Projeto de regador de plantas

Sistema inteligente para saber se as plantas estão com sede: A planta pede água.

Em que consiste o Projeto?

Um vaso de flores com um prato de vaso tecnológico que, quando uma pessoa se aproxima, produz uma luz rotativa e de mudança de cor que varia com base na umidade do solo e, portanto, na necessidade de regar a planta.

Quantas coisas podemos fazer com o Arduino? Desde que apareceu pela primeira vez nas revistas e na web, diríamos basicamente tudo, pois todos os dias, graças à atividade fervorosa dos fabricantes, o conselho veste roupas novas e desempenha papéis cada vez mais originais. É um vaso de flores especial com prato de vaso, tudo impresso em 3D em PLA claro (que é útil para deixar passar a luz), mas não tradicional porque o prato é “inteligente” e, graças a um sensor de umidade em uma fuga , verifica a umidade do solo no vaso e, sempre que percebe uma pessoa se aproximando, acende o anel de LED Neopixel para gerar uma luz rotativa que depende da quantidade de água que a planta precisa. Para ser mais específico, a luz é vermelha quando o solo está seco, alternando entre vermelho e verde quando está um pouco úmido, verde quando o nível de umidade é ideal, azul-verde se houver muita água e azul quando há muita água (azul é, é claro, a cor que comumente associamos à água).

Podemos conseguir tudo isso usando uma placa Arduino como cérebro, embora não seja nenhuma placa além da mais fina que existe, que é o hardware de cartões de visita, que basicamente é um Leonardo Arduino sem cabeçalho e equipado com cinco teclas, além de um USB conexão, útil para alimentá-lo ou fornecer energia para o restante dos componentes eletrônicos envolvidos.

Arduíno Business Card: sobre o que é isso

O circuito de que falamos é uma placa Arduino Leonardo com um formato compatível com Arduino e conectores laterais (pode, portanto, hospedar os conectores de tira para suportar as blindagens) e a parede para o ICSP, embora não possua a seção de energia Vin, portanto, recebe 5 V (portanto, não há Vin nos cabeçalhos); você pode ver na figura 1; Os 3,3 V necessários para a lógica das possíveis blindagens são trazidos no terminal lateral 3V3, provenientes dos 5 V do USB através de um regulador de tensão no lado da placa.

O coração do circuito é o microcontrolador 32u4 Atmel, o mesmo do Arduino Leonardo, que possui uma interface USB do tipo dispositivo interno; este micro é alimentado por 5 V do USB e extrai internamente 3 V por sua lógica. As linhas de programação em circuito são colocadas no conector ICSP padrão das placas Arduino (2 arquivos de 3 terminais, com um passo de 2,54 mm). Como de costume, a linha de redefinição (RST) é usada para iniciar o upload do esboço através do carregador de inicialização e, no diagrama, é conectada ao resistor de pull-up infalível e à chave de aterramento quando precisamos redefinir manualmente o microcontrolador A redefinição é realizada pelo PC através da conexão USB).

As outras cinco teclas, conectadas às linhas PD7, PC6, PD4, PD0 e PD1 (P1, P2, P3, P4, P5, respectivamente) permitem-nos, quando pressionadas, ativar as funções atribuídas a eles pelo esboço, que você pode personalizar como preferir. Os dois LEDs encontrados no circuito são gerenciados pelo microcontrolador para sinalizar o início do esboço, o upload e a atividade no USB; no último caso, LD2 é o LED TX e LD1 é o LED RX do Arduino. Além disso, o LD1 (vermelho) pisca sempre que, após ser conectado e reconhecido pelo PC, a placa lança o esboço e está pronta para uso. O LD2 (amarelo), por outro lado, pisca toda vez que você pressiona uma das teclas P1 5 P5 para acessar as funções relacionadas. O relógio do micro vem do oscilador interno, que é baseado em quartzo para obter a precisão necessária.

No projeto, no site do cartão de visita Arduino, utilizamos:

Higrômetro de solo

O sensor de umidade é um painel de interrupção com saídas analógicas e de passo que, quando conectado ao Arduino ou outro microcontrolador, permite detectar a porcentagem de umidade do solo, por exemplo, para controlar um dispositivo de rega automatizado; no nosso caso, é usado para influenciar a ativação do LED Neopixel.

O conjunto é realmente composto por uma sonda de circuito impresso e placa de ruptura baseada no LM393 integrado (Fig. 2), que permite detectar a porcentagem de umidade do solo; quando estiver abaixo de um valor limite definido, a saída DO mostrará um nível lógico alto, enquanto o DO exibirá um nível lógico baixo sempre que a porcentagem ultrapassar o valor limite.

O circuito é basicamente composto por um comparador de tensão (um dos dois encontrados no LM393 integrado) e permite realizar duas funções diferentes quando o mesmo evento é detectado; o evento é a redução da resistência entre os pinos + e – (ou seja, A0 e GND), que basicamente corresponde ao sensor do eletrodo do garfo tocando na água contida no solo quando a água é suficiente para fazer com que os dois eletrodos do sensor se toquem . O comparador funciona no modo não inversor, pois obtém a tensão de referência na entrada inversora (pino 6) e a tensão a ser comparada na não inversora; além disso, ele não tem feedback, portanto, não histerese; portanto, o interruptor de saída de alta tensão para baixa tensão ocorre para a mesma tensão na entrada não inversora que determina a passagem de baixo para alto nível.

Como a tensão de referência aplicada ao pino 6 (entrada inversora do comparador) é proveniente de um aparador montado como um potenciômetro, podemos variar a referência como desejamos, de 0 V até a tensão de alimentação, portanto, afetando a sensibilidade do circuito. a extensão máxima permitida.

A saída do comparador pode atingir o seu potencial máximo, embora, quando em nível baixo, não atinja exatamente 0 V (o que é peculiar dos amplificadores operacionais trilho a trilho), mas permanece em algumas centenas de milivolts. A saída também é de coletor aberto, portanto, é necessário um resistor de pull-up para atingir o nível alto, que é integrado no circuito nesse caso específico. No entanto, no nosso caso, a saída digital (etapa) relacionada ao terminal DO não é usada, pois com o Arduino vamos ler o A0, que está basicamente relacionado aos terminais da sonda presos no solo do vaso de flores. As características do nosso higrômetro são as seguintes:

sensibilidade ajustável através de um aparador;
tensão de alimentação: 3,3 V – 5 V;
saídas digitais e analógicas;
dimensões do módulo: 30 x 60 mm;

O layout dos pinos do módulo é o seguinte:

1) VCC: de 3,3 V a 5V

2) GND

3) DO: saída digital (0 e 1)

4) AO: saída analógica.

Observe que, para a saída digital, conectada ao comparador, podemos adaptar a notificação ao tipo de solo e planta que queremos monitorar, através do aparador, lembrando que quanto mais colocarmos o controle deslizante ao lado do limite do terreno, mais úmido a sola tem que estar para acender o LED e vice-versa (o LED apaga-se logo antes que o solo fique do lado mais seco). No entanto, não usaremos essa função em nosso aplicativo.

Sensor de movimento

Agora podemos passar para o sensor infravermelho passivo (módulo PIR em miniatura, código 2846-MINIPIRMOD) que você pode ver na Fig. 3, que combina um PIR em miniatura a um sistema eletrônico de controle com saída a ser conectada ao microcontrolador, como o Arduino.

As especificidades do nosso radar infravermelho passivo são:

tensão de alimentação (3,3 V – 15 V;
absorção em espera: <50 µA;
saída: 3,3 V de alto nível / 0 V de baixo nível;
distância de detecção: 3 – 5 m;
ângulo de detecção: cerca de 110 ° a 4 m;
dimensões: 28 x 13 mm (comprimento x diâmetro);
temperatura de trabalho: -20 ° C – + 40 ° C
 

quanto ao layout dos pinos da placa de circuito impresso do sensor, o terminal 1 é a tensão positiva (Vcc), 2 é a saída, enquanto o terra está em 3; basicamente, o poder se aplica aos fins. O PIR também possui um atraso de ativação de 10 segundos desde que é ligado pela primeira vez.

Neopixel RING

Agora podemos passar para o elemento visual que emite a luz colorida rotativa, composta por um anel de LED Neopixel com 60 LEDs RGB, que podem ser controlados individualmente, cada um dos quais é capaz de exibir 256 tons de sua cor, determinando assim um total de 60.777.216 cores. O canal de dados para a comunicação é uma série One-Wire e pode ser controlado por um microcontrolador como Arduino, PIC, mbed etc. Você pode definir a frequência de atualização como preferir, para tornar alguns efeitos de luz quase imperceptíveis. Mais anéis podem ser conectados em cascata para criar vários efeitos. Para gerenciar nosso anel, nosso cartão de visita Arduino é baseado na biblioteca NeoPixel dedicada. Uma peculiaridade dos LEDs Neopixel é que eles podem ser conectados em cascata para que a linha de dados passe de um LED para o próximo. No entanto, o preço a pagar é que, após um certo número de LEDs, a velocidade de gerenciamento diminui drasticamente, portanto, se você precisar criar matrizes para exibir gráficos rápidos, precisará empregar muitas linhas com alguns LEDs cada. O Neopixel é basicamente uma solução que envolve a integração de um driver e o LED RGB relacionado em um gabinete SMD, permitindo controlar diretamente cada LED. A potência dos LEDs Neopixel é de 5 V; a velocidade de comunicação atinge 800 Kbps. O protocolo de controle no sistema Neopixel exige que pacotes de 3 bytes sejam enviados em uma sequência de 24 bits, cada um contendo o status de iluminação de cada cor de base (primeiro a batida oito do verde, depois os bits vermelhos e finalmente o bits verdes).

As características técnicas do anel Neopixel são mostradas abaixo:

Número de LED: 60;
Tipo de LED: 5050;
chip: WS2812B;
potência: 5 Vcc;
diâmetro externo: 158 mm;
espessura: 3 mm.

Como funciona

Com isso dito, vamos ver como o nosso circuito funciona: se conectarmos nosso sensor de garfo, composto por um circuito impresso de tal forma que ele tem dois eletrodos gravados chegando quase até as pontas, que então vamos colar no solo , entre os terminais + e – (ou seja, A0 e GND), a umidade do solo determinará uma certa resistência entre os terminais mencionados acima, o que criará um divisor de tensão com a resistência interna da placa de ruptura. A razão do divisor determinará a voltagem aplicada à entrada do comparador; portanto, a voltagem de referência do cortador é igual, quanto mais úmido o solo, menor a voltagem na qual a saída do comparador será trocada. Este último está em um nível baixo (portanto, acende o LED LD1) quando o solo está muito úmido e a resistência resultante é tal que eles mantêm a tensão no pino 5 do U1b em um nível inferior ao valor aplicado ao pino 6 pelo aparador; O terminal DO está nas mesmas condições.

Por outro lado, quando o solo começa a secar, o percentual de água cai sensivelmente e a tensão entre A0 e GND aumenta, até ultrapassar a tensão de referência do comparador, fazendo com que a saída mude de baixo para alto nível ; agora o LED apaga, para indicar que precisamos adicionar água.

O firmware

Vamos agora ver como o sistema funciona, o que é muito simples, já que o Arduino está no controle de tudo: o firmware é executado em um loop aguardando a linha de E / S 2 digital detectar o nível lógico fornecido pelo mini PIR ao detectar um pessoa se aproximando; neste caso, tudo é ativado e o microcontrolador Arduino lê a tensão encontrada na entrada analógica A5, dedicada ao sensor de umidade, diretamente proporcional à resistência elétrica detectada entre os contatos do sensor do garfo que estão presos no solo e, portanto, inversamente proporcional à quantidade de água encontrada no próprio solo.

O valor é comparado com os limites definidos pelo firmware e, com base no resultado da comparação, os LEDs Neopixel são comandados a acender sequencialmente, a fim de obter a luz rotativa, pois são diodos montados em um anel de LEDs de 60 RGB; o efeito de cor depende do resultado da comparação, que é a razão entre o nível de umidade fornecido pelo sensor e os limites definidos no esboço. Para ser específico, se a tensão corresponder a alta umidade (baixa resistência), a luz emitida pelos LEDs Neopixel é azul, enquanto que se o valor for igual ao limite intermediário de umidade (resistência média), uma luz verde será exibida; finalmente, se a tensão corresponder a baixa umidade (solo quase seco ou seco), uma luz vermelha será exibida, que devemos ler como um sinal de alerta lançado por nossa planta “sedenta”.

Na verdade, existem algumas cores intermediárias que podem ser obtidas girando quatro segmentos coloridos no círculo colorido do LED; portanto, temos as seguintes combinações:

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