種植系統(tǒng)設計采用基于ARM內核的小凌派rk2206單片機為核心處理器，基于OpenHarmony操作系統(tǒng)通過終端傳感器設備進行實時采集植物培養(yǎng)現(xiàn)場的溫濕度、光照強度、土壤水分等數(shù)據(jù)信息實現(xiàn)溫室大棚環(huán)境溫濕度、土壤水分、二氧化碳、光照強度等的檢測。其次，通過連接華為云數(shù)據(jù)庫再由語音輸出模塊，智能提示用戶為其提供一個最佳的種植方案及對用戶提供智能指令控制澆花的功能。

二、項目簡介

2. 1、項目描述

本系統(tǒng)是在OpenHarmony開發(fā)者環(huán)境基礎上完成的。該系統(tǒng)采用小凌派RK2206開發(fā)板為主控板其中，通過各個模塊之間硬件電路的搭建完畢后在開發(fā)者環(huán)境下編譯各模塊之間的源代碼，使其運行起來，最后調試沒問題再在小凌派上進行代碼的燒錄，硬件和軟件之間的的通信口則選擇WiFi模塊技術完成，語音模塊可以通過用戶語音輸出反饋告訴分析，傳感器檢測到的土壤質量再反饋給云端數(shù)據(jù)庫，能提供適合種植的植物及種植方案。同時可以實時顯示土壤溫濕度，土壤氮磷鉀微量元素成分以及當天的天氣情況，并且能夠調節(jié)手動澆花或者遠程控制澆花。

2. 2、產品模塊功能說明

l土壤溫濕度傳感器。可以采集環(huán)境中的溫度、濕度信息反饋給RK2206小凌派主控板并實時上傳至華為云，華為云再將信息反饋給移動端APP，顯示給用戶。

l語音模塊?？梢越邮沼脩舭l(fā)出的指令并作出判斷，實行編譯好的程序，隨后操控相對應模塊做出操作。

l在語音模塊中。還鏈接了一個華為云數(shù)據(jù)庫，用戶可以做出詢問“當前溫濕度適合種植什么植物”的指令，語音模塊就會調用數(shù)據(jù)庫的信息，反饋給用戶數(shù)據(jù)“當前溫濕度適合種植xxx”的信息等。

l土壤濕度檢測模塊。將檢測模塊插入土壤，土壤干燥程度達到設置閾值時檢測模塊連接的水泵開始工作，土壤濕度到達設置的一定閾值時水泵將停止工作。

l小凌派LCD液晶顯示屏。是小凌派的擴展模塊，可以將土壤溫濕度傳感器接受到的信息智能顯示到屏幕上顯示。

l數(shù)據(jù)庫。采用開源免費的的華為云數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫儲存具有穩(wěn)定可靠、安全運行、彈性伸縮、輕松管理和經濟實用等特點。擁有高可用架構、數(shù)據(jù)安全保障和故障秒級恢復功能，提供了靈活的備份方案。

2. 3、系統(tǒng)功能邏輯

本系統(tǒng)的功能邏輯如下圖所示。設計方案以小凌派Harmony開發(fā)板為核心，該開發(fā)板運行OpenHarmony操作系統(tǒng)，實現(xiàn)包括各模塊系統(tǒng)初始化、網(wǎng)絡接入、中介作用、數(shù)據(jù)采集、用戶反饋、命令下發(fā)接收與執(zhí)行等功能。并鏈接華為云數(shù)據(jù)庫協(xié)同實現(xiàn)功能。

三、元器件方案

3. 1硬件總體框架

3 . 2 主控芯片

主控芯片采用小凌派RK2206開發(fā)板，小凌派-RK2206是一款由福州市凌睿智捷電子有限公司專為HarmonyOS系統(tǒng)打造的HarmonyOS開發(fā)板。

·采用IoTCluB的E53接口標準，可接入所有的E53案例擴展板。

·主控為瑞芯微RK2206芯片，200MHz主頻，RAM 256KB、ROM 16KB、PSRAM 8M、FLASH 8M。

·板載NFC Forum Type 2 Tag芯片及天線，可實現(xiàn)HarmonyOS“碰一碰”功能。

·支持 IEEE 802.11b/g/n 制式，AP 模式。

·USB 2.0 、SD card /SPI/I2C 接口、麥克風接口、E53 接口（包含 UART、 I2C、ADC、DAC、PWM、5 個 GPIO）。

·一根TypeC USB線，即可實現(xiàn)供電、下載等功能。

·一根TypeC USB線，可支持串口調試功能。

3. 3溫濕度傳感器

溫濕度傳感器采用DHT11，工作電壓3.3V-5V，濕度測量誤差±5%，溫度測量誤差±2℃。

3. 4土壤濕度檢測模塊

市面上普遍的土壤溫濕度檢測模塊。

3. 5小凌派LCD液晶顯示屏

和小凌派RK2206主控芯片配套，接口插上即用。

3. 6 語音模塊 + 喇叭

模塊方便，適配多種開發(fā)模式。

四、軟件方案

4. 1 開發(fā)環(huán)境簡介

本項目開發(fā)環(huán)境布置在Window操作系統(tǒng)上面，系統(tǒng)編譯環(huán)境在Linux環(huán)境上面，應用程序用到了Harmony語言編寫，在VScode上實現(xiàn)編程。需要安裝配置python。我們還運用到了華為云免費的數(shù)據(jù)庫來進行鏈接小凌派來進行數(shù)據(jù)儲存和傳輸。

4. 2 環(huán)境參數(shù)測試

環(huán)境參數(shù)檢測通過溫濕度傳感器、土壤濕度檢測模塊、語言模塊實現(xiàn)。獲取到溫濕度，以及用戶想實現(xiàn)的操作語言，通過相對應的模塊接收傳輸?shù)叫×枧稍俜答伣o用戶。當土壤干燥程度達到設置的可澆灌閾值時，水泵開始工作，抽取水澆灌到土壤當中，當土壤濕度達到設置的停止?jié)补嚅撝禃r，水泵停止工作，形成一個閉環(huán)。當用戶對系統(tǒng)進行語音指令操作時，語音模塊就會根據(jù)用戶做出的語音操作指令調用所鏈接的華為云數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)進行反饋給用戶來判斷，。

4. 3 以下是部分功能代碼展示

（1）溫濕度代碼：

static int dht11_recv_byte(void)

{

int i;

int data = 0;

for (i = 0; i < 8; i++)

{

if (dht11_wait_for_val(1, 1000))

{

printf("dht11 wait for high data err!\r\n");

return -1;

}

LOS_UDelay(40);

data <<= 1;

if (dht11_data_get() == 1)

data |= 1;

if (dht11_wait_for_val(0, 1000))

{

printf("dht11 wait for low data err!\r\n");

return -1;

}

}

return data;

}

（2）通信模塊tcp代碼：

5、項目總結和展望

本文設計的智能溫感種植系統(tǒng)，硬件選用小凌派RK2206主控芯片，具有多種開源模板可供學習，如智慧車載、智慧農業(yè)、智慧路燈等。軟件選擇在Linux操作系統(tǒng)上開發(fā)，采用單片機燒入方式編譯各模塊功能。該系統(tǒng)最終實現(xiàn)了環(huán)境數(shù)據(jù)采集，華為云數(shù)據(jù)庫聯(lián)動小凌派等功能，驗證了設計方案的正確性。系統(tǒng)最終實現(xiàn)了功能，但仍然存在很多不足不完善的地方，后續(xù)將鞏固硬件和軟件等技術問題。