Sistema Inteligente de Monitoramento de Plantas com Windows 10 IoT

Componentes e Materiais

Arduino Due (baseado em ARM, 3,3 V)	×	1
Raspberry Pi 2 Model B	×	1
Sensor BMP180 (Pressão/Temp./Altitude)	×	1
ADC ADS1115 16 bits (I2C)	×	1
Sensor de Umidade do Solo (com comparador)	×	4
Servos Tower Pro MG996R	×	2
Módulo Relé (genérico)	×	2
Protoboard	×	1

Software e Serviços

• Microsoft Visual Studio 2015 (app UWP para Windows 10 IoT)
• Arduino IDE (código do gateway Arduino)

Sobre o Projeto

Introdução

Este projeto cria um sistema de monitoramento e rega automática de plantas. A tarefa principal é controlar servos, relés e coletar dados de umidade do solo. Como o Raspberry Pi não possui conversor analógico-digital (ADC) nativo, usei um ADC externo (ADS1115) e um gateway Arduino (que tem ADC interno). Para PWM (necessário para servos), testei três abordagens: PWM por software, gateway Arduino e módulo PWM dedicado. Implementei as duas primeiras por já ter experiência com I2C.

A Aplicação (App UWP)

O app tem dois modos:

• Automático: Detecta se a planta precisa de água e aciona a rega.
• Manual: Controle direto dos servos e relés.

Cada servo gira ~180°, regando duas plantas. O modo automático é padrão. A leitura dos sensores de umidade é categorizada em 5 níveis (1 = úmido/verde, 5 = seco/vermelho). Um timer verifica periodicamente: se a categoria de "planta A" ou "B" ultrapassar o limite aceitável, rega a mais seca. No mesmo ciclo, verifica "planta C" e "D" de forma análoga.

Componentes Principais

Servo SG90

Exige alta frequência de clock GPIO. O provedor padrão do Windows IoT não basta; usei o Lightning Provider. A fonte original do Pi causava problemas de desempenho (servo consome muita corrente). Com carregador de iPad melhorou, mas ainda hesitava. Solução: circuito de alimentação externa para o servo (comum GND, sinal no Pi, Vcc na fonte externa).

Isso resolveu. Mas uma fonte melhor para o Pi ou otimização no software também funcionariam.

ADC ADS1115 16 bits I2C

Implementei quase todas as funções do ADS1115. Ainda em desenvolvimento: registradores de threshold não configurados. Merece um tutorial próprio. Quase pronto como driver ADC completo; pode haver problemas lógicos e nem todas as funções foram testadas exaustivamente.

Sensor BMP180 I2C (Temp./Pressão)

Driver baseado em projeto existente, com ajustes na inicialização para compatibilidade com Lightning Provider. Medição de temp/pressão é útil em estações meteorológicas, monitoramento de plantas, etc.

Relé

Acionamento simples via GPIO. Fácil de entender pelo código-fonte.

Circuito Fotodiodo

Medição de luz ambiente, útil em projetos similares. Amplificador baseado no datasheet do LTC1050. Fotodiodo Osram BPW 21 otimizado para luz diurna.

Gateway Arduino (Arduino Due)

Escolhido por ter barramento I2C com pull-up 3,3 V. Alternativas: conversor de nível lógico ou outro barramento I2C com pull-ups próprios (ex.: Arduino Mega 2560 tem múltiplos barramentos I2C não pull-upados). Código simples.

Sensor de Umidade do Solo

Modelos chineses com módulo comparador.

Resumo do Projeto

Fornece base para rega automática e demonstra recursos reaproveitáveis:

• Comunicação I2C com Arduino (gateway)
• ADC no Raspberry Pi via ADS1115
• PWM no Raspberry Pi (controle de servo)

Planos Futuros

• Conectividade com Azure
• App móvel com Xamarin
• Substituir I2C por Bluetooth na comunicação com Arduino

Código

• Código Arduino: GitHub
• Código Raspberry Pi (UWP): GitHub

Esquemáticos

Diagrama do circuito do amplificador do fotodiodo no datasheet do LTC1050. Demais conexões no repositório.