Розумний дім #6: Розумний полив на ESP32

Автоматичний полив на ESP32 — практичний проєкт, який підтримує здоровий стан рослин удома й на ділянці та зменшує рутину догляду. У цій статті ми зберемо систему на базі ESP32 з датчиком вологості ґрунту і реле для насоса: реалізуємо автоматичний режим за порогом вологості, ручний режим, а також зручне WEB-керування зі смартфона або ПК. Подамо повністю робочий код і розберемо критичні нюанси — від підключення й калібрування датчика до захисту насоса від «сухого ходу», обмеження часу роботи та антидребезгу вимірювань.

Список обладнання та компонентів

ESP32 DevKit (з підтримкою Wi-Fi).
Датчик вологості ґрунту — рекомендовано ємнісний (capacitive soil moisture sensor) на 3.3 В: він стійкіший до корозії, ніж резистивні «вилки».
Реле / ключ для насоса:
- Для DC-насоса 5–12–24 В — MOSFET-ключ із зворотним діодом (flyback) паралельно двигуну.
- Для AC 220 В — твердотільне реле (SSR) або модуль реле з оптоізоляцією. Обов’язково дотримуйтесь електробезпеки!
Насос (занурювальний або поверхневий) під вашу напругу та витрату.
Блок(и) живлення: для ESP32 — 5 В (≈1 А), для насоса — згідно з паспортом.
З’єднувальні дроти, клеми, за потреби — герметичний бокс (IP-клас).
Опційно: MOSFET для живлення датчика від GPIO — щоб подавати живлення лише на час вимірювання й мінімізувати електрохімічні процеси в ґрунті.

Схема підключення та принцип роботи

Система складається з трьох вузлів: ESP32 (логіка), датчик вологості (вимірювання) та виконавчий модуль (реле/ключ насоса). ESP32 періодично опитує датчик, обчислює поточну вологість у відсотках і приймає рішення: якщо увімкнено режим Auto і вологість нижча за поріг — увімкнути насос. Насос працює до досягнення порога з гістерезисом або до максимального часу (захист від «залипання» та відмов). Між циклами поливу витримується пауза (cooldown), що запобігає частим пускам.

Рекомендовані пін-мапи (можна змінювати під свою плату):

Сигнал	Пін ESP32	Примітка
Аналоговий вихід датчика вологості	`GPIO34` (ADC1)	Вхід лише на читання; типові ємнісні датчики живляться від 3.3 В
Живлення датчика (через ключ)	`GPIO25`	GPIO керує MOSFET, який подає 3.3 В на датчик тільки під час вимірювання
Реле насоса / MOSFET-ключ	`GPIO26`	Багато модулів реле — active LOW; перевірте свій модуль
GND	GND	Спільний «мінус» для ESP32, датчика і ключа

Безпека: не подавайте 5 В на аналоговий вихід датчика, якщо він підключений до ADC ESP32 (3.3 В макс). Для DC-насоса встановіть діод Шотткі паралельно мотору (оберненою полярністю). Для 220 В використовуйте відповідні корпуси, клеми, заземлення, дотримуйтеся ПУЕ/ПБЕ. Усі елементи, що контактують із вологою, розміщуйте в герметичному боксі.

Приклад коду (ESP32 + датчик вологості + насос + WEB)

Скетч реалізує авто/ручний режими, обмеження часу роботи, «охолодження» між циклами й мінімалістичну веб-сторінку зі статусом і налаштуваннями. Налаштування зберігаються в NVS і переживають перезапуск.

// ====== ESP32 Smart Irrigation (Soil Moisture + Pump + Web UI) (UA) ======
#include <WiFi.h>
#include <WebServer.h>
#include <Preferences.h>

// ------- Wi-Fi -------
const char* WIFI_SSID     = "YOUR_SSID";
const char* WIFI_PASSWORD = "YOUR_PASSWORD";

// ------- Піни (налаштуйте під свою схему) -------
const int PIN_MOISTURE_ADC = 34;   // ADC1 input (GPIO34)
const int PIN_SENSOR_PWR   = 25;   // керує транзистором живлення датчика
const int PIN_RELAY        = 26;   // реле / MOSFET до насоса
const bool RELAY_ACTIVE_LOW = true;

// ------- Ключі NVS -------
Preferences prefs;
const char* NS = "irrigation";
const char* K_MODE = "mode";           // 0=auto, 1=manual
const char* K_THRESH = "thresh";       // % вологості ґрунту
const char* K_COOL_S = "cool_s";       // пауза між циклами, сек
const char* K_MAXON_S = "maxon_s";     // макс. тривалість роботи насоса, сек

// ------- Налаштування (дефолт) -------
enum Mode : uint8_t { MODE_AUTO=0, MODE_MANUAL=1 };
Mode mode = MODE_AUTO;
int  threshold_pct = 35;               // старт поливу нижче цього порога (%)
int  hysteresis_pct = 5;               // вимкнення при threshold + гістерезис
unsigned long cooldown_ms = 15UL*60UL*1000UL; // 15 хв пауза між циклами
unsigned long max_on_ms   = 30UL*1000UL;      // 30 с макс. робота насоса

// ------- Калібрування датчика (підберіть під ваш) -------
int ADC_DRY = 3200;  // ADC при повній сухості
int ADC_WET = 1700;  // ADC при максимальній вологості (у багатьох сенсорів менше = вологіше)

// ------- Стан під час виконання -------
WebServer server(80);
bool pumpOn = false;
unsigned long pumpStart = 0;
unsigned long lastWaterStop = 0;

// Просте ковзне середнє для згладжування шуму
const int AVG_N = 8;
int samples[AVG_N]; int sp = 0; bool bufFilled = false;

void pumpWrite(bool on) {
  pumpOn = on;
  if (RELAY_ACTIVE_LOW) digitalWrite(PIN_RELAY, on ? LOW : HIGH);
  else                  digitalWrite(PIN_RELAY, on ? HIGH : LOW);
  if (on) pumpStart = millis();
  else    lastWaterStop = millis();
}

int readADC() {
  // Подаємо живлення на датчик лише під час вимірювання
  digitalWrite(PIN_SENSOR_PWR, HIGH);
  delay(40); // стабілізація
  long sum = 0;
  for (int i=0;i<10;i++){ sum += analogRead(PIN_MOISTURE_ADC); delay(5); }
  digitalWrite(PIN_SENSOR_PWR, LOW);
  return (int)(sum/10);
}

int adcToPercent(int raw) {
  // Лінійна нормалізація dry..wet → 0..100
  long p = map(raw, ADC_DRY, ADC_WET, 0, 100);
  if (p < 0) p = 0; if (p > 100) p = 100;
  return (int)p;
}

int readMoisturePercent() {
  int raw = readADC();
  samples[sp++] = raw; if (sp==AVG_N){ sp=0; bufFilled=true; }
  long sum=0; int n = bufFilled?AVG_N:sp;
  for (int i=0;i<n;i++) sum += samples[i];
  int avg = (int)(sum/n);
  return adcToPercent(avg);
}

// ---------- Web ----------
String htmlPage() {
  String s;
  s.reserve(4500);
  s += F("<!DOCTYPE html><html><head><meta charset='utf-8'><meta name='viewport' content='width=device-width, initial-scale=1'>");
  s += F("<title>ESP32 Розумний полив</title><style>");
  s += F("body{font-family:Verdana,Arial,sans-serif;max-width:780px;margin:24px auto;line-height:1.6} h1{font-size:20px}");
  s += F(".box{border:1px solid #ddd;padding:12px;border-radius:8px;margin:12px 0}");
  s += F(".row{display:flex;gap:12px;align-items:center;flex-wrap:wrap}");
  s += F("button,input,select{font-size:14px;padding:8px} .chip{display:inline-block;padding:4px 10px;border-radius:999px;color:#fff;font-weight:bold}");
  s += F(".ok{background:#2e7d32}.warn{background:#ef6c00}.off{background:#9e9e9e}.mono{font-family:monospace}");
  s += F("</style></head><body>");
  s += F("<h1>Розумний полив на ESP32</h1>");

  s += F("<div class='box'><h3>Статус</h3><div class='row'>");
  s += F("<div>Вологість: <span id='moist' class='mono'>—</span> %</div>");
  s += F("<div>Насос: <span id='pump' class='chip off'>—</span></div>");
  s += F("<div>Режим: <span id='mode' class='chip off'>—</span></div>");
  s += F("<div>Поріг: <span id='thr' class='mono'>—</span> %</div>");
  s += F("</div></div>");

  s += F("<div class='box'><h3>Налаштування</h3><div class='row'>");
  s += F("<label>Режим: <select id='selmode' onchange='setMode()'><option value='auto'>Авто</option><option value='manual'>Ручний</option></select></label>");
  s += F("<label>Поріг, %: <input id='thrIn' type='number' min='1' max='99' value='35' onblur='setThr()'></label>");
  s += F("<label>Пауза (cooldown), с: <input id='coolIn' type='number' min='0' max='86400' value='900' onblur='setCool()'></label>");
  s += F("<label>Макс. ON, с: <input id='maxIn' type='number' min='1' max='3600' value='30' onblur='setMax()'></label>");
  s += F("</div></div>");

  s += F("<div class='box'><h3>Ручне керування</h3><div class='row'>");
  s += F("<button onclick='pump(1)'>Увімкнути насос</button>");
  s += F("<button onclick='pump(0)'>Вимкнути насос</button>");
  s += F("</div></div>");

  s += F("<script>");
  s += F("function cls(el,c){el.className='chip '+c;}");
  s += F("function upd(){fetch('/status').then(r=>r.json()).then(s=>{");
  s += F("document.getElementById('moist').textContent=s.moist_pct;");
  s += F("document.getElementById('thr').textContent=s.thr;");
  s += F("document.getElementById('selmode').value = s.mode?'manual':'auto';");
  s += F("const m=document.getElementById('mode'); m.textContent=s.mode?'РУЧНИЙ':'АВТО'; cls(m, s.mode?'warn':'ok');");
  s += F("const p=document.getElementById('pump'); p.textContent=s.pump?'ON':'OFF'; cls(p, s.pump?'ok':'off');");
  s += F("document.getElementById('thrIn').value=s.thr; document.getElementById('coolIn').value=s.cool_s; document.getElementById('maxIn').value=s.maxon_s;");
  s += F("});}");
  s += F("function setMode(){const v=document.getElementById('selmode').value; fetch('/setmode?mode='+v).then(upd);}");
  s += F("function setThr(){const v=document.getElementById('thrIn').value; fetch('/set?thr='+v).then(upd);}");
  s += F("function setCool(){const v=document.getElementById('coolIn').value; fetch('/set?cool='+v).then(upd);}");
  s += F("function setMax(){const v=document.getElementById('maxIn').value; fetch('/set?max='+v).then(upd);}");
  s += F("function pump(on){fetch('/pump?cmd='+(on?1:0)).then(upd);} upd(); setInterval(upd,2000);");
  s += F("</script></body></html>");
  return s;
}

void sendStatus() {
  int moist = readMoisturePercent();
  String j = "{";
  j += "\"moist_pct\":" + String(moist) + ",";
  j += "\"pump\":" + String(pumpOn ? 1:0) + ",";
  j += "\"mode\":" + String((int)mode) + ",";
  j += "\"thr\":" + String(threshold_pct) + ",";
  j += "\"cool_s\":" + String(cooldown_ms/1000) + ",";
  j += "\"maxon_s\":" + String(max_on_ms/1000);
  j += "}";
  server.send(200, "application/json", j);
}

void handleSet() {
  bool changed=false;
  if (server.hasArg("thr")) {
    int t = server.arg("thr").toInt();
    if (t<1) t=1; if (t>98) t=98;
    threshold_pct = t; changed=true;
  }
  if (server.hasArg("cool")) {
    long s = server.arg("cool").toInt();
    if (s<0) s=0; if (s>86400) s=86400;
    cooldown_ms = (unsigned long)s*1000UL; changed=true;
  }
  if (server.hasArg("max")) {
    long s = server.arg("max").toInt();
    if (s<1) s=1; if (s>3600) s=3600;
    max_on_ms = (unsigned long)s*1000UL; changed=true;
  }
  if (changed) {
    prefs.begin(NS,false);
    prefs.putUInt(K_THRESH, (uint32_t)threshold_pct);
    prefs.putUInt(K_COOL_S, (uint32_t)(cooldown_ms/1000));
    prefs.putUInt(K_MAXON_S, (uint32_t)(max_on_ms/1000));
    prefs.end();
  }
  sendStatus();
}

void handleSetMode() {
  String m = server.arg("mode");
  if (m=="auto")  mode = MODE_AUTO;
  else            mode = MODE_MANUAL;
  prefs.begin(NS,false);
  prefs.putUChar(K_MODE, (uint8_t)mode);
  prefs.end();
  sendStatus();
}

void handlePump() {
  int cmd = server.arg("cmd").toInt();
  // Дозволяємо ручне керування завжди (за бажанням — обмежте MODE_MANUAL)
  pumpWrite(cmd ? true:false);
  sendStatus();
}

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  pinMode(PIN_SENSOR_PWR, OUTPUT); digitalWrite(PIN_SENSOR_PWR, LOW); // датчик спочатку знеструмлено
  pinMode(PIN_RELAY, OUTPUT);
  pumpWrite(false);

  // ADC (можна налаштувати атенюацію)
  analogReadResolution(12);

  // Завантажити налаштування
  prefs.begin(NS,true);
  mode = (Mode)prefs.getUChar(K_MODE, MODE_AUTO);
  threshold_pct = prefs.getUInt(K_THRESH, threshold_pct);
  cooldown_ms = (unsigned long)prefs.getUInt(K_COOL_S, cooldown_ms/1000)*1000UL;
  max_on_ms   = (unsigned long)prefs.getUInt(K_MAXON_S, max_on_ms/1000)*1000UL;
  prefs.end();

  // Wi-Fi
  WiFi.mode(WIFI_STA);
  WiFi.begin(WIFI_SSID, WIFI_PASSWORD);
  Serial.print("WiFi connecting");
  while (WiFi.status()!=WL_CONNECTED){ delay(400); Serial.print("."); }
  Serial.print("\nIP: "); Serial.println(WiFi.localIP());

  // HTTP маршрути
  server.on("/", [](){ server.send(200, "text/html; charset=utf-8", htmlPage()); });
  server.on("/status", [](){ sendStatus(); });
  server.on("/set", [](){ handleSet(); });
  server.on("/setmode", [](){ handleSetMode(); });
  server.on("/pump", [](){ handlePump(); });
  server.begin();
  Serial.println("HTTP server started");
}

void loop() {
  server.handleClient();

  // Автоматичне керування
  int moist = readMoisturePercent();
  unsigned long now = millis();

  if (mode==MODE_AUTO) {
    // Пауза між циклами
    bool cooldownOK = (lastWaterStop==0) || (now - lastWaterStop >= cooldown_ms);

    if (!pumpOn) {
      if (cooldownOK && moist <= (threshold_pct - hysteresis_pct)) {
        pumpWrite(true);
      }
    } else {
      bool reached = (moist >= (threshold_pct + hysteresis_pct));
      bool overtime = (now - pumpStart >= max_on_ms);
      if (reached || overtime) {
        pumpWrite(false);
      }
    }
  } else {
    // Ручний режим: керування з веб-інтерфейсу
  }

  delay(150); // невелика пауза між опитуваннями
}

Коротке пояснення коду

Зчитування вологості: живлення сенсора подається лише на час вимірювання (PIN_SENSOR_PWR). Робимо кілька ADC-читань, усереднюємо та перетворюємо ADC у відсотки за калібрувальними точками ADC_DRY/ADC_WET. Це зменшує шум і корозію.
Режими: у MODE_AUTO насос вмикається, коли вологість ≤ (поріг − гістерезис), і вимикається при досягненні (поріг + гістерезис) або по таймеру Max ON. Між циклами дотримується Cooldown. У MODE_MANUAL насос вмикається/вимикається лише через WEB.
WEB-інтерфейс: головна сторінка показує вологість, режим, стан насоса, поріг. Параметри (режим/поріг/пауза/Max ON) змінюються без перезавантаження сторінки; статус оновлюється запитом /status кожні 2 с.
Збереження налаштувань: поріг і таймінги зберігаються в NVS (Preferences) та відновлюються під час старту контролера.
Захист насоса: обмеження часу безперервної роботи (max_on_ms) та пауза між циклами (cooldown_ms) мінімізують ізнос і «смикання» реле.

Застосування та розширення проєкту

Крапельний полив кімнатних рослин/грядок: стабільна подача води невеликими дозами, захист від пересихання/переливу.
Мультизона: додайте кілька каналів (сенсори/насоси) з вкладками у веб-інтерфейсі.
Інтеграція з MQTT і Home Assistant: публікуйте показання/стан, будуйте сценарії за розкладом і отримуйте сповіщення.
Графіки: надсилайте дані в InfluxDB і візуалізуйте в Grafana або ThingsBoard.
Датчик рівня бака та захист від сухого ходу: блокуйте запуск насоса при низькому рівні води.
Клімат-адаптація: ураховуйте погоду/опади з API, коригуйте пороги й інтервали поливу.
Журнал подій: лог поливів (час, тривалість, вологість до/після) допоможе точніше налаштувати систему.
Живлення сенсора за розкладом: якщо сенсор «шумний», зменшіть частоту читань і збільшіть час стабілізації.

Висновок

Ми зібрали повноцінний контролер поливу на ESP32 з датчиком вологості ґрунту, реле насоса, автоматичним і ручним режимами та зручним WEB-керуванням. Рішення легко адаптується під конкретні рослини та умови: корегуйте пороги й таймінги, додавайте MQTT/графіки, підключайте додаткові сенсори. Такий модуль придатний як для дому, так і для лабораторних/навчальних стендів і невеликих теплиць.

Потрібен індивідуальний проєкт — розробка схеми, друкованої плати, прошивки та корпусу під ваші вимоги? Ми допоможемо. Створюємо надійні рішення на ESP32 і беремо на себе виготовлення плат та збирання. Перегляньте приклади в нашому портфоліо і напишіть нам — обговоримо задачу.