描述

<h3 style="line-height:1.8;">* 1、项目功能介绍</h3> <hr> 一切的起因都是从家里那颗发财树被我浇水浇过头开始…… 为了能精准知道什么时候该浇水，我开始研究起了土壤湿度计。 土壤湿度计从原理上主要分为两种：电导率测量和电容值测量。 <div style="font-size:15px;"> <table style="margin:0px;padding:0px;width:670.286px;font-size:14px;height:99.9374px;"> <tr style="margin:0px;padding:0px;height:19.5982px;"> <th style="height:19.5982px;">测量方式</th> <th>优点</th> <th style="height:19.5982px;">缺点</th> </tr> <tr style="margin:0px;padding:0px;height:40.1696px;"> <td style="margin:0px;padding:10px 14px;border-color:#e0e4eb;vertical-align:top;height:40.1696px;">电导率法</td> <td style="margin:0px;padding:10px 14px;border-color:#e0e4eb;vertical-align:top;height:40.1696px;">电路简单</td> <td style="margin:0px;padding:10px 14px;border-color:#e0e4eb;vertical-align:top;height:40.1696px;">电极易氧化，需使用抗腐蚀金属，成本偏高</td> </tr> <tr style="margin:0px;padding:0px;background:#fafbfc;height:40.1696px;"> <td style="margin:0px;padding:10px 14px;border-color:#e0e4eb;vertical-align:top;height:40.1696px;">电容法</td> <td style="margin:0px;padding:10px 14px;border-color:#e0e4eb;vertical-align:top;height:40.1696px;">传感器可绝缘，寿命长，线性度好</td> <td style="margin:0px;padding:10px 14px;border-color:#e0e4eb;vertical-align:top;height:40.1696px;">传统方案功耗偏高</td> </tr> </table> </div> <span style="font-family:'-apple-system', BlinkMacSystemFont, 'Segoe UI', 'PingFang SC', 'Hiragino Sans GB', 'Microsoft YaHei', Roboto, 'Helvetica Neue', Arial, sans-serif;text-align:justify;background-color:#ffffff;">电容测量本身传感器可以做到完全绝缘，因此在寿命上优于电导率方式<span style="font-family:'-apple-system', BlinkMacSystemFont, 'Segoe UI', 'PingFang SC', 'Hiragino Sans GB', 'Microsoft YaHei', Roboto, 'Helvetica Neue', Arial, sans-serif;text-align:justify;background-color:#ffffff;">，同时线性度也更加优秀<span style="font-family:'-apple-system', BlinkMacSystemFont, 'Segoe UI', 'PingFang SC', 'Hiragino Sans GB', 'Microsoft YaHei', Roboto, 'Helvetica Neue', Arial, sans-serif;text-align:justify;background-color:#ffffff;">。 <h3>传统方案的痛点</h3> 市面上常见的电容式土壤湿度计，大多依赖 RC 振荡电路 产生方波，通过频率变化来推测土壤湿度。然而振荡电路的缺点在于功耗偏高，大部分方案的功耗在 10~100mA 级别，难以长时间依靠电池供电运行。 本项目核心目标：在保持电容测量优势的前提下，大幅降低系统功耗。 <h3>核心创新方案</h3> 电容测量除了 RC 振荡法之外，还有另一种方式：恒流恒定时间充电法—— 以恒定电流对电容充电固定时间，然后通过电压计算电容值。 CH584 芯片内置了该功能，支持 10~100pF 的电容测量范围。通过合理的 PCB 设计，可以使等效电容值刚好落在这个区间内，从而实现精准的土壤湿度测量。 <h3>功耗与工作策略</h3> 为了尽可能延长设备续航时间，同时保证使用体验，采用了以下工作策略： <div style="font-size:15px;"> <table style="margin:0px;padding:0px;width:670.286px;font-size:14px;"> <tr style="margin:0px;padding:0px;"> <th>工作项</th> <th>频率</th> <th>说明</th> </tr> <tr style="margin:0px;padding:0px;"> <td style="margin:0px;padding:10px 14px;border-color:#e0e4eb;vertical-align:top;">蓝牙广播</td> <td style="margin:0px;padding:10px 14px;border-color:#e0e4eb;vertical-align:top;">每 2 秒 一次</td> <td style="margin:0px;padding:10px 14px;border-color:#e0e4eb;vertical-align:top;">低功耗蓝牙广播，用于数据上报</td> </tr> <tr style="margin:0px;padding:0px;background:#fafbfc;"> <td style="margin:0px;padding:10px 14px;border-color:#e0e4eb;vertical-align:top;">湿度测量</td> <td style="margin:0px;padding:10px 14px;border-color:#e0e4eb;vertical-align:top;">每 5 秒 一次</td> <td style="margin:0px;padding:10px 14px;border-color:#e0e4eb;vertical-align:top;">电容采样 + 湿度换算</td> </tr> <tr style="margin:0px;padding:0px;"> <td style="margin:0px;padding:10px 14px;border-color:#e0e4eb;vertical-align:top;">电池电压测量</td> <td style="margin:0px;padding:10px 14px;border-color:#e0e4eb;vertical-align:top;">每 10 秒 一次</td> <td style="margin:0px;padding:10px 14px;border-color:#e0e4eb;vertical-align:top;">监测电池电量</td> </tr> </table> </div> 广播数据包含： <ul> <li style="margin:0px 0px 6px;padding:0px;">电容采样后的原始 ADC 值</li> <li style="margin:0px 0px 6px;padding:0px;">电池电压值</li> <li style="margin:0px 0px 6px;padding:0px;">转换后的湿度百分比</li> <li style="margin:0px 0px 6px;padding:0px;">转换后的电量百分比</li> </ul> 得益于 CH584 优秀的功耗管理，整个电路平均功耗仅 22μA，一颗 200mAh 的 CR2032 纽扣电池可以连续使用1整年，大幅降低设备维护频率。 <img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/94bc48ed90274b2eab7d2cdf5a3e4f32.jpg" alt="" width="774" height="510"> <h3>土壤标定流程</h3> 首次使用时，需进行土壤标定。通过发送蓝牙指令，可以分别标定两个基准点： <ol> <li style="margin:0px 0px 6px;padding:0px;">"全干土壤" → 对应 0% 湿度</li> <li style="margin:0px 0px 6px;padding:0px;">"全湿土壤" → 对应 100% 湿度</li> </ol> 固件记录这两个基准值后，后续土壤湿度通过线性插值计算得出。最后可以为设备重命名，就能与不同花盆中的其他设备区分开了。 <img src="//image.lceda.cn/pullimage/Ygy4GCdLvCmLVbiLNTq485uPOsLuQlWuLTXW67tn.png" alt="" width="475" height="674"> <h3 style="line-height:1.8;">*2、项目属性</h3> <hr> 首次公开；项目完全原创；项目未曾在其他比赛中获奖；项目未参加过答辩。 <h3 style="line-height:1.8;">* 3、开源协议</h3> <hr> 本项目以CC BY-NC-SA 4.0协议发放 <h3 style="line-height:1.8;">*4、硬件部分</h3> <hr> 这个湿度计核心部分其实就是CH584F最小系统，USB\LDO\TVS只是为了没有烧录器的人下载程序用，去掉不影响设备运行。 触摸传感器本质上也是电容测量，所以只需要设计一个合适的“触摸区域”,就能直接利用芯片进行土壤湿度检测。 <h3 style="line-height:1.8;">*5、软件部分</h3> <hr> <h3>开发环境</h3> <span style="font-family:'-apple-system', BlinkMacSystemFont, 'Segoe UI', 'PingFang SC', 'Hiragino Sans GB', 'Microsoft YaHei', Roboto, 'Helvetica Neue', Arial, sans-serif;text-align:justify;background-color:#ffffff;">软件使用 MSR2<span style="font-family:'-apple-system', BlinkMacSystemFont, 'Segoe UI', 'PingFang SC', 'Hiragino Sans GB', 'Microsoft YaHei', Roboto, 'Helvetica Neue', Arial, sans-serif;text-align:justify;background-color:#ffffff;"> 开发环境进行开发，编译后的固件可以直接通过 沁恒 ISP 软件<span style="font-family:'-apple-system', BlinkMacSystemFont, 'Segoe UI', 'PingFang SC', 'Hiragino Sans GB', 'Microsoft YaHei', Roboto, 'Helvetica Neue', Arial, sans-serif;text-align:justify;background-color:#ffffff;">从 USB 口烧录进芯片。 <h3>软件流程</h3> <span style="font-family:'-apple-system', BlinkMacSystemFont, 'Segoe UI', 'PingFang SC', 'Hiragino Sans GB', 'Microsoft YaHei', Roboto, 'Helvetica Neue', Arial, sans-serif;text-align:justify;background-color:#ffffff;">通过TMOS定时<span style="background-color:#ffffff;font-family:'-apple-system', BlinkMacSystemFont, 'Segoe UI', 'PingFang SC', 'Hiragino Sans GB', 'Microsoft YaHei', Roboto, 'Helvetica Neue', Arial, sans-serif;text-align:justify;">(每5秒)<span style="background-color:#ffffff;font-family:'-apple-system', BlinkMacSystemFont, 'Segoe UI', 'PingFang SC', 'Hiragino Sans GB', 'Microsoft YaHei', Roboto, 'Helvetica Neue', Arial, sans-serif;text-align:justify;">触发数据更新，每次广播时更新数据值。 <h3>线性插值计算</h3> 标定完成后，土壤湿度通过以下公式计算： <pre style="font-size:13px;line-height:1.7;color:#24292e;"><code>湿度(%) = (1 - (ADC_当前 - ADC_湿土) / (ADC_干土 - ADC_湿土)) × 100%</code></pre> <h3>广播数据包</h3> 在mainApp.cpp里， <code>static uint8_t advertDataV[31] = {</code> <code> /* flags */</code> <code> 0x02, 0x01, 0x06, //00-02</code> <code> 0x09, 0x16, //03-04</code> <code> 0xF0, 0x77, 0x00, 0x00, 0x77, 0x0F, 0x00, 0x00, //05-12</code> <code> </code> <code> /* device name */</code> <code> //13 14 15</code> <code> 0x10-4, 0x09, 'L', 't', 't', 'E', 'S', 'T', 'M', 'o', 'n', 'V', '1'</code> <code>};</code> <code>void adverCB(uint32_t timeUs)</code> <code>{</code> <code> if(cfgMgr.NameModifyed != 0)</code> <code> {</code> <code> advertDataV[13] = cfgMgr.config.NameStrLen+1;</code> <code> tmos_memcpy(advertDataV +15, cfgMgr.config.NameStr, cfgMgr.config.NameStrLen);</code> <code> advertDataSize = 15+cfgMgr.config.NameStrLen;</code> <code> cfgMgr.NameModifyed = 0;</code> <code> }</code> <code> advertDataV[7] = curKval&0xFF;</code> <code> advertDataV[8] = (curKval>>8)&0xFF;</code> <code> advertDataV[9] = curAdcV&0xFF;</code> <code> advertDataV[10] = (curAdcV>>8)&0xFF;</code> <code> </code> <code> advertDataV[11] = cfgMgr.CalcWetVal(curKval);</code> <code> advertDataV[12] = cfgMgr.CalcBatVal(curAdcV);</code> <code> GAP_UpdateAdvertisingData(Peripheral_TaskID_Real, TRUE, advertDataSize, advertDataV);</code> <code>}</code> advertDataV的03-12为自定义数据，其中 advertDataV[05] = 0xF0, advertDataV[06] = 0x77 作为识别标记，后续紧跟2字节湿度ADC值，2字节电压mV值，1字节湿度百分比，1字节电量百分比。 后续如有需要蓝牙网关识别，主要就依赖这段数据。 <h3>参数修改</h3> 还是在mainApp.cpp里，void newDatain(uint8_t * inData,int len)负责处理蓝牙写入的指令处理。 代码都有完整注释，可以直接看到每一个指令。 写入指令为 0x75 0x35 负载长度命令字负载数据 0x75 0x35 为识别头，负载长度即负载数据的字节数。 命令字目前只有3个： <code> switch (bcmdBuffer[3]) //命令字</code> <code> {</code> <code> case 1: //修改蓝牙名</code> <code> {</code> <code> if(bcmdBuffer[2] < 2)</code> <code> {</code> <code> //蓝牙名无效</code> <code> }</code> <code> else</code> <code> {</code> <code> if(bcmdBuffer[2] > 15)</code> <code> {</code> <code> bcmdBuffer[2] = 15;</code> <code> }</code> <code> cfgMgr.SetBleName(bcmdBuffer+4,bcmdBuffer[2]);</code> <code> }</code> <code> }</code> <code> break;</code> <code> </code> <code> case 2: //设置为满湿度</code> <code> {</code> <code> cfgMgr.SetWetADC(curKval);</code> <code> }</code> <code> break;</code> <code> case 3: //设置为干燥值</code> <code> {</code> <code> cfgMgr.SetDryADC(curKval);</code> <code> }</code> <code> break;</code> <code> </code> <code> }</code> <h3 style="line-height:1.8;">*6、BOM清单</h3> <hr> 见后面自动生成的BOM，所有元件均已验证，可直接使用。 <h3 style="line-height:1.8;">*7、大赛LOGO验证</h3> <hr> <img src="//image.lceda.cn/pullimage/RUhuZoP21xMXjNPK5QpEJWkOhuTtsbhfDahroSoL.jpeg" alt="" width="842" height="561"> <h3 style="line-height:1.8;">* 8、演示您的项目并录制成视频上传</h3> <hr> <a href="https://www.bilibili.com/video/BV14sGm6yEar/" target="_blank">https://www.bilibili.com/video/BV14sGm6yEar/</a>