2. 灌溉需求分析与控制器规格制定

在动手画原理图、写第一行代码之前，必须先回答三个问题：这块控制器要浇什么、什么时候浇、以及它离网关有多远。这三个问题分别对应灌溉场景调研、土壤湿度阈值逻辑和无线通信距离与功耗指标。规格定得含糊，后面选型就会反复返工——电池容量不够、天线增益不足、阈值逻辑在雨天误触发，都是需求阶段没想清楚留下的坑。

一、典型灌溉场景调研：先摸清"被控对象"

灌溉控制器的需求不是凭空设定的，而是从具体场景里"量"出来的。课程以一个典型的家庭菜园/小型温室为基准场景，同时兼顾阳台盆栽与庭院草坪两类变体。调研要落到可量化的参数上，而不是停留在"需要浇水"这种描述。

以基准场景为例：一块约 6 m² 的露台菜园，种植番茄、生菜与辣椒，采用滴灌带供水，共 2 路支管（一路番茄、一路叶菜），每路配一个 12 V 直流电磁阀。土壤为市售营养土，保水性中等。供水端为 20 L 储水桶加小型自吸泵，泵与阀均由控制器通过继电器驱动。这类场景的典型特征是：面积小、管路短、单次灌水量少（每路 2～5 分钟即可湿透根区），但对"浇多了烂根、浇少了萎蔫"比较敏感，因此对湿度阈值的精度要求高于对流量控制的要求。

调研时需要记录的关键量包括：作物根区深度（决定传感器埋深，番茄约 20 cm、叶菜约 10 cm）、土壤类型（决定湿度读数基准）、单次灌溉时长与间隔、电磁阀工作电压与电流（12 V / 约 400 mA）、以及控制器安装位置到路由器的距离与遮挡情况。把这些量整理成一张场景参数表，后续所有规格都从这张表推导。

二、土壤湿度阈值逻辑：把"该不该浇"变成可执行判断

土壤湿度传感器（电容式）输出的是随含水量变化的模拟量，经 ESP32 的 ADC 采集后得到一个原始值。这里必须先明确参照约定：本课程统一采用"湿度百分比"作为判断量，0% 表示干燥、100% 表示饱和，由原始 ADC 值经标定映射得到。不同传感器的原始值方向可能相反，标定环节必须消除这一歧义，否则阈值逻辑会整体反转。

标定方法很直接：把探头插入完全干燥的同一批营养土，记录 ADC 原始值 raw_dry；再插入浇透后静置排水的土中，记录 raw_wet。之后按线性映射换算湿度百分比：

humidity(%) = (raw_dry - raw) / (raw_dry - raw_wet) * 100
// 示例假设：raw_dry = 3200，raw_wet = 1200
// 测得 raw = 2600 时，humidity ≈ (3200-2600)/(3200-1200)*100 = 30%

阈值逻辑不能只用一个点，否则会在阈值附近反复启停（"抖动灌溉"）。工程上采用双阈值 + 回差：低于下限 TH_LOW 启动灌溉，高于上限 TH_HIGH 停止，两者之间为死区。以番茄根区为例，示例设定 TH_LOW = 30%、TH_HIGH = 45%，回差 15 个百分点。再叠加三条约束：单次灌溉最长 5 分钟（防传感器故障导致持续放水）、两次灌溉最小间隔 30 分钟（给水分下渗留时间）、以及"雨天抑制"——若检测到降雨或湿度已高于上限，则跳过本次灌溉。

判断顺序应当是：先读湿度并做有效性检查（原始值是否在合理范围、是否连续多次异常），再判断是否处于最小间隔内，最后才比较阈值。把有效性检查放在最前面，可以避免探头脱落（读数接近 0 或满量程）时误判为"极干"而疯狂浇水。

三、无线通信距离与功耗指标确定

基准场景中控制器到路由器约 15 m、隔一堵砖墙。2.4 GHz Wi-Fi 穿一堵砖墙的附加损耗经验值约 8～12 dB，加上自由空间损耗（15 m 处约 62 dB），链路总损耗约 70～75 dB。ESP32 的 Wi-Fi 发射功率典型 19.5 dBm，接收灵敏度约 -90 dBm（802.11b 1 Mbps），链路预算约 109 dB，余量充足。因此规格定为：在 15 m 隔一堵墙条件下，RSSI 不低于 -75 dBm，丢包重连时间小于 10 s。若实测 RSSI 低于 -80 dBm，则需改用外置天线或调整安装位置，而不是盲目加大发射功率。

功耗指标由供电条件倒推。露台无固定插座，采用 3.7 V 锂电 + 升压/稳压方案。若控制器每 10 分钟唤醒一次、采集并上报耗时约 3 s（Wi-Fi 连接峰值电流约 120 mA），其余时间深度睡眠（约 10 µA），则平均电流约为：

I_avg ≈ (120 mA × 3 s + 0.01 mA × 597 s) / 600 s
      ≈ (360 + 5.97) / 600 ≈ 0.61 mA
// 示例假设：2000 mAh 电池，理论续航 ≈ 2000 / 0.61 ≈ 3279 h ≈ 136 天

据此把规格定为：待机平均电流 ≤ 1 mA，单次上报窗口 ≤ 5 s，2000 mAh 电池续航目标 ≥ 90 天。注意这是基于示例假设的估算，实际续航受 Wi-Fi 重连次数、温度、电池自放电影响，需在样机上实测校正。若场景改为阳台盆栽（距离更近、可接 USB 供电），则可放宽为常供电、实时上报，功耗指标让位于响应速度。

把三部分串起来看，本节输出的其实是一组可执行的数字：2 路阀、12 V/400 mA 驱动、湿度 30%/45% 双阈值、5 分钟上限、30 分钟间隔、RSSI ≥ -75 dBm、平均电流 ≤ 1 mA。这些数字将在后续的电源设计、继电器选型、传感器标定和低功耗固件中被反复引用，也是判断整机是否达标的验收基准。