硬件编程 · 阳台盆栽土壤湿度守护 · 2026-09-03

需求洞察

目标用户：城市阳台园艺爱好者，尤其是朝九晚五的上班族和刚刚开始养绿植的新手。

真实痛点：浇水完全靠经验或固定日历，夏天容易蒸发过快导致缺水，冬天又容易盆内涝根；出差或加班时无法得知盆栽的真实状态，往往等叶子发黄才发现问题。

为什么值得做：土壤湿度是一个典型的“看不见却致命”的变量。市售智能花盆价格动辄 200-400 元，且传感器集成度低，不能自行扩展。本项目基于 ESP32-S3，用 60 元以内成本搭建一套具备“实时感知—阈值提醒—远程查看—低功耗待机”的完整守护系统，帮助用户把浇水的“玄学”变成“科学”。

方案设计

感知层

• 电容式土壤湿度传感器接入 ESP32-S3 的 GPIO34（ADC1 通道），读取模拟值。该传感器不直接接触金属，可有效延缓电解腐蚀问题。
• DHT22 接入 GPIO15，采集环境温度和湿度，用于修正浇水策略（高温低湿时建议增加浇水频率）。

控制层

• ESP32-S3 为主控制器，负责轮询传感器数据、状态融合与逻辑决策。
• 设定湿度阈值：低于 25% 触发缺水预警；25%-50% 为适宜；高于 70% 提示暂停浇水。阈值可在代码开头宏定义修改。

执行层

• 预留 GPIO4 控制继电器模块，驱动小型潜水泵进行自动补水。
• 同时接一个蜂鸣器至 GPIO5，当土壤湿度极低或持续过高时发出简短提示音。

日志/联网层

• ESP32-S3 通过 MQTT 协议将数据上报至公共 Broker（如 broker.emqx.io），Topic 为 balcony/pot/soil。
• OLED 本地显示实时数据和 IP 地址。
• 启用 modem_sleep 和 light_sleep，在两次采样间隔（默认 30 分钟）内不持续占用 Wi-Fi，降低平均功耗。

物料清单

接线与结构

接线说明：本项目完全遵循建议接线，未做 GPIO 微调。OLED 使用 I2C 标准引脚（SCL=22，SDA=21），湿度传感器模拟输出接 ADC 可用通道 GPIO34。继电器和蜂鸣器采用数字输出 GPIO4/5，避免与 I2C 和 ADC 冲突。

核心代码

本方案使用 Arduino 框架（PlatformIO 环境）编写，可直接编译烧录。

#include <WiFi.h>
#include <PubSubClient.h>
#include <Wire.h>
#include <Adafruit_SSD1306.h>
#include <DHT.h>

// Wi-Fi 与 MQTT 配置
const char* ssid = "YOUR_SSID";
const char* password = "YOUR_PASSWORD";
const char* mqtt_server = "broker.emqx.io";

WiFiClient espClient;

// 引脚定义
#define SOIL_PIN 34
#define DHT_PIN 15
#define OLED_SDA 21
#define OLED_SCL 22
#define RELAY_PIN 4
#define BUZZER_PIN 5

// 阈值定义
#define DRY_THRESHOLD 25
#define WET_THRESHOLD 70

DHT dht(DHT_PIN, DHT22);
Adafruit_SSD1306 display(128, 64, &Wire;, -1);

unsigned long lastPublish = 0;
const unsigned long interval = 1800000; // 30分钟上报一次

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  pinMode(SOIL_PIN, INPUT);
  pinMode(DHT_PIN, INPUT);
  pinMode(RELAY_PIN, OUTPUT);
  pinMode(BUZZER_PIN, OUTPUT);
  digitalWrite(RELAY_PIN, LOW);

  WiFi.begin(ssid, password);
  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
    delay(500);
    Serial.print(".");
  }

  display.clearDisplay();
  dht.begin();
}

void loop() {
  if (!client.connected()) {
    reconnect();
  }
  client.loop();

  unsigned long now = millis();
  if (now - lastPublish >= interval) {
    lastPublish = now;

    int soilRaw = analogRead(SOIL_PIN);
    int humidity = map(soilRaw, 2900, 1200, 0, 100); // 根据实际饱和度校准
    humidity = constrain(humidity, 0, 100);

    float temp = dht.readTemperature();
    float airHum = dht.readHumidity();

    // 自动浇水逻辑
    if (humidity < DRY_THRESHOLD) {
      digitalWrite(RELAY_PIN, HIGH);
      tone(BUZZER_PIN, 1000, 200);
    } else if (humidity > WET_THRESHOLD) {
      digitalWrite(RELAY_PIN, LOW);
    }

    // OLED 显示
    display.clearDisplay();
    display.setTextSize(1);
    display.setCursor(0, 0);
    display.printf("Soil: %d%%", humidity);
    display.setCursor(0, 16);
    display.printf("Temp: %.1f C", temp);
    display.setCursor(0, 32);
    display.printf("AirH: %.1f %%", airHum);
    display.display();

    // MQTT 发布
    String payload = "{\"soil\":" + String(humidity) +
                     ",\"temp\":" + String(temp) +
                     ",\"airh\":" + String(airHum) + "}";
    client.publish("balcony/pot/soil", payload.c_str());

    // 进入浅睡眠，等待下一个周期
    esp_light_sleep_start();
  }
}

void reconnect() {
  while (!client.connected()) {
    if (client.connect("ESP32S3_SoilGuard")) {
    } else {
      delay(1000);
    }
  }
}