Smart Herb Box: Sistema de Jardinagem Inteligente com Alexa e Arduino

Componentes e Materiais

Componente	Quantidade	Função
Amazon Alexa Echo Dot	1	Interface de voz
Arduino UNO R3	1	Controlador principal
ESP8266 ESP-01	1	Conectividade WiFi
Arduino Proto Shield	1	Base para circuitos personalizados
Shield 4 Relés (5V)	1	Controle de bombas (12V) e lâmpada (220V)
Bomba de Água Submersa 12V	2	Irrigação por gravidade/pressão
Lâmpada de Crescimento para Plantas (220V)	1	Iluminação suplementar
Fonte 220V/12V DC (para bombas)	1	Alimentação bombas
Fonte 12V DC (para Arduino/relés)	1	Alimentação lógica
Carregador USB + Cabo	1	Alimentação 5V do Arduino
Mangueira de Ar/Água (silicone 4-6mm)	1	Conexão bombas → vasos
Jumpers (macho-macho, macho-fêmea)	1 kit	Conexões
Sensores de Umidade de Solo YL-69	4	Monitoramento por vaso
Madeira (compensado/MDF 12-18mm)	Conforme corte	Caixa estrutural
Vasos de ervas (supermercado, ~11cm)	3	Recipientes das plantas
Reservatório de água externo	1	Garrafa/balde 2-5L

Sobre o Projeto

O Smart Herb Box é um sistema de irrigação automática para ervas culinárias em ambiente interno, com monitoramento de umidade, iluminação suplementar e controle por voz via Amazon Alexa. A caixa acomoda 3 vasos padrão de supermercado, cada um com sensor de umidade dedicado e linha de irrigação independente.

Funcionalidades principais:

• Monitoramento contínuo de umidade do solo (4 sensores)
• Irrigação automática baseada em limiares configuráveis
• Controle manual/agendado de bomba por vaso
• Lâmpada de crescimento controlada (horário/voz)
• Interface web para configuração e gráficos de histórico
• Comandos de voz via Alexa (português/inglês/alemão)
• Notificações de "planta seca" e histórico de irrigação

Arquitetura do Sistema

┌─────────────┐     Serial      ┌──────────────┐     WiFi/HTTP      ┌─────────────┐
│   Arduino   │ ◄─────────────► │   ESP-01     │ ◄────────────────► │  Web API    │
│   (UNO)     │   (9600 baud)   │  (AT cmds)   │   (REST/JSON)      │  (PHP/JSON) │
└──────┬──────┘                 └──────────────┘                    └──────┬──────┘
       │                                                                    │
       ▼                                                                    ▼
┌─────────────┐                                                        ┌─────────────┐
│ Sensores/   │                                                        │  AWS Lambda │
│ Atuadores   │                                                        │  (Alexa)    │
└─────────────┘                                                        └─────────────┘

Passo a Passo Detalhado

Passo 1: Sensor de Umidade YL-69

O sensor YL-69 usa duas sondas que formam um resistor variável: solo úmido = menor resistência = maior condutividade.

Ligação otimizada (evita corrosão):

• VCC do sensor → Pino digital (ex: D6) – ligado apenas durante leitura
• GND → GND
• A0 (saída analógica) → Pino analógico (ex: A1)

Código de leitura:

byte vccPin = 6;
byte dataPin = A1;

int readHumidity() {
  digitalWrite(vccPin, HIGH);    // Liga sensor
  delay(500);                    // Estabilização
  int value = analogRead(dataPin); // 0-1023
  digitalWrite(vccPin, LOW);     // Desliga sensor (evita eletrólise)
  return 1023 - value;           // Inverte: maior valor = mais úmido
}

Calibração: teste em solo seco (valor ~200-400) e solo encharcado (valor ~800-1000). Defina limiar de "seco" (ex: < 500) para acionar irrigação.

Passo 2: Shield de Relés para Bombas e Lâmpada

O shield de 4 relés isola eletricamente o Arduino (5V) das cargas:

• Relé 1-2: Bombas 12V (uma por vaso, ou uma bomba + válvulas)
• Relé 3: Lâmpada 220V (cuidado: isolamento reforçado!)
• Relé 4: Reserva / futura expansão

Lógica de acionamento (relés "active LOW"):

// Desligado = pino INPUT ou HIGH
// Ligado = pino OUTPUT + LOW

void setup() {
  pinMode(pump1Pin, OUTPUT); digitalWrite(pump1Pin, HIGH); // Inicia desligado
  pinMode(pump2Pin, OUTPUT); digitalWrite(pump2Pin, HIGH);
  pinMode(lampPin, OUTPUT);  digitalWrite(lampPin, HIGH);
}

void activatePump(byte pin, int seconds) {
  pinMode(pin, OUTPUT);
  digitalWrite(pin, LOW);        // Liga
  delay(seconds * 1000);
  digitalWrite(pin, HIGH);       // Desliga
  pinMode(pin, INPUT);           // Garante desligado (high-Z)
}

Passo 3: WiFi com ESP-01 (AT Commands)

O ESP-01 é um microcontrolador separado que requer comunicação serial:

• ESP VCC/CH_PD → 3.3V (use divisor de tensão ou regulador 3.3V dedicado)
• ESP GND → GND
• ESP TX → Arduino D2 (via divisor 5V→3.3V: 1kΩ + 2kΩ)
• ESP RX → Arduino D3 (direto funciona, mas divisor recomendado)

Configuração inicial (baud rate 9600):

AT+RST              // Reset
AT+CWMODE=1         // Modo Station
AT+CWJAP="SSID","SENHA"  // Conecta WiFi
AT+CIPMUX=1         // Múltiplas conexões
AT+CIPSERVER=1,80   // Servidor porta 80 (opcional)

Comunicação HTTP GET para API:

AT+CIPSTART=0,"TCP","meuservidor.com",80
AT+CIPSEND=0,
GET /api/planta?action=humidity&code=LEFT&humidity=750 HTTP/1.0
Host: meuservidor.com
Connection: close

Passo 4: Caixa de Madeira (Estrutura)

Dimensões sugeridas (para 3 vasos 11cm + eletrônica):

• Externo: 40cm (L) × 18cm (P) × 20cm (A)
• Interno: 36cm × 14cm × 18cm
• Furos para vasos: 3 círculos 11.5cm diâmetro, espaçados
• Painel traseiro removível (parafusos) para manutenção
• Bandeja coletora interna (PVC ou metal) para vazamentos

Montagem: cola madeira D3 (resistente à água) + parafusos. Acabamento com verniz marítimo ou epóxi nas partes internas.

Passo 5: Website/API (Backend)

Tecnologias: PHP, jQuery, Bootstrap, Chart.js, ArduinoJson.

Endpoints principais:

Endpoint	Método	Função
/api/plant?action=get&code=LEFT	GET	Retorna config: dataPin, interval
/api/plant?action=humidity&code=LEFT&humidity=750	GET	Recebe leitura do Arduino
/api/action?action=pop	GET	Arduino busca comandos pendentes
/api/action?action=processed&entryNo=123	GET	Confirma execução de comando

Interface Web: dashboard com gráfico Chart.js (últimas 24h/7d/30d), formulários inline (X-editable) para ajustar pinos, intervalos, limiares.

Passo 6: Integração Alexa (Alexa Skill + AWS Lambda)

Fluxo: Usuário fala → Alexa → AWS Lambda (Node.js) → Web API → Arduino (polling) → Execução → Resposta → Lambda → Alexa

Intents implementados:

• ReadHumidityIntent – "Como estão minhas plantas?" / "Como está o manjericão?"
• IrrigatePlantIntent – "Irrigue minhas plantas" / "Irrigue o manjericão por 5 segundos"
• SwitchIntent – "Ligue a lâmpada" / "Desligue a luz"
• ReadIrrigateIntent – "Quais plantas precisam de água?"
• ReadLastIrrigationIntent – "Quando foi a última irrigação do manjericão?"

Lambda (Node.js) – encaminhamento:

const https = require('https');
exports.handler = (event, context, callback) => {
  const postData = JSON.stringify(event);
  const options = {
    host: 'meuservidor.com',
    path: '/api/alexa',
    port: 443,
    method: 'POST',
    headers: { 'Content-Type': 'application/json', 'Content-Length': postData.length }
  };
  const req = https.request(options, (res) => {
    let body = '';
    res.on('data', (chunk) => body += chunk);
    res.on('end', () => callback(null, JSON.parse(body)));
  });
  req.write(postData);
  req.end();
};

Passo 7: Código Arduino (Estrutura Modular)

O código está organizado em classes/structs:

• Plant – gerencia um vaso: pino sensor, intervalo, leitura, envio
• EcoActionBuffer – fila de comandos vindos da API (ligar bomba, lâmpada)
• WhiteWalnutApi – comunicação HTTP/JSON com ESP-01
• StensTimer – agendamento não-bloqueante (timers por objeto)

Loop principal (WhiteWalnut.ino):

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  while(!WhiteWalnutApi::connectToWiFi()) delay(2000);
  
  leftPlant.code = "LEFT";  centerPlant.code = "CENTER"; 
  rightPlant.code = "RIGHT"; externalPlant.code = "EXTERNAL";
  
  leftPlant.checkHumidity();  // Inicia leituras periódicas
  centerPlant.checkHumidity();
  rightPlant.checkHumidity();
  externalPlant.checkHumidity();
  
  // Timers: API a cada 60s, ações a cada 1s
  StensTimer::getInstance()->setInterval(&apiTimer, ACTION_PLANT_UPDATE, 60000);
  StensTimer::getInstance()->setInterval(&actionBuffer, ACTION_ECOACTION_READ, 1000);
}

void loop() {
  stensTimer->run(); // Processa todos timers
}

Exemplos de Comandos de Voz (Alexa)

Comando	Resposta Esperada
"Alexa, pergunte à herb box como estão minhas plantas"	"Planta 1 está boa, Planta 2 está seca, Planta 3 está úmida"
"Alexa, diga à herb box para irrigar o manjericão por 5 segundos"	"Irrigando manjericão por 5 segundos"
"Alexa, pergunte à herb box quais plantas precisam de irrigação"	"Planta 1 e Planta 3 estão secas"
"Alexa, pergunte à herb box quando foi a última irrigação do meu manjericão"	"Última irrigação do manjericão foi há 36 horas"
"Alexa, diga à herb box para ligar a lâmpada"	"Lâmpada de crescimento ligada"

Recursos Planejados (Roadmap)

• Modo economia de energia (deep sleep Arduino + wake por RTC)
• Nós remotos: Arduino Nano + nRF24L01/LoRa para sensores distribuídos (bateria)
• API multi-instância (compartilhar caixa com amigos/família)
• Botões físicos na caixa para irrigação/lâmpada sem app/voz
• Cards visuais na resposta Alexa (imagens das plantas)
• Integração com Home Assistant / MQTT
• Previsão de irrigação baseada em clima (API tempo)

Arquivos de Código (Resumo)

• WhiteWalnut.ino – sketch principal, setup de timers e objetos
• Plant.h/.cpp – classe vaso (umidade, agendamento)
• EcoActionBuffer.h/.cpp – buffer de comandos (liga/desliga com duração)
• WhiteWalnutApi.h/.cpp – cliente HTTP/JSON via ESP-01 AT commands
• Bibliotecas: ArduinoJson, StensTimer, SoftwareSerial, MemoryFree

Esquemático Resumido

Ver seção "Schematics" para diagramas de: comunicação Arduino↔ESP↔API↔Lambda, intents Alexa, fluxo de dados JSON.