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(xué)生人工智能創(chuàng)意賽-OpenHarmony開(kāi)發(fā)者大賽一等獎(jiǎng)

參賽選手：福州軟件職業(yè)技術(shù)學(xué)院 --盧鈺釩 曹毅 林浩東

指導(dǎo)老師：福州軟件職業(yè)技術(shù)學(xué)院 --黃蓉、蔡群嬌

一、項(xiàng)目的背景

科技作為第一生產(chǎn)力，也廣泛應(yīng)用在了農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，比如溫室大棚從塑料薄膜到PC陽(yáng)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(lái)農(nóng)業(yè)市場(chǎng)！在國(guó)產(chǎn)化替代的大背景下，目前市場(chǎng)上的溫室控制系統(tǒng)沒(méi)有基于Harmony操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的方案。

而本項(xiàng)目智能溫感種植系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用基于ARM內(nèi)核的小凌派rk2206單片機(jī)為核心處理器，基于OpenHarmony操作系統(tǒng)通過(guò)終端傳感器設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)采集植物培養(yǎng)現(xiàn)場(chǎng)的溫濕度、光照強(qiáng)度、土壤水分等數(shù)據(jù)信息實(shí)現(xiàn)溫室大棚環(huán)境溫濕度、土壤水分、二氧化碳、光照強(qiáng)度等的檢測(cè)。其次，通過(guò)連接華為云數(shù)據(jù)庫(kù)再由語(yǔ)音輸出模塊，智能提示用戶(hù)為其提供一個(gè)最佳的種植方案及對(duì)用戶(hù)提供智能指令控制澆花的功能。

二、項(xiàng)目簡(jiǎn)介

2. 1、項(xiàng)目描述

本系統(tǒng)是在OpenHarmony開(kāi)發(fā)者環(huán)境基礎(chǔ)上完成的。該系統(tǒng)采用小凌派RK2206開(kāi)發(fā)板為主控板其中，通過(guò)各個(gè)模塊之間硬件電路的搭建完畢后在開(kāi)發(fā)者環(huán)境下編譯各模塊之間的源代碼，使其運(yùn)行起來(lái)，最后調(diào)試沒(méi)問(wèn)題再在小凌派上進(jìn)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(shù)完成，語(yǔ)音模塊可以通過(guò)用戶(hù)語(yǔ)音輸出反饋告訴分析，傳感器檢測(cè)到的土壤質(zhì)量再反饋給云端數(shù)據(jù)庫(kù)，能提供適合種植的植物及種植方案。同時(shí)可以實(shí)時(shí)顯示土壤溫濕度，土壤氮磷鉀微量元素成分以及當(dāng)天的天氣情況，并且能夠調(diào)節(jié)手動(dòng)澆花或者遠(yuǎn)程控制澆花。

2. 2、產(chǎn)品模塊功能說(shuō)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(shí)時(shí)上傳至華為云，華為云再將信息反饋給移動(dòng)端APP，顯示給用戶(hù)。

l語(yǔ)音模塊。可以接收用戶(hù)發(fā)出的指令并作出判斷，實(shí)行編譯好的程序，隨后操控相對(duì)應(yīng)模塊做出操作。

l在語(yǔ)音模塊中。還鏈接了一個(gè)華為云數(shù)據(jù)庫(kù)，用戶(hù)可以做出詢(xún)問(wèn)“當(dāng)前溫濕度適合種植什么植物”的指令，語(yǔ)音模塊就會(huì)調(diào)用數(shù)據(jù)庫(kù)的信息，反饋給用戶(hù)數(shù)據(jù)“當(dāng)前溫濕度適合種植xxx”的信息等。

l土壤濕度檢測(cè)模塊。將檢測(cè)模塊插入土壤，土壤干燥程度達(dá)到設(shè)置閾值時(shí)檢測(cè)模塊連接的水泵開(kāi)始工作，土壤濕度到達(dá)設(shè)置的一定閾值時(shí)水泵將停止工作。

l小凌派LCD液晶顯示屏。是小凌派的擴(kuò)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(kù)。采用開(kāi)源免費(fèi)的的華為云數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)庫(kù)儲(chǔ)存具有穩(wěn)定可靠、安全運(yùn)行、彈性伸縮、輕松管理和經(jīng)濟(jì)實(shí)用等特點(diǎn)。擁有高可用架構(gòu)、數(shù)據(jù)安全保障和故障秒級(jí)恢復(fù)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(shè)計(jì)方案以小凌派Harmony開(kāi)發(fā)板為核心，該開(kāi)發(fā)板運(yùn)行OpenHarmony操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)包括各模塊系統(tǒng)初始化、網(wǎng)絡(luò)接入、中介作用、數(shù)據(jù)采集、用戶(hù)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(kù)協(xié)同實(shí)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(kāi)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(zhuān)為HarmonyOS系統(tǒng)打造的HarmonyOS開(kāi)發(fā)板。

·采用IoTCluB的E53接口標(biāo)準(zhǔn)，可接入所有的E53案例擴(kuò)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(xiàn)，可實(shí)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(fēng)接口、E53 接口（包含 UART、 I2C、ADC、DAC、PWM、5 個(gè) GPIO）。

·一根TypeC USB線(xiàn)，即可實(shí)現(xiàn)供電、下載等功能。

·一根TypeC USB線(xiàn)，可支持串口調(diào)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(cè)量誤差±5%，溫度測(cè)量誤差±2℃。

3. 4土壤濕度檢測(cè)模塊

市面上普遍的土壤溫濕度檢測(cè)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(yǔ)音模塊 + 喇叭

模塊方便，適配多種開(kāi)發(fā)模式。

四、軟件方案

4. 1 開(kāi)發(fā)環(huán)境簡(jiǎn)介

本項(xiàng)目開(kāi)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(yīng)用程序用到了Harmony語(yǔ)言編寫(xiě)，在VScode上實(shí)現(xiàn)編程。需要安裝配置python。我們還運(yùn)用到了華為云免費(fèi)的數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)進(jìn)行鏈接小凌派來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)儲(chǔ)存和傳輸。

4. 2 環(huán)境參數(shù)測(cè)試

環(huán)境參數(shù)檢測(cè)通過(guò)溫濕度傳感器、土壤濕度檢測(cè)模塊、語(yǔ)言模塊實(shí)現(xiàn)。獲取到溫濕度，以及用戶(hù)想實(shí)現(xiàn)的操作語(yǔ)言，通過(guò)相對(duì)應(yīng)的模塊接收傳輸?shù)叫×枧稍俜答伣o用戶(hù)。當(dāng)土壤干燥程度達(dá)到設(shè)置的可澆灌閾值時(shí)，水泵開(kāi)始工作，抽取水澆灌到土壤當(dāng)中，當(dāng)土壤濕度達(dá)到設(shè)置的停止?jié)补嚅撝禃r(shí)，水泵停止工作，形成一個(gè)閉環(huán)。當(dāng)用戶(hù)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行語(yǔ)音指令操作時(shí)，語(yǔ)音模塊就會(huì)根據(jù)用戶(hù)做出的語(yǔ)音操作指令調(diào)用所鏈接的華為云數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)進(jìn)行反饋給用戶(hù)來(lái)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(xiàng)目總結(jié)和展望

本文設(shè)計(jì)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(kāi)源模板可供學(xué)習(xí)，如智慧車(chē)載、智慧農(nóng)業(yè)、智慧路燈等。軟件選擇在Linux操作系統(tǒng)上開(kāi)發(fā)，采用單片機(jī)燒入方式編譯各模塊功能。該系統(tǒng)最終實(shí)現(xiàn)了環(huán)境數(shù)據(jù)采集，華為云數(shù)據(jù)庫(kù)聯(lián)動(dòng)小凌派等功能，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)方案的正確性。系統(tǒng)最終實(shí)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(shù)問(wèn)題。