基于鴻蒙操作系統(tǒng)的智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的建設(shè)研究

摘要：鴻蒙操作系統(tǒng)是一款功能強(qiáng)大、技術(shù)先進(jìn)的分布式操作系統(tǒng)，其分布式架構(gòu)、高性能的PIC技術(shù)、微內(nèi)核等基本功能優(yōu)勢被廣泛地應(yīng)用于各種領(lǐng)域中。隨著智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展，智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)逐漸出現(xiàn)了局限性和不確定性?；邙櫭刹僮飨到y(tǒng)的智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)可以有效地改善現(xiàn)階段智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的不足?；诖?，對該系統(tǒng)的建設(shè)進(jìn)行研究，以期為農(nóng)業(yè)信息化和智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展提供參考。

關(guān)鍵詞：智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)鴻蒙操作系統(tǒng)硬件軟件

ConstructionofaSmartAgricultureSystemBasedontheHarmonyOS

DUPengxuan

NingxiaPolytechnic，Yinchuan，NingxiaHuiAutonomousRegion，750000China

Abstract：TheHarmonyoperatingsystem（HarmonyOS）isapowerfulandtechnologicallyadvanceddistributedoperatingsystem，withitsbasicadvantagessuchasdistributedarchitecture，high-performancePICtechnology，andmicrokernel，itiswidelyusedinvariousfields.Withthedevelopmentofsmartagriculture，limitationsanduncertaintieshavegraduallyemergedinsmartagriculturesystems.AsmartagriculturesystembasedonHarmonyOScaneffectivelyimprovetheshortcomingsofthecurrentsmartagriculturesystem.Basedonthis，researchisconductedontheconstructionofthesystem，inordertoprovidereferenceforthedevelopmentofagriculturalinformatizationandsmartagriculture.

KeyWords：Smartagriculturalsystem;HarmonyOS;Hardware;Software

鴻蒙操作系統(tǒng)是一款高性能、穩(wěn)定且開放的分布式操作系統(tǒng)，為智慧農(nóng)業(yè)的建設(shè)提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。其采用分布式架構(gòu)，支持彈性擴(kuò)展和傳感器網(wǎng)絡(luò)，能夠?qū)崟r(shí)地監(jiān)控和管理農(nóng)田的環(huán)境信息，滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對于系統(tǒng)運(yùn)行的要求。并且，其具備強(qiáng)大的智能化能力，通過機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)算法，對大數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，提供智能決策支持，助力農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化和精準(zhǔn)化。同時(shí)，其還是一個(gè)開放的生態(tài)系統(tǒng)，可以與其他所有設(shè)備和應(yīng)用進(jìn)行無縫對接和互聯(lián)互通，為構(gòu)建全面的農(nóng)業(yè)信息化平臺(tái)提供可能[1]?；诖?，本文就對基于鴻蒙操作系統(tǒng)的智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)建設(shè)進(jìn)行了深入的分析和探討。

1鴻蒙操作系統(tǒng)的基本概述

鴻蒙操作系統(tǒng)（HarmonyOS）是華為公司開發(fā)的一款分布式操作系統(tǒng)，于2019年8月9日正式發(fā)布，旨在創(chuàng)造一個(gè)超級(jí)虛擬終端互聯(lián)的世界，將人、設(shè)備和場景有機(jī)地聯(lián)系在一起，實(shí)現(xiàn)多設(shè)備間的極速發(fā)現(xiàn)、極速連接、硬件互助和資源共享。其技術(shù)特性包括分布式架構(gòu)、確定時(shí)延引擎、高性能IPC技術(shù)、微內(nèi)核架構(gòu)。

（1）分布式架構(gòu)通過公共通信平臺(tái)、分布式數(shù)據(jù)管理、分布式能力調(diào)度和虛擬外設(shè)四大能力，對應(yīng)用開發(fā)者屏蔽相應(yīng)分布式應(yīng)用的底層技術(shù)實(shí)現(xiàn)難度，使開發(fā)者能夠像開發(fā)同一終端一樣開發(fā)跨終端分布式應(yīng)用。（2）確定時(shí)延引擎可在任務(wù)執(zhí)行前分配系統(tǒng)中任務(wù)執(zhí)行的優(yōu)先級(jí)，以及對時(shí)限進(jìn)行調(diào)度處理，降低應(yīng)用響應(yīng)時(shí)延。（3）高性能IPC技術(shù)極大地提高了進(jìn)程間通信效率，較現(xiàn)有系統(tǒng)提升5倍。（4）鴻蒙操作系統(tǒng)采用全新的微內(nèi)核設(shè)計(jì)，擁有更強(qiáng)的安全特性和低時(shí)延等特點(diǎn)，微內(nèi)核只提供最基礎(chǔ)的服務(wù)，如多進(jìn)程調(diào)度和多進(jìn)程通信等，在內(nèi)核之外的用戶態(tài)盡可能多地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)服務(wù)，并加入相互之間的安全保護(hù)[2]。

目前，鴻蒙操作系統(tǒng)已被廣泛地應(yīng)用于智能家居、智能穿戴、智能車載、智能教育等領(lǐng)域，并取得了顯著的效果。截至今日，該系統(tǒng)已經(jīng)歷經(jīng)了多次的升級(jí)和擴(kuò)展，例如：2023年8月4日，華為正式發(fā)布了鴻蒙4（HarmonyOS4）操作系統(tǒng)，并發(fā)布了鴻蒙Next（HarmonyOSNext）操作系統(tǒng)開發(fā)者預(yù)覽版。

2基于鴻蒙操作系統(tǒng)的智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的建設(shè)

2.1系統(tǒng)框架的設(shè)計(jì)

基于鴻蒙操作系統(tǒng)的智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的整體框架需要有兩個(gè)檢測終端，即數(shù)據(jù)采集傳感器和聯(lián)動(dòng)控制設(shè)備，還需要包括物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)、服務(wù)器數(shù)據(jù)分析與Harmony盒子。

數(shù)據(jù)采集傳感器包括土壤溫濕度傳感器、光照溫濕度傳感器、二氧化碳傳感器，聯(lián)動(dòng)控制設(shè)備包括風(fēng)機(jī)、水泵、補(bǔ)光燈、噴淋和卷簾電機(jī)，這兩者都是通過RK2206單片機(jī)來對大棚的溫度、濕度、二氧化碳含量、光照度等進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測。Harmoney盒子作為中控裝置，其主要是采用RK3568來進(jìn)行鴻蒙系統(tǒng)的運(yùn)行，該中控裝置配有顯示屏，可以隨時(shí)切換顯示各種數(shù)據(jù)，還可以繪制數(shù)據(jù)變化的曲線圖。物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)、數(shù)據(jù)采集傳感器、聯(lián)動(dòng)控制設(shè)備、RK3568鴻蒙盒子都采用MQTT協(xié)議通信，與服務(wù)器數(shù)據(jù)分析進(jìn)行HTTP協(xié)議通信，以此來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)于分析[3]。

2.2硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

基于鴻蒙操作系統(tǒng)的智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的硬件主要包括傳感器和設(shè)備，如環(huán)境溫濕度傳感器、二氧化碳傳感器、光照度傳感器、土壤溫度水分傳感器、水泵、風(fēng)機(jī)、遮陽簾、補(bǔ)光燈等，主要的電路模塊包括RK2206核心模組、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、水泵控制電路、程序下載與調(diào)試電路等。由RK2206核心模組來對各個(gè)設(shè)備進(jìn)行連接，以此來對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、發(fā)送和控制。

2.3軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

基于鴻蒙系統(tǒng)的智慧農(nóng)業(yè)軟件系統(tǒng)需要包括四大模塊，即RK2206監(jiān)測終端、ThingsCloud物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)、RK3568開源鴻蒙盒子、后臺(tái)服務(wù)器。

RK2206監(jiān)測終端為感知層，其在初始化硬件配置連接參數(shù)后就會(huì)連接MQTT訂閱主題，并且每隔1h就采集傳感器數(shù)據(jù)和執(zhí)行器的狀態(tài)數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行發(fā)布，詳見圖1。發(fā)布后的數(shù)據(jù)傳輸?shù)絋hingsCloud物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，開啟數(shù)據(jù)庫服務(wù)，然后進(jìn)行規(guī)則引擎、數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)與大屏展示。數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)會(huì)轉(zhuǎn)到RK3568鴻蒙盒子，其通過連接MOTT，下發(fā)閾值屬性和執(zhí)行器控制命令，并獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)并展示，獲取1～30d的歷史數(shù)據(jù)，繪制環(huán)境因素曲線。同時(shí)，數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)也會(huì)流轉(zhuǎn)到后臺(tái)服務(wù)器，由后臺(tái)服務(wù)器開啟WEB服務(wù)，然后開啟數(shù)據(jù)庫服務(wù)，并連接鴻蒙盒子獲取歷史數(shù)據(jù)，繪制環(huán)境因素曲線。

3基于鴻蒙操作系統(tǒng)的智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的測試

智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)建設(shè)完后，需要進(jìn)行測試，測試及格后，就可以正式投入使用。該系統(tǒng)建設(shè)完后，其主頁面詳見圖2，可以根據(jù)每一個(gè)框架查看不同的信息。例如：通過環(huán)境監(jiān)測區(qū)，可以查看實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)；土壤環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測區(qū)除了監(jiān)測溫度和濕度外，還監(jiān)測設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)；點(diǎn)開最近30d、7d等不同時(shí)間周期的數(shù)據(jù)顯示區(qū)，會(huì)以圓柱圖表的形式顯示環(huán)境溫度、濕度、土壤水分等；在設(shè)備控制區(qū)，查看哪個(gè)執(zhí)行器，其相應(yīng)的圖標(biāo)就會(huì)被點(diǎn)亮，意味著設(shè)備正在運(yùn)行。在測試過程中，可以根據(jù)實(shí)際情況選擇不同的模塊進(jìn)行操作。

在應(yīng)用該系統(tǒng)前，要先進(jìn)行設(shè)置，例如，設(shè)置環(huán)境因素的高低限位，這樣，系統(tǒng)在自動(dòng)控制時(shí)，如果遇到超出限位的情況時(shí)，則其就會(huì)發(fā)送報(bào)警信息或自行處理[4]。以灌溉為例，當(dāng)監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測到土壤水分低于下限時(shí)，就會(huì)自動(dòng)開啟水泵來進(jìn)行灌溉，灌溉的周期也可以根據(jù)農(nóng)業(yè)的實(shí)際情況進(jìn)行“每天、每周或者每年”等周期進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)系統(tǒng)設(shè)置和測試成功后，就可以投入使用。有條件的話，還可以開發(fā)基于鴻蒙操作系統(tǒng)的智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的App，以方便操作人員通過手機(jī)就可以對農(nóng)業(yè)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控和操作[5]。

4結(jié)語

綜上所述，基于鴻蒙操作系統(tǒng)的智慧農(nóng)業(yè)建設(shè)是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要方向之一，其分布式架構(gòu)可以將不同農(nóng)田、農(nóng)場和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)進(jìn)行集中管理和統(tǒng)一分析，從而提高數(shù)據(jù)處理的效率和準(zhǔn)確性。并且，其對各種農(nóng)業(yè)傳感器、設(shè)備和智能控制系統(tǒng)具有良好的兼容性，可以實(shí)現(xiàn)多設(shè)備的互聯(lián)互通和協(xié)同操作。因此，在智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)建設(shè)中，可以通過利用鴻蒙系統(tǒng)的高性能、穩(wěn)定性和智能化能力等優(yōu)勢，構(gòu)建全面的農(nóng)業(yè)信息化平臺(tái)，提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的智能化水平，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化技術(shù)的創(chuàng)新和發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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