Smart Garden "SmartHorta": 9 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:13

Hola nois, aquest instructiu us presentarà el projecte universitari d’un hort intel·ligent que proporciona reg automàtic de plantes i que es pot controlar mitjançant una aplicació mòbil. L’objectiu d’aquest projecte és atendre els clients que vulguin plantar a casa, però que no tenen temps per cuidar-los i regar-los en els moments adequats del dia. Anomenem "SmartHorta" perquè "horta" significa hort en portuguès.

El desenvolupament d’aquest projecte es va dur a terme per ser aprovat en la disciplina del Projecte d’Integració a la Universitat Tecnològica Federal de Paraná (UTFPR). L'objectiu era combinar les diverses àrees de la mecatrònica com la mecànica, l'electrònica i l'enginyeria de control.

El meu agraïment personal als professors d'UTFPR Sérgio Stebel i Gilson Sato. I també als meus quatre companys (Augusto, Felipe, Mikael i Rebeca) que van ajudar a construir aquest projecte.

El producte té protecció contra el mal temps i ofereix protecció contra les plagues, el vent i la pluja intensa. Cal alimentar-la mitjançant un dipòsit d’aigua a través d’una mànega. El disseny proposat és un prototip per adaptar-se a tres plantes, però es pot expandir a més gerros.

S'hi van utilitzar tres tecnologies de fabricació: tall per làser, fresat CNC i impressió 3D. Per a la part d'automatització es va utilitzar l'Arduino com a controlador. Es va utilitzar un mòdul bluetooth per a la comunicació i es va crear una aplicació per a Android mitjançant MIT App Inventor.

Tots hem aprovat amb una nota propera al 9,0 i estem molt contents amb la feina. Una cosa que fa molta gràcia és que tothom pensa a plantar males herbes en aquest dispositiu, no sé per què.

Pas 1: disseny conceptual i modelització de components

Abans del muntatge, tots els components es van dissenyar i modelar en CAD mitjançant SolidWorks per garantir que tot quedés perfectament adaptat. L’objectiu també era encabir tot el projecte dins del maleter d’un cotxe. Per tant, les seves dimensions es van definir com a 500 mm com a màxim. La fabricació d’aquests components va utilitzar tecnologies de tall per làser, fresat CNC i impressió 3D. Algunes parts de fusta i canonades es van tallar a serra.

Pas 2: tall per làser

El tall per làser es va fer sobre una xapa d'acer galvanitzat AISI 1020 d'1 mm de gruix, 600 mm x 600 mm i després es va plegar en pestanyes de 100 mm. La base té la funció d’allotjar els vaixells i la part hidràulica. Els seus forats s’utilitzen per passar els tubs de suport, els cables del sensor i del solenoide i per ajustar-los a les frontisses de les portes. També es tallava amb làser una placa en forma de L que serveix per encabir les canonades al terrat.

Pas 3: fresadora CNC

El muntatge del servomotor es va fabricar mitjançant una fresadora CNC. Es van mecanitzar dues peces de fusta, després es van enganxar i es van recobrir amb massilla de fusta. També es va mecanitzar una petita placa d'alumini per ajustar el motor al suport de fusta. Es va triar una estructura robusta per suportar el parell servo. Per això la fusta és tan gruixuda.

Pas 4: impressió 3D

En un esforç per regar correctament les plantes i tenir un millor control de la humitat del sòl, es va dissenyar una estructura per dirigir l'aigua des del tub de subministrament de la base fins al polvoritzador. En fer-lo servir, el polvoritzador es va col·locar sempre cap al terra (amb una inclinació de 20º cap avall) en lloc de les fulles de les plantes. Es va imprimir en dues parts en PLA groc translúcid i es va muntar amb femelles i cargols.

Pas 5: serra de mans

L’estructura del sostre de fusta, les portes i les canonades de PVC es van tallar manualment a la serra de mans. L’estructura del sostre de fusta es va tallar, lijar, perforar i muntar amb cargols de fusta.

El sostre és una làmina translúcida de fibra de vidre de eternit i es va tallar amb una guillotina específica per tallar fibra, després es va perforar i es va instal·lar a la fusta amb cargols.

Les portes de fusta es van tallar, esmolar, perforar, muntar amb cargols de fusta, es van recobrir amb massa de fusta i, a continuació, es va col·locar una mosquitera amb grapadora per evitar danys a les plantes per fortes pluges o insectes.

Les canonades de PVC es van tallar simplement a la serra de mans.

Pas 6: Components i muntatge hidràulics i mecànics

Després de fabricar el sostre, la base, el capçal i les portes, procedim al muntatge de la peça estructural.

Primer muntem les abraçadores del conducte a la base i a la placa L amb rosca i cargol, després només cal instal·lar els quatre tubs de PVC a les abraçadores. Després heu de cargolar el sostre a les làmines L. A continuació, només heu de cargolar les portes i els mànecs amb femelles i cargols. Per últim, heu de muntar la peça hidràulica.

Però atenció, ens hauria de preocupar de segellar la part hidràulica perquè no hi hagi cap fuita d’aigua. Totes les connexions s’han de tancar hermèticament amb segellador de fil o cola de PVC.

Es van comprar diversos components mecànics i hidràulics. A continuació s’enumeren els components:

- Conjunt de reg

- 2x nanses

- 8x frontisses

Genoll de 2x 1/2 de PVC

- Pinces de conducte de 16x 1/2"

- 3x genoll 90º 15mm

- mànega d'1 m

- 1x 1/2 màniga soldable blau

- 1x 1/2 genoll soldable blau

1x mugró filable

- 3x vaixells

Cargol de fusta 20x 3,5x40mm

- Pern i femella de 40x 5/32"

- Mosquitera de 1 m

- canonada de pvc 1/2"

Pas 7: components i muntatge de components elèctrics i electrònics

Per al muntatge de peces elèctriques i electròniques ens hem de preocupar per la correcta connexió dels cables. Si es produeix una connexió incorrecta o un curtcircuit, es poden perdre peces costoses que triguen a substituir-se.

Per facilitar el muntatge i l’accés a l’Arduino, hauríem de fabricar un escut amb una placa universal, de manera que sigui més fàcil eliminar i descarregar un nou codi a l’Arduino Uno i evitar que hi hagi molts cables dispersos.

Per a la vàlvula solenoide s’ha de fer una placa amb protecció optoisolada per a l’accionament del relé, per estalviar-nos el perill de cremar les entrades / sortides Arduino i altres components. S'ha de tenir precaució a l'hora d'actuar la electrovàlvula: no s'ha d'engegar quan no hi ha pressió d'aigua (en cas contrari es pot cremar).

Tres sensors d'humitat són essencials, però podeu afegir-ne més per redundància del senyal.

Es van comprar diversos components elèctrics i electrònics. A continuació s’enumeren els components:

- 1x Arduino Uno

- 6x sensors d'humitat del sòl

- 1x 1/2 electrovàlvula de 127V

- 1x servomotor de 15 kg.cm

- Font 1x 5v 3A

- Font 1x 5v 1A

- 1x mòdul bluetooth hc-06

- 1x Rellotge en temps real RTC DS1307

- 1x relé 5v 127v

1 optoacoblament basculant 1x 4n25

-1x tiristor bc547

- 1x díode n4007

- 1x resistència a 470 ohms

- 1x resistència de 10k ohms

- 2x placa universal

- 1 x tira de corrent amb 3 endolls

- 2x endoll masculí

- 1x endoll p4

- Cable de 10 m 2 vies

- Cable d’internet de 2 m

Pas 8: programació C amb Arduino

La programació Arduino consisteix bàsicament en el control de la humitat del sòl dels gerros "n". Per a això, ha de complir els requisits d’actuació de les electrovàlvules, així com el posicionament del servomotor i la lectura de les variables de procés.

Podeu modificar la quantitat de vaixells

#define QUANTIDADE 3 // Quantitat de plantes

Podeu modificar el temps que la vàlvula estarà oberta

#define TEMPO_V 2000 // Tempo que a válvula ficará aberta

Podeu modificar el temps d'espera perquè el sòl s'humitegi.

#define TEMPO 5000 // Tempo de esperar para o solo umidecer.

Podeu modificar el retard del servidor.

#define TEMPO_S 30 // Retardar el servo.

Per a cada sensor d'humitat del sòl hi ha un rang de voltatge diferent per al sòl sec i el sòl completament humit, de manera que hauríeu de provar aquest valor aquí.

umidade [0] = mapa (umidade [0], 0, 1023, 100, 0);

Pas 9: aplicació mòbil

L'aplicació es va desenvolupar al lloc web MIT App Inventor per realitzar funcions de supervisió i configuració de projectes. Després de la connexió entre el telèfon mòbil i el controlador, l'aplicació mostra en temps real la humitat (del 0 al 100%) en cadascun dels tres gerros i l'operació que s'està realitzant en aquest moment: ja sigui en mode d'espera, movent el servomotor a la posició correcta o regar un dels gerros. La configuració del tipus de planta de cada gerro també es fa a l’aplicació i les configuracions ja estan preparades per a nou espècies de plantes (enciam, menta, alfàbrega, ceballet, romaní, bròquil, espinacs, créixens, maduixa). Com a alternativa, podeu introduir manualment els paràmetres de reg per a les plantes que no apareixen a la llista. Les plantes de la llista es van escollir perquè són fàcils de cultivar en testos petits com els del nostre prototip.

Per descarregar l'aplicació, primer heu de descarregar l'aplicació MIT App Inventor al vostre telèfon mòbil, activeu el wifi. A continuació, a l’ordinador hauríeu d’iniciar sessió al lloc web del MIT https://ai2.appinventor.mit.edu/ per iniciar la sessió, importar el projecte SmartHorta2.aia i, a continuació, connectar el vostre telèfon mòbil mitjançant un codi QR.

Per connectar l’arduino al telèfon intel·ligent, heu d’activar el bluetooth al telèfon, encendre l’arduino i, a continuació, aparellar el dispositiu. Ja està, ja esteu connectat a SmartHorta!