Arduino 智能灌溉控制器：集成天气与光照传感器的自动浇水系统

组件与物料清单

软件与在线服务

• Arduino IDE

项目概述

打造智能灌溉控制器

本项目旨在构建一套基于 Arduino 的智能灌溉系统，能够根据实时环境数据动态调整浇水计划，实现节水、防冻、防真菌生长等功能。核心特性包括：

• 室外温度、雨量、光照三合一环境监测
• DS3231 带电池备份的实时时钟，支持每周定时
• 非易失性存储（EEPROM），断电不丢失配置与浇水记录
• 日出自动检测，可在日出前预设时间开始浇水，利于土壤渗透
• 低温保护：气温过低时自动停止浇水
• 雨量检测：检测到降雨自动跳过或缩短浇水时长
• OLED 显示屏 + 双按钮交互，菜单操作直观
• 代码占用仅 12710 字节（39%），留有充足扩展空间
• 采用标准 RJ11 电话线布线，解决传感器长距离传输难题
• 单电源供电，结构紧凑，成本远低于同类商用产品

为什么选择 IO 扩展板？

IO 扩展板将多种外设驱动（1-Wire、RTC、EEPROM、OLED、温度、雨量等）集成在硬件层面，Arduino 仅需通过串口发送指令即可控制，极大简化了软件开发，节省 Flash 空间，也避免了编写各类底层驱动的繁琐工作。全系统仅用 3 天即可完成代码编写。

接线原理图

OLED 显示与菜单操作

短按 Menu 键进入菜单，循环切换 9 个选项；30 秒无操作自动退出。短按 Select 键执行当前选项功能。

系统组装指南

1. 将 Arduino Nano 连接至 IO 扩展板，通过 ICSP 口烧录固件（USB 口与扩展板共用串口，烧录时需断开扩展板）。
2. 修改代码中的 ONEWIRE_TO_I2C_ROM1 与 ONEWIRE_TO_I2C_ROM2 宏，填入你的 1-Wire 转 I2C 模块实际 ROM 地址。
3. 分线器需焊接 0603 0Ω 电阻（R2 位置），将光学红外传感器数据线与 1-Wire 远程传感器线隔离。
4. 在大外壳右侧开 11/16" 孔装 PG11 防水接头（供 12V、24VAC、电磁阀线、RJ11 远程线），小外壳开 7/16" 孔装 PG7 接头（供远程传感器线）。
5. 微动开关焊接至 RJ11 端子，热缩管绝缘后安装到大外壳顶部（Menu/Select 两键）。
6. 远程传感器盒（小外壳）安装在房屋东侧较高位置，光学雨量传感器与光照传感器朝天，无遮挡。
7. 所有板卡用双面胶与泡沫固定在大外壳内，接线完成后通电测试。

重要更新说明

2019/09/12 - v1.1 版本

修复了系统长时间断电后重新上电启动异常的问题。

2019/10/02 - 上拉电阻冲突修正

当 1-Wire 转 I2C、DS3231 RTC 与 SSD1306 OLED 共享 I2C 总线时，三组上拉电阻并联导致等效阻值约 1.56kΩ，过强会造成 OLED 显示随机花屏。解决方法：移除 1-Wire 转 I2C 模块上的 R3、R4 以及 OLED 模块上的 R6、R7 上拉电阻，保留 DS3231 自带的电阻网络即可。

核心代码

完整代码已包含在项目文件中，主逻辑涵盖：RTC 时间同步、NVRAM 读写（CRC 校验）、日出检测算法、雨量累积判定、多区定时调度、按钮菜单交互、OLED 界面渲染、看门狗复位等。关键宏定义如下：

#define WATER_TIME_BEFORE_SUNRISE 60   // 日出前 60 分钟开始浇水
#define SUNRISE_LUX 100                // 判定日出的光照阈值
#define RAIN_DETECT_LEVEL 4.0          // 雨量检测阈值
#define DO_NOT_WATER_TEMP 4.4444       // 40°F 低温保护阈值
#define MAX_ZONES 4                    // 最大 4 个灌溉区

调度算法支持“日出相对时间”与“固定时间”两种模式，自动计算下一个浇水时刻并处理雨量抵扣。完整代码请参考项目文件中的 Smart Irrigation Controller。

演示视频

原理图