01 引言

隨著科技的不斷進(jìn)步，智慧農(nóng)業(yè)正逐漸成為農(nóng)業(yè)發(fā)展的未來(lái)趨勢(shì)。它通過整合物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等尖端技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的智能化、精準(zhǔn)化和高效化。從智能灌溉系統(tǒng)到無(wú)人機(jī)監(jiān)測(cè)，再到精準(zhǔn)施肥和病蟲害管理，智慧農(nóng)業(yè)項(xiàng)目正以其創(chuàng)新的解決方案，改變傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的面貌，為農(nóng)民帶來(lái)便利，為消費(fèi)者帶來(lái)更安全、更健康的食品，同時(shí)保護(hù)我們的環(huán)境。

02 項(xiàng)目介紹

《智慧農(nóng)業(yè)》項(xiàng)目以Hi3861開發(fā)板作為硬件平臺(tái)，融合了NFC配網(wǎng)、MQTT通信、溫濕度傳感器監(jiān)測(cè)以及OLED顯示技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了智能化的農(nóng)業(yè)大棚環(huán)境監(jiān)控與管理系統(tǒng)。在智慧農(nóng)業(yè)大棚中，對(duì)土壤濕度進(jìn)行控制，通過濕度傳感器對(duì)土壤濕度情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，根據(jù)不同農(nóng)作物的濕度需要進(jìn)行判斷是否灌溉（本次項(xiàng)目中，使用風(fēng)扇代替水泵電機(jī)），在此基礎(chǔ)上可以通過手機(jī)對(duì)大棚內(nèi)環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行查看，還可以在手機(jī)中設(shè)置當(dāng)前農(nóng)業(yè)物的濕度范圍，并根據(jù)需要是否開啟自動(dòng)控制。

本項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)內(nèi)容：

• 設(shè)備端

1) NFC 配網(wǎng)功能；

2) 根據(jù)溫濕度傳感器是否自動(dòng)灌溉；

3) 發(fā)布和訂閱 MQTT 的消息；

4) 保存傳感器的閾值信息到 Hi3861 模塊中的 Flash 存儲(chǔ)中。

• 微信小程序端

1) 可以將配網(wǎng)信息數(shù)據(jù)寫入 NFC 標(biāo)簽中；

2) 可以手動(dòng)控制水泵電機(jī)的開關(guān)；

3) 可以設(shè)置濕度傳感器的閾值范圍；

4) 可以手動(dòng)是否開啟自動(dòng)控制功能；

5) 在界面中顯示當(dāng)前濕度傳感器的數(shù)據(jù)和風(fēng)扇當(dāng)前的狀態(tài)；

03 項(xiàng)目涉及技術(shù)點(diǎn)

①使用NFC進(jìn)行WiFi配網(wǎng)

②華為云平臺(tái)MQTT服務(wù)的申請(qǐng)和使用

③JSON數(shù)據(jù)的封裝和解析

④微信小程序的搭建和利用相關(guān)API進(jìn)行設(shè)備的監(jiān)控

⑤I2C總線的使用

⑥信息在Flash中的存儲(chǔ)方式

⑦溫濕度傳感器的使用

⑧IO擴(kuò)展芯片及風(fēng)扇的使用

⑨蜂鳴器的使用

04 項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)

項(xiàng)目框架

本項(xiàng)目使用的是華為云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)作為中間服務(wù)器，在設(shè)備端（Hi3861），首先進(jìn)行連接附近的 WiFi熱點(diǎn)，與華為云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)建立 MQTT 連接，并且使用 JSON 格式數(shù)據(jù)進(jìn)行交互數(shù)據(jù)；在應(yīng)用端（微信小程序），使用 HTTP 協(xié)議與華為云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)進(jìn)行連接，使用華為云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)相關(guān)的 API 進(jìn)行交互數(shù)據(jù)。

在設(shè)備端，在連接不上附近 WiFi 熱點(diǎn)的時(shí)候，會(huì)在 OLED 顯示屏上顯示，連接 WiFi 熱點(diǎn)失敗的提示信息，此時(shí)我們可以使用微信小程序上的 NFC 燒寫界面，將 WiFi 名稱和密碼進(jìn)行燒寫開發(fā)板上的 NFC 標(biāo)簽，然后再重新開發(fā)板進(jìn)行重新連接新的 WiFi 熱點(diǎn)。

設(shè)備端在空閑的時(shí)候，監(jiān)聽訂閱的主題中是否接收到云平臺(tái)轉(zhuǎn)發(fā)下來(lái)的數(shù)據(jù)，如果接收到了，進(jìn)行 JSON 的數(shù)據(jù)解析，然后控制相關(guān)設(shè)備。

• 整體框架

• 設(shè)備端框架

• 應(yīng)用端框架

硬件部分

1 主控部分

本項(xiàng)目使用的是 Hi-12F 模組作為主控，此模組是基于 Hi3861V100 芯片設(shè)計(jì)的，該芯片是一款高度集成的 2.4GHz 芯片，集成了 IEEE 802.11b/g/n 基帶和 RF 電路，包括功率放大器 PA、低噪聲放大器LNA、RF balun、天線開關(guān)以及電源管理模塊等。

支持 20MHz 標(biāo)準(zhǔn)帶寬和 5MHz/10MHz 窄帶寬，提供最大 72.2Mbit/s 物理層速率。并且集成了高性能32 位微處理器，提供 SPI、UART、I2C、I2S、PWM、GPIO 以及多路 ADC 模擬輸入等豐富的外設(shè)接口，同時(shí)支持 SDIO2.0 接口，時(shí)鐘最高支持 50MHz。

主控部分原理圖如下圖所示：

模組的外設(shè)引腳功能，如下圖所示：

2 NFC通信部分

NFC 通信使用的是恩智浦公司生產(chǎn)的 NT3H1101 芯片，此芯片支持 I2C 通信，支持可配置的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)引腳，內(nèi)部配備有EEPROM 存儲(chǔ)芯片，允許在 RF 和 I2C 之間快速傳出數(shù)據(jù)。

3 OLED顯示屏部分

采用 SSD1306 芯片進(jìn)行驅(qū)動(dòng) 0.96 寸OLED 顯示屏，本顯示屏使用黃+藍(lán)屏幕進(jìn)行顯示。點(diǎn)陣數(shù)量為 128*64。

4 溫濕度傳感器部分

SHT20，新一代 Sensirion 濕度和溫度傳感器在尺寸與智能方面建立了新的標(biāo)準(zhǔn)：它嵌入了適于回流焊的雙列扁平無(wú)引腳 DFN 封裝，底面 3 x3mm，高度 1.1mm。傳感器輸出經(jīng)過標(biāo)定的數(shù)字信號(hào)，標(biāo)準(zhǔn) I 2 C 格式。SHT20 配有一個(gè)全新設(shè)計(jì)的 CMOSens?芯片、一個(gè)經(jīng)過改進(jìn)的電容式濕度傳感元件和一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的能隙溫度傳感元件，其性能已經(jīng)大大提升甚至超出了前一代傳器（SHT1x 和 SHT7x）的可靠性水平。例如，新一代濕度傳感器，已經(jīng)經(jīng)過改進(jìn)使其在高濕環(huán)境下的性能更穩(wěn)定。每一個(gè)傳感器都經(jīng)過校準(zhǔn)和測(cè)試。在產(chǎn)品表面印有產(chǎn)品批號(hào)，同時(shí)在芯片內(nèi)存儲(chǔ)了電子識(shí)別碼，可以通過輸入命令讀出這些識(shí)別碼。此外，SHT20 的分辨率可以通過輸入命令進(jìn)行改變（8/12bit 乃至 12/14bit 的 RH/T），傳感器可以檢測(cè)到電池低電量狀態(tài)，并且輸出校驗(yàn)和，有助于提高通信的可靠性。由于對(duì)傳感器做了改良和微型化改進(jìn)，因此它的性價(jià)比更高-并且最終所有設(shè)備都將得益于尖端的節(jié)能運(yùn)行模式。可以使用一個(gè)新的測(cè)試包 EK-H4 對(duì) S HT20 進(jìn)行測(cè)試。

本章使用到的硬件為 SHT20，在 FS_ESP32A 開發(fā)板上，使用到了 IO26 和 IO27 引腳。其原理圖如下圖所示：

軟件部分

1注冊(cè)華為云賬號(hào)并配置

【詳細(xì)的注冊(cè)及配置過程可以掃下文二維碼添加小雯老師領(lǐng)取完整文檔】

2 設(shè)備端編譯

• 導(dǎo)入程序

工程文件位于【\src\vendor\hqyj\fs_hi3861\demo\smartFarm\】如下圖所示:

• 修改文件

修改【\src\vendor\hgyj\fs_hi3861\common\bsp\include\hal_bsp_ ssd1306_bmps.h】文件，將“#define smartFarm 0”改為“#define smartFarm 1”。如下圖所示:

修改【\src\vendor\hqyj\fs_hi3861\demo\BUILD.gn】文件，添加下面一句:

"smartFarm:smartFarm_demo"

其余的注釋掉，只保留這一句話。

• 編譯程序

1.在 Vscode的左側(cè)按鈕中，打開 DevEco Device Tool開發(fā)工具，在開發(fā)工具中首先點(diǎn)擊“Clean”，再點(diǎn)擊“build”進(jìn)行編譯源碼。

2.編譯完成之后，會(huì)在終端中提示“SUCCESS”字樣，說(shuō)明編譯完成。

3.點(diǎn)擊 upload 上傳代碼到開發(fā)板(需提前在工程配置中檢査 upload _port 是否正確)。

4.燒寫程序，詳細(xì)燒寫步驟可掃下文二維碼添加小雯老師領(lǐng)取完整文檔。

3 應(yīng)用端編譯

1.雙擊打開 app.wxss 工程文件，即可打開微信開發(fā)者工具。

2.首先點(diǎn)擊左上角的圖標(biāo)，進(jìn)行掃碼登錄自己的微信。

3.登錄成功之后，填寫自己的 AppID

4.編譯源碼。

5.選擇真機(jī)調(diào)試-編譯并自動(dòng)調(diào)試，在微信中觀察小程序內(nèi)容。

運(yùn)行程序

按下開發(fā)板中復(fù)位按鈕，讓設(shè)備重啟，會(huì)出現(xiàn)兩種情況。

1.連接 WiFi 失敗

第一種是連接不上附近的WiFi 熱點(diǎn)，如下圖所示：

這是因?yàn)樵?NFC 標(biāo)簽內(nèi)部存儲(chǔ)的 WiFi 信息與當(dāng)前環(huán)境中的 WiFi 熱點(diǎn)不匹配導(dǎo)致的，按照下面的步驟進(jìn)行操作：

注意：微信小程序不支持 ios 系統(tǒng)的 NFC 配置功能！！下方會(huì)有方法解決。

①使用具有 NFC功能的手機(jī)掃描微信開發(fā)者工具的預(yù)覽二維碼。

②掃描完成之后，在微信小程序中，點(diǎn)擊“NFC配網(wǎng)”按鈕。

③在彈出的“NFC配網(wǎng)設(shè)置”界面中，填寫正確的 WiFi名稱和 WiFi密碼。

④填寫完成之后，點(diǎn)擊“開始配置”,會(huì)提示“請(qǐng)靠近設(shè)備”，此時(shí)將手機(jī)靠近開發(fā)板上的 NFC線圈區(qū)域。

⑤當(dāng)提示“寫入數(shù)據(jù)成功”時(shí)，說(shuō)明燒寫 NFC 線圈成功。

⑥然后再次按下開發(fā)板中的復(fù)位按鈕。

⑦還有一種是 ios 系統(tǒng)下微信小程序不能使用 NFC配置的功能時(shí)，需要按照下面步驟進(jìn)行操作:

1)在 ios 系統(tǒng)的手機(jī)商店中下載“NFC Tools”NFC 調(diào)試工具。

2)然后點(diǎn)擊“寫”功能,

3) 點(diǎn)擊“添加記錄”。

4）添加“Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)”信息

5）在“配置WiFi 網(wǎng)絡(luò)”中，選擇身份驗(yàn)證為“WPA/WPA2-Personal”，并輸入 SSID 和密碼。

6）然后點(diǎn)擊“寫/87 字節(jié)”按鈕，進(jìn)行燒寫。

7) 此時(shí)會(huì)彈出“貼近NFC 標(biāo)簽”,請(qǐng)靠近開發(fā)板上 NFC 線圈部分。

8) 燒寫完成之后，會(huì)在顯示如下圖片，說(shuō)燒寫NFC 芯片數(shù)據(jù)成功。

2.連接 WiFi 成功

第二種是直接連接附近WiFi 成功，會(huì)在 OLED 顯示屏界面中會(huì)顯示當(dāng)前設(shè)備連接附近WiFi 熱點(diǎn)的提示信息和連接華為云平臺(tái)服務(wù)器的信息，直到在界面中顯示如下圖所示，說(shuō)明連接華為云成功。

連接成功之后，我們需要打開微信小程序，在小程序中界面中，我們可以點(diǎn)擊開關(guān)按鈕，進(jìn)行下發(fā)指令讓設(shè)備中風(fēng)扇開或者關(guān)，還可以進(jìn)行調(diào)整當(dāng)前濕度傳感器的閾值。

除了指導(dǎo)如何在開發(fā)板上實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目外，項(xiàng)目說(shuō)明文檔還涵蓋了注冊(cè)華為云賬號(hào)并登錄以及設(shè)備端編譯燒寫等詳細(xì)步驟，完整的項(xiàng)目文檔目錄如下圖。

后臺(tái)私信小雯老師（備注：智慧農(nóng)業(yè)），免費(fèi)領(lǐng)取《智慧農(nóng)業(yè)》項(xiàng)目完整文檔、項(xiàng)目源碼。

05 硬件平臺(tái)

《智慧農(nóng)業(yè)》是一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)實(shí)戰(zhàn)項(xiàng)目，硬件平臺(tái)是華清遠(yuǎn)見Hi3861鴻蒙開發(fā)板。

開發(fā)板簡(jiǎn)介

FS-Hi3861鴻蒙開發(fā)板，是華清遠(yuǎn)見研發(fā)的一款用于鴻蒙設(shè)備開發(fā)及鴻蒙物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)學(xué)習(xí)的開發(fā)板。主控為華為海思Hi3861V100芯片，內(nèi)置WiFi功能，支持OpenHarmony系統(tǒng)。

開發(fā)板板載資源豐富，包括傳感器、執(zhí)行器、NFC、顯示屏等，還有豐富的拓展模塊，還包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)板超聲波測(cè)距模塊、智能小車、指紋識(shí)別模塊、語(yǔ)音控制模塊、農(nóng)業(yè)安防模塊、雷達(dá)控制模塊、移動(dòng)定位模塊等。

開發(fā)板還配套了豐富的開發(fā)教程、視頻課程及綜合項(xiàng)目案例，非常適合物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)教學(xué)、學(xué)生畢設(shè)、個(gè)人學(xué)習(xí)、項(xiàng)目練手，還可用于全國(guó)大學(xué)生嵌入式芯片與系統(tǒng)設(shè)計(jì)競(jìng)賽，及全國(guó)大學(xué)生物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)竟賽華為賽道。

基于Hi3861鴻蒙開發(fā)板，我們提供了12大物聯(lián)網(wǎng)綜合應(yīng)用項(xiàng)目：智能照明燈、智能安防報(bào)警、智慧農(nóng)業(yè)、智能溫度計(jì)、智能測(cè)距儀、倒車?yán)走_(dá)、智能小車、智能指紋鎖、智能垃圾桶、語(yǔ)音控制智能小車、智慧農(nóng)業(yè)與安防控制、車輛感知與定位，案例中涉及了單片機(jī)接口開發(fā)、傳感器數(shù)據(jù)采集、鴻蒙系統(tǒng)開發(fā)、NFC配網(wǎng)、WiFi網(wǎng)絡(luò)開發(fā)、MQTT協(xié)議、華為云接入、微信小程序開發(fā)等知識(shí)點(diǎn)，非常適合高校教學(xué)、學(xué)生畢設(shè)、創(chuàng)新竟賽及個(gè)人開發(fā)學(xué)習(xí)實(shí)戰(zhàn)。

配套學(xué)習(xí)路線推薦

關(guān)于單片機(jī)相關(guān)入門及項(xiàng)目課程的說(shuō)明：

1. 從用戶個(gè)人能力角度上看，部分鴻蒙開發(fā)學(xué)習(xí)用戶，單片機(jī)方面比較薄弱，我們提供電機(jī)驅(qū)動(dòng)板和超聲波模組的配套文檔、源碼視頻課程，可以進(jìn)行單片機(jī)入門、電機(jī)控制基礎(chǔ)、總線通訊-協(xié)議學(xué)習(xí)，也可以做單片機(jī)項(xiàng)目練手，便于單片機(jī)方向的拓展學(xué)習(xí)；

2. 從項(xiàng)目協(xié)作式開發(fā)角度看，比如競(jìng)賽或高校教學(xué)，一個(gè)項(xiàng)目組可以更好的分工，有的負(fù)責(zé)單片機(jī)控制（傳感器數(shù)據(jù)采集與電機(jī)控制等），有的負(fù)責(zé)鴻RTOS以及網(wǎng)絡(luò)開發(fā)，有的負(fù)責(zé)微信小程序開發(fā)，項(xiàng)目綜合性較強(qiáng)，可以鍛煉團(tuán)隊(duì)協(xié)作及多技術(shù)方向?qū)W習(xí)。

對(duì)于初學(xué)者，在找工作前，也可以多做一些物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目案例練手，在實(shí)戰(zhàn)中去理解并應(yīng)用技術(shù)。有精力的話，最好可以基于我們的開發(fā)板去拓展一些功能更豐富的項(xiàng)目，做更多技術(shù)上的創(chuàng)新拓展，去參加一些競(jìng)賽（比如全國(guó)大學(xué)生嵌入式芯片與系統(tǒng)設(shè)計(jì)競(jìng)賽、全國(guó)大學(xué)生物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)竟賽華為賽道），DIY一些更接近實(shí)際產(chǎn)品的項(xiàng)目，這樣的經(jīng)歷，也會(huì)為你的簡(jiǎn)歷及面試加分不少。