活动内容

1）活动目的：（解决什么问题）

一、掌握基于Arduino和ESP32的智能硬件系统设计方法，熟悉传感器数据采集、微控制器编程、自动控制算法开发的完整流程。

二、深入理解红外传感器的工作原理及其信号调理电路设计。

三、具备物联网系统集成能力、嵌入式软件开发能力、物理量检测与标定能力。

四、培养工程文档撰写能力和团队协作解决问题的能力。

2）活动形式：（小组讨论、试验、查阅资料、调查、实地测量）

一、前期准备。查阅红外传感器工作原理资料，学习ESP32开发环境配置及相关编程知识。

二、硬件搭建。设计电路图，完成传感器、信号灯、蜂鸣器、ESP32开发板的接线以及装置外观设计。

三、程序开发。编写传感器数据采集、报警器阈值控制的代码并调试。

四、数据测试。测试不同气体、不同距离下装置的触发情况，记录数据并分析误差。

五、总结优化。调试优化系统，撰写结题报告。

3）活动过程：

研究所需条件：

硬件：ESP32开发板、MQ135气体传感器、蜂鸣器、气体报警

器模型、杜邦线、电源等。

软件：Arduino IDE、串口监视器。

研究步骤：

一、查阅气体传感器原理，学习ESP32开发环境。

二、设计电路图，完成硬件接线（传感器、蜂鸣机、等）。

三、编写并调试传感器数据采集及装置控制程序。

四、测试不同距离、不同环境湿度下的传感器响应及装置触发情况。

五、分析环境湿度对传感器检测精度的影响。

实验步骤：

① 将 HR202 插入花盆 5 cm 深处，ESP32 每秒采样一次，通过串口发送原始 ADC 值；

② 在干燥与饱和两种极限状态下标定 dryValue=2850、wetValue=1200；

③ 设定阈值 low=1700、high=1500，每次浇水持续 3 s；

④ 用喷壶人为制造湿度扰动，观察系统是否及时响应；

⑤ 调整阈值步长 50，记录 5 组不同参数下的湿度保持效果；

⑥ 最终确定 low=1600、high=1480，波动区间 48 %～52 %RH，满足绿萝生长需求。

实验数据：

| 测试轮次 | 初始湿度 | 最低湿度 | 浇水后湿度 | 响应时间 | 备注 |
  | 1 | 45 % | 47 % | 52 % | 4 s | 正常 |
  | 2 | 43 % | 46 % | 51 % | 3 s | 正常 |
  | 3 | 48 % | 49 % | 54 % | 5 s | 延迟 1 s |
  | 4 | 42 % | 45 % | 50 % | 3 s | 正常 |
  | 5 | 44 % | 47 % | 53 % | 4 s | 正常 |

4）活动结果：（得到什么结论、解决哪些问题、是否完成预定目标和计划、出现的新问题）

研究成果概述：

1、控制精度：系统能有效维持土壤湿度在阈值附近，波动范围合理。

2、触发准确性：5次浇水均发生在湿度低于50%时，逻辑可靠。

3、能源效率：电池续航满足24小时持续运行，电压下降在预期范围内。

出现问题：

问题 1：供电不足导致 ESP32 重启。

解决：把 3.7 V 锂电池经升压模块升至 5 V 后，再经 AMS1117-3.3 稳压给 ESP32，实测电流峰值 420 mA，余量充足。

问题 2：浇水时间过长，出现溢水。
  解决：把 delay(5000) 改为 delay(3200)，并引入“单次浇水后等待 20 min”的防呆逻辑，既节水又防止根系腐烂。

问题 3：继电器吸合瞬间电压跌落，ADC 采样抖动。
  解决：在继电器线圈两端并联 104 陶瓷电容，并在 ADC 输入端加 10 µF 电解电容，采样波动从 ±40 降至 ±5。