基于OpenHarmony的智慧农业控制系统-硬件部分【1】

1.整体设备2.硬件清单一、主控单元边缘网关硬件名称型号/规格数量备注小熊派开发板BearPi-HM Nano搭载 Hi3861 芯片支持 OpenHarmony LiteOS1块核心控制单元集成 Wi-Fi负责数据采集、设备控制、MQTT 通信二、传感器模块环境感知层硬件名称型号/规格接口数量备注温湿度传感器SHT30I2C1个测量空气温度±0.2℃和湿度±2% RH。本项目同时用于模拟土壤温湿度光照强度传感器BH1750I2C1个测量光照强度0~65535 lux用于自动补光闭环控制二氧化碳浓度传感器JW01-CO2-V2.2ADC1个NDIR 原理测量范围 0~5000 ppm用于通风联动控制⚠️ 注系统设计文档中提及的“电容式土壤湿度传感器”和“DS18B20土壤温度传感器”在本项目中未实际部署土壤温湿度通过 SHT30 数据线性映射模拟实现。三、执行设备控制执行层硬件名称型号/规格控制方式数量备注LED 补光灯3W 白光 LED 灯带/模组PWMGPIO_91路用于自动补光亮度 0~100% 可调微型水泵5V 直流隔膜水泵GPIO_4 继电器1个用于环境湿度控制空气加湿常闭式电磁水阀5V 直流1/4英寸GPIO_5 继电器1个用于土壤灌溉控制直流风扇5V 轴流风扇40×40×10mmGPIO_8 继电器1个用于 CO₂ 超标时强制通风微型舵机SG909gPWMGPIO_71个控制通风口盖板开合角度0~180°继电器模块建议选用5V 低电平触发光耦隔离继电器用于水泵、水阀、风扇的强弱电隔离控制。四、其他配件与工具名称规格说明数量备注电源适配器5V / 3AUSB 12V / 2A可选各1个5V 为主控与部分执行器供电12V 用于大功率设备可统一为5V执行器简化供电电源线/杜邦线母对母、公对母若干连接传感器、继电器、开发板USB 数据线Micro-USB1根烧录程序、供电、串口调试亚克力模型约 40×30×30 cm1套微缩温室大棚模型用于演示与测试硅胶管内径 3~5 mm若干水泵输水、滴灌水箱/水瓶小型容器1个水源万用表可选如 UT61E1台调试与测试电压、通断照度计可选如 AR8241台校准 BH1750 光照传感器串口调试模块CH3401个查看系统日志调试开发板五、硬件清单汇总核心系统类别硬件名称数量主控小熊派 BearPi-HM Nano1传感器SHT301传感器BH17501传感器JW01-CO2-V2.21执行器LED 补光灯PWM1执行器微型水泵5V1执行器常闭电磁水阀5V1执行器直流风扇5V1执行器舵机 SG901控制5V 继电器模块3供电5V/3A 电源适配器1结构亚克力微缩温室模型1六、说明土壤数据本系统未使用真实土壤传感器土壤温湿度通过 SHT30 空气温湿度线性映射模拟满足竞赛演示与灌溉算法验证需求。电源建议统一使用 5V 执行器可简化供电为单路 5V/3A 适配器。扩展性I2C 总线、ADC、GPIO、PWM 接口均有剩余可扩展 pH 传感器、叶面湿度传感器、摄像头等设备。部署环境需保证 2.4GHz Wi-Fi 覆盖系统支持断网本地自治运行。3.硬件接线说明所有 GPIO 输出默认配置为低电平有效继电器模块为低电平触发LED/舵机由 PWM 直接驱动继电器模块使用5V 低电平触发类型光耦隔离电源建议5V/3A统一供电执行器尽量选用 5V 版本一、传感器接线1. SHT30 温湿度传感器板载位置固定在小熊派开发板背面无需外部接线内部 I2C 连接对应引脚SCL → GPIO_2I2C 时钟SDA → GPIO_3I2C 数据VCC → 3.3VGND → GND2. BH1750 光照传感器外接BH1750 引脚小熊派引脚说明VCC3.3V电源正极GNDGND电源负极SCLGPIO_2I2C 时钟线SDAGPIO_3I2C 数据线ADDRGND设置 I2C 地址为 0x23注意I2C 总线与 SHT30 共用设备地址不同可同时工作。3. JW01-CO2-V2.2 二氧化碳传感器外接CO2 传感器引脚小熊派引脚说明5V5V电源正极5VGGND电源负极AGPIO_13模拟信号输出ADC 通道 4B不接串口 TXD本系统不使用模拟电压 0~3.0V 对应 CO2 浓度 0~5000 ppm。二、执行器接线1. LED 补光灯PWM 调光LED 引脚小熊派引脚说明VCC5V电源正极GNDGND电源负极PWMGPIO_9PWM 调光信号频率 1kHz2. 水泵继电器控制继电器模块接线低电平触发继电器引脚小熊派引脚说明VCC5V继电器模块电源GNDGND模块地线INGPIO_4控制信号低电平开启水泵负载接线水泵线继电器端子说明正极红COM公共端-负极黑电源负极GND直接接电源地-NO常开端接电源正极5V 或 12V-NC常闭端不接3. 水阀继电器控制继电器引脚小熊派引脚说明VCC5V电源GNDGND地线INGPIO_5控制信号低电平开启水阀负载接线与水泵相同水阀正极 → 继电器 COM水阀负极 → 电源 GND继电器 NO → 电源正极4. 风扇继电器控制继电器引脚小熊派引脚说明VCC5V电源GNDGND地线INGPIO_8控制信号低电平开启风扇负载接线同上。5. 舵机 SG90PWM 控制舵机引脚颜色小熊派引脚说明橙色/黄色信号GPIO_7PWM 控制信号50Hz红色正极5V电源正极棕色/黑色负极GND电源负极三、电源汇总电源线连接对象5V / 3A 适配器小熊派开发板USB 口或 5V 引脚5V 排针开发板引出BH1750、继电器模块VCC、舵机VCC、LEDVCC3.3V 排针开发板引出SHT30板载已接、BH1750VCC 可选 3.3VGND共地所有传感器、继电器、执行器的 GND 必须与开发板 GND 连接⚠️ 如果使用 12V 水泵/水阀/风扇需增加12V 独立电源并将继电器负载侧接 12V同时将 12V 电源的 GND 与开发板 GND单点共地。四、接线结构简图核心连接text小熊派 BearPi-HM Nano ├─ GPIO_2 (SCL) ──┬─ SHT30 SCL │ └─ BH1750 SCL ├─ GPIO_3 (SDA) ──┬─ SHT30 SDA │ └─ BH1750 SDA ├─ GPIO_13 (ADC) ── CO2 传感器 (A) ├─ GPIO_9 (PWM) ── LED 补光灯 (PWM) ├─ GPIO_7 (PWM) ── 舵机 SG90 (信号) ├─ GPIO_4 ── 继电器1 (IN) ── 水泵 ├─ GPIO_5 ── 继电器2 (IN) ── 水阀 ├─ GPIO_8 ── 继电器3 (IN) ── 风扇 ├─ 5V ── 为 BH1750、继电器、舵机、LED 供电 ├─ 3.3V ── 为 SHT30板载供电 └─ GND (公共地) ── 所有模块 GND 汇集五、接线检查清单I2C 总线GPIO_2/GPIO_3仅连接 SHT30 和 BH1750无冲突继电器 IN 引脚默认高电平低电平触发确保上电时设备不误动作舵机信号线单独走线避免与 ADC 信号GPIO_13并行所有模块的 GND 与开发板 GND 连通电源容量5V/3A 可满足 5V 执行器同时工作峰值约 2.2A继电器负载侧接线时电源适配器处于断电状态4.通信协议一、云平台通信MQTT over TLS协议MQTT v3.1.1QoS1心跳60秒断线指数退避重连。主题属性上报$oc/devices/{device_id}/sys/properties/report每30秒或变化触发命令接收$oc/devices/{device_id}/sys/commands/#安全TLS 1.2加密一机一密认证。二、板级外设通信I2C100 kHzSHT30地址0x44、BH1750地址0x23分别读取温湿度、光照。ADC10 HzGPIO_13采集CO₂传感器0~3V → 0~5000ppm。GPIO低电平有效GPIO4/5/8分别控制水泵、水阀、风扇。PWMGPIO91 kHz控制LED亮度0~100%。GPIO750 Hz控制舵机角度0.5~2.5ms脉宽对应0~180°。三、性能与可靠性端到端延迟本地控制10ms远程200ms。断网本地自治恢复后补传数据最多1000条送达率≥99.9%。