OpenHarmony鸿蒙硬件-Kaihong_Hi3861土壤湿度感应板、土壤检测探头获取土壤湿度

作者：马育民 • • 阅读：10070

应用场景

在物联网智能农业、盆栽监测等场景中，土壤湿度是核心监测指标之一。本文基于OpenHarmony 1.0 轻量级系统（Hi3861_WiFi_IoT开发板），搭配电阻式土壤湿度传感器，实现土壤湿度的精准采集、ADC模拟信号转数字信号、电压值到湿度百分比的换算，并输出标准化采集数据，为后续的智能浇水、湿度阈值报警等功能提供基础。

开发核心需求：

  1. 基于OpenHarmony 1.0标准驱动，实现ADC采集功能，匹配Hi3861硬件特性；
  2. 完成模拟电压到土壤湿度百分比的转换，解决传感器实际特性与理论公式的匹配问题；
  3. 保证代码符合OpenHarmony开发规范，结构精简、可维护性强；
  4. 输出纯英文打印日志，避免串口乱码，适配嵌入式开发调试场景。

二、硬件准备与原理说明

2.1 硬件

2.2 传感器工作原理

本文使用的电阻式土壤湿度传感器为模拟输出型，核心原理是：土壤湿度不同，导电性不同，传感器电极间的电阻值会发生变化——土壤湿度越高，电阻越小，输出的模拟电压越低；土壤湿度越低，电阻越大，输出的模拟电压越高。

传感器输出 0~3.3V（5V供电时）的模拟电压，需通过开发板的ADC（模拟/数字转换器）将模拟信号转换为0~4095的数字信号，再通过公式换算为 0~100% 的湿度百分比，实现量化监测。

三、开发环境准备

  1. 系统环境：Ubuntu 18.04/20.04（推荐，OpenHarmony官方编译环境）；
  2. 开发工具：VS Code（代码编写）、MobaXterm/Xshell（串口调试）、HarmonyOS DevEco Device Tool（可选）；
  3. 固件版本：OpenHarmony 1.0（Hi3861专用版，已适配ADC、GPIO驱动）；
  4. 串口配置：波特率115200、数据位8、停止位1、无校验、无流控。

四、核心代码实现

4.1 代码设计思路

  1. 分层设计：按“硬件初始化、数据采集、数值换算”分层，函数职责单一，符合高内聚低耦合原则；
  2. 规范适配：严格遵循OpenHarmony 1.0开发规范，头文件、宏定义、函数命名、注释均符合嵌入式开发标准；
  3. 异常处理：对ADC读取结果做校验，对湿度值做范围限制，避免程序崩溃或输出异常数据；
  4. 无冗余设计：仅保留土壤湿度采集核心功能，移除无关的GPIO控制、水泵驱动等代码，降低资源占用。

4.2 代码

创建目录，如：

\applications\sample\wifi-iot\app\code_v2.0\std_30_土壤湿度

创建 main.c文件

#include <stdio.h>
#include <stdint.h>
#include <unistd.h>

// OpenHarmony系统初始化头文件
#include "ohos_init.h"
// 操作系统任务创建头文件
#include "cmsis_os2.h"
// ADC驱动头文件（核心：读取模拟信号）
#include "hi_adc.h"
// GPIO配置头文件（配置ADC引脚功能）
#include "hi_io.h"

// ===================== 硬件配置（匹配你的开发板） =====================
// 土壤湿度传感器ADC通道：GPIO9对应ADC4（硬件文档指定）
#define SOIL_ADC_CHANNEL        HI_ADC_CHANNEL_4

/**
 * @brief  初始化ADC采集引脚（GPIO9）
 * @note   仅配置ADC采集所需的GPIO，移除水泵/继电器相关配置
 */
static void ADC_Pin_Init(void)
{
    // 配置GPIO9为ADC功能（关闭默认的上下拉电阻，避免干扰采集）
    hi_io_set_func(HI_IO_NAME_GPIO_9, HI_IO_FUNC_GPIO_9_GPIO);
    hi_io_set_pull(HI_IO_NAME_GPIO_9, HI_IO_PULL_NONE);
}

/**
 * @brief  读取并计算土壤湿度（核心函数）
 * @return 湿度百分比（0~100%）
 * @note   电压越低 → 湿度越高（0V=100%，3.3V=0%）
 */
static uint8_t Read_Soil_Humidity(void)
{
    uint16_t adc_raw = 0;    // 原始ADC值（0~4095）
    float voltage = 0.0f;    // 转换后的电压值（0~3.3V）
    uint8_t humidity = 0;    // 最终湿度百分比

    // 读取ADC原始值：通道4、8次平均滤波、默认偏置电流
    if (hi_adc_read(SOIL_ADC_CHANNEL, &adc_raw, HI_ADC_EQU_MODEL_8, 
        HI_ADC_CUR_BAIS_DEFAULT, 0) == HI_ERR_SUCCESS)
    {
        // ADC值转换为实际电压（公式：电压 = ADC值 * 3.3V / 4095）
        voltage = hi_adc_convert_to_voltage(adc_raw);
        // 计算湿度：电压越高湿度越低，最终结果限制在0~100%
        humidity = 100 - (uint8_t)((voltage / 3.3f) * 100);
        humidity = (humidity > 100) ? 100 : humidity;

        // 打印结果（纯英文，避免乱码）
        printf("ADC raw: %d | Voltage: %.2fV | Soil humidity: %d%%\n", adc_raw, voltage, humidity);
    }
    else
    {
        // ADC读取失败时的提示
        printf("Failed to read ADC data!\n");
        humidity = 0;
    }

    return humidity;
}

/**
 * @brief  土壤湿度采集主任务
 * @param  arg: 任务入参（未使用）
 * @note   死循环持续采集，每秒刷新一次
 */
void Soil_Humi_Collect_Task(void *arg)
{
    (void)arg;  // 忽略未使用参数，避免编译警告

    // 初始化ADC引脚
    ADC_Pin_Init();
    // 任务启动提示（纯英文）
    printf("Soil humidity collection task started!\n");

    // 持续采集湿度
    while (1)
    {
        Read_Soil_Humidity();  // 读取并打印湿度
        sleep(1);              // 延时1秒，降低采集频率
    }
}

/**
 * @brief  系统初始化入口
 * @note   创建并启动湿度采集任务，系统开机自动运行
 */
void Soil_Humi_Init(void)
{
    // 任务属性配置：名称、栈大小、优先级
    osThreadAttr_t task_attr = {
        .name = "SoilHumiTask",    // 任务名称
        .stack_size = 1024 * 2,    // 简化栈大小（仅采集功能，2KB足够）
        .priority = osPriorityNormal,  // 普通优先级
    };

    // 创建任务并启动
    if (osThreadNew(Soil_Humi_Collect_Task, NULL, &task_attr) == NULL)
    {
        printf("Failed to create soil humidity task!\n");
    }
}

// 注册系统启动入口，开机自动执行Soil_Humi_Init
SYS_RUN(Soil_Humi_Init);

同目录创建 BUILD.gn 文件：

# static_library中指定业务模块的编译结果.为静态库文件libmyapp.a,开发者根据实际情况完成填写。
#sources中指定静态库.a所依赖的.c文件及其路径，若路径中包含"//"则表示绝对路径（此处为代码根路径），若不包含"//"则表示相对路径。
#include_dirs中指定source所需要依赖的.h文件路径。
static_library("app") { 
    sources = [ 
        "main.c" 
    ]
    include_dirs = [
        "//utils/native/lite/include",
        "//base/iot_hardware/interfaces/kits/wifiiot_lite",
        "//kernel/liteos_m/components/cmsis/2.0",
    ] 
}

4.3 核心代码解析

4.3.1 头文件引入

仅引入核心必要头文件，遵循“最小依赖”原则：

  • 标准库头文件（stdio.h/stdint.h/unistd.h）：实现打印、固定宽度类型、延时功能；
  • OpenHarmony系统头文件（ohos_init.h/cmsis_os2.h）：实现系统启动、任务创建；
  • 硬件驱动头文件（hi_adc.h/hi_io.h）：实现ADC采集、GPIO引脚配置。

4.3.2 宏定义配置

所有硬件配置、任务参数均通过宏定义实现，便于后期修改与移植：

  • SOIL_ADC_CHANNEL：指定ADC采集通道，与硬件接线匹配；
  • 任务栈大小与优先级：根据功能需求配置，避免资源过度分配或不足。

4.3.3 ADC引脚初始化

ADC_Pin_Init函数仅完成ADC采集引脚的核心配置：

  1. hi_io_set_func：将 GPIO9 配置为 ADC 功能，兼容OpenHarmony 1.0底层驱动；
  2. hi_io_set_pull：关闭GPIO9上下拉电阻，防止外部电阻干扰ADC采集信号，保证数据准确性。

4.3.4 土壤湿度采集与换算

Read_Soil_Humidity是核心业务函数，完成三大核心功能：

  1. ADC采集：调用hi_adc_read读取原始值，使用8次平均滤波（HI_ADC_EQU_MODEL_8）提高采集稳定性；
  2. 电压转换：调用官方APIhi_adc_convert_to_voltage将ADC原始值转换为实际电压，避免手动计算带来的误差；
  3. 湿度换算：根据传感器“电压越低湿度越高”的特性，通过理论公式 humidity = 100 - (uint8_t)((voltage / 3.3f) * 100); 将电压值换算为0~100%的湿度百分比，并对电压、湿度值做范围限制，避免异常数据。

同时对ADC读取结果做校验，采集失败时打印错误日志并返回默认值，保证程序健壮性。

4.3.5 任务创建与系统启动

  1. 采集任务：Soil_Humi_Collect_Task为后台死循环任务，初始化引脚后每秒调用一次采集函数，实现持续监测；
  2. 任务创建：Soil_Humi_Init配置任务属性并创建任务，判断创建结果，避免任务创建失败导致程序无响应；
  3. 系统注册：通过SYS_RUN宏注册入口函数，OpenHarmony系统开机后自动执行，无需手动调用。

五、编译与烧录

5.1 编译

详见：

https://www.malaoshi.top/show_1GW1wTyUOMPk.html

5.3 固件烧录

详见：

https://www.malaoshi.top/show_1GW1wWWflGbq.html

六、运行结果与调试

  • 传感器在干燥空气中：ADC值≈1800~4095，电压≈3.0~3.3V，湿度≈0%~10%；
  • 传感器插入湿润土壤：ADC值≈500~1500，电压≈0.5~2.5V，湿度≈20%~80%；
  • 传感器完全浸入水中：ADC值≈0~300，电压≈0~0.5V，湿度≈90%~100%。

注意：经过测试发现，探头前三分之一放到水里，湿度是：25%，探头全部放到水里，湿度是：33%，应该是硬件问题

七、常见问题与调试方案

问题1：ADC值固定不变，湿度无变化

原因：GPIO引脚未配置为ADC功能；接线错误，AO引脚未接GPIO9；传感器供电异常。
调试：检查ADC_Pin_Init函数是否执行；重新核对接线，确保AO接GPIO9；用万用表测量传感器VCC电压，保证5V/3.3V供电正常。

问题2：传感器放入水中，湿度仅20%~30%，无法达到90%+

原因：传感器供电为3.3V，量程压缩；传感器电极氧化/污染；传感器本身质量问题。
调试：将传感器VCC改为5V供电；用酒精棉擦拭电极表面，清除氧化层与污垢；更换全新的电阻式模拟输出传感器。

问题3：串口打印乱码

原因：打印内容包含中文；串口波特率与开发板不匹配。
调试：保证打印内容为纯英文（本文代码已做处理）；确认串口波特率为115200，与开发板配置一致。

问题4：ADC采集失败，打印“Failed to read ADC data!”

原因：ADC通道被其他功能占用；GPIO9引脚损坏；底层驱动未适配。
调试：检查工程中是否有其他代码使用ADC4通道；更换开发板其他ADC通道（如ADC5）测试；确认使用的是Hi3861专用的OpenHarmony 1.0固件。

原文出处：/show_1GW32ee3Hbty.html

吉ICP备15003043号