基于OpenHarmony的智能温感种植系统

该基于OpenHarmony的智能温感种植系统获得2022年首届福建省大学生人工智能创意赛-OpenHarmony开发者大赛一等奖

参赛选手：福州软件职业技术学院 --卢钰钒 曹毅 林浩东

指导老师：福州软件职业技术学院 --黄蓉、蔡群娇

一、项目的背景

科技作为第一生产力，也广泛应用在了农业领域，比如温室大棚从塑料薄膜到PC阳光板，传统的温室大棚逐渐被智能温室大棚代替，智能温室大棚将牢牢占据未来农业市场！在国产化替代的大背景下，目前市场上的温室控制系统没有基于Harmony操作系统实现的方案。

而本项目智能温感种植系统设计采用基于ARM内核的小凌派rk2206单片机为核心处理器，基于OpenHarmony操作系统通过终端传感器设备进行实时采集植物培养现场的温湿度、光照强度、土壤水分等数据信息实现温室大棚环境温湿度、土壤水分、二氧化碳、光照强度等的检测。其次，通过连接华为云数据库再由语音输出模块，智能提示用户为其提供一个最佳的种植方案及对用户提供智能指令控制浇花的功能。

二、项目简介

2. 1、项目描述

本系统是在OpenHarmony开发者环境基础上完成的。该系统采用小凌派RK2206开发板为主控板其中，通过各个模块之间硬件电路的搭建完毕后在开发者环境下编译各模块之间的源代码，使其运行起来，最后调试没问题再在小凌派上进行代码的烧录，硬件和软件之间的的通信口则选择WiFi模块技术完成，语音模块可以通过用户语音输出反馈告诉分析，传感器检测到的土壤质量再反馈给云端数据库，能提供适合种植的植物及种植方案。同时可以实时显示土壤温湿度，土壤氮磷钾微量元素成分以及当天的天气情况，并且能够调节手动浇花或者远程控制浇花。

2. 2、产品模块功能说明

l土壤温湿度传感器。可以采集环境中的温度、湿度信息反馈给RK2206小凌派主控板并实时上传至华为云，华为云再将信息反馈给移动端APP，显示给用户。

l语音模块。可以接收用户发出的指令并作出判断，实行编译好的程序，随后操控相对应模块做出操作。

l在语音模块中。还链接了一个华为云数据库，用户可以做出询问“当前温湿度适合种植什么植物”的指令，语音模块就会调用数据库的信息，反馈给用户数据“当前温湿度适合种植xxx”的信息等。

l土壤湿度检测模块。将检测模块插入土壤，土壤干燥程度达到设置阈值时检测模块连接的水泵开始工作，土壤湿度到达设置的一定阈值时水泵将停止工作。

l小凌派LCD液晶显示屏。是小凌派的扩展模块，可以将土壤温湿度传感器接受到的信息智能显示到屏幕上显示。

l数据库。采用开源免费的的华为云数据库，数据库储存具有稳定可靠、安全运行、弹性伸缩、轻松管理和经济实用等特点。拥有高可用架构、数据安全保障和故障秒级恢复功能，提供了灵活的备份方案。

2. 3、系统功能逻辑

本系统的功能逻辑如下图所示。设计方案以小凌派Harmony开发板为核心，该开发板运行OpenHarmony操作系统，实现包括各模块系统初始化、网络接入、中介作用、数据采集、用户反馈、命令下发接收与执行等功能。并链接华为云数据库协同实现功能。

三、元器件方案

3. 1硬件总体框架

3 . 2 主控芯片

主控芯片采用小凌派RK2206开发板，小凌派-RK2206是一款由福州市凌睿智捷电子有限公司专为HarmonyOS系统打造的HarmonyOS开发板。

·采用IoTCluB的E53接口标准，可接入所有的E53案例扩展板。

·主控为瑞芯微RK2206芯片，200MHz主频，RAM 256KB、ROM 16KB、PSRAM 8M、FLASH 8M。

·板载NFC Forum Type 2 Tag芯片及天线，可实现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、麦克风接口、E53 接口（包含 UART、 I2C、ADC、DAC、PWM、5 个 GPIO）。

·一根TypeC USB线，即可实现供电、下载等功能。

·一根TypeC USB线，可支持串口调试功能。

3. 3温湿度传感器

温湿度传感器采用DHT11，工作电压3.3V-5V，湿度测量误差±5%，温度测量误差±2℃。

3. 4土壤湿度检测模块

市面上普遍的土壤温湿度检测模块。

3. 5小凌派LCD液晶显示屏

和小凌派RK2206主控芯片配套，接口插上即用。

3. 6 语音模块 + 喇叭

模块方便，适配多种开发模式。

四、软件方案

4. 1 开发环境简介

本项目开发环境布置在Window操作系统上面，系统编译环境在Linux环境上面，应用程序用到了Harmony语言编写，在VScode上实现编程。需要安装配置python。我们还运用到了华为云免费的数据库来进行链接小凌派来进行数据储存和传输。

4. 2 环境参数测试

环境参数检测通过温湿度传感器、土壤湿度检测模块、语言模块实现。获取到温湿度，以及用户想实现的操作语言，通过相对应的模块接收传输到小凌派再反馈给用户。当土壤干燥程度达到设置的可浇灌阈值时，水泵开始工作，抽取水浇灌到土壤当中，当土壤湿度达到设置的停止浇灌阈值时，水泵停止工作，形成一个闭环。当用户对系统进行语音指令操作时，语音模块就会根据用户做出的语音操作指令调用所链接的华为云数据库的数据进行反馈给用户来判断，。

4. 3 以下是部分功能代码展示

（1）温湿度代码：

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）通信模块tcp代码：

5、项目总结和展望

本文设计的智能温感种植系统，硬件选用小凌派RK2206主控芯片，具有多种开源模板可供学习，如智慧车载、智慧农业、智慧路灯等。软件选择在Linux操作系统上开发，采用单片机烧入方式编译各模块功能。该系统最终实现了环境数据采集，华为云数据库联动小凌派等功能，验证了设计方案的正确性。系统最终实现了功能，但仍然存在很多不足不完善的地方，后续将巩固硬件和软件等技术问题。