利用ESP32制作一个电容式土壤湿度传感器

为了方便给冬季大棚里养护的植物浇水，我准备建立一个系统以备不时之需。

思考再三后，我的结论是准备自己做一个传感器，因为对于我的植物浇水项目（即将到来），我需要几个传感器用于几个植物。

我选择ESP32作为微控制器，因为它具有多个12位ADC输入，并且能够以比ArduinoUno等更高的频率生成PWM信号。在这个项目中，将为每个传感器生成一个600kHz的信号。

该传感器由广泛使用的简单低成本材料制成，可用作电容式湿度传感器。

第1步：制作湿度传感器

DIY传感器由简单的材料制成：

一些音频线

两个火锅叉

接线端子

塑料座椅腿套

硅胶膏

销从火锅叉上切下，镀铬有助于避免腐蚀。带有接线端子的结构可以轻松地将铜电缆线连接到镀铬引脚。销（不弯曲）便于插入植物的土壤中。

作为测量水分含量的指标，我正在重复使用为我之前的项目开发的水位指示器：

第4步：电子设置

在面包板设置中，我使用了ESP32s（节点MCU）。这种选择的原因如介绍中所述。

我的计划是扩展这个设置，使其具有制作完整的植物浇水系统的功能，并具有在线监测和警告功能。（ESP32板载WiFi和蓝牙）。

电路图（用Fritzing制作）如下：

传感器电路图如下：

面包板上的实际设置如下所示：

ESP32由USB端口提供5V电源，并且板载3、3V稳压器。一个输出GPIO引脚通过10KOhm电阻连接到湿度传感器的一侧，并在5次测量期间（持续5秒）向传感器发送600kHz信号。ESP32（12位ADC）的一个输入引脚通过二极管和R/C网络（1MOhm和1uF）连接。传感器的另一条腿连接到GND。

传感器仅在测量期间通电，以避免对镀铬笔产生电解影响。

在我的实验中，我通过将传感器放入水中（最低测量值）和露天（最高值）来确定传感器的最小值和最大值。将传感器放入花盆中会产生介于最小值和最大值之间的中间值，具体取决于土壤湿度水平。中间值的比例似乎是相当线性的。

第3步：制作软件

ArduinoSketch中的循环函数很简单，只包含调用2个函数：

测量之间的1秒延迟仅用于实验和演示目的。在实际应用中，这种频率会低得多（通常每天几次，取决于植物的口渴程度）

ARDUINOIDE的绘图监视器以及串行监视器在实验过程中非常有用。绘图监视器图的视图如下所示：

plotmonitor上的读数显示由12位ADC测量的值。ESP32的完整3.3V刻度除以4096，即：每步0.8mV。

使用以下代码测量水分含量：

此后根据上表确定平均值所在的括号，并在湿度指示器上用颜色指示湿度水平，这要归功于《Adafruit_NeoPixel.h》库：

要通过USB端口将草图下载到ESP32，需要按住Boot按钮。