ESP32 C3 Super Mini - Bodenfeuchtigkeitssensor
Lernen Sie, wie Sie einen Bodenfeuchtigkeitssensor an Ihren ESP32 C3 Super Mini anschließen, um den Wassergehalt im Boden für Ihre Pflanzenprojekte zu überwachen. Diese einsteigerfreundliche Anleitung behandelt Verdrahtung, Kalibrierung und das Auslesen der Sensordaten.
In diesem Tutorial lernen Sie:
- Was kapazitive und resistive Feuchtigkeitssensoren sind und wie sie sich unterscheiden
- Wie Sie einen kapazitiven Bodenfeuchtigkeitssensor mit dem ESP32 C3 Super Mini verdrahten
- Wie Sie analoge Feuchtigkeitswerte vom Sensor auslesen
- Wie Sie den Sensor für eine genaue Nass-/Trocken-Erkennung kalibrieren
- Wie Sie anhand von Schwellenwerten bestimmen, ob der Boden nass oder trocken ist
Erforderliche Hardware
Oder Sie können die folgenden Kits kaufen:
| 1 | × | DIYables Sensor-Kit (18 Sensoren/Displays) |
Kaufhinweis: Viele kapazitive Bodenfeuchtigkeitssensoren auf dem Markt sind von geringer Qualität, unabhängig von der Version. Wir empfehlen dringend den Kauf des Sensors mit TLC555I-Chip von der Marke DIYables über den obigen Link. Wir haben ihn getestet und er funktionierte gut.
Überblick über Soil Moisture Sensor
Bodenfeuchtigkeitssensoren messen den Wassergehalt im Boden, indem sie ein analoges Spannungssignal ausgeben.
Zwei Arten von Bodenfeuchtigkeitssensoren:
- Resistiver Feuchtigkeitssensor: Verwendet elektrischen Strom zwischen zwei Sonden, um den Widerstand zu messen
- Kapazitiver Feuchtigkeitssensor: Misst die Bodenfeuchtigkeit über Kapazitätsänderungen ohne freiliegende Elektroden
Warum wir kapazitive Sensoren empfehlen:
- Längere Lebensdauer – keine Korrosionsprobleme
- Keine freiliegenden Elektroden, die mit der Zeit verschleißen
- Langfristig genauere Messwerte
- Besser für Dauerinstallationen geeignet
Probleme resistiver Sensoren:
- Elektrochemische Korrosion durch den Stromfluss zwischen den Sonden
- Nachlassende Genauigkeit mit der Zeit
- Erfordert häufigen Austausch
Hinweis: Der Rest dieses Tutorials zum Bodenfeuchtigkeitssensor mit dem ESP32 C3 Super Mini konzentriert sich aus Gründen der Zuverlässigkeit auf den kapazitiven Typ.
Pinbelegung des kapazitiven Bodenfeuchtigkeitssensors
Der kapazitive Bodenfeuchtigkeitssensor hat eine einfache 3-Pin-Schnittstelle für den einfachen Anschluss an Ihren ESP32 C3 Super Mini.
- GND: Masseanschluss – mit GND (0V) verbinden
- VCC: Stromversorgung – mit 5V oder 3,3V verbinden
- AOUT: Analoger Ausgangspin – gibt eine Spannung aus, die umgekehrt proportional zur Feuchtigkeit ist (höhere Feuchtigkeit = niedrigere Spannung)
Wie der kapazitive Feuchtigkeitssensor funktioniert
- Höherer Wassergehalt im Boden = niedrigere Spannung am AOUT-Pin
- Trockenerer Boden = höhere Spannung am AOUT-Pin
- Der ESP32 C3 Super Mini liest die analoge Spannung, um den Feuchtigkeitsgrad zu bestimmen
- Kein direkter Kontakt mit dem Boden verhindert Korrosion
Verdrahtungsdiagramm
Schließen Sie Ihren kapazitiven Bodenfeuchtigkeitssensor gemäß diesem einfachen Schaltplan an den ESP32 C3 Super Mini an.
Dieses Bild wurde mit Fritzing erstellt. Klicken Sie, um das Bild zu vergrößern.
| Pin des Feuchtigkeitssensors | ESP32 C3 Super Mini-Pin |
|---|---|
| GND | GND |
| VCC | 3,3V |
| AOUT | A4 (GPIO4 / ADC1_CH4) |
Wichtige Sicherheitshinweise:
- Halten Sie die Platine (oberer Teil des Sensors) oberhalb des Boden- bzw. Wasserspiegels
- Tauchen Sie nur den Sondenteil des Sensors ein
- Verwenden Sie zum Testen Salzwasser, kein reines Wasser (reines Wasser leitet keinen Strom)
ESP32 C3 Super Mini Code - Feuchtigkeitswerte auslesen
Dieser Code liest analoge Werte vom kapazitiven Bodenfeuchtigkeitssensor und zeigt sie im Seriellen Monitor an.
Was der Code macht:
- Konfiguriert GPIO4 als analogen Eingang für den Feuchtigkeitssensor
- Liest alle 500ms die analoge Spannung vom Sensor
- Wandelt die Messwerte in Feuchtigkeitswerte um
- Zeigt die Werte zur Kalibrierung im Seriellen Monitor an
Schnelle Schritte
- Neu beim ESP32 C3 Mini? Absolvieren Sie zuerst unser Tutorial Erste Schritte mit dem ESP32 C3 Mini, um Ihre Entwicklungsumgebung einzurichten.
- Code kopieren: Fügen Sie den obigen Code in die Arduino IDE ein
- Hochladen: Klicken Sie auf die Schaltfläche Hochladen, um Ihren ESP32 C3 Super Mini zu programmieren
- Sensor anschließen: Verdrahten Sie den Feuchtigkeitssensor gemäß dem obigen Schaltplan
- Sensor testen: Stecken Sie die Sonde in Erde und geben Sie langsam Wasser hinzu, oder tauchen Sie sie in Salzwasser
- Seriellen Monitor öffnen: Stellen Sie die Baudrate auf 115200 ein, um die Messwerte zu sehen
- Werte beobachten: Beobachten Sie, wie die Werte mit zunehmender Feuchtigkeit sinken
- Messwerte notieren: Notieren Sie die Trocken- und Nasswerte für die Kalibrierung
- Profi-Tipp: Verwenden Sie während der Kalibrierung eine einheitliche Bodenart, um in Ihrem gesamten Projekt möglichst genaue Schwellenwerte zu erhalten.
Ausgabe im Seriellen Monitor
※ Notiz:
- Verwenden Sie zum Testen kein reines Wasser, da es keinen Strom leitet und die Sensorwerte daher nicht beeinflusst.
- Die Sensorwerte fallen nie auf null. Es ist normal, dass die Werte zwischen 3100 und 2600 liegen, dies kann sich jedoch durch Faktoren wie die Einstecktiefe des Sensors, die Zusammensetzung von Boden oder Wasser und die Versorgungsspannung ändern.
- Vermeiden Sie es, den Schaltungsteil (oben auf dem Sensor) in Erde oder Wasser einzugraben, da dies den Sensor beschädigen könnte.
Kalibrierung des kapazitiven Bodenfeuchtigkeitssensors
Der Feuchtigkeitssensor gibt relative Werte aus, die je nach Bodenart, Salzgehalt des Wassers und Sensortiefe variieren. Daher ist eine Kalibrierung für eine genaue Nass-/Trocken-Erkennung unerlässlich.
Warum eine Kalibrierung notwendig ist:
- Verschiedene Bodenarten liefern unterschiedliche Messwerte
- Die Zusammensetzung des Wassers beeinflusst die Leitfähigkeit
- Die Sensortiefe verändert die gemessenen Werte
- Jedes Projekt benötigt einen eigenen Schwellenwert
So kalibrieren Sie Ihren Feuchtigkeitssensor:
- Code hochladen: Führen Sie das erste Codebeispiel auf Ihrem ESP32 C3 Super Mini aus
- Erde vorbereiten: Stecken Sie den Sensor in die Erde, die Sie tatsächlich überwachen werden
- Trocken beginnen: Beginnen Sie mit völlig trockener Erde und notieren Sie den Messwert
- Langsam Wasser hinzufügen: Bewässern Sie nach und nach und beobachten Sie dabei den Seriellen Monitor
- Übergangspunkt finden: Ermitteln Sie, wann sich die Erde von trocken zu feucht anfühlt
- Schwellenwert notieren: Schreiben Sie den Wert am Übergang von trocken zu nass auf
- Beide Extreme testen: Notieren Sie die Werte für völlig trockene und vollständig gesättigte Erde
- Mitte berechnen: Ihr Schwellenwert liegt typischerweise zwischen den Trocken- und Nasswerten
Typische Kalibrierungsergebnisse:
- Trockene Erde: 2200-2500 (je nach Bedingungen unterschiedlich)
- Nasse Erde: 1200-1500 (je nach Bedingungen unterschiedlich)
- Empfohlener Schwellenwert: Mittelpunkt zwischen Ihren Trocken- und Nasswerten
Bestimmen, ob der Boden nass oder trocken ist
Verwenden Sie nach der Kalibrierung diesen Code, um anhand des notierten Schwellenwerts zu bestimmen, ob Ihre Erde gegossen werden muss.
Was dieser erweiterte Code macht:
- Vergleicht die Sensorwerte mit Ihrem kalibrierten Schwellenwert
- Zeigt den Status "WET" oder "DRY" im Seriellen Monitor an
- Zeigt den tatsächlichen Feuchtigkeitswert zur Orientierung an
- Erleichtert automatisierte Bewässerungsentscheidungen
Schnelle Schritte für die Nass-/Trocken-Erkennung
- Neu beim ESP32 C3 Mini? Absolvieren Sie zuerst unser Tutorial Erste Schritte mit dem ESP32 C3 Mini, um Ihre Entwicklungsumgebung einzurichten.
- Schwellenwert aktualisieren: Ersetzen Sie den Wert THRESHOLD durch Ihre kalibrierte Zahl
- Code hochladen: Programmieren Sie Ihren ESP32 C3 Super Mini mit dem aktualisierten Code
- Sensor platzieren: Stecken Sie die Sonde in der gewünschten Überwachungstiefe in die Erde
- Seriellen Monitor öffnen: Stellen Sie die Baudrate auf 115200 ein
- Genauigkeit testen: Fügen Sie Wasser hinzu, um zu prüfen, ob der Schwellenwert nass/trocken korrekt erkennt
- Bei Bedarf anpassen: Stimmen Sie den Wert THRESHOLD anhand der Ergebnisse fein ab
- Profi-Tipp: Setzen Sie Ihren Schwellenwert etwas höher als den Übergangspunkt, damit die Bewässerung ausgelöst wird, bevor die Erde zu trocken wird.
Ausgabe im Seriellen Monitor - Nass-/Trocken-Status
※ Notiz:
Dieses Tutorial verwendet die Funktion analogRead(), um Werte von einem ADC (Analog-Digital-Wandler) zu lesen, der mit einem Sensor oder einer Komponente verbunden ist. Der ADC des ESP32 C3 Super Mini eignet sich für Projekte, die keine hohe Genauigkeit erfordern. Für Projekte, die präzise Messungen benötigen, beachten Sie jedoch Folgendes:
- Der ADC des ESP32 C3 Super Mini ist nicht perfekt genau und muss für korrekte Ergebnisse möglicherweise kalibriert werden. Jedes ESP32 C3 Super Mini-Board kann leicht abweichen, daher ist eine Kalibrierung für jedes einzelne Board erforderlich.
- Die Kalibrierung kann besonders für Einsteiger schwierig sein und liefert möglicherweise nicht immer genau die gewünschten Ergebnisse.
Für Projekte, die hohe Präzision erfordern, sollten Sie einen externen ADC (z. B. ADS1115) mit dem ESP32 C3 Super Mini verwenden oder einen anderen Arduino wie den Arduino Uno R4 WiFi einsetzen, der einen zuverlässigeren ADC hat. Wenn Sie den ADC des ESP32 C3 Super Mini dennoch kalibrieren möchten, lesen Sie den ESP32 ADC Calibration Driver.
Projektideen mit dem ESP32 C3 Super Mini und dem Feuchtigkeitssensor
Da Sie nun wissen, wie Sie die Bodenfeuchtigkeit mit Ihrem ESP32 C3 Super Mini auslesen, probieren Sie diese praktischen Anwendungen aus:
- Automatisches Pflanzenbewässerungssystem: Eine Wasserpumpe auslösen, wenn die Erde zu trocken wird
- Intelligenter Gartenmonitor: Feuchtigkeitsdaten per WLAN-Benachrichtigung an Ihr Smartphone senden
- Monitor für mehrere Pflanzen: Mehrere Sensoren anschließen, um verschiedene Pflanzen gleichzeitig zu überwachen
- Datenlogger: Feuchtigkeitswerte im Zeitverlauf zur Analyse der Pflanzenpflege auf einer SD-Karte aufzeichnen
- Gewächshausautomatisierung: Bewässerungssysteme anhand der aktuellen Bodenbedingungen steuern
- Pflanzengesundheitsalarm: Mit LED-Anzeigen oder Summern signalisieren, wenn Pflanzen Wasser brauchen
Video-Tutorial
Sehen Sie sich das folgende Video an, um eine visuelle Schritt-für-Schritt-Anleitung zu diesem Projekt zu erhalten.
...VIDEO P7tG-t4dXZ0
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Herausforderungen
Bringen Sie Ihr Bodenfeuchtigkeitssensor-Projekt mit dem ESP32 C3 Super Mini mit diesen Herausforderungen auf die nächste Stufe:
- Einfach: Fügen Sie eine LED hinzu, die aufleuchtet, wenn die Erde zu trocken ist
- Einfach: Zeigen Sie die Feuchtigkeit in Prozent (0-100%) statt der Rohwerte an
- Mittel: Erstellen Sie ein automatisches Bewässerungssystem mit einem Relais und einer Wasserpumpe
- Mittel: Senden Sie Feuchtigkeitsdaten mithilfe der WLAN-Fähigkeiten des ESP32 an ein Web-Dashboard
- Fortgeschritten: Bauen Sie ein Mehrsensorsystem, das 3+ Pflanzen mit individuellen Schwellenwerten überwacht
- Fortgeschritten: Implementieren Sie den Deep-Sleep-Modus, um monatelang mit Batteriestrom zu laufen