土壌の水分/温度センサ

植木鉢の水分管理の目安になるよう、ATmega328Pに
　・水分センサ
　・温度センサ
を接続して、
　・LCDに水分センサの値と温度を表示
　・水無しを検知したら LEDを点滅
する基板を作成しました。

温度センサは「One Wire」という1本の信号線でやり取りをする方式のため、「ライブラリの管理」から ライブラリのインストールが必要になります。

ログを記録できるよう SDカードとRTCも搭載しましたが、こちらは まだ手を掛けていません。
また、5V/3.3V どちらでも動作するよう 部品を選定してあります。

●主な使用部品

●I/O一覧

●回路図

水分/温度センサ
#include <Wire.h>
#include "OneWire.h"


#define LCD_ADRS 0x3E 
#define Moist_Sens 0
#define dLED 0x04

	// ■ LCD_ctrl()
			  //          111111
			  //0123456789012345
char vram1[] = "Moisture Sensor ";
char vram2[] = "                ";
char LCD_task = 0;		// LCD ﾀｽｸNo.
int LCD_col  = 0;		// LCD 書込み桁
unsigned long LCD_tim0 = 0;	// LCD 基準時間

	// ■ cmd1()
char cmd1_task = 0;				// cmd1 ﾀｽｸNo.
unsigned long cmd1_tim0 = 0;	// ｺﾏﾝﾄﾞ1 基準時間
unsigned long tim_cnt = 0;		// ﾀｲﾑ･ｶｳﾝﾀ
int Moist_dat = 0;				// 水分ﾃﾞｰﾀ
int Moist_th;					// 水分量判定値
unsigned char Moist_lvl = 0;	// 水分量 ("0"で閾値未満/ "1"で閾値以上(水無し))
unsigned char sec = 0;			// 秒ｶｳﾝﾀ

	// ■ LED_ctrl()
char LED_task = 0;			// LED制御 ﾀｽｸNo.
unsigned long LED_tim0 = 0;	// LED制御 基準時間

	// ■ DS18B20
  byte i;
  byte present = 0;
  byte type_s;
  byte data[12];
  byte addr[8];
  float celsius, fahrenheit;

char Thermo_task = 0;			// 温度ｾﾝｻ ﾀｽｸNo.
unsigned long Thermo_tim0 = 0;	// 温度ｾﾝｻ 基準時間

	// ■ ﾛｸﾞ制御
char log_task = 0;			// ﾛｸﾞ ﾀｽｸNo.
unsigned long log_tim0 = 0;	// ﾛｸﾞ 基準時間


OneWire  ds(17);  // DS18B20 on pin 17 (a 4.7K resistor is necessary)

	// ■■
void setup() {
  Serial.begin(9600);
  
  Wire.begin();
  init_LCD();

  LCD_tim0		=   0;	// LCD 基準時間
  Thermo_tim0	= 100;	// 温度ｾﾝｻ 基準時間
  LED_tim0		= 200;	// LED制御 基準時間
  cmd1_tim0		= 900;	// ｺﾏﾝﾄﾞ1 基準時間
  
  DDRC |= dLED;			// PC2 = 出力
  
  Moist_th = 350;		// 水不足判定値
  set_Moist();			// 水分量判定
  
  Serial.println("Moisture Sensor v0.01");
  
}

	// ■
void loop() {
  LCD_ctrl();		// LCD 表示制御
  LED_ctrl();		// LED 点滅制御

  cmd1();			// ｺﾏﾝﾄﾞ1処理

  Thermo_ctrl();	// DS18B20 ﾃﾞﾓ
  log_ctrl();		// ﾛｸﾞ制御

}


unsigned char sub(unsigned char a, unsigned char b) {
 a = a - b;
 return a ;
}

	// ■■
void cmd1() {
	  int val;
	  unsigned long tim;
  
  switch (cmd1_task) {
	case 0:
	  cmd1_tim0 = millis();		// 基準時間ｾｯﾄ
	  cmd1_task ++;
	  break;
  
	case 1:
	  tim = abs(millis() - cmd1_tim0);
	  if ( tim > 1000 ) {
		Moist_dat = analogRead(Moist_Sens);
		set_VRAM2(1, Moist_dat);
		
		val = (int)(celsius*100) ;
		set_VRAM2(7, val);
		vram2[12] = vram2[11];
		vram2[11] = vram2[10];
		vram2[10] = '.';
		vram2[13] = 0xdf;
		vram2[14] = 'C';
		
		set_Moist();		// 水分量判定
		
		cmd1_task ++;
	  }
	  break;
  
	default:
	  cmd1_task = 0;
	  break;
  }
}


void set_Moist(void) {
if (Moist_dat < Moist_th) {	// 水有り
    if (Moist_lvl != 1) {
	  Moist_lvl = 1;
	  LED_task = 99;			// LED 消灯
	}
  } else {	// 水無し
    if (Moist_lvl != 0) {
	  Moist_lvl = 0;
	  LED_task = 20;		// LED 点滅
	}
  }

}

void log_ctrl() {
  switch (log_task) {
	case 0:
	  log_tim0 = millis();		// 基準時間ｾｯﾄ
	  log_task ++;
	  break;
  
	case 1:
	  unsigned long tim;
	  
	  tim = abs(millis() - log_tim0);
	  if ( tim > 600000 ) {
		Serial.print(millis());
		Serial.print(' ');
	  
		Serial.print(Moist_dat);
		Serial.print(' ');
	  
		Serial.println(celsius);
		
		log_task ++;
	  }
	  break;
  
	default:
	  log_task = 0;
	  break;
	}
}


void Thermo_ctrl() {
  switch (Thermo_task) {
	case 0:
	case 2:
	  Thermo_tim0 = millis();		// 基準時間ｾｯﾄ
	  Thermo_task ++;
	  break;
	
	case 1:
	  if ( (millis() - Thermo_tim0) > 1000 ) {
		Thermo_01();			// DS18B20 読取り-1
		
		Thermo_task ++;
	  }
	  break;
	
	case 3:
	  if ( (millis() - Thermo_tim0) > 1000 ) {
		Thermo_02();			// DS18B20 読取り-2
		
		Thermo_task ++;
	  }
	  break;
	
	default:
	  Thermo_task = 0;
	  break;
  }
  
}


void LCD_ctrl() {
  switch (LCD_task) {
	case 0:
	  writeCommand(0x80+0x00); // ADRESS SET (1行目の先頭)
	  LCD_col  = 0;
	  LCD_task ++;
	  break;
	
	case 1:
	  LCD_tim0 = millis();		// 基準時間ｾｯﾄ
	  LCD_task ++;
	  break;
	
	case 2:
	  if ( (millis() - LCD_tim0) > 20 ) {
		writeData(vram1[LCD_col]);
		LCD_col ++;
		if (LCD_col >15) { LCD_task ++; }
	  }
	  break;
	
	case 3:
	  writeCommand(0x80+0x40); // ADRESS SET (2行目の先頭)
	  LCD_col  = 0;
	  LCD_task ++;
	  break;
	
	case 4:
	  LCD_tim0 = millis();		// 基準時間ｾｯﾄ
	  LCD_task ++;
	  break;
	
	case 5:
	  if ( (millis() - LCD_tim0) > 20 ) {
		writeData(vram2[LCD_col]);
		LCD_col ++;
		if (LCD_col >15) { LCD_task ++; }
	  }
	  break;
	
	default:
	  LCD_task = 0;
	  break;
  }
}

void set_VRAM2(int col, int dat) {
  
  for (int num=4; num>=0; num--) {
	vram2[col+num] = (dat % 10) + 0x30;
	dat /= 10;
  }
}


	// 
void LED_ctrl(void) {
  switch(LED_task) {
	case 0:
	  break;
	
		// 1秒周期の点滅 (Duty=50%)
	case 10:
	  LED_tim0 = millis();
	  LED_on();
	  LED_task ++;
	  break;
	
	case 11:
	  if ( (millis() - LED_tim0) > 500) { LED_task ++; }
	  break;
	
	case 12:
	  LED_tim0 = millis();
	  LED_off();
	  LED_task ++;
	  break;
	
	case 13:
	  if ( (millis() - LED_tim0) > 500) { LED_task = 10; }
	  break;
	
		// 1秒周期の点滅 (ON 50ms)
	case 20:
	  LED_tim0 = millis();
	  LED_on();
	  LED_task ++;
	  break;
	
	case 21:
	  if ( (millis() - LED_tim0) > 10) { LED_task ++; }
	  break;
	
	case 22:
	  LED_tim0 = millis();
	  LED_off();
	  LED_task ++;
	  break;
	
	case 23:
	  if ( (millis() - LED_tim0) > 950) { LED_task = 20; }
	  break;
	
	
	case 99:
	default:
	  LED_off();
	  LED_task = 0;
	  break;
  }
}

void LED_on(void) {
 PORTC |= dLED;
}

void LED_off(void) {
 PORTC &= ~dLED;
}


	// ■■ DS18B20 Demo ■■
void Thermo_01(void) {
  
  if ( !ds.search(addr)) {
    ds.reset_search();
    return;
  }
  
  if (OneWire::crc8(addr, 7) != addr[7]) {
      return;
  }
 
  // the first ROM byte indicates which chip
  switch (addr[0]) {
    case 0x10:
      type_s = 1;
      break;
    case 0x28:
      type_s = 0;
      break;
    case 0x22:
      type_s = 0;
      break;
    default:
      return;
  } 

  ds.reset();
  ds.select(addr);
  ds.write(0x44, 1);        // start conversion, with parasite power on at the end
  
  
}

void Thermo_02(void) {
  present = ds.reset();
  ds.select(addr);    
  ds.write(0xBE);         // Read Scratchpad

  for ( i = 0; i < 9; i++) {           // we need 9 bytes
    data[i] = ds.read();
  }
  // Convert the data to actual temperature
  // because the result is a 16 bit signed integer, it should
  // be stored to an "int16_t" type, which is always 16 bits
  // even when compiled on a 32 bit processor.
  int16_t raw = (data[1] << 8) | data[0];
  if (type_s) {
    raw = raw << 3; // 9 bit resolution default
    if (data[7] == 0x10) {
      // "count remain" gives full 12 bit resolution
      raw = (raw & 0xFFF0) + 12 - data[6];
    }
  } else {
    byte cfg = (data[4] & 0x60);
    // at lower res, the low bits are undefined, so let's zero them
    if (cfg == 0x00) raw = raw & ~7;  // 9 bit resolution, 93.75 ms
    else if (cfg == 0x20) raw = raw & ~3; // 10 bit res, 187.5 ms
    else if (cfg == 0x40) raw = raw & ~1; // 11 bit res, 375 ms
    //// default is 12 bit resolution, 750 ms conversion time
  }
  celsius = (float)raw / 16.0;
  fahrenheit = celsius * 1.8 + 32.0;
}


	// ■■ AQM1602 Demo ■■
char moji[] ="AQM1602XA-RN-GBW";

//データ書き込み
void writeData(byte t_data)
{
  Wire.beginTransmission(LCD_ADRS);
  Wire.write(0x40);
  Wire.write(t_data);
  Wire.endTransmission();
delay(1);
}

//コマンド書き込み
void writeCommand(byte t_command)
{
  Wire.beginTransmission(LCD_ADRS);
  Wire.write(0x00);
  Wire.write(t_command);
  Wire.endTransmission();
delay(10);
}

//液晶初期化
void init_LCD() {
  delay(100);
  writeCommand(0x38); // (001 1 1000):FUNCTION SET(8bit, 2行, Normal Height, 0, IS=0)
  delay(20);
  writeCommand(0x39); // (001 1 1001):IS=1  
  delay(20);
  writeCommand(0x14); // (0001  0100):INT OSC FREQUENCY(1/5 bias, freq="100")
  delay(20);
//  writeCommand(0x7A); // (0111  1010):CONTRAST SET 0,1,2,3(contrast L="1010") ※DC5V用
  writeCommand(0x7E); // (0111  1110):CONTRAST SET 0,1,2,3(contrast L="1110") ※DC4V用
  delay(20);
  writeCommand(0x54); // (0101  0100):CONTRAST SET 4,5(icon OFF, booster ON, contrast H="00")
  delay(20);
  writeCommand(0x6C); // (0110  1100):F0LLOWER CONTROL  
  delay(20);
  writeCommand(0x38); // (001 1 1000):IS=0
  delay(20);
  writeCommand(0x0C); // (00001  100):Display ON, cursor OFF, position OFF 
  delay(20);
  writeCommand(0x01); // (0000 0001 ):Clear Display  
  delay(20);
  writeCommand(0x06); // (000001 10 ):Entry Mode(cursor INC, shift OFF)
  delay(20);
}

●水分センサについて
使用した水分センサは、NE555で作成したパルスを 検知電極を介したフィルタに通して積分したものを出力する方式のようです。

DC5V印可時は、OPEN状態で 約500(水無し)/ 電極を手で包むと約250(水有り) でしたが、
単4電池×3本で駆動すると 約580/ 約300と値が変動しました。
とりあえず、setup()にて 判定値：「Moist_th」を350に設定してありますが、使用する環境により 変更する必要が有ります。