Arduinoで土壌水分センサーを使う方法｜配線とコード

01土壌水分センサーとは｜2つのタイプがある

抵抗式（安価だが腐食しやすい）

抵抗式は、土に挿す2本の金属端子が露出しているタイプです。土の湿り具合によって、2本の端子間の電気抵抗が変化する仕組みです。水分が多いほど電気が流れやすくなり、抵抗値が下がります。価格が安く、昔から広く使われてきました。ただし、大きな弱点があります。端子が土や水分に直接触れ続けると、電気分解（電気めっき反応）によって腐食が進んでしまうのです。

静電容量式（腐食しにくく安定）

静電容量式は、より新しいタイプのセンサーです。電気を直接土に流すのではありません。電極部分の静電容量（電気を蓄える能力）の変化を利用して、湿り具合を検知します。金属端子が露出していない構造のため、抵抗式のような腐食の心配がほとんどありません。価格は抵抗式よりやや高めですが、長期間安定して使いたい場合におすすめです。

02基礎知識｜analogReadでの値の読み方

値の方向は製品によって異なる

土壌水分センサーは、analogRead()を使って値を読み取ります。0〜1023の範囲の数値が得られる点は、可変抵抗やCdSセルと同じです。ただし、注意点があります。多くの製品では、乾燥しているほど値が大きく、湿っているほど値が小さくなる傾向があります。しかし、これは絶対的なルールではありません。製品によっては、逆の関係になっているものもあります。

必ず実機で方向を確認する

この方向の違いは、実際に使う前に確認しておく必要があります。センサーを空気中に置いた状態と、コップの水に浸した状態、それぞれで値を記録してみましょう。どちらの方向に数値が動くかを把握してから、次の章以降のコードを書くことをおすすめします。

03配線方法：Arduinoと土壌水分センサー

基本の3本配線

多くの土壌水分センサーには、VCC・GND・AOUT（アナログ出力）という3本のピンがあります。VCCはArduinoの5Vまたは3.3Vに、GNDはGNDにつなぎます。AOUTは、アナログピンのA0につなぎます。抵抗式センサーの中には、しきい値で判定するDO（デジタル出力）ピンを持つものもあります。基板上のポテンショメータで、しきい値を調整できる仕組みです。

電源電圧の目安

多くの製品は3.3V〜5Vの範囲で動作します。センサーの説明書やパッケージに記載された対応電圧を確認しておきましょう。土に挿す部分（プローブ）は、示されている挿入ラインまで差し込みます。基板部分は、土や水に触れないようにしてください。

04基本のコード｜土壌水分を読み取る

最小構成のコード

配線ができたら、値を読み取るコードを書いてみましょう。analogRead()にピン番号を渡すだけの、シンプルなコードです。

// 土壌水分センサーの値をシリアルモニタに表示するコード
const int sensorPin = A0;
void setup() {
  Serial.begin(9600);
}
void loop() {
  int value = analogRead(sensorPin);
  Serial.println(value);
  delay(1000);
}

実際に空気中と水中で試す

このコードを書き込んだら、シリアルモニタを開いてみましょう。センサーを空気中に置いたときの値と、コップの水に浸したときの値を、それぞれメモしておきます。この2つの数値が、次の章で使う判定の基準になります。

05乾燥判定のコード｜しきい値の考え方

実測値をもとにしきい値を決める

4章で記録した空気中・水中の値を使って、乾燥判定のコードを作ってみましょう。ここでは、多くの製品でよく見られる「乾燥＝値が大きい」という前提で例を示します。ご自身のセンサーの方向に合わせて、不等号の向きを調整してください。

// 実測値をもとに乾燥・湿潤を判定するコード
const int sensorPin = A0;
const int threshold = 600; // 実測した空気中・水中の値の中間あたりに設定する
void setup() {
  Serial.begin(9600);
}
void loop() {
  int value = analogRead(sensorPin);
  if (value > threshold) {
    Serial.print("乾燥しています（");
  } else {
    Serial.print("湿っています（");
  }
  Serial.print(value);
  Serial.println("）");
  delay(1000);
}

3段階に分けて判定する

しきい値を2つ用意すれば、「乾燥」「適度」「過湿」のように、3段階の判定も作れます。CdSセンサーの記事で紹介したしきい値の考え方と、基本的な発想は同じです。ぜひ参考にしてみてください。

06【最重要】腐食を抑える使い方

常時通電が腐食を早める

測定時だけ電源を入れる方法

もっとも効果的な対策は、シンプルです。センサーのVCCを、Arduinoの5Vピンではなく、デジタルピンにつなぎます。そして、値を読み取る直前だけHIGHにして電源を入れ、読み取り終えたらすぐにLOWに戻すのです。Arduinoのデジタルピンは、公式仕様で1本あたり最大40mAまで出力できます。多くのセンサーの消費電流（数mA〜15mA程度）であれば、十分にまかなえます。

// 測定時だけ電源を入れて腐食を抑えるコード
const int sensorPin = A0;
const int powerPin = 7; // センサーのVCCをこのピンにつなぐ
void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pinMode(powerPin, OUTPUT);
  digitalWrite(powerPin, LOW); // 普段は電源をOFFにしておく
}
void loop() {
  digitalWrite(powerPin, HIGH); // 電源を入れる
  delay(50);                    // センサーが安定するまで少し待つ
  int value = analogRead(sensorPin);
  digitalWrite(powerPin, LOW);  // すぐに電源を切る
  Serial.println(value);
  delay(60000); // 土は急に乾かないので、1分に1回程度で十分
}

測定間隔も長めに取る

土の湿り気は、急激には変化しません。数秒おきに測定する必要は、ほとんどのケースでありません。測定間隔を数分から数十分に1回程度まで広げることも、通電時間を減らし、腐食対策として有効です。静電容量式センサーであれば、この対策はそれほど神経質にならなくても構いません。もともと腐食しにくい構造だからです。

07よくあるトラブルと対処法

症状別の対処早見表

原因を素早く切り分けるコツ

08よくある質問

基本のQ&A

応用のQ&A