Sistema de Irrigação Inteligente - Diagrama de Circuito e Código

Sistema de irrigação inteligente baseado em Arduino

A Índia é um país onde 70% da população depende da agricultura para sua subsistência. Hoje em dia, todo trabalho pode ser feito da maneira mais fácil com o uso de máquinas. Sem dúvida, a automação aumenta a produtividade e economiza muito tempo e esforço. A irrigação é a parte mais importante da agricultura para obter o máximo lucro do seu investimento no campo. No entanto, existem várias máquinas que podem ser usadas no campo agrícola pelos agricultores para facilitar seu trabalho. Infelizmente, essas máquinas não são acessíveis aos agricultores devido ao alto custo. Tudo o que eles precisam é de uma máquina simples e de baixo custo que possa ser usada facilmente para fins agrícolas.

Neste post, discutiremos um sistema de irrigação inteligente e simples, projetado com materiais de baixo custo. O objetivo deste sistema de irrigação é detectar o teor de umidade no solo e acionar a motobomba automaticamente.

Além do campo agrícola, também precisamos de um sistema automatizado de irrigação de plantas em nossa casa para cuidar de nossas plantas em nossa ausência. Através deste artigo, discutiremos o processo de design do projeto de sistema de irrigação inteligente que pode ser usado para regar as plantas automaticamente enquanto você está sentado no conforto de sua casa. Você pode personalizar os horários de água e o tempo de execução usando este dispositivo de sistema de irrigação inteligente.

Cerca de 50% das perdas de água são causadas por ineficiências dos sistemas de irrigação tradicionais que causam excesso de água. Para superar esse problema, vamos projetar um sistema de irrigação inteligente que verifica o nível de umidade do solo e fornece água para as plantas automaticamente. Quando o circuito encontra umidade suficiente no solo, a motobomba desliga.

Além disso, usamos o módulo GSM para atualizar regularmente sobre a condição de umidade no solo e na bomba de água. Este projeto é altamente confiável e útil para eliminar a necessidade de mão de obra do processo de irrigação nos campos.

Como discutido acima, usamos o sensor de umidade do solo para detectar a umidade no solo. Antes de iniciar o projeto, vamos dar uma olhada nos principais componentes usados no circuito para ajudá-lo a entender claramente o funcionamento do circuito.

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Sensor de umidade do solo

Existem duas sondas no sensor de umidade do solo que são usadas para medir o conteúdo volumétrico de água no solo. Essas duas sondas permitem que a corrente passe pelo solo e então obtenha o valor da umidade presente no solo.

Quando há água presente no solo, haverá menos resistência e, portanto, o solo conduzirá eletricidade. Como resultado, o nível de umidade detectado pelo sensor será maior. O solo seco é um mau condutor de eletricidade. Quando há menos água no solo, ele conduzirá menos eletricidade e, portanto, a resistência será maior. Esta é a razão pela qual o nível de umidade será menor.

Especificações técnicas:

Tensão de entrada – 3,3-5V
Tensão de saída - 0-4,2 V
Corrente de entrada - 35mA
Tensão de saída - Analógico/Digital

Pinturas do sensor de umidade do solo:

Vcc- Fonte de alimentação
A0- Saída analógica
D0- Saída digital
GND- Terra

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Como discutido acima, o sensor de umidade do solo consiste em duas placas condutoras que funcionam como sonda. Como o sensor de umidade do solo atua simplesmente como duas placas condutoras. A primeira placa é conectada à fonte de alimentação de +5v. A segunda placa é conectada diretamente ao solo. A saída é tomada diretamente do primeiro terminal do pino do sensor de umidade do solo.

O sensor de umidade do solo funciona com o princípio de circuito aberto e fechado. Quando o solo está seco, nenhuma corrente flui através dele e funciona como um circuito aberto. Quando o solo estiver úmido, a corrente começará a fluir de um terminal para outro, funcionando como um circuito fechado. Interfaceamos o sensor de umidade com a placa Arduino UNO. Discutiremos o código de interface e simulação do circuito na parte posterior deste artigo.

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Aplicações do sensor de umidade do solo:

Este dispositivo pode ser usado em hortas e gramados para erradicar a necessidade do processo de rega manual das plantas. Pode ser usado para a planta interior para fornecer água regularmente para irrigação.

A segunda parte mais importante deste projeto é o módulo GSM que é usado junto com o microcontrolador Arduino para comunicação.

Módulo GSM TTL SIM800:

Usamos o módulo SIM800 GSM em nosso projeto de sistema de irrigação e fizemos interface com o Arduino para enviar e receber mensagens. Um módulo GSM é basicamente um modem GSM. Este dispositivo está conectado com o PCB para receber diferentes tipos de saídas da placa. Em nosso projeto, temos a interface do módulo GSM com Arduino e a saída TTL é tomada. Este módulo GSM quad-band funciona em frequências que variam de GSM 850MHz, EGSM 900MHz, DCS 1800MHz e PCS 1900MHz. Os módulos GSM são altamente compatíveis com Arduino e microcontroladores. O módulo GSM TTL SIM800 é montado em tamanho 24*24*3mm para caber em quase todos os dispositivos, seja smartphone PDA etc.

Na Ásia, a maioria das operadoras de telefonia móvel opera na banda de 900 MHz. Os módulos GSM são fabricados conectando um único modem GSM ao PCB. Em seguida, é fornecida a saída RS232. Certifique-se de verificar o requisito de energia GSM em seu projeto antes de escolher o módulo GSM adequado para o seu dispositivo. Além disso, sempre escolha os pinos de saída habilitados para TTL para interfaceá-lo diretamente com o Arduino sem qualquer inconveniente.

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Especificações técnicas:

Com base em banda quádrupla
Tensão necessária -9VDC-12 VDC
Com base em regulador de comutação de fonte de alimentação
Energia necessária - 1 MA
Temperatura de operação - -40 a + 85 graus Celsius

Recursos do módulo GSM 800:

Esquema de codificação - CS-1, CS-2, CS-3, CS-4 Tx power
Consome baixa energia
Equipado com canais de áudio que incluem entrada de microfone e saída de receptor

Agora você tem um bom conhecimento sobre o funcionamento de ambos os dispositivos, ou seja, sensor de umidade do solo e módulo GSM. Em seguida, você deve fazer a interface de ambos os componentes com o microcontrolador Arduino.

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Placa Arduino UNO

Antes de descobrir os detalhes da placa Arduino UNO, informamos que existem várias versões de placas Arduino presentes no mercado, como Arduino mega, Arduino Due etc. Arduino UNO em nosso projeto, pois é o microcontrolador mais barato e fácil de fazer interface. Este microcontrolador consiste em 14 pinos de E/S digitais e 6 pinos analógicos. O microcontrolador Arduino UNO também suporta comunicação serial usando os pinos TX e Rx. A maior vantagem de usar o Arduino é que você pode otimizar e modificar o software e a placa Arduino de acordo com sua necessidade.

Interface sensor de umidade do solo e módulo GSM com Arduino

A interface deste circuito é simples. Você só precisa seguir o diagrama de circuito.

Primeiro, conecte o pino analógico do sensor de umidade do solo ao pino analógico 1 do Arduino. Agora, conecte o VCC e GND do sensor aos 5V e GND do Arduino.

Em seguida, insira um cartão SIM no módulo. Agora, você precisa conectar o módulo GSM com uma fonte de alimentação. Estamos usando o módulo de 12V, se você tiver um módulo de 5V, poderá alimentá-lo diretamente com os 5V do Arduino. Conecte uma fonte de 12V conforme mostrado no diagrama de circuito. Agora, conecte o pino GND do módulo com o GND do Arduino. Conecte o pino ST do módulo com o pino digital 9 do Arduino e o pino SR do módulo com o pino digital 10 do Arduino. Também conectamos um LCD para exibir o nível de umidade detectado. Conecte o LCD conforme mostrado no diagrama de circuito e conecte também um potenciômetro para manipular o contraste do LCD.

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Conecte o relé e o transistor usando o diagrama do driver do relé.

Agora reúna os componentes abaixo mencionados na lista e conecte o circuito conforme mostrado no diagrama de circuito:

Placa Arduino UNO
Módulo GSM
Fios de conexão
Transistores
Tela LCD 16×2
Fonte de alimentação
Relé
Bomba
Sensor de umidade do solo
Resistores
Conector de terminal
Regulador de tensão

Explicação do código de programação

A parte de programação para este projeto é muito fácil. Primeiramente, precisamos definir a biblioteca para LCD e para o sensor de umidade. Na próxima linha definimos os pinos transmissor e receptor do sensor que estão conectados ao pino digital 9 e 10 respectivamente:

#include 
#include
SoftwareSerial mySerial(9,10);

Agora, definimos algumas variáveis para usá-las em vez de usar os números dos pinos:

int M_Sensor = A0;
int W_led = 7;
int P_led = 13;

Na próxima linha, definimos os pinos do LCD conectados ao Arduino:

LiquidCrystal lcd(12, 11, 5, 4, 3, 2);

Na função de configuração, primeiro inicializamos o LCD pela função lcd.begin() e o sensor de umidade usando a função mySerial.begin(). Passamos 16,2 porque o LCD está com 16 colunas e 2 linhas e isso indica que usaremos o LCD inteiro. Em seguida, inicializamos e definimos o modo de pino do pino digital 13 como saída que é conectado ao LED de status da bomba e relé e o pino 7 como pino de entrada que é conectado ao led de nível de água.

void setup()
 {
    lcd.begin(16, 2);
    mySerial.begin(9600);
    pinMode(7,INPUT);
    pinMode(13,OUTPUT);
}

Agora, vamos para a função de loop. Na primeira linha, limpamos o LCD para que, se houver alguma saída anterior, seja limpa. Na próxima linha, estamos buscando o valor do sensor de umidade e armazenando-o em uma variável chamada 'Moist':

lcd.clear();
int Moist = analogRead(M_Sensor);

Nas próximas linhas, introduzimos as condições para solos secos, úmidos e encharcados:

if (Moist> 700)   // for dry soil
  { 
        lcd.setCursor(11,0);
        lcd.print("DRY");
        lcd.setCursor(11,1);
        lcd.print("SOIL");
       if (digitalRead(W_led)==1) //test the availability of water in storage
       {
         digitalWrite(13, HIGH);
         lcd.setCursor(0,1);
         lcd.print("PUMP:ON");
         mySerial.println(“AT+CMGF=1”);
         delay(1000);
         mySerial.println(“AT+CMGS=\”NUMBER”\r”);
         delay(1000);
         mySerial.println(“PUMP:ON”);
         delay(100);
         mySerial.println((char)26);
         delay(1000);
       }
       else
       {
         digitalWrite(13, LOW);
         lcd.setCursor(0,1);
         lcd.print("PUMP:OFF");
         mySerial.println(“AT+CMGF=1”);
         delay(1000);
         mySerial.println(“AT+CMGS=\”NUMBER”\r”);
         delay(1000);
         mySerial.println(“PUMP:OFF”);
         delay(100);
         mySerial.println((char)26);
         delay(1000);
       }
    }
 
     if (Moist>= 300 && Moist<=700) //for Moist Soil
    { 
     lcd.setCursor(11,0);
     lcd.print("MOIST");
     lcd.setCursor(11,1);
     lcd.print("SOIL");
     digitalWrite(13,LOW);
     lcd.setCursor(0,1);
     lcd.print("PUMP:OFF");
         mySerial.println(“AT+CMGF=1”);
         delay(1000);
         mySerial.println(“AT+CMGS=\”NUMBER”\r”);
         delay(1000);
         mySerial.println(“PUMP:OFF”);
         delay(100);
         mySerial.println((char)26);
         delay(1000);    
  }
 
  if (Moist < 300)  // For Soggy soil
  { 
     lcd.setCursor(11,0);
     lcd.print("SOGGY");
     lcd.setCursor(11,1);
     lcd.print("SOIL");
     digitalWrite(13,LOW);
     lcd.setCursor(0,1);
     lcd.print("PUMP:OFF");
     mySerial.println(“AT+CMGF=1”);
     delay(1000);
     mySerial.println(“AT+CMGS=\”NUMBER”\r”);
     delay(1000);
     mySerial.println(“PUMP:OFF”);
     delay(100);
     mySerial.println((char)26);
     delay(1000);
  }
 delay(1000);    
}

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Funcionamento do Sistema de Irrigação Automática

O funcionamento do sistema de irrigação automática é muito simples e fácil de entender. Neste projeto, o Arduino é usado para controlar todo o funcionamento do circuito. Primeiramente, quando não houver umidade presente no solo, haverá condução entre duas sondas do sensor de solo. Como resultado, o transistor permanecerá no estado LIGADO. Além disso, o pin13 do Arduino permanecerá baixo. Depois disso, o Arduino enviará uma mensagem ao usuário informando que a umidade do solo está normal. Motor desligado”. Nesta situação, a motobomba permanecerá no estado “OFF”.

Quando não há umidade no solo, o transistor Q2 fica DESLIGADO. Além disso, o pino D7 fica alto. Consequentemente, o Arduino send inicia a bomba d'água e envia a mensagem ao usuário como Baixa umidade detectada. O motor está LIGADO. Novamente, a motobomba será desligada automaticamente quando houver umidade suficiente no solo detectada pelo sensor de umidade do solo.

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Recursos do Sistema de Irrigação Inteligente

Este sistema de irrigação inteligente atende a todos os critérios de um sistema de irrigação ideal. Algumas das características lucrativas são:

Este sistema de irrigação inteligente se adapta facilmente às condições climáticas e detecta a umidade de acordo com a operação da bomba de água
O sensor de umidade do solo detecta facilmente o alto fluxo de água ao detectar a umidade presente no solo e, portanto, desliga e inicia automaticamente
Usando o sistema de irrigação inteligente, você pode gerenciar o fluxo de água remotamente sem ir ao campo
O LCD conectado ao circuito exibe os dados de umidade do solo regularmente, que podem ser usados para manter o registro da umidade em diferentes instâncias

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Resumo

Sistema de irrigação inteligente é de grande utilidade em termos de produtividade e confiabilidade também. Além disso, este dispositivo é fácil de projetar e pode ser montado usando componentes eletrônicos facilmente disponíveis. O microcontrolador Arduino usado no software é muito popular e pode ser facilmente interfaceado sem qualquer inconveniente. Usamos o sensor de umidade do solo para detectar a umidade no solo.

O módulo GSM é usado neste projeto para informar os usuários enviando mensagens em seus celulares. Também descrevemos o método de trabalho e interface de todos os componentes com o Arduino. Esperamos que agora você possa projetar este sistema de irrigação inteligente de baixo custo para economizar água no seu dia a dia.

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