原標(biāo)題：基于 MT05S 的土壤濕度傳感（接線圖+演示文件+Arduino和樹莓派源碼）

一、系統(tǒng)概述
本方案基于MT05S 1-Wire土壤濕度傳感器，通過Arduino和樹莓派實現(xiàn)對土壤濕度、土壤溫度及電導(dǎo)率（EC）的實時測量與數(shù)據(jù)采集，將傳感器探頭直接插入土壤中，借助1-Wire總線協(xié)議將測得的模擬和值轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)傳輸至主控板，然后在串口終端或圖形界面上顯示，并可進一步將數(shù)據(jù)上傳至云平臺或本地數(shù)據(jù)庫進行存儲與分析。由于MT05S采用一體化封裝設(shè)計，具備IP68防護等級，可長期埋入土壤不受損，同時功耗極低（待機電流最大30μA，測量電流僅15mA/100ms），適合對盆栽、小面積苗圃以及大規(guī)模溫室等場景的土壤環(huán)境監(jiān)測，兼具高穩(wěn)定性與高精度，可在-40℃~85℃的溫度范圍內(nèi)正常工作，充分滿足農(nóng)業(yè)種植、智能灌溉、環(huán)境監(jiān)測等應(yīng)用需求 。該方案主要包含傳感器模塊、Arduino主控模塊、樹莓派主控模塊、輔助電路及連接線纜等硬件部分，以及Arduino C/C++開發(fā)環(huán)境和Python開發(fā)環(huán)境下的示例源碼文件。以下內(nèi)容將依次介紹優(yōu)選元器件的選型理由與功能作用、詳細(xì)接線方式、Arduino端與樹莓派端的軟件實現(xiàn)及演示文件說明，旨在為推動“智能農(nóng)業(yè)+物聯(lián)網(wǎng)”應(yīng)用落地提供完整參考。

二、優(yōu)選元器件型號與選用理由
本節(jié)列出實現(xiàn)MT05S土壤濕度傳感系統(tǒng)所需的各類核心元器件，包括傳感器本體、主控板、電源模塊、上拉電阻、連線與輔助配件，并對其型號、作用、優(yōu)勢與選用理由進行詳細(xì)說明，為后續(xù)硬件設(shè)計與采購提供參考依據(jù)。

1. MT05S-ABB005 1-Wire土壤濕度傳感器

• 型號/編號：MT05S-ABB005（含土壤濕度、土壤溫度與電導(dǎo)率測量功能，電源2.7～12V DC，5米長測量電纜）。

• 功能/作用：采用FDR（頻域反射）測量原理，實現(xiàn)土壤體積含水率（VWC）0%～100%測量，并可選配電導(dǎo)率測量，附帶DS18B20兼容的1-Wire協(xié)議接口，同時內(nèi)置溫度測量功能，用戶可根據(jù)訂購選項選擇帶有或不帶電導(dǎo)率測量的版型。

• 選用理由：MT05S兼具土壤濕度、溫度及可選電導(dǎo)率三種測量參數(shù)，減少了多傳感器集成時的線路與編程復(fù)雜度；1-Wire總線僅需一根數(shù)據(jù)線即可與主控板通信，便于布線；超低待機功耗（最大30μA）、較高測量精度（0%～50%：±3%，50%～100%：±5%），且具備IP68防護等級，可直接埋入土壤中長期使用，耐酸堿腐蝕，適應(yīng)農(nóng)業(yè)與溫室應(yīng)用場景需求；外置長達(dá)5m的測量電纜可靈活拓展測量范圍。

2. Arduino Uno R3開發(fā)板

• 型號/編號：Arduino Uno R3（ATmega328P主控，14路數(shù)字I/O口，6路ADC口，5V/16MHz工作頻率）。

• 功能/作用：作為傳感器與下位設(shè)備（PC或串口屏等）的橋梁，讀取MT05S傳感器1-Wire數(shù)據(jù)并解碼，將結(jié)果通過串口或網(wǎng)絡(luò)模塊上傳；可運行演示示例程序，支持即插即用；多路I/O可集成其他傳感器或執(zhí)行器。

• 選用理由：Arduino Uno R3擁有成熟的社區(qū)與豐富的示例庫，兼容OneWire與DS18B20協(xié)議庫，易于與MT05S配合；板載穩(wěn)壓器支持外接5V電源；成本低廉、學(xué)習(xí)曲線平緩；板上自帶USB轉(zhuǎn)串口模塊，可直接與PC連接進行調(diào)試，適合示范與小規(guī)模部署。

3. Raspberry Pi 3B+ 單板計算機

• 型號/編號：Raspberry Pi 3 Model B+（Arm Cortex-A53四核處理器，1GB內(nèi)存，支持Wi-Fi與以太網(wǎng)）。

• 功能/作用：用于運行Python腳本，通過樹莓派的1-Wire接口（GPIO4）直接與MT05S通信，實時采集并處理土壤環(huán)境數(shù)據(jù)，可進一步進行圖形化展示、Web服務(wù)器部署或?qū)?shù)據(jù)發(fā)送至云平臺；可接入攝像頭、觸摸屏等進行人機交互擴展。

• 選用理由：樹莓派3B+具有較高計算資源與網(wǎng)絡(luò)功能，可承載輕量級數(shù)據(jù)庫或可視化界面；官方支持1-Wire總線，通過啟用GPIO4系統(tǒng)可原生掛載MT05S設(shè)備；豐富的Python庫簡化開發(fā)；適合后期拓展為邊緣計算節(jié)點，具備更強擴展能力。

4. 4.7kΩ 1/4W 上拉電阻

• 型號/編號：YAGEO 4.7kΩ ±5% 貼片或插件電阻。

• 功能/作用：為1-Wire總線提供必要的上拉電平支持，使單總線設(shè)備（MT05S）在Idle（空閑）狀態(tài)下保持高電平，通過開漏或集電極/漏極輸出實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信；在單總線通信過程中，保證時序與信號完整性。

• 選用理由：4.7kΩ為常見的1-Wire總線標(biāo)準(zhǔn)上拉阻值，既能保證通信速度與穩(wěn)定性，又能在低功耗模式下減少待機泄漏電流；1/4W功率足以應(yīng)對5V電平環(huán)境；貼片或插件封裝方便在面包板或PCB設(shè)計中使用。

5. 5V 2A DC 穩(wěn)壓電源模塊

• 型號/編號：LM2596S/AMS1117-5.0等基于DCDC或LDO穩(wěn)壓模塊，輸入7V～12V DC，輸出5V 2A。

• 功能/作用：為Arduino Uno、MT05S供電，并可通過5V電源供給其他外設(shè)（如電源指示燈、串口屏、繼電器模塊等）；如在樹莓派側(cè)也可使用5V 2.5A或3A電源適配器為樹莓派及MT05S提供穩(wěn)定電壓。

• 選用理由：穩(wěn)壓模塊體積小、成本低，易于集成到系統(tǒng)箱體中；LM2596S DCDC模塊效率高、發(fā)熱低；AMS1117-5.0線性穩(wěn)壓器輸出噪聲小，可作為MT05S或Arduino板的備用供電。

6. 面包板及杜邦線（公對母/公對公）

• 型號/編號：MB-102透明大號面包板、20cm杜邦線若干。

• 功能/作用：用于原型搭建階段將MT05S、Arduino、上拉電阻等模塊進行臨時電路連接，方便快速組裝與調(diào)試；杜邦線可將各引腳對應(yīng)連接至面包板或Arduino GPIO口。

• 選用理由：面包板無需焊接，可任意組合跳線；杜邦線常見、易采購；適合實驗室或教學(xué)場景；待后期完成原型驗證后可定制PCB或接線更為緊湊可靠的方案。

7. Micro USB 數(shù)據(jù)線

• 型號/編號：USB A to Micro B 數(shù)據(jù)線。

• 功能/作用：為Arduino Uno提供5V電源與程序下載功能，同時可作為串口通信通道；若使用Arduino IDE進行串口打印、調(diào)試，數(shù)據(jù)線必不可少。

• 選用理由：Micro USB為Arduino Uno標(biāo)準(zhǔn)接口；通用性高、隨處可購；即插即用，配合Arduino IDE快速燒寫代碼與監(jiān)控串口輸出。

8. Micro SD 卡（16GB或以上）

• 型號/編號：Sandisk 16GB Class10 Micro SD 卡。

• 功能/作用：用在樹莓派系統(tǒng)啟動盤，預(yù)裝Raspbian或Raspberry Pi OS，用于存儲操作系統(tǒng)與Python示例程序，以及在本地存儲采集到的土壤數(shù)據(jù)日志。

• 選用理由：較大的容量可保證操作系統(tǒng)與日志文件空間充足；Class10讀寫速度快，能滿足系統(tǒng)啟動與數(shù)據(jù)存儲需求；品牌卡更穩(wěn)定、不易損壞。

9. 可選擴展：OLED 0.96寸 I2C 顯示模塊

• 型號/編號：SSD1306 0.96″ 128×64像素 I2C OLED。

• 功能/作用：在Arduino或樹莓派端可用于本地實時顯示土壤濕度、溫度與電導(dǎo)率數(shù)值，無需串口監(jiān)視器即可直觀查看；如在戶外安裝可省去額外電腦查看。

• 選用理由：I2C接口僅需兩根引腳；128×64分辨率足以展示多行文本數(shù)據(jù)；功耗低、可視性好；適合小型信息顯示；也可后期用作系統(tǒng)調(diào)試輔助。

10. 線材附件與防護殼

• 型號/編號：PVC線套、熱縮管、電工膠帶、塑料殼體若干。

• 功能/作用：用于包裹電路，避免短路；保護MT05S與接線不受土壤腐蝕；同時可對整個原型進行一定程度的防水、防塵處理。

• 選用理由：現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜，土壤濕度高，必須對裸露引腳進行絕緣、密封；熱縮管能緊密包裹杜邦線連接處，防止接觸不良；選配塑料殼體可將Arduino與上拉電阻、電源模塊固定并提供一定防護。

三、硬件接線與接線圖說明
本節(jié)主要詳細(xì)闡述MT05S與Arduino、MT05S與樹莓派兩種主控板之間的硬件連接方式及電路邏輯，確保用戶能依據(jù)接線圖正確搭建系統(tǒng)。

3.1 MT05S與Arduino Uno的連接方式
MT05S采用1-Wire總線接口，與DS18B20兼容，只需單根數(shù)據(jù)線“DATA”連接至Arduino Uno的數(shù)字IO口，同時需要在該總線上加裝上拉電阻至5V，為保證通信穩(wěn)定性，推薦使用4.7kΩ上拉電阻；MT05S還需要連接電源與地線，要求2.7V～12V直流供電，Arduino板輸出的5V可直接供給MT05S的VCC。具體接線如下：

• MT05S 紅色線（VCC）→ Arduino Uno 5V 引腳

• MT05S 黑色線（GND）→ Arduino Uno GND 引腳

• MT05S 黃色線（DATA）→ Arduino Uno 數(shù)字引腳2（D2）（或其他可用數(shù)字I/O）

• 一端4.7kΩ上拉電阻 → Arduino Uno 5V，另一端 → Arduino Uno 數(shù)字引腳2（D2）

整套電路可在面包板上進行物理連接，如圖3-1所示。示意圖中，MT05S探頭通過5米長電纜連接接頭板，該接頭板再通過杜邦線接入Arduino Uno，同時在數(shù)據(jù)線上并聯(lián)4.7kΩ電阻拉至5V。

MT05S與Arduino Uno接線

1. MT05S探頭直接插入待測土壤；

2. 接頭板上對應(yīng)標(biāo)注VCC、GND、DQ（數(shù)據(jù)）端；

3. 將VCC連接至Arduino Uno的5V，GND連接至Arduino Uno的GND，DQ連接至Arduino Uno數(shù)字口D2；

4. 在D2與5V之間并聯(lián)一只4.7kΩ上拉電阻；

5. 可選OLED模塊的I2C接口（SDA→A4，SCL→A5）連接至Arduino用于本地顯示。

3.2 MT05S與Raspberry Pi 3B+的連接方式
樹莓派的1-Wire總線通常連接至GPIO4（BCM編號），需要在/boot/config.txt文件中啟用1-Wire總線模塊（在文件末尾添加“dtoverlay=w1-gpio,gpiopin=4,pullup=on”），并重啟系統(tǒng)；MT05S的數(shù)據(jù)線直接連接至GPIO4，需在該線路并聯(lián)一個4.7kΩ上拉至3.3V電源；同時將MT05S VCC連接至樹莓派的3.3V或5V輸出（建議使用3.3V避免邏輯電平?jīng)_突），將MT05S GND連接至樹莓派GND。具體接線如下：

• MT05S 紅色線（VCC）→ Raspberry Pi 3.3V 引腳（Pin1）

• MT05S 黑色線（GND）→ Raspberry Pi GND 引腳（Pin6）

• MT05S 黃色線（DATA）→ Raspberry Pi GPIO4 引腳（Pin7）

• 4.7kΩ上拉電阻 → 連接在GPIO4（DATA）與3.3V（Pin1）之間

如圖3-2所示，MT05S探頭的VCC連接至樹莓派的3.3V，因樹莓派的GPIO引腳為3.3V邏輯電平，使用3.3V供電可有效保證1-Wire信號電平匹配并保護GPIO口不被高壓損壞；若選擇5V供電，則需在數(shù)據(jù)線上加裝電平轉(zhuǎn)換電路，或者使用GPIO口的耐受5V保護措施（例如額外保護二極管或電平轉(zhuǎn)換板）。

圖3-2：MT05S與Raspberry Pi 3B+接線示意圖

1. 在樹莓派/boot/config.txt啟用1-Wire總線（dtoverlay=w1-gpio,gpiopin=4,pullup=on）；

2. MT05S VCC → Raspberry Pi 3.3V（Pin1），MT05S GND → Raspberry Pi GND（Pin6）；

3. MT05S DATA → Raspberry Pi GPIO4（Pin7），并在此處并聯(lián)4.7kΩ上拉電阻至3.3V；

4. 若需要OLED顯示，可利用I2C（GPIO2為SDA，GPIO3為SCL）接入SSD1306模塊。

四、Arduino端軟件實現(xiàn)與演示文件說明
本節(jié)圍繞Arduino Uno對MT05S進行讀寫及數(shù)據(jù)處理，提供完整示例代碼、庫引用說明與程序邏輯解讀，以便用戶快速運行并采集土壤參數(shù)數(shù)據(jù)。

4.1 開發(fā)環(huán)境與依賴庫

• Arduino IDE版本：Arduino IDE 1.8.x或以上，Windows/Mac/Linux均適用。

• 依賴庫：

1. OneWire庫（用于1-Wire總線通信，與MT05S兼容DS18B20協(xié)議），可通過Library Manager安裝。

2. DallasTemperature庫（若僅需要溫度，可封裝溫度讀取，但MT05S數(shù)據(jù)包第三、四字節(jié)為土壤溫度高低位，此示例不使用DallasTemperature，此處使用OneWire自定義代碼讀?。?/span>

3. Adafruit_SSD1306與Adafruit_GFX（若使用SSD1306 OLED顯示模塊實現(xiàn)本地顯示）。

在Arduino IDE中依次點擊“工具”→“庫管理”→搜索“OneWire”并安裝最新版；若需要SSD1306顯示，請搜索并安裝“Adafruit SSD1306”與“Adafruit GFX”庫。

4.2 示例代碼結(jié)構(gòu)與功能
以下示例代碼基于OneWire庫實現(xiàn)MT05S的轉(zhuǎn)換指令、數(shù)據(jù)讀取、CRC校驗與數(shù)值解析，并將土壤溫度、濕度與電導(dǎo)率實時打印至串口監(jiān)視器。代碼注釋詳盡，便于理解通信時序與寄存器含義。

#include <OneWire.h>

// 定義MT05S連接引腳
#define MT05S_PIN 2  // 將MT05S數(shù)據(jù)線連接至Arduino數(shù)字引腳2
OneWire oneWire(MT05S_PIN);

void setup() {
  Serial.begin(9600); // 初始化串口，波特率9600
  delay(1000);
  Serial.println("------------ MT05S Soil Sensor Demo ------------");
}

void loop() {
  byte scratchpad[9];  // 存放讀出的9字節(jié)數(shù)據(jù)

  // 發(fā)送復(fù)位脈沖
  if (!oneWire.reset()) {
    Serial.println("No response from MT05S sensor. Check wiring!");
    delay(1000);
    return;
  }

  // 跳過ROM選擇（Skip ROM），直接對掛接在總線上唯一設(shè)備操作
  oneWire.skip();

  // 發(fā)送轉(zhuǎn)換溫度及濕度指令（0x44）
  oneWire.write(0x44);

  // 等待轉(zhuǎn)換完成，MT05S轉(zhuǎn)換周期最大100ms，此處輪詢DQ線狀態(tài)
  while (oneWire.read_bit() == 0) {
    delay(10);
  }

  // 再次發(fā)送復(fù)位脈沖以開始讀取Scratchpad
  oneWire.reset();
  oneWire.skip();
  oneWire.write(0xBE);  // Read Scratchpad指令

  // 讀取9字節(jié)數(shù)據(jù)到scratchpad數(shù)組
  for (int i = 0; i < 9; i++) {
    scratchpad[i] = oneWire.read();
  }

  // 驗證CRC：計算前8字節(jié)CRC與第9字節(jié)比對
  byte crcCalc = OneWire::crc8(scratchpad, 8);
  if (crcCalc != scratchpad[8]) {
    Serial.println("CRC ERROR! Data invalid.");
    delay(1000);
    return;
  }

  // 將多個字節(jié)拼接成有符號整數(shù)
  int16_t tempRaw = (scratchpad[0] & 0xFF) | ((scratchpad[1] & 0xFF) << 8);
  int16_t moistRaw = (scratchpad[2] & 0xFF) | ((scratchpad[3] & 0xFF) << 8);
  int16_t ecRaw = (scratchpad[4] & 0xFF) | ((scratchpad[5] & 0xFF) << 8);

  // 轉(zhuǎn)換為實際物理量
  float temperature = tempRaw / 100.0;    // 單位：℃，保留兩位小數(shù)
  float moisture = moistRaw / 100.0;      // 單位：%，保留兩位小數(shù)
  float conductivity = ecRaw / 1000.0;    // 單位：ms/cm，保留三位小數(shù)

  // 串口打印
  Serial.print("Temperature(C) = ");
  Serial.print(temperature, 2);
  Serial.print("  Moisture(%) = ");
  Serial.print(moisture, 2);
  Serial.print("  EC(ms/cm) = ");
  Serial.println(conductivity, 3);

  delay(1000);  // 每秒鐘讀取一次
}

代碼說明：

• OneWire oneWire(MT05S_PIN);：初始化OneWire對象，使其通過數(shù)字引腳2與MT05S通信；

• oneWire.reset(); oneWire.skip(); oneWire.write(0x44);：向總線發(fā)送復(fù)位脈沖后，跳過ROM選擇，直接對唯一掛在總線上的MT05S發(fā)出“轉(zhuǎn)換指令”（0x44），啟動溫度、濕度與EC測量；

• oneWire.read_bit()：讀取數(shù)據(jù)線電平，通過輪詢等待MT05S轉(zhuǎn)換完成；

• oneWire.write(0xBE)：START讀Scratchpad命令，讀取MT05S寄存器中的9字節(jié)數(shù)據(jù)；

• 使用OneWire::crc8()函數(shù)對前8字節(jié)進行CRC8校驗，與第9字節(jié)對比，保障數(shù)據(jù)完整性；

• 利用makeWord或位拼接方式將高低字節(jié)組合成16位整數(shù)，并根據(jù)MT05S數(shù)據(jù)手冊說明分別除以100.0或1000.0還原為含物理意義的數(shù)值；

• 通過串口打印溫度、濕度與電導(dǎo)率，便于在“串口監(jiān)視器”窗口中實時查看測量結(jié)果。

4.3 演示文件說明

• MT05S_Arduino_Demo.ino：上述示例代碼文件，可直接在Arduino IDE中打開并上傳；

• MT05S_Arduino_OLED.ino（可選）：在MT05S_Arduino_Demo基礎(chǔ)上集成SSD1306 OLED顯示，將測量結(jié)果以文本形式在0.96″ OLED屏上實時顯示；需要在代碼開頭添加對SSD1306與GFX庫的引用，示例如下：

  #include <Wire.h>
  #include <Adafruit_GFX.h>
  #include <Adafruit_SSD1306.h>
  #define SCREEN_WIDTH 128
  #define SCREEN_HEIGHT 64
  Adafruit_SSD1306 display(SCREEN_WIDTH, SCREEN_HEIGHT, &Wire, -1);
  
  void setup() {
    Serial.begin(9600);
    // 初始化OLED
    if (!display.begin(SSD1306_SWITCHCAPVCC, 0x3C)) {
      Serial.println(F("SSD1306 allocation failed"));
      for (;;);
    }
    display.clearDisplay();
    display.setTextSize(1);
    display.setTextColor(SSD1306_WHITE);
    display.println("MT05S Soil Sensor");
    display.display();
    delay(1000);
  }
  
  void loop() {
    // 讀取傳感器邏輯同上，只需在串口打印后增加OLED顯示代碼
    display.clearDisplay();
    display.setCursor(0, 0);
    display.print("T: ");
    display.print(temperature, 2);
    display.println(" C");
    display.print("M: ");
    display.print(moisture, 2);
    display.println(" %");
    display.print("EC: ");
    display.print(conductivity, 3);
    display.println(" mS/cm");
    display.display();
    delay(1000);
  }
  

• 該文件可在Arduino IDE中編譯，并在OLED模塊與MT05S模塊同時連接的情況下運行，實現(xiàn)本地數(shù)據(jù)顯示，免除串口監(jiān)視器查看步驟；顯示效果為三行數(shù)據(jù)顯示：溫度、濕度與電導(dǎo)率。

4.4 注意事項與調(diào)試建議

• 上拉電阻應(yīng)與MT05S數(shù)據(jù)線共用，一端連接至MT05S數(shù)據(jù)線（DQ），另一端連接至Arduino 5V，以保證1-Wire總線處于空閑時保持高電平；若上拉電阻值過大可能導(dǎo)致信號上升緩慢，影響通信穩(wěn)定性；若過小則會加大靜態(tài)功耗，一般采用4.7kΩ最為合適；

• 在不同Arduino板上，若數(shù)字引腳使用了PWM或占用其他外設(shè)，需要在代碼中修改MT05S_PIN為對應(yīng)引腳，并在連接時確保不與其他模塊沖突；

• 若在測量過程中發(fā)現(xiàn)讀數(shù)異常或CRC錯誤，應(yīng)首先檢查物理接線是否牢固、杜邦線是否接觸不良；其次可調(diào)整數(shù)據(jù)線引腳上的上拉電阻數(shù)值，或者縮短線路長度以減少電容負(fù)載；

• MT05S探頭若長期插入土壤會被泥土附著，建議定期拔出清洗探頭表面以保持測量精度；若土壤中鹽分濃度較高，可能對電導(dǎo)率測量造成影響，此時可在軟件層面加入溫度補償或數(shù)據(jù)濾波。

五、樹莓派端軟件實現(xiàn)與演示文件說明
本節(jié)針對Raspberry Pi 3B+系統(tǒng)環(huán)境進行設(shè)置，講解如何在Raspbian（現(xiàn)稱Raspberry Pi OS）系統(tǒng)中啟用1-Wire總線驅(qū)動、讀取MT05S數(shù)據(jù)，并提供Python示例腳本以便快速運行。

5.1 系統(tǒng)環(huán)境準(zhǔn)備

• 操作系統(tǒng)：建議使用Raspberry Pi OS（32-bit）最新版本，可從樹莓派官網(wǎng)下載映像并燒錄至Micro SD卡中；

• 網(wǎng)絡(luò)連接：將樹莓派通過網(wǎng)線或Wi-Fi接入互聯(lián)網(wǎng)，以便下載操作系統(tǒng)更新與所需Python庫；

• SSH/桌面：可選擇在本地連接顯示器、鍵盤鼠標(biāo)進行調(diào)試，或在另一臺PC通過SSH終端遠(yuǎn)程登錄；

5.2 啟用1-Wire總線驅(qū)動
在樹莓派啟動后，打開終端并執(zhí)行以下命令編輯/boot/config.txt文件：

sudo nano /boot/config.txt

在文件末尾添加一行：

dtoverlay=w1-gpio,gpiopin=4,pullup=on

該配置表示啟用GPIO4作為1-Wire總線引腳，并開啟內(nèi)部上拉電阻（若使用外部4.7kΩ上拉可將pullup設(shè)置為off或直接刪除此參數(shù)）；保存并退出nano后，執(zhí)行以下命令使更改生效：

sudo reboot

重啟后，檢查/sys/bus/w1/devices/目錄即可看到以28-開頭的設(shè)備文件夾，該編號即為MT05S的ROM Code。例如：28-060504030201 。

5.3 Python示例腳本
在終端中創(chuàng)建一個Python腳本用于讀取MT05S數(shù)據(jù)并打印，以下示例代碼可保存為mt05s_read.py：

#!/usr/bin/python3
import time

# 請根據(jù)實際在/sys/bus/w1/devices/下的設(shè)備編號修改ROMCODE
ROMCODE = '28-060504030201'
device_file = '/sys/bus/w1/devices/' + ROMCODE + '/w1_slave'

def read_raw():
    """
    讀取設(shè)備文件的原始內(nèi)容，共兩行
    """
    with open(device_file, 'r') as f:
        lines = f.readlines()
    return lines

def read_mt05s():
    """
    解析MT05S數(shù)據(jù)，返回溫度、濕度、電導(dǎo)率三元組
    """
    lines = read_raw()
    # 檢查第一行末尾是否包含"YES"以保證數(shù)據(jù)合法
    while lines[0].strip()[-3:] != 'YES':
        print("CRC check failed or incorrect data, retrying...")
        time.sleep(0.2)
        lines = read_raw()

    # 第二行中包含3個至少6個16進制數(shù)值，分別對應(yīng)溫度、濕度、EC
    parts = lines[1].strip().split(' ')
    # 溫度高位與低位
    temp_hi = int(parts[0], 16)
    temp_lo = int(parts[1], 16)
    temp_raw = temp_hi * 256 + temp_lo
    # 濕度高位與低位
    moist_hi = int(parts[2], 16)
    moist_lo = int(parts[3], 16)
    moist_raw = moist_hi * 256 + moist_lo
    # 電導(dǎo)率高位與低位
    ec_hi = int(parts[4], 16)
    ec_lo = int(parts[5], 16)
    ec_raw = ec_hi * 256 + ec_lo

    # 轉(zhuǎn)換為物理量
    temperature = temp_raw / 100.0      # 單位：℃
    moisture = moist_raw / 100.0        # 單位：%
    conductivity = ec_raw / 1000.0      # 單位：ms/cm

    return temperature, moisture, conductivity

if __name__ == "__main__":
    print("------- MT05S Soil Sensor Reading Demo -------")
    print("ROM Code = {}".format(ROMCODE))
    print("---------------------------------------------")
    while True:
        try:
            t, m, e = read_mt05s()
            print("Temperature(C) = {:.2f} | Moisture(%) = {:.2f} |
             EC(ms/cm) = {:.3f}".format(t, m, e))
        except FileNotFoundError:
            print("Device file not found. Check ROMCODE or wiring!")
        except Exception as ex:
            print("Error reading MT05S:", ex)
        time.sleep(1)

腳本說明：

• 將ROMCODE替換為實際設(shè)備目錄名稱，可通過命令ls /sys/bus/w1/devices/獲??；

• read_raw()函數(shù)負(fù)責(zé)打開并讀取MT05S對應(yīng)的w1_slave設(shè)備文件，共返回兩行文本，第一行末尾的“YES”/“NO”表示CRC校驗結(jié)果；若不為“YES”，則循環(huán)等待并重試；

• 第二行按空格分隔后，前三對字節(jié)分別為溫度、濕度與電導(dǎo)率的高低八位，使用16進制轉(zhuǎn)換后組合成整數(shù)，最后通過除以100.0或1000.0轉(zhuǎn)化為實際工程物理量；

• 在主循環(huán)中，捕獲讀取過程中可能出現(xiàn)的FileNotFoundError與其他異常，提示用戶檢查接線或ROMCODE；

將腳本保存至樹莓派，并賦予可執(zhí)行權(quán)限：

chmod +x mt05s_read.py

然后運行：

sudo ./mt05s_read.py

即可在終端中每秒輸出一次MT05S測量的溫度、濕度與電導(dǎo)率數(shù)值。

5.4 演示文件說明

• mt05s_read.py：上述Python示例腳本，實現(xiàn)MT05S讀數(shù)解碼與打?。?/span>

• mt05s_wiring.pdf：接線說明PDF，可包含文字與箭頭示意圖，建議將MT05S VCC/GND/DATA與Raspberry Pi對應(yīng)引腳連接示意畫出；

• requirements.txt（可選）：包含Python環(huán)境依賴包（由于示例僅使用標(biāo)準(zhǔn)庫，無額外依賴，可忽略）；

• README.md：對項目進行簡要說明，包括在項目根目錄進行的操作步驟、注意事項、ROMCODE查找方法等；

以上文件可打包成.zip或.tar.gz格式分發(fā)，用戶僅需復(fù)制至樹莓派后解壓，并根據(jù)README提示運行即可。若需要在系統(tǒng)啟動時自動運行腳本，可將運行命令插入/etc/rc.local或創(chuàng)建systemd服務(wù)。

六、測試與校準(zhǔn)建議
在實際部署中，為保證MT05S的測量精度與穩(wěn)定性，需對傳感器進行初步測試與環(huán)境校準(zhǔn)，以適應(yīng)不同土壤類型與溫度環(huán)境的差異。

6.1 出廠測試驗證

• 將MT05S探頭懸空置于空氣中，讀數(shù)應(yīng)接近0%濕度，且溫度應(yīng)接近環(huán)境溫度；

• 將探頭插入已知含水量的土壤樣本（可使用標(biāo)準(zhǔn)土壤濕度杯測法獲取真實體積含水率），記錄輸出值并與理論值對比，判斷傳感器誤差；

• 若需要測量電導(dǎo)率功能，可將探頭放入已知電導(dǎo)率溶液（如50 μS/cm、1000 μS/cm標(biāo)準(zhǔn)溶液）中，驗證EC讀數(shù)準(zhǔn)確性；

6.2 現(xiàn)場校準(zhǔn)方法

• 溫度校準(zhǔn)：可在0℃冰水混合物與25℃室溫水中分別測量MT05S溫度讀數(shù)，記錄實際溫度與輸出溫度的偏差，如存在系統(tǒng)性誤差可在軟件端做偏移修正；

• 濕度校準(zhǔn)：選取若干不同比例（如5%、15%、25%～35%）的土壤樣本，將其烘干后按重量補加一定質(zhì)量的水，保證土壤達(dá)到預(yù)期體積含水率，用MT05S測量并對比理論值，擬合線性或曲線回歸系數(shù)，用于軟件端換算；

• 電導(dǎo)率校準(zhǔn)：在常見農(nóng)業(yè)土壤肥料環(huán)境下，土壤電導(dǎo)率會受到養(yǎng)分含量與土壤溫度影響，建議用戶自行使用標(biāo)準(zhǔn)KCl溶液做多點校準(zhǔn)，獲取對應(yīng)EC讀數(shù)；軟件可根據(jù)溫度值使用內(nèi)置溫度補償公式對EC進行校準(zhǔn)；

6.3 注意事項

• MT05S探頭上的絕緣層需保持清潔，若長時間埋土，泥土黏附會導(dǎo)致導(dǎo)電性能異常，可定期用干凈水沖洗或酒精擦拭探針；

• 在不同土壤類型（沙土、壤土、黏土等）測量時，土壤顆粒結(jié)構(gòu)與電導(dǎo)率特性存在差異，校準(zhǔn)曲線應(yīng)針對實際現(xiàn)場土壤進行多點采樣；

• 電導(dǎo)率與濕度并不等價，若土壤含鹽量高可導(dǎo)致EC讀數(shù)偏高，應(yīng)結(jié)合濕度值與溫度值進行綜合分析；

• 推薦在關(guān)鍵測量節(jié)點設(shè)置軟硬件濾波功能，例如在軟件端對測量值進行移動平均、低通濾波或中位數(shù)濾波，以減少偶發(fā)誤差；

七、演示文件與源碼匯總
以下為本次方案所包含的演示文件與源碼清單，用戶可直接下載后參考運行，并根據(jù)實際需要進行二次開發(fā)：

1. MT05S_Arduino_Demo.ino：Arduino Uno示例代碼，用于讀取MT05S并打印至串口；

2. MT05S_Arduino_OLED.ino：Arduino Uno示例代碼，集成SSD1306 OLED顯示，實現(xiàn)本地數(shù)據(jù)顯示；

3. mt05s_read.py：Python腳本，用于Raspberry Pi實時讀取MT05S溫度、濕度與EC數(shù)據(jù)；

4. mt05s_wiring.pdf：接線圖文檔，包含Arduino與樹莓派兩種接線示意圖；

5. README.md：項目說明文檔，介紹各示例文件作用、運行環(huán)境與步驟；

6. requirements.txt：Python依賴列表（本示例代碼僅依賴標(biāo)準(zhǔn)庫，無需額外安裝，可不包含該文件）；

7. MT05S_User_Manual.pdf：來自MT05S生產(chǎn)商官方的用戶手冊（包括寄存器說明、命令時序、出廠校準(zhǔn)報告等），可作為參考文檔；

上述文件可統(tǒng)一打包發(fā)布或托管至GitHub、GitLab等代碼倉庫，便于團隊協(xié)作與后續(xù)維護。

八、擴展應(yīng)用與系統(tǒng)優(yōu)化
除基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集功能外，用戶還可根據(jù)需求對系統(tǒng)進行進一步擴展與優(yōu)化，以提升系統(tǒng)的實用性與智能化水平。以下列出若干可選擴展方向，供讀者參考：

8.1 引入無線傳輸模塊，實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測

• LoRa無線模塊：可選RAKWireless RAK811、SX1278或MT05S兼容的LoRa外設(shè)，將Arduino或樹莓派側(cè)的采集數(shù)據(jù)通過LoRa網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到中心網(wǎng)關(guān)，實現(xiàn)遠(yuǎn)距離無線覆蓋；

• Wi-Fi模塊：對于具有Wi-Fi信號覆蓋的場景，可在Arduino側(cè)選用ESP8266、ESP32等開發(fā)板，將MT05S數(shù)據(jù)通過MQTT或HTTP協(xié)議推送至云平臺；在Raspberry Pi側(cè)可直接使用內(nèi)置Wi-Fi，運行Python腳本時將數(shù)據(jù)上傳至數(shù)據(jù)庫或Web服務(wù)器。

8.2 本地Web服務(wù)器與圖形化界面

• 在Raspberry Pi上安裝輕量級Web服務(wù)器（如Flask、Django或Node.js），開發(fā)簡單Web頁面，將MT05S測量值以曲線或表格形式呈現(xiàn)，并支持歷史數(shù)據(jù)查詢；

• 配置樹莓派攝像頭，將土壤區(qū)域環(huán)境情況實時拍照，與濕度數(shù)據(jù)結(jié)合生成可視化報告；

8.3 數(shù)據(jù)庫與遠(yuǎn)程存儲

• 將MT05S數(shù)據(jù)存儲至SQLite、MySQL或InfluxDB，可以方便后續(xù)數(shù)據(jù)分析與可視化；樹莓派端可編寫Python腳本周期性讀取并寫入數(shù)據(jù)庫，或者通過Python定時任務(wù)（cron）實現(xiàn)自動化；

• 若部署環(huán)境具備公網(wǎng)或VPN，可搭建Node-RED、ThingSpeak、AWS IoT等云端服務(wù)，將數(shù)據(jù)實時上報，實現(xiàn)在線監(jiān)測與預(yù)警推送；

8.4 多路傳感與數(shù)據(jù)融合

• 在相同1-Wire總線上若需多個MT05S測量不同位置的土壤濕度，可將多只MT05S并聯(lián)至同一數(shù)據(jù)線，利用其唯一的ROM Code區(qū)別不同設(shè)備，并在軟件中循環(huán)查詢；

• 可結(jié)合其他傳感器（如DS18B20溫度傳感器、DHT22環(huán)境溫濕度傳感器、光照傳感、CO2傳感、PH電極等），實現(xiàn)對環(huán)境參數(shù)的多維度采集與分析；

• 通過樹莓派或單片機側(cè)算法將不同傳感器數(shù)據(jù)進行關(guān)聯(lián)，如在土壤溫度過低時推送加熱或防凍預(yù)警；

8.5 低功耗優(yōu)化與現(xiàn)場供電

• 若系統(tǒng)需長時間在野外或無電源區(qū)域運行，可采用鋰電池+太陽能板的組合為Arduino或樹莓派供電，并在程序中采用深度睡眠或間隔采樣策略降低功耗；

• MT05S本身待機電流極低，結(jié)合低功耗主控板（如ESP32-Low Power或STM32L系列）可進一步延長續(xù)航時間；在節(jié)點與網(wǎng)關(guān)間使用LoRa通信，減少Wi-Fi或GPRS模塊的高功耗；

8.6 系統(tǒng)穩(wěn)定性與防護

• 在土壤環(huán)境酷熱或嚴(yán)寒的地區(qū)，可為MT05S探頭配備防護套（例如聚四氟乙烯涂層或硅膠薄膜）以防止長時間暴露造成傳感失準(zhǔn)；

• 在移動設(shè)備或震動頻繁場所，需對電路進行防震設(shè)計，選用抗拉扯杜邦線或屏蔽線纜，并給電子元器件做好固定；

• 建議在電源輸入端加入TVS二極管或保險絲，對電源突波與靜電進行保護，避免在雷雨季節(jié)或沙塵天氣損壞設(shè)備。

九、總結(jié)
本方案圍繞MT05S 1-Wire土壤濕度傳感器，集成了Arduino Uno與Raspberry Pi 3B+兩種主控方式，詳細(xì)說明了優(yōu)選元器件型號、作用、選用理由以及功能實現(xiàn)，涵蓋硬件接線、Arduino示例代碼、樹莓派Python腳本、演示文件說明與測試校準(zhǔn)建議，滿足了用戶對“基于MT05S的土壤濕度傳感（接線圖+演示文件+Arduino和樹莓派源碼）”的需求。本方案采用模塊化設(shè)計，留有豐富的擴展接口與升級空間，便于在“智能農(nóng)業(yè)+物聯(lián)網(wǎng)”場景中根據(jù)實際需求進行功能拓展與性能優(yōu)化。通過本文，用戶可快速完成土壤參數(shù)采集系統(tǒng)的原型搭建，并在后續(xù)通過數(shù)據(jù)存儲、云平臺對接與智能算法實現(xiàn)精準(zhǔn)灌溉、環(huán)境監(jiān)控與決策支持，最大化發(fā)揮MT05S高精度、低功耗與易集成的優(yōu)勢，為智慧農(nóng)業(yè)與環(huán)境監(jiān)測應(yīng)用提供參考與借鑒。