简介

该传感器适用于检测土壤肥沃情况，5-30V宽电压供电，RS485输出，可检测氮、磷、钾，响应快，输出稳定，可搭配Arduino UNO R3与TTL转485扩展板，快速搭建测试。

土壤传感器防护等级为IP68，采用黑色阻燃环氧树脂真空灌装密封，探针材质选用316型不锈钢，具有防锈防水防腐蚀、耐盐碱腐蚀、耐长期电解，受土壤含盐量影响较小，可长期埋入土壤中，适用各种土质。

土壤传感器广泛适用于稻田、大棚种植、水稻、蔬菜种植、果园苗圃、花卉以及土壤研究等。

注：氮磷钾传感器数据只能作为参考，无法像专业仪器精准。

特点

• 5-30V宽电压供电
• RS485输出，可搭配Arduino使用
• 不锈钢探针，可长期埋入土里或水里
• 树脂真空灌装密封，IP68防护等级

技术规格

• 供电电压：DC5-30V
• 功耗：0.15W@12V
• 输出方式：RS485
• 检测参数：氮、磷、钾
• 氮磷钾量程：0-2999mg/kg（mg/L）
• 分辨率：1mg/kg（mg/L）
• 精度：≤5%（以实际测定仪器为准）
• 防护等级：IP68
• 探针材料：防腐特制电极
• 密封材料：黑色阻燃环氧树脂
• 工作温度：0°C~+55°C
• 尺寸：1234515mm
• 线长：2m

引脚示意图

尺寸图

通信协议

1、通讯基本参数

2、数据帧格式定义

采用 ModBus-RTU 通讯规约，格式如下：

• 初始结构 ≥4 字节的时间
• 地址码 = 1 字节
• 功能码 = 1 字节
• 数据区 = N 字节
• 错误校验 = 16 位 CRC 码
• 结束结构 ≥4 字节的时间
• 地址码：为传感器的地址，在通讯网络中是唯一的（出厂默认 0x01）。
• 功能码：主机所发指令功能指示，本传感器只用到功能码 0x03（读取寄存器数据）。0x06 0x10
• 数据区：数据区是具体通讯数据，注意 16bits 数据高字节在前！
• CRC 码：二字节的校验码。

主机问询帧结构：

从机应答帧结构：

3、通讯协议示例及解释

3.1、举例：读取设备地址 0x01 的氮含量暂存值

问询帧（16 进制）：

应答帧（16 进制）：

氮含量暂存值计算：

• 氮含量暂存值：0020 H（16 进制）= 32 =>氮= 32mg/kg

3.2、举例：读取设备地址 0x01 的磷含量暂存值

问询帧（16 进制）：

应答帧（16 进制）：

磷含量暂存值计算：

• 磷含量暂存值：0025 H（16 进制）= 37 =>磷=37mg/kg

3.3、举例：读取设备地址 0x01 的钾含量暂存值

问询帧（16 进制）：

应答帧（16 进制）：

钾含量暂存值计算：

• 钾含量暂存值：0030 H（16 进制）= 48 =>钾=48mg/kg

4、寄存器地址

使用教程

准备

• 硬件

  Arduino UNO x1

  TTL转RS485扩展板（DFR0259） x1

  RS485土壤传感器(氮&磷&钾) x1

• 软件

  Arduino IDE，点击下载 Arduino IDE

接线图

烧录代码前，请将扩展板的收发模式开关切换到AUTO，运行/编译开关切换到OFF，烧录代码后，运行/编译开关切换到ON，串口波特率选择9600

示例代码

uint8_t Com[8] = { 0x01, 0x03, 0x00, 0x1E, 0x00, 0x01, 0xE4, 0x0C };   //氮
uint8_t Com1[8] = { 0x01, 0x03, 0x00, 0x1F, 0x00, 0x01, 0xB5, 0xCC };  //磷
uint8_t Com2[8] = { 0x01, 0x03, 0x00, 0x20, 0x00, 0x01, 0x85, 0xC0 };  //钾
int N, P, K;
void setup() {
  Serial.begin(9600);  //初始化串口
}
void loop() {
  int N = readN();
  Serial.print("N = ");
  Serial.print(N);
  Serial.print(" mg/kg  ");
  int P = readP();
  Serial.print("P = ");
  Serial.print(P);
  Serial.print(" mg/kg  ");
  int k = readK();
  Serial.print("K = ");
  Serial.print(K);
  Serial.println(" mg/kg  ");
  delay(1000);
}

int readN(void) {
  uint8_t Data[10] = { 0 };
  uint8_t ch = 0;
  bool flag = 1;
  while (flag) {
    delay(100);
    Serial.write(Com, 8);
    delay(10);
    if (readN(&ch, 1) == 1) {
      if (ch == 0x01) {
        Data[0] = ch;
        if (readN(&ch, 1) == 1) {
          if (ch == 0x03) {
            Data[1] = ch;
            if (readN(&ch, 1) == 1) {
              if (ch == 0x02) {
                Data[2] = ch;
                if (readN(&Data[3], 4) == 4) {
                  if (CRC16_2(Data, 5) == (Data[5] * 256 + Data[6])) {
                    N = Data[3] * 256 + Data[4];
                    flag = 0;
                  }
                }
              }
            }
          }
        }
      }
    }
    Serial.flush();
  }
  return N;
}

int readP(void) {
  uint8_t Data1[10] = { 0 };
  uint8_t ch1 = 0;
  bool flag1 = 1;
  while (flag1) {
    delay(100);
    Serial.write(Com1, 8);
    delay(10);
    if (readN(&ch1, 1) == 1) {
      if (ch1 == 0x01) {
        Data1[0] = ch1;
        if (readN(&ch1, 1) == 1) {
          if (ch1 == 0x03) {
            Data1[1] = ch1;
            if (readN(&ch1, 1) == 1) {
              if (ch1 == 0x02) {
                Data1[2] = ch1;
                if (readN(&Data1[3], 4) == 4) {
                  if (CRC16_2(Data1, 5) == (Data1[5] * 256 + Data1[6])) {
                    P = Data1[3] * 256 + Data1[4];
                    flag1 = 0;
                  }
                }
              }
            }
          }
        }
      }
    }
    Serial.flush();
  }
  return P;
}

int readK(void) {
  uint8_t Data2[10] = { 0 };
  uint8_t ch2 = 0;
  bool flag2 = 1;
  while (flag2) {
    delay(100);
    Serial.write(Com2, 8);
    delay(10);
    if (readN(&ch2, 1) == 1) {
      if (ch2 == 0x01) {
        Data2[0] = ch2;
        if (readN(&ch2, 1) == 1) {
          if (ch2 == 0x03) {
            Data2[1] = ch2;
            if (readN(&ch2, 1) == 1) {
              if (ch2 == 0x02) {
                Data2[2] = ch2;
                if (readN(&Data2[3], 4) == 4) {
                  if (CRC16_2(Data2, 5) == (Data2[5] * 256 + Data2[6])) {
                    K = Data2[3] * 256 + Data2[4];
                    flag2 = 0;
                  }
                }
              }
            }
          }
        }
      }
    }
    Serial.flush();
  }
  return K;
}


uint8_t readN(uint8_t *buf, size_t len) {
  size_t offset = 0, left = len;
  int16_t Tineout = 500;
  uint8_t *buffer = buf;
  long curr = millis();
  while (left) {
    if (Serial.available()) {
      buffer[offset] = Serial.read();
      offset++;
      left--;
    }
    if (millis() - curr > Tineout) {
      break;
    }
  }
  return offset;
}

unsigned int CRC16_2(unsigned char *buf, int len) {
  unsigned int crc = 0xFFFF;
  for (int pos = 0; pos < len; pos++) {
    crc ^= (unsigned int)buf[pos];
    for (int i = 8; i != 0; i--) {
      if ((crc & 0x0001) != 0) {
        crc >>= 1;
        crc ^= 0xA001;
      } else {
        crc >>= 1;
      }
    }
  }

  crc = ((crc & 0x00ff) << 8) | ((crc & 0xff00) >> 8);
  return crc;
}

结果：将土壤传感器插入土里，则串口打印出传感器检测到的氮、磷、钾值。

注：氮磷钾传感器数据只能作为参考，无法像专业仪器精准。

安装使用方法

1、速测法

选定合适的测量地点，避开石块，确保钢针不会碰到坚硬的物体，按照所需测量深度抛开表层土，保持下面土壤原有的松紧程度，紧握传感器垂直插入土壤，插入时不可左右晃动，一个测点的小范围内建议多次测量求平均值。

2、埋地测量法

垂直挖直径>20cm 的坑，在既定的深度将传感器钢针水平插入坑壁，将坑填埋严实，稳定一段时间后，即可进行连续数天，数月乃至更长时间的测量和记录。

3、注意事项

• 测量时钢针必须全部插入土壤里。
• 避免强烈阳光直接照射到传感器上而导致温度过高，野外使用注意防雷击。
• 勿暴力折弯钢针，勿用力拉拽传感器引出线，勿摔打或猛烈撞击传感器。
• 传感器防护等级 IP68，可以将传感器整个泡在水中。
• 由于在空气中存在射频电磁辐射，不宜长时间在空气中处于通电状态。

常见问题

无输出或输出错误存在可能的原因：

• 电脑有 COM 口，选择的口不正确。
• TTL转485模块运行/编程拨动开关选择不正确。
• 波特率错误。
• 485 总线有断开，或者 A、B 线接反。
• 设备数量过多或布线太长，应就近供电。
• 设备损坏。

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