О чём статья

Датчик JXCT 7-в-1 по Modbus RTU даёт сырые значения. Без компенсации температура и влажность сильно искажают EC, pH и NPK. В статье — как устроена open-source прошивка с научно обоснованной компенсацией (Rhoades, Нернст, Delgado), точная схема подключения ESP32 → SP3485E → датчик, интеграции с MQTT, Home Assistant и ThingSpeak, REST API, OTA 2.0, калибровка через CSV, рекомендации по 24 культурам и 13 типам почв.

Что измеряет датчик

Датчик: Modbus RTU, 9600 bps. Питание датчика: 12–24 В (отдельный блок). ESP32 и SP3485E — от 3.3 В.

Схема подключения (из проекта)

ESP32 общается с датчиком через RS485. Нужен трансивер SP3485E (3.3 V).

ESP32 → SP3485E:

SP3485E → JXCT (линия RS485):

Питание датчика (отдельное):

Важно: GND ESP32, SP3485E и блока питания датчика — общий. На длинных линиях RS485 — терминатор 120 Ом между A и B. Полярность A+/B- соблюдать строго.

Научная компенсация

Двухэтапная схема

1. SensorCorrection — всегда включена: множитель + смещение для влажности, EC, температуры.

2. SensorCompensationService — научные формулы, включается в настройках.

EC — Rhoades et al. (1989)

$$\text{EC}{\text{comp}} = \text{EC}{\text{raw}} \times (1 + 0.021 \times (T - 25))$$

При +1°C EC растёт примерно на 2.1%. Источник: Rhoades et al., SSSAJ, 1989.

pH — уравнение Нернста (Ross et al., 2008)

$$\text{pH}{\text{comp}} = \text{pH}{\text{raw}} - 0.003 \times (T - 25)$$

При +1°C pH снижается на 0.003. Источник: Ross et al., SSSAJ, 2008.

NPK — Delgado et al. (2020)

Учёт температуры и влажности, коэффициенты по типу почвы:

$$\text{N}{\text{comp}} = \text{N}{\text{raw}} \times e^{\delta_N(T-20)} \times (1 + \varepsilon_N(\theta-30))$$

Аналогично для P и K. Коэффициенты δ и ε зависят от типа почвы (песок, суглинок, глина, торф и др.). Источник: Delgado et al., European Journal of Soil Science, 2020.

NutrientInteractionService

Учитывает антагонизмы и синергизмы NPK:

• Антагонизмы: N↔K, K↔Mg, P↔Zn, P↔Ca (pH-зависимость).

• Синергизмы: N+S, Ca+B.

24 культуры и 13 типов почв

CropRecommendationEngine — рекомендации по 24 культурам.

Овощи: томат, огурец, перец, салат, шпинат, капуста, картофель, морковь.
Ягоды: клубника, малина, смородина, черника, ежевика.
Плодовые: яблоня, груша, вишня, виноград.
Специальные: газон, хвойные, базилик, пшеница, соя.
Generic — универсальный профиль.

Для каждой культуры заданы оптимальные диапазоны: температура, влажность, EC, pH, N, P, K.
Корректировки: сезон (весна/лето/осень/зима), тип среды (открытый грунт, теплица, помещение).

Типы почв (13): песок, суглинок, глина, торф, песчано-торфяная смесь, иловая, глинистый суглинок, органическая, песчанистый суглинок, иловатый суглинок, суглинистая глина, засоленная, щелочная.

Калибровка

Лабораторная (CSV)

Загрузка CSV через веб-интерфейс (/readings → загрузка файла). Профили: SAND, LOAM, PEAT. Линейная интерполяция по парам (raw, corrected).

API калибровки

• GET /api/calibration/status — статус, количество точек.

• POST /api/calibration/temperature, /api/calibration/humidity, /api/calibration/ec, /api/calibration/ph, /api/calibration/npk — добавление точек.

• POST /api/calibration/reset — сброс.

• GET /api/calibration/export, POST /api/calibration/import — экспорт/импорт.

Коррекция (множитель + смещение)

• /api/correction/settings, /api/correction/factors — настройка slope/offset для влажности, EC, температуры.

• /api/correction/reset — сброс.

Веб-интерфейс

Встроенный веб-сервер: WiFi/MQTT/ThingSpeak, показания в реальном времени, цветовая индикация (норма / внимание / предупреждение / критично), стрелки изменений после компенсации, AJAX-обновление (по умолчанию каждые 5 с), CSRF-защита.

Адаптивная вёрстка (mobile/tablet/desktop).

Скриншоты веб-интерфейса:

REST API

Версионированный API v1 (см. include/jxct_strings.h).

Отчёты: /api/reports/test-summary, /api/reports/technical-debt, /api/reports/full.

MQTT

Топики публикации: {prefix}/temperature, {prefix}/humidity, {prefix}/ec, {prefix}/ph, {prefix}/nitrogen, {prefix}/phosphorus, {prefix}/potassium, {prefix}/status.

Команды: jxct/command — reboot, reset, publish_test.
{prefix}/ota/command — check, install.

Интервалы: 1–60 мин (по умолчанию 30 мин).
Дельта-фильтр: публикация только при значимых изменениях.

Home Assistant

MQTT Discovery включён. Настройте брокер в web UI — датчик появляется в HA автоматически. Топики конфигурации: homeassistant/sensor/{device_id}_temperature/config и аналогично для остальных параметров.

ThingSpeak

Поля Field1–7: температура, влажность, EC, pH, N, P, K.
Интервал: 5–120 мин (по умолчанию 1 мин).
Валидация: NaN/Inf, диапазоны. Блокировка при серии ошибок, повторные попытки.

OTA 2.0

• Манифест: https://github.com/Gfermoto/soil-sensor-7in1/releases/latest/download/manifest.json.

• Проверка раз в час (или по команде).

• Двухэтапная схема: проверка → установка через веб.

• SHA256 проверка.

• Локальная загрузка: /ota/upload — загрузка .bin через веб.

• MQTT: {prefix}/ota/command — check, install.

Дополнительные возможности

• Дельта-фильтр — публикация MQTT только при значимых изменениях.

• Детектор полива — порог irrigationSpikeThreshold, удержание irrigationHoldMinutes.

• Сезонные поправки — по широте/долготе.

• NTP — синхронизация времени.

• Фильтры — Калман, медиана, outlier.

• Watchdog — 30 с (60 с при OTA).

• Кнопка сброса — удержание 5 с.

• Тесты — pytest, native unit tests, ~70% покрытие.

• CI/CD — GitHub Actions.

Архитектура

1. Modbus RTU (9600)

2. modbus_sensor → SensorData (raw)

3. SensorCorrection (slope/offset)

4. CalibrationManager (CSV таблицы)

5. SensorCompensationService (Rhoades, Nernst, Delgado)

6. NutrientInteractionService (NPK антагонизм/синергизм)

7. AdvancedFilters (Калман, медиана, outlier)

8. CropRecommendationEngine (рекомендации)

9. Выход: Веб-интерфейс | REST API | MQTT | ThingSpeak

Быстрый старт

git clone https://github.com/Gfermoto/soil-sensor-7in1.git

cd soil-sensor-7in1

pip install -r requirements.txt

pio run -t upload

pio run -t uploadfs

После загрузки — точка доступа ESP32, настройка WiFi, веб по http://<IP>.

Стек

C++17, PlatformIO, Arduino, Modbus RTU (9600), CSRF, 90+ тестов, AGPL-3.0.

Репозиторий
Документация

Вопросы — в комментариях или Issues на GitHub.