ESP8266 で静電容量式土壌水分センサーを使う

ひとつ注意が必要なのは、0 V 〜 1 V の範囲でしか入力を受け付けない点。0 V 〜 3.3 V ではない。10 ビットの精度で、0 V のときは 0、1 V のときは 1023 という値が得られる。今回は土壌水分センサーを 3.3 V で動かしているので、手元にあった 10 kΩ の抵抗 3 本を使って、ざっくり 1/3 に分圧した。

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土壌水分量の測定

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analogRead() で読み取った値を、以下のようなコードでそのまま表示してみた。

#include <Arduino.h>

void setup()
{
  Serial.begin(74880);
}

void loop()
{
  const int value = analogRead(A0);
  Serial.println(value);
  delay(1000);
}

条件を変えて簡単に試した結果は以下の通り。

条件	測定値
空気中に出しているとき	394
植木鉢にさしたとき	298
植木鉢に水をやった後	265
水に浸したとき	228

普通の湿度とは逆で、水分が多いほど測定値は小さくなる。このままだとわかりにくいので、空気中における値 $V_{\text{air}}$ を 0%、水中における値 $V_{\text{water}}$ を 100% として、水分量を百分率で表すことにしたい。水分量と測定値の関係が線形だと雑に仮定すると²、測定値が $V$ のとき、水分量は

$\displaystyle \frac{V_{\text{air}} - V} {V_{\text{air}} - V_{\text{water}}} \times 100 \,[\%]$

で計算できる。

この測定値・水分量は、土の種類や設置位置、センサーの個体差に大きく左右されるはず。しかし、今回の目的は「水やりの目安にするため、湿っているか乾いているかざっくり判定したい」という点なので、あまり細かいことは気にしなくて大丈夫。ただ、こちらの記事にあるとおり、電源電圧の低下には気をつける必要がありそう。

次は水分量を一定間隔で測定して、グラフ化したい。

参考

昔は analogRead() に対応していなかったようで、古い記事では「system_adc_read() を使う」という記述が見られる。↩
こちらの記事の測定結果によれば、土壌が乾いてくると線形から外れる様子。↩