Pixie - Deixe sua planta inteligente: 4 etapas (com imagens)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:35

Pixie foi um projeto desenvolvido com o intuito de tornar as plantas que temos em casa mais interativas, já que para a maioria das pessoas um dos desafios de ter uma planta em casa é saber cuidar dela, com que frequência regamos, quando e quanto sol é suficiente, etc. Enquanto os sensores trabalham para obter os dados da planta, um display LED, propositadamente pixelado (daí o nome Pixie), exibe expressões básicas que indicam o estado da planta, como alegria enquanto ela está sendo regada ou tristeza se a temperatura estiver muito alta, indicando que deve ser levado para um local mais fresco. Para tornar a experiência ainda mais interessante, outros sensores como presença, toque e luminosidade foram adicionados, traduzindo-se em outras expressões que fazem parecer que agora você tem um bichinho virtual para cuidar.

O projeto possui diversos parâmetros onde é possível customizar os limites e necessidades de cada caso, considerando a diversidade de plantas e também sensores de diferentes marcas. Como sabemos, existem plantas que precisam de mais sol ou água, enquanto outras podem viver com menos recursos, como os cactos por exemplo, em casos como este, ter parâmetros é imprescindível. Ao longo deste artigo, apresentarei o funcionamento e uma visão geral de como construir um Pixie usando um pouco de conhecimento de eletrônica, componentes facilmente encontrados no mercado e uma caixa impressa em 3D.

Embora seja um projeto totalmente funcional, existem possibilidades de customização e melhorias que serão apresentadas ao final do artigo. Terei todo o prazer em responder a qualquer pergunta sobre o projeto aqui nos comentários ou diretamente no meu e-mail ou conta no Twitter.

Suprimentos

Todos os componentes são facilmente encontrados em lojas especializadas ou sites.

• 1 MCU ESP32 (pode ser usado ESP8266 ou até mesmo um Arduino Nano se você não quiser enviar dados pela internet)

  Eu usei este modelo para o projeto

• 1 LDR 5mm GL5528
• 1 elemento PIR D203S ou similar (é o mesmo sensor usado nos módulos SR501 ou SR505)
• 1 sensor de temperatura DHT11

• 1 sensor de umidade do solo

  Prefira usar sensor capacitivo de solo em vez de resistivo, este vídeo explica bem por que

• 1 Led Matrix 8x8 com MAX7219 integrado

  Eu usei este modelo, mas poderia ser semelhante

• 1 Resistor 4,7 kΩ 1 / 4w
• 1 Resistor 47 kΩ 1 / 4w
• 1 resistor 10 kΩ 1 / 4w

Outros

• impressora 3d
• Ferro de solda
• Alicate de corte
• Fios para conexão de circuito
• Cabo USB para fonte de alimentação

Etapa 1: circuito

O circuito pode ser visto na imagem acima usando uma placa de ensaio, mas para ser colocado no gabinete, as conexões devem ser soldadas diretamente para ocupar menos espaço. A questão do espaço utilizado foi um ponto importante do projeto, tentei reduzir ao máximo a área que Pixie iria ocupar. Embora o case tenha se tornado pequeno, ainda é possível reduzir ainda mais, especialmente com o desenvolvimento de um PCB exclusivo para esse fim.

A detecção de presença foi feita usando apenas um elemento PIR em vez de um módulo completo, como SR501 ou SR505, uma vez que o temporizador integrado e a ampla faixa de atuação superior a cinco metros não eram necessários. Utilizando apenas o elemento PIR a sensibilidade diminui e a detecção de presença é feita via software. Mais detalhes da conexão podem ser vistos aqui.

Outro problema recorrente em projetos eletrônicos é a bateria, havia algumas possibilidades para este projeto como uma bateria de 9v ou recarregável. Embora fosse mais prático, um espaço extra seria necessário no caso e acabei deixando a saída USB do MCU exposta para que o usuário decidisse como ficará a fonte de alimentação e facilitando o upload do sketch.

Etapa 2: Design e impressão 3D

Junto com o circuito, um case para acomodar os componentes Pixie foi desenvolvido e impresso em um Ender 3 Pro usando PLA. Os arquivos STL foram incluídos aqui.

Alguns conceitos estiveram presentes durante a concepção deste caso:

• Como o vaso normalmente fica sobre uma mesa, a tela foi colocada ligeiramente inclinada para não perder a área de visualização
• Projetado para evitar o uso de suportes de impressão
• Estimula a troca de peças por outras cores de forma a tornar o produto mais personalizado, intercambiável e com design adequado
• O sensor de temperatura com abertura para ambiente externo possibilita uma leitura mais correta

• Considerando os diferentes tamanhos de vasos, a instalação do Pixie na planta pode ser feita de duas formas

  • Através de uma haste fixada à terra; ou
  • Usando uma tira que envolve o vaso de plantas

Pontos de melhoria

Apesar de funcional, existem alguns pontos no design que devem ser modificados, como o tamanho das paredes que foram definidas para evitar perda de material e agilizar a impressão durante a prototipagem em 1mm.

Os encaixes precisam ser melhorados aplicando os padrões de design na impressão 3d, provavelmente será necessário ajustar o tamanho do bastão e encaixe do suporte para encaixar as peças corretamente.

Etapa 3: Código

Como programador, posso dizer que foi a parte mais divertida de trabalhar, pensar em como estruturar e organizar o código, demorou algumas horas de planejamento e o resultado foi bastante satisfatório. O fato da maioria dos sensores utilizarem uma entrada analógica gerou um tratamento distinto do código a fim de tentar obter uma leitura mais precisa tentando ignorar os falsos positivos o máximo possível. O diagrama acima foi criado com os principais blocos de código e ilustra a funcionalidade principal, para mais detalhes eu recomendo dar uma olhada no código em

Existem vários pontos abertos para modificação que permitem que você personalize Pixie como desejar. Dentre eles posso destacar:

• Frequência de leitura do sensor
• Tempo limite de expressões
• Temperatura máxima e mínima, limites de iluminação e solo, bem como o limite dos sensores
• Mostra a intensidade da luz de cada expressão
• Tempo entre frames de cada expressão
• As animações são separadas do código, permitindo que você as modifique se desejar

Gatilhos

Foi necessário implementar uma forma de detectar quando uma ação estava acontecendo em tempo real com base nas últimas leituras. Isso foi necessário em três casos conhecidos, rega, presença e toque, esses eventos deveriam ser acionados assim que fosse detectada uma variação considerável do sensor e para isso foi utilizada uma implementação diferente. Um exemplo disso é o sensor de presença, já que apenas o elemento PIR foi utilizado na entrada analógica, os valores lidos variam com frequência e foi necessária uma lógica para declarar se há presença ou não enquanto o sensor de temperatura, por sua vez, possui uma baixa variação e apenas a leitura padrão de seus valores é o suficiente para ajustar o comportamento do Pixie.

Etapa 4: Próximas etapas do projeto

• Torne-se um dispositivo IoT e comece a enviar dados para uma plataforma via MQTT
• Um aplicativo para personalização de parâmetros e talvez das expressões
• Faça o toque funcionar tocando na planta. Encontrei um ótimo exemplo de projeto do tipo Touche no Instructables
• Inclui uma bateria
• Projetar um PCB
• Imprima o vaso completo não só a caixa do Pixie
• Inclua um piezo no projeto para reproduzir sons de acordo com as expressões
• Amplie a “memória” do Pixie com dados históricos (muito tempo sem detectar a presença pode gerar uma expressão triste)
• Sensor UV para detectar uma exposição solar mais precisa