2EL- A - Projeto 05 - Irrigação Automática com Arduino

P05 -  Irrigação Automática: KHETYLLIN LUIZA DE CARLOS GOMES, NICOLE BITENCOURT DA ROCHA, SOPHIA CARUSO XAVIER e VINICIUS BORGES GOUVÊA. 

Este Projeto Arduino de Irrigação Automática via Arduino possibilita cuidar da sua planta de forma autônoma, eliminando qualquer risco de falta ou excesso de água e proporcionando saúde e beleza para sua planta. Melhor do que saber quando sua planta precisa de água é saber que não precisa se preocupar, pois ela estará sempre com a quantia certa de água, sempre bem cuidada.

Considerado uma excelente opção para quem esta iniciando no mundo Maker, o Projeto Arduino de Irrigação Automática é um projeto com baixo custo e total funcionalidade. Podendo ser facilmente ampliado e utilizado como base para projetos ainda maiores, através do Sensor de Umidade do Solo podemos adaptar e reinventar, uma habilidade fundamental para quem está iniciando e querendo aprender.

Equipamentos Utilizados no Projeto Arduino de Irrigação:

– 1 Arduino Uno R3 + Cabo USB;

– 1 Sensor de Umidade de Solo para Arduino;

– 1 Mini Bomba de Água (d’água) para Arduino RS-385;

– 1 Módulo Relé 5V 10A 1 Canal com Optoacoplador;

– 1 Fonte de Alimentação Chaveada 12VDC 1A;

– 1 Fonte de Alimentação para Arduino 9VDC 1A;

– 1 Adaptador Fêmea com Bornes para plug P4 (2,1×5,5mm);

– ½ Metro de Fio Paralelo 0,5mm;

– 1,5 Metros de Mangueira para Aquário;

– Jumpers.

Aplicação e Funcionamento

Dentre os equipamentos que vamos utilizar no Projeto Arduino de Irrigação Automática podemos destacar dois que não utilizamos com tanta frequência em nossos projetos: o Módulo Sensor de Umidade do Solo e a Mini Bomba de Água RS-385.

Diferenciando-se de muitos sensores, este equipamento possui a capacidade de oferecer saída tanto digital quanto analógica, contendo um pino D0 digital e um A0 analógico. No pino D0 obtemos uma variação digital de 0 ou 1, ou seja, umidade presente ou não, enquanto que no pino A0 conseguimos um monitoramento mais preciso com maior variação.

Sensor de Umidade do Solo

O princípio de funcionamento deste equipamento baseia-se em suas hastes (sondas) que apresentam uma variação em sua resistência elétrica na presença de líquidos e elementos condutivos variando de acordo com suas capacidade de condução. Teoricamente, esta resistência quando chega a 0 (zero) e estabelece  um contato direto entre as hastes, gera um curto (resistência = 0).

Haste do Sensor de Umidade do Solo instalada na Planta

A utilização deste equipamento é bastante simplificada e flexível, se adaptando em diversos projetos como este que desenvolvemos, possibilitando sua melhor funcionalidade. Para o Projeto Arduino de Irrigação Automática vamos utilizar uma leitura analógica que indicará o momento em que a umidade estiver em um nível mediano e impossibilitando a falta ou o excesso de água.

O datasheet do sensor está disponível em: Manual_Sensor_Umidade_Solo.

Mini Bomba de Água RS-385

A Mini Bomba de Água terá um papel bastante importante no Projeto Arduino de Irrigação Automática, será responsável por deslocar a água do reservatório de espera até a planta sempre que necessário. Para acionar a Bomba de Água e garantir o seu funcionamento apenas quando necessário utilizaremos um módulo relé, responsável por ligar e desligar o nosso equipamento, veja:

Esquema de Ligação da Mini Bomba de Água com Arduino

Devido à falta de controle de fluxo, a Mini Bomba de Água te seu acionamento controlado via delay (tempo), o qual determina a quantia de água deslocada. Outra característica deste modelo é o alto fluxo de deslocamento de água, o que implica em um baixo intervalo de acionamento para fornecer água suficiente à planta.

Mesmo com uma fonte de alimentação variável de 9 a 15V, o recomendado para funcionamento da Mini Bomba é de 12V, tensões diferentes influenciam diretamente na quantia de água deslocada. A Mini Bomba de Água RS-385 é um equipamento de grande eficiência bastante empregado em sistemas de irrigação e automação residencial.

A mini bomba de água RS385 é ideal para utilizar com projetos que utilizem o Arduino, e projetos com microcontroladores. A mini bomba possui uma capacidade de impulsionar de 1500 a 2000 ml por minuto, com elevação de até 3 metros de altura, sendo ideal para pequenas irrigações, carros de bombeiros, automação de aquários entre outros projetos.

ESPECIFICAÇÕES:

- Materiais: metal e plástico;

- Tensão nominal: 12V;

- Voltagem adequada: DC 9 a 15V;

- Corrente sem carga: 0,6A;

- Corrente em máxima eficiência: ~2A;

- Altura de aspiração máxima: 2m;

- Elevação máxima: 3m;

- Vazão de água máxima: ~1,5 a 2 l/m;

- Diâmetro de entrada e saída: ~7,6mm;

- Diâmetro do motor: 28,6mm;

- Comprimento da bomba: 90mm;

- Peso: 100g.

Com um esquema de ligação bastante simplificado, o Projeto Arduino de Irrigação Automática se destaca em sua funcionalidade, proporcionando uma aplicação direta ao cotidiano e possibilitando melhorias e adaptações para a sua automação residencial.

Como base para a interpretação dos dados e posterior ação, utilizamos um Arduino Uno, uma placa microcontroladora bastante conhecida e de fácil manuseio que possibilita diversos projetos. No Projeto Arduino de Irrigação Automática em especial utilizamos o Arduino atribuído a um Sensor de Umidade, um Módulo Relé e uma Mini Bomba d’água, juntos estes equipamentos proporcionam a leitura e a resposta necessária para atingirmos nosso objetivo.

Esquema de Ligação do Projeto Arduino de Irrigação Automática

Diferenciando-se dos demais projetos que encontramos na internet, o presente esquema de ligação utiliza-se de um pino digital como alimentação 5V e exclui a necessidade uma protoboard. Este procedimento possibilita ao Projeto Arduino de Irrigação Automática utilizar-se de um pino digital em nível alto em vez dos tradicionais pinos de alimentação, um procedimento que torna o projeto mais simples e exclui a necessidade de uma protoboard.

O Sensor de Umidade utilizado no Projeto Arduino de Irrigação Automática possui pinos de saída tanto digital quanto analógico, porém optamos pela utilização do sinal analógico. Esta escolha nos oportuniza uma faixa maior de verificação com valores mais precisos e uma melhor configuração via software.

O módulo relé será responsável por acionar a Mini Bomba de Água, um procedimento relativamente simples, porém vale observar que a alimentação nominal é da mesma é de 12V. Desta maneira, é necessária a inclusão de uma fonte de alimentação compatível para fornecer sua capacidade básica de funcionamento.

O datasheet da placa Arduino UNO R3 está disponível em: Manual Arduino® UNO R3.

Código de Funcionamento do Projeto Arduino de Irrigação

O código de funcionamento do Projeto Arduino de Irrigação Automática é bastante simples, porém possui algumas propriedades vistas pela primeira vez em nossos projetos, uma delas é a declaração do pino digital em HIGH para alimentação.

Para facilitar ainda mais, o Projeto Arduino de Irrigação Automática não necessita de biblioteca e todas as suas variáveis são utilizadas de maneira direta através de relações numéricas, como a relação de porcentagem utilizada. O código está totalmente comentado e em condições de esclarecer qualquer dúvida quanto às suas variáveis, veja:

C#

// Código de Funcionamento para Sistema de Monitoramento e Irrigação com Arduino   #define pinoAnalog A0 // Define o pino A0 como "pinoAnalog" #define pinoRele 8 // Define o pino 8 como "pinoRele" #define pino5V 7 // Define o pino 7 como "pino5V"   int ValAnalogIn; // Introduz o valor analógico ao código   void setup() { Serial.begin(9600); // Declara o BaundRate em 9600 Serial.println("www.usinainfo.com.br"); // Imprime a frase no monitor serial pinMode(pinoRele, OUTPUT); // Declara o pinoRele como Saída pinMode(pino5V, OUTPUT); // Declara o pino5V como Saída digitalWrite(pino5V, HIGH); // Põem o pino5V em estado Alto = 5V }   void loop() { ValAnalogIn = analogRead(pinoAnalog); // Relaciona o valor analógico com o recebido do sensor int Porcento = map(ValAnalogIn, 1023, 0, 0, 100); // Relaciona o valor analógico à porcentagem   Serial.print(Porcento); // Imprime o valor em Porcento no monitor Serial Serial.println("%"); // Imprime o símbolo junto ao valor encontrado   if (Porcento <= 45) { // Se a porcentagem for menor ou igual à Serial.println("Irrigando a planta ..."); // Imprime a frase no monitor serial digitalWrite(pinoRele, HIGH); // Altera o estado do pinoRele para nível Alto }   else { // Se não ... Serial.println("Planta Irrigada ..."); // Imprime a frase no monitor serial digitalWrite(pinoRele, LOW); // Altera o estado do pinoRele para nível Baixo } delay (1000); // Estabelece o tempo de 1s para reinicializar a leitura }

Durante o projeto observamos que a percentagem de acionamento não poderia tomar como padrão os 100% teoricamente estipulados devidos ao fato de que a resistência entre as hastes possuem algumas características próprias. Dentre elas podemos destacar as propriedades condutivas da água que não geram um curto e sofrem interferência da terra neste processo.

evando em consideração estas observações analisamos a resistividade do solo e através de testes determinamos que a percentagem ideal ficaria em torno de 45 a 50%, uma umidade significativa. Observamos também, que a umidade máxima em percentagem é de aproximadamente 65% em nosso projeto e para melhor funcionamento recomendamos a análise de resistividade da água através das hastes do sensor de umidade.

Com isto, temos um projeto extremamente simples, de fácil compreensão, desenvolvimento e adaptação, basta por a mão na massa e executá-lo da maneira que melhor preferir.

Com as devidas adaptações o Projeto Arduino de Irrigação Automática desenvolvido neste artigo pode ser utilizado em hortas inteiras, em gramados enormes e em todo tipo de plantação interna e externa.

Dentre as alterações possíveis, podemos destacar a troca da mini bomba d’água por uma válvula solenoide, a inclusão de mais sensores de umidade e um módulo relé com mais canais para contrle. Cada melhoria será desenvolvida tendo em vista o tamanho do projeto que almeja realizar ou o nível do projeto que deseja alcançar.

O desenho técnico da base do projeto está disponível em: 25_08_01 Base_Irrigação_KNSV .

Elaboração: Matheus Gebert Straub

© Direitos de autor. 2020: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 22/02/2020