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Sistema Automático de Rega e Irrigação da Planta - Circuito, Código e Relatório do Projeto

Planta automática Rega Sistema – Código Fonte Completo, Circuito e Relatório de Projeto – Download em PDF

Introdução

Na operação diária, a rega das plantas é a prática cultural mais importante e a tarefa mais trabalhosa. Não importa o clima, seja muito quente e frio ou muito seco e úmido, é muito importante controlar a quantidade de água que chega às plantas. Portanto, será eficaz usar uma ideia de sistema automático de rega de plantas que rega as plantas quando elas precisam. Um aspecto importante deste projeto é que:“quando e quanto regar”. Para reduzir as atividades manuais do ser humano para regar plantas, uma ideia de sistema de rega de plantas é adotada. O método empregado para monitorar continuamente o nível de umidade do solo e decidir se a rega é necessária ou não, e quanta água é necessária no solo da planta. Este projeto pode ser agrupado em subsistemas como; fonte de alimentação, relés, válvula solenóide, escudo Arduino GSM, sensor de umidade do solo e LCD.


Essencialmente, o sistema é projetado e programado de tal forma que o sensor de umidade do solo detecta o nível de umidade das plantas em um determinado momento, se o nível de umidade do sensor for menor que o valor especificado de limite que é pré-definido de acordo com a necessidade de água da planta em particular, então a quantidade desejada de água é fornecida até atingir o valor de limite pré-definido.

O sistema informa seus estados atuais e envia a mensagem de lembrete sobre regar plantas e adicionar água ao tanque. Toda essa notificação pode ser feita usando o escudo Arduino GSM.

Objetivo do projeto:

Já que hoje em dia, na era da tecnologia e eletrônica avançadas, o estilo de vida do ser humano deve ser inteligente, mais simples, mais fácil e muito mais conveniente. Então, portanto; há a necessidade de muitos sistemas automatizados na rotina da vida diária do ser humano para reduzir suas atividades diárias e trabalhos. Aqui, uma ideia de um sistema chamado de sistema automático de rega de plantas é muito útil. Como muitas pessoas estão enfrentando muitos problemas para regar as plantas no jardim, principalmente quando estão fora de casa. Este modelo utiliza tecnologias de sensores com microcontrolador para fazer um dispositivo de comutação inteligente para ajudar milhões de pessoas.

Na sua forma mais básica, o sistema é programado de tal forma que o sensor de umidade do solo detecta o nível de umidade da planta em uma determinada instância de tempo, se o nível de umidade do sensor é menor do que o valor especificado de limite que é predefinido de acordo com a planta em particular do que a quantidade desejada de água é fornecida à planta até que seu nível de umidade atinja o valor de limite predefinido. O sistema envolve um sensor de umidade e temperatura que acompanha a atmosfera atual do sistema e tem influência quando a irrigação acontece. A válvula solenoide controlará o fluxo de água no sistema, quando o Arduino lê o valor do sensor de umidade ele aciona a válvula solenoide de acordo com a condição desejada. Além disso, o sistema informa seus estados atuais e envia a mensagem de lembrete sobre a rega das plantas e recebe SMS do destinatário. Toda essa notificação pode ser feita usando o escudo Arduino GSM.


Antecedentes do sistema

Foi estudado na escola dos livros de ciência que as plantas são muito imperativas para toda a humanidade em muitos aspectos. Como eles mantêm o ambiente limpo, produzindo oxigênio fresco de tempos em tempos. O sistema de rega automática de plantas tem se tornado muito mais com o aumento dos objetos do cotidiano sendo conectados às tecnologias avançadas, esses sistemas são implementados em uma taxa crescente. Lugares como casas, bem como em níveis industriais. O principal uso desses sistemas é a eficiência e facilidade de uso.

O sistema de irrigação de plantas oferece aos amantes de plantas a capacidade de tirar suas plantas de casa enquanto estão fora – através do uso de componentes eficientes e confiáveis, como diferentes tipos de tecnologias de sensores.

Existem vários tipos diferentes/descomplicados de sistema de irrigação de plantas internas, dependendo do nível de automação necessário.

No relatório final em pdf (o link para download gratuito é fornecido no final do conteúdo do post), as seguintes seções são descritas em detalhes.


Projeto relacionado:O que são microcontroladores ATMega e como fazer um projeto de LED com ele?

Especificações de produtos e componentes

ID do requisito SRS-GSM-001
Título Módulo GSM
Descrição O sistema inclui o módulo GSM, que envia SMS de alerta ao destinatário e recebe um SMS do usuário.
Versão Versão 1.0
ID do requisito SRS-Microcontrolador -001
Título ATmega328p
Descrição O sistema inclui o microcontrolador que normalmente vem com o Arduino Uno. este microcontrolador lê a leitura do sensor e controla todo o sistema.
Versão Versão 1.0
ID do requisito SRS-Temperatura e Umidade-001
Título DHT11
Descrição O sistema inclui o sensor de temperatura e umidade, que acompanha os valores atuais de temperatura e umidade do ambiente e envia a leitura de volta ao microcontrolador.
Versão Versão 1.0
ID do requisito SRS-Moisture-001
Título Sensor de umidade do solo do bosque
Descrição O sistema inclui o sensor de umidade do solo, que faz a leitura da umidade do solo e envia a leitura de volta ao microcontrolador.
Versão Versão 1.0
ID do requisito SRS-LCD-001
Título Hitachi 16×2 LCD
Descrição O sistema inclui a interface LCD para o usuário, que exibe a leitura feita pelos diferentes sensores do sistema.
Versão Versão 1.0

Post relacionado:Programação do Arduino:O que é o Arduino e como programá-lo?

Sistema automatizado de irrigação de plantas baseado em Arduino:

Diagrama de blocos de irrigação automática da planta


Diagrama esquemático do circuito do sistema automático de irrigação e irrigação de plantas

De acordo com este sistema, existem dois componentes funcionais neste projeto, ou seja, sensor de umidade e motor/bomba de água. Em sua forma mais básica, o sensor de umidade detecta o nível de umidade do solo. Em seguida, o motor/bomba de água fornece água às plantas.

Clique na imagem para ampliar

O esquema acima na figura acima descreve o comportamento geral do sistema. Projeto usa Arduino Uno para controlar o motor. Consiste em ponte H que controla o fluxo do servo motor, ou seja, a direção do relógio ou anti-relógio. O sensor de umidade mede o nível do solo e envia o sinal para o Arduino, então o Arduino abrirá o servo motor se for necessário regar. Em seguida, o motor/bomba de água fornece água às plantas até atingir o nível de umidade desejado.

Forme o protótipo na figura acima, o sensor de umidade detecta o nível de umidade e envia o sinal para o Arduino e, em seguida, o Arduino abre a bomba de água com a ajuda da ponte H e rega a planta em particular. Isso é feito usando o software Arduino IDE.

Projeto Relacionado:Projeto Eletrônico de Controle de Semáforo usando Temporizador IC 4017 e 555

Design do projeto

Esta seção fala sobre qualquer trabalho finalizado em design de software e design de hardware. Ele também fornece informações sobre o que o sistema inclui e por que diferentes componentes foram escolhidos para criar um sistema de irrigação de planta automatizada totalmente completo. Considere um diagrama na figura que mostra o modelo conceitual básico do sistema usando os componentes escolhidos.

A funcionalidade do diagrama de blocos mostrada na figura acima do sistema automatizado de irrigação da planta é ilustrada abaixo:

Mais detalhes dos componentes podem ser encontrados no arquivo pdf (abaixo)

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Design de hardware

Esquema do sensor

A figura abaixo mostra o esquema do circuito do sensor. Como todo o sensor conectado com o pino analógico Arduino A0-A3. O pino A0 foi reservado para o sensor de temperatura e umidade, enquanto os pinos A1-A3 foram reservados para os sensores de umidade. Todos os sensores possuem alimentação comum de 5V e Terra como mostrado no esquema.

Esquema de LCD :

A figura abaixo mostra o esquema do LCD. O pino digital 8 – 13 foi reservado para o LCD conforme mostrado no esquema. O pino 1 e o pino 3 são a energia e o terra, enquanto o pino 2 é o pino de contraste no LCD que controla o contraste e conectado ao potenciômetro. Deve-se ter em mente ao conectar o LCD que os pinos digitais do Arduino e os pinos de dados do LCD devem ser conectados na ordem correta, caso contrário o LCD exibirá apenas lixo na tela.

Esquema do solenoide

O diagrama abaixo na figura abaixo mostra o diagrama do circuito do solenóide. O pino digital 4 – 7 foi reservado para os solenóides. Como o circuito consiste em relés, transistores, resistores e LEDs em vez do solenóide (o CadStar não possui o símbolo do solenóide). Nos relés esquemáticos utiliza 5V. Considerando que 5V também entra no canal NO dos relés, isso ocorre porque no esquema os LEDs substitui o solenóide que funciona em (5V) seguido pelo resistor de 220 ohms.

Então, quando a tensão é aplicada na base dos transistores. O transistor muda para o terra permitindo que a bobina do relé seja magnetizada e mude para o canal normalmente fechado, devido a qual LED conectado a esse relé específico acende e quando a tensão aplicada na base do transistor cai, o transistor volta ao normal e a bobina do relé é desmagnetizada e o relé muda para o canal NO novamente, devido ao qual o LED se apaga novamente.

Após finalizar todo o Esquema do circuito, o próximo passo é construí-lo no Veroboard. É importante projetar o circuito na folha de planejamento de layout do stripboard com antecedência, porque existem certos princípios para projetar um circuito no Veroboard, que é o seguinte:

  1. Marque a linha de força Vs e GND primeiro no canto superior direito da folha de planejamento do layout do stripboard.
  2. Lembre-se de cortar a trilha entre os pinos de um IC. Marque os cortes no diagrama com um X.
  3. Tente fazer os resistores e os capacitores axiais ficarem retos no stripboard. Resistores geralmente exigem uma folga de 4 furos, capacitor uma lacuna de 8 furos.
  4. Se possível numerar os pinos dos CIs. A parte inferior do Veroboard consiste nos trilhos de cobre nos quais os fluxos de tensão funcionam horizontalmente. Diferentes designs Veroboard dos esquemas acima são mostrados abaixo:

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Design de software

Depois de terminar o hardware, é hora de testar o hardware com o software. Nesta seção, a implementação do projeto de software será descrita em detalhes para cada uma das diferentes automação/tecnologias usadas no sistema. Isso inclui o código Arduino escrito e carregado no Arduino.

A primeira coisa feita foi fazer o circuito do solenóide funcionar e como o solenóide agiria da perspectiva do microcontrolador. Para isso, foi feito um pequeno fluxograma que pode ser visto na seção de fluxo do software na figura acima.

A IDE do Arduino foi usada para fazer o upload do software no Arduino. Para o circuito solenóide básico, foi escrito um programa simples que basicamente pisca o LED a cada 1 segundo. foram definidos inicialmente os pinos digitais 4, 5, 6 e 7 que testam o programa e o circuito. Assim, quando o programa é executado, ele faz todas as inicializações básicas, define todos os pinos de saída na configuração void() e, em seguida, salta para o loop void(), onde é executado constantemente e pisca LEDs a cada 1 segundo.

Depois disso, um pequeno programa foi escrito e carregado no Arduino que obtém as leituras do sensor diferente e as imprime no LCD. Para isso, foi feito um pequeno fluxograma que também pode ser visto na seção de fluxo do software na figura dada. Quando o programa entra no loop void() ele pega as leituras do sensor e faz todo o cálculo básico e as imprime no LCD.

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O próximo passo é fazer o upload do software do módulo GSM para o Arduino, através do qual o GSM pode se comunicar com o microcontrolador. Inicialmente foi feito o teste do modem que faz toda a inicialização básica e bibliotecas para o GSM e pega o número IMEI e verifica se o modem está funcionando corretamente assim que iniciar a comunicação com o Arduino. O próximo passo é o teste de conexão de rede que basicamente inicializou o GSM e exibe todas as outras redes que o módulo GSM pode suportar.

Uma vez que o módulo GSM esteja testado e funcionando corretamente, é hora de usar o módulo GSM para se comunicar com o destinatário, o que significa enviar SMS para o destinatário e receber SMS dele. Para fazer isso, outro programa simples de fiação do Arduino foi escrito e carregado no Arduino. O programa inicializou o GSM e enviou SMS para o destinatário em contraste com outro programa Arduino foi escrito no qual GSM recebe o SMS do usuário final.

Finalmente, uma vez que todo o design do software foi feito, é hora de mesclar todo o design do software e construir um software de trabalho final para o sistema. Diferentes abordagens de algoritmo foram aplicadas, o que pode ser visto na seção de fluxo de software para fazer o software final funcionar e fazer o que deveria fazer. A figura acima mostra o funcionamento do software final onde ele faz uma leitura, envia SMS, recebe SMS e começa a fazer o que estava fazendo anteriormente.

Nota:Todo o código do software pode ser visto no apêndice abaixo.

NOTA:todo o código do software pode ser visualizado no apêndice. A saída do teste de modem e teste de conexão de rede não foi incluída no relatório porque o relatório real foi feito após o envio do hardware.

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Construção do projeto e teste de software

Depois de concluir todo o design de hardware e software com sucesso, é hora de construir e testar o projeto. Nesta seção do relatório, serão fornecidos detalhes sobre como os diferentes designs de hardware são implementados e testados. Esta seção também fala sobre se havia algum problema oculto no código do software que fosse importante para solucionar problemas e evacuar e construir o projeto com sucesso. o processo passo a passo pode ser visto no relatório completo do projeto em arquivo pdf fornecido abaixo, como procedimento de construção e teste.

Teste de software

A fase de teste de software também é um aspecto importante do desenvolvimento do projeto. O teste de software é um procedimento de execução de um programa ou aplicativo com o objetivo de encontrar os erros de software. Da mesma forma, pode ser expresso como o processo de validação e verificação de que um programa de software ou aplicativo atende aos seus requisitos técnicos, funciona como aceito e pode ser executado com uma marca semelhante. Para fazer o teste de software foram adotadas diferentes abordagens. Um documento de especificação de requisitos de software (SRS) foi escrito que abordou completamente o comportamento esperado de um sistema de software.

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ID do requisito SRS- Sensor -010
Título Sensor
Descrição Os sensores do sistema fazem as leituras e as enviam de volta ao microcontrolador.
Versão V 1.0
ID do requisito SRS- Dados -020
Título Exibição de dados
Descrição Quando os usuários tentam obter a leitura do sistema. A tela deve exibir dados para o usuário, por exemplo:valor de temperatura e umidade seguidos de leituras de umidade.
Versão V1.0
ID do requisito SRS- Microcontrolador -030
Título Microcontrolador
Descrição Microcontrolador no sistema atua como um cérebro do sistema que gerencia tudo no sistema
Versão V1.0
ID do requisito SRS- Trava -040
Título Trava
Descrição A trava no sistema expande os pinos digitais do microcontrolador
Versão V1.0
ID do requisito SRS- GSM-050
Título GSM
Descrição O sistema reagirá enviando um alerta SMS ao destinatário sempre que o microcontrolador solicitar.
Versão V1.0

Depois de escrever o design do software do documento SRS, passou para a fase de teste estático, que inclui a revisão do documento. É aqui que ocorre a verificação dos requisitos. Existem quatro tipos diferentes de métodos de verificação definidos abaixo:

  1. Inspeção (I):  controle ou verificação visual
  2. Análise (A):verificação baseada em evidências analíticas
  3. Demonstração (D):verificação das características operacionais, sem medição quantitativa.
  4. Teste (T):verificação de características quantitativas com medição quantitativa. Para cada requisito do documento SRS, um método de verificação é definido com a abreviação de I, A, D e T.

Verificação:

ID do requisito Título do Requisito Método
REQ-010 Verifique se os sensores do sistema obtêm leituras I
REQ-020 Verifique se os dados são exibidos na tela. D
REQ-030 Verifica-se que o microcontrolador do sistema está gerenciando ou funcionando corretamente, pois dá 100% de resultado para cada solicitação. D
REQ-040 Verifique se o circuito de trava estava fazendo o que deveria fazer. Isso pega a entrada sin 3 e cospe 8 pinos A
REQ-050 Verifique se o SMS foi enviado e recebido por GSM D

Resultados

Como todos os testes realizados com resultado satisfatório. Uma vez que não há como tal resultado específico que deve ser documentado. Como o sistema funciona com sensor de umidade e DHT11 (temperatura e umidade) que faz a leitura de acordo com a temperatura e umidade do ambiente atual. As leituras do sensor de umidade no circuito também dependem do nível de umidade atual para a planta. Caso contrário, o resultado geral do circuito em termos de funcionalidade foi bom para a motivação.

Post relacionado:Programação PWM do Arduino e suas funções no Arduino

Código de software final e completo para rega automática de plantas e sistemas de irrigação

Observação: Mais códigos relacionados ao projeto podem ser encontrados no arquivo pdf, como código de amostra para testar a válvula solenoide, código para testar sensores do sistema, código de teste de modem GSM, código de conexão de rede GSM, código de envio de SMS de envio de SMS, código de recebimento SMS de GSM,

Código Final do Projeto de Plantas de Rega Automática 

#include <dht.h>
#define dht_dpin A0
dht DHT;
//———————–
#include <LiquidCrystal.h>
LiquidCrystal lcd (8, 9, 10, 11, 12, 13);
//———————————-
int plantPotMoisture[3] = {A1, A2, A3};
//———————
#include <GSM.h>
#define PINNUMBER “”
GSM gsmAccess; // include a ‘true’ parameter for debug enabled
GSM_SMS sms;
char remoteNumber[] = “0899506304”;
String moistureMessage = “Moisture is Low on sensor: “;
String SMS_Alert = “Sending SMS!”;
String humidityMsg = “Humidity is High. Open All Solenoids”;
String tempMsg = “Temperature is too HIGH!..Open ALl Solenoids “;
String messageBuffer = “”;
char senderNumber[20];
String stringOne = “Opens1”;
String stringTwo = “Opens2”;
String stringThree = “Opens3”;
String stringFour = “OpenAll”;
//—————
#define solenoidData 5
#define solenoidClockster 4
#define solenoidLatch 6
//—————
const int master = 0;
const int slave1 = 1;
const int slave2 = 2;
const int slave3 = 3;
boolean takeReadings = true;
int serialSolenoidOutput = 0;
void setup()
{
pinMode(solenoidData, OUTPUT);
pinMode(solenoidClockster, OUTPUT);
pinMode(solenoidLatch, OUTPUT);
digitalWrite(solenoidLatch, HIGH);
digitalWrite(solenoidLatch, LOW);
shiftOut(solenoidData, solenoidClockster, MSBFIRST, 0);
digitalWrite(solenoidLatch, HIGH);
//————————-
Serial.begin(9600);
lcd.begin (16, 2);
lcd.clear();
lcd.setCursor(0, 0);
lcd.print(“Wait Until”);
lcd.setCursor(0, 1);
lcd.print(“GSM Initialized!”);
boolean notConnected = true;
while (notConnected)
{
if (gsmAccess.begin(PINNUMBER) == GSM_READY)
notConnected = false;
else
{
Serial.println(“Not connected”);
delay(1000);
}
}
}
void loop()
{
if (takeReadings)
{
moistureSensor();
TempAndHumidity ();
if (DHT.humidity > 50 || DHT.temperature > 25 && takeReadings )
{
takeReadings = false;
if (DHT.humidity > 50)
{
sendSMS(humidityMsg);
}
else if (DHT.temperature > 25)
{
sendSMS(tempMsg);
}
while (!takeReadings)
recieveSMS();
}
if (plantPotMoisture[0] > 30 || plantPotMoisture[1] > 30 || plantPotMoisture[2] > 30 && takeReadings)
{
takeReadings = false;
if (plantPotMoisture[0] > 30)
{
sendSMS(moistureMessage + “1”);
}
else if (plantPotMoisture[1] > 30)
{
sendSMS(moistureMessage + “2”);
}
else
{
sendSMS(moistureMessage + “3”);
}
while (!takeReadings)
recieveSMS();
}
}
}
void moistureSensor()
{
for (int i = 0 ; i < 3; i++)
{
lcd.clear();
plantPotMoisture[i] = analogRead(i);
plantPotMoisture[i] = map(plantPotMoisture[i], 550, 0, 0, 100);
Serial.print(“Mositure” + i );
lcd.print(“Mositure” + i);
Serial.print(plantPotMoisture[i]);
lcd.print(plantPotMoisture[i]);
Serial.println(“%”);
lcd.print(“%”);
delay(1000);
}
}
void TempAndHumidity ()
{
DHT.read11(dht_dpin);
lcd.setCursor(0, 0);
lcd.print(“Humidity=”);
Serial.print(“Current humidity = “);
Serial.print(DHT.humidity);
lcd.print(DHT.humidity);
lcd.print(“%”);
Serial.print(“%”);
Serial.print(“temperature = “);
Serial.print(DHT.temperature);
Serial.println(“C”);
lcd.setCursor(0, 1);
lcd.print(“temp=”);
lcd.print(DHT.temperature);
lcd.print(“C “);
delay(1000);
lcd.clear();
}
void sendSMS(String messageToSend)
{
Serial.print(“Sending a message to mobile number: “);
Serial.println(remoteNumber);
Serial.println(“SENDING”);
lcd.print(SMS_Alert);
Serial.println();
Serial.println(“Message:”);
Serial.println(messageToSend);
sms.beginSMS(remoteNumber);
sms.print(messageToSend);
sms.endSMS();
Serial.println(“\nCOMPLETE!\n”);
lcd.clear();
lcd.print(“Completed!!!”);
}
void recieveSMS()
{
char c;
if (sms.available())
{
lcd.clear();
lcd.print(“Message received from:”);
delay(800);
lcd.clear();
sms.remoteNumber(senderNumber, 20);
lcd.print(senderNumber);
while (c = sms.read())
{
Serial.println(c);
messageBuffer += c;
}
Serial.println(messageBuffer);
if (messageBuffer == stringOne)
{
toggleSolenoid1();
takeReadings = true;
}
else if (messageBuffer == stringTwo)
{
toggleSolenoid2();
takeReadings = true;
}
else if (messageBuffer == stringThree)
{
toggleSolenoid3();
takeReadings = true;
}
else if (messageBuffer == stringFour)
{
toggleAll();
takeReadings = true;
}
else
{
takeReadings = true;
}
messageBuffer = “”;
Serial.println(“\nEND OF MESSAGE”);
// Delete message from modem memory
sms.flush();
Serial.println(“MESSAGE DELETED”);
}
delay(1000);
}
void toggleSolenoid1()
{
solenoidWrite(master, HIGH);
delay(1000);
solenoidWrite(slave1, HIGH);
delay(1000);
solenoidWrite(slave1, LOW);
delay(1000);
solenoidWrite(master, LOW);
delay(1000);
}
void toggleSolenoid2()
{
solenoidWrite(master, HIGH);
delay(1000);
solenoidWrite(slave2, HIGH);
delay(1000);
solenoidWrite(slave2, LOW);
delay(1000);
solenoidWrite(master, LOW);
delay(1000);
}
void toggleSolenoid3()
{
solenoidWrite(master, HIGH);
delay(1000);
solenoidWrite(slave3, HIGH);
delay(1000);
solenoidWrite(slave3, LOW);
delay(1000);
solenoidWrite(master, LOW);
delay(1000);
}
void toggleAll()
{
solenoidWrite(master, HIGH);
delay(1000);
solenoidWrite(slave1, HIGH);
delay(1000);
solenoidWrite(slave2, HIGH);
delay(1000);
solenoidWrite(slave3, HIGH);
delay(1000);
solenoidWrite(slave1, LOW);
delay(1000);
solenoidWrite(slave2, LOW);
delay(1000);
solenoidWrite(slave3, LOW);
delay(1000);
solenoidWrite(master, LOW);
delay(1000);
}
void solenoidWrite(int pin, bool state)
{
if ( pin >= 0 && pin < 8)
{
if (state)
serialSolenoidOutput |= (1 << pin);
else
serialSolenoidOutput &= ~(1 << pin);
}
digitalWrite(solenoidLatch, LOW);
shiftOut(solenoidData, solenoidClockster, MSBFIRST, serialSolenoidOutput);
digitalWrite(solenoidLatch, HIGH);
}

Full Project Report Automatic Watering Plants System (PDF) Free Download

Automated Plant Watering System PDF 4.18MB 77 Here
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-Department of Engineering School of Informatics &Engineering Institute of Technology, Blanchardstown Dublin 15

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