Jardim inteligente "SmartHorta": 9 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:37

Olá pessoal, Este instrutível apresentará o projeto universitário de uma horta inteligente que fornece rega automática das plantas e pode ser controlada por um aplicativo móvel. O objetivo desse projeto é atender clientes que querem plantar em casa, mas não têm tempo para cuidar e regar nos horários adequados todos os dias. Chamamos de "SmartHorta" porque horta significa horta em português.

O desenvolvimento deste projeto foi realizado para aprovação na disciplina de Projeto de Integração da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR). O objetivo era combinar as diversas áreas da Mecatrônica como Mecânica, Eletrônica e Engenharia de Controle.

Meu agradecimento pessoal aos professores da UTFPR Sérgio Stebel e Gilson Sato. E também aos meus quatro colegas (Augusto, Felipe, Mikael e Rebeca) que ajudaram a construir este projeto.

O produto possui proteção contra intempéries, oferecendo proteção contra pragas, vento e chuvas fortes. Precisa ser alimentado por um tanque de água por meio de uma mangueira. O projeto proposto é um protótipo para atender três plantas, mas pode se expandir para mais vasos.

Nele foram utilizadas três tecnologias de fabricação: corte a laser, fresamento CNC e impressão 3D. Para a parte de automação, o Arduino foi usado como controlador. Um módulo bluetooth foi usado para comunicação e um aplicativo Android foi criado através do MIT App Inventor.

Todos nós passamos com uma nota próxima a 9,0 e estamos muito felizes com o trabalho. O que é muito engraçado é que todo mundo pensa em plantar maconha nesse aparelho, não sei por quê.

Etapa 1: Projeto Conceitual e Modelagem de Componentes

Antes da montagem, todos os componentes foram projetados e modelados em CAD usando o SolidWorks para garantir que tudo se encaixasse perfeitamente. O objetivo também era caber todo o projeto dentro do porta-malas de um carro. Portanto, suas dimensões foram definidas como 500 mm no máximo. A fabricação desses componentes utilizou corte a laser, fresamento CNC e tecnologias de impressão 3D. Algumas peças em madeira e tubos foram cortadas em serra.

Etapa 2: Corte a laser

O corte a laser foi feito em uma folha de aço galvanizada AISI 1020 com 1 mm de espessura, 600 mm x 600 mm e então dobrada em abas de 100 mm. A base tem a função de abrigar os vasos e a parte hidráulica. Seus orifícios são usados para passar os tubos de suporte, cabos do sensor e do solenóide, e para encaixar as dobradiças das portas. Também foi cortada a laser uma placa em forma de L que serve para encaixar os tubos no telhado.

Etapa 3: Fresadora CNC

O suporte do servomotor foi fabricado em uma fresadora CNC. Duas peças de madeira foram usinadas, depois coladas e revestidas com massa de madeira. Uma pequena placa de alumínio também foi usinada para encaixar o motor no suporte de madeira. Uma estrutura robusta foi escolhida para suportar o servo torque. É por isso que a madeira é tão grossa.

Etapa 4: Impressão 3D

No esforço de regar corretamente as plantas e ter um melhor controle da umidade do solo, foi projetada uma estrutura para direcionar a água do tubo de abastecimento na base para o pulverizador. Com ele, o pulverizador foi posicionado voltado sempre para o solo (com inclinação de 20º para baixo) ao invés das folhas das plantas. Foi impresso em duas partes em PLA amarelo translúcido e depois montado com porcas e parafusos.

Etapa 5: Serra manual

A estrutura do telhado de madeira, portas e tubos de PVC foram cortados manualmente no serrote. A estrutura do telhado de madeira foi talhada, lixada, furada e posteriormente montada com parafusos de madeira.

O telhado é uma folha de fibra de vidro translúcida de eternit e foi cortado com uma guilhotina de corte de fibra específica, em seguida, perfurado e encaixado na madeira com parafusos.

As portas de madeira foram talhadas, lixadas, perfuradas, montadas com parafusos de madeira, revestidas com massa de madeira e, em seguida, foi colocada uma rede mosquiteira com grampeador para evitar danos às plantas por chuva forte ou insetos.

Os tubos de PVC foram simplesmente cortados no serrote.

Etapa 6: Componentes Hidráulicos e Mecânicos e Montagem

Após confeccionar a cobertura, a base, a cabeceira e as portas, procedemos à montagem da parte estrutural.

Primeiramente montamos as braçadeiras de conduíte na base e placa L com porca e parafuso, após isso basta encaixar os quatro tubos de PVC nas braçadeiras. Depois você deve aparafusar o telhado nas telhas L. Depois é só aparafusar as portas e puxadores com porcas e parafusos. Por último, você deve montar a parte hidráulica.

Mas preste atenção, devemos nos preocupar em vedar a parte hidráulica para que não haja vazamento de água. Todas as conexões devem ser hermeticamente seladas com selante de roscas ou cola de PVC.

Vários componentes mecânicos e hidráulicos foram adquiridos. Listados abaixo estão os componentes:

- Conjunto de irrigação

- 2 alças

- 8 dobradiças

- 2 joelhos de PVC de 1/2"

- braçadeiras de conduíte 16x 1/2"

- 3x joelho 90º 15mm

- mangueira de 1m

- 1 manga soldável azul de 1/2"

- 1 joelho soldável azul de 1/2"

- 1 bico roscável

- 3 vasos

- parafuso de madeira 20x 3,5x40 mm

- 40x 5/32 parafuso e porca

- Tela mosquiteira de 1 m

- tubo de pvc 1/2"

Etapa 7: Componentes elétricos e eletrônicos e montagem

Para a montagem de peças elétricas e eletrônicas devemos nos preocupar com a correta conexão dos fios. Se ocorrer uma conexão incorreta ou curto-circuito, pode-se perder peças caras que demoram para serem substituídas.

Para facilitar a montagem e o acesso ao Arduino, devemos fabricar um shield com placa universal, para que seja mais fácil remover e baixar um novo código no Arduino Uno, além de evitar que haja muitos fios espalhados.

Para a válvula solenóide deve ser feita uma placa com proteção optoisolada para o acionamento do relé, para nos pouparmos do perigo de queimar as entradas / saídas do Arduino e demais componentes. Deve-se ter cuidado ao acionar a válvula solenóide: ela não deve ser ligada quando não houver pressão de água (caso contrário, pode queimar).

Três sensores de umidade são essenciais, mas você pode adicionar mais para redundância de sinal.

Vários componentes elétricos e eletrônicos foram adquiridos. Listados abaixo estão os componentes:

- 1x Arduino Uno

- 6 sensores de umidade do solo

- 1x Válvula Solenóide 1/2 127V

- 1 servomotor 15kg.cm

- fonte 1x 5v 3A

- fonte 1x 5v 1A

- 1 módulo bluetooth hc-06

- 1 relógio em tempo real RTC DS1307

- 1x relé 5v 127v

- 1x 4n25 optoacoplador de inclinação

-1x tiristor bc547

- 1x diodo n4007

- 1x resistência 470 ohms

- 1x resistência 10k ohms

- 2x placa universal

- 1 filtro de linha com 3 soquetes

- 2 tomadas macho

- 1 plugue p4

- cabo de 2 vias de 10 m

- 2m de cabo de internet

Etapa 8: Programação C com Arduino

A programação do Arduino é basicamente para realizar o controle da umidade do solo de “n” vasos. Para isso precisa atender aos requisitos de acionamento da válvula solenóide, bem como ao posicionamento do servomotor e à leitura das variáveis do processo.

Você pode modificar a quantidade de vasos

#define QUANTIDADE 3 // Quantidade de plantas

Você pode modificar o tempo em que a válvula será aberta

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

Você pode modificar o tempo de espera para o solo umedecer.

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

Você pode modificar o atraso do servo.

#define TEMPO_S 30 // Atraso do servo.

Para cada sensor de umidade do solo, há uma faixa de voltagem diferente para solo seco e solo totalmente úmido, portanto, você deve testar esse valor aqui.

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

Etapa 9: aplicativo móvel

O aplicativo foi desenvolvido no site do MIT App Inventor para realizar funções de supervisão e configuração do projeto. Após a conexão entre o celular e o controlador, o aplicativo mostra em tempo real a umidade (0 a 100%) em cada um dos três vasos e a operação que está sendo realizada no momento: seja no modo standby, movendo o servomotor para a posição correta ou regando um dos vasos. A configuração do tipo de planta em cada vaso também é feita no app, e as configurações já estão prontas para nove espécies de plantas (alface, hortelã, manjericão, cebolinha, alecrim, brócolis, espinafre, agrião, morango). Como alternativa, você pode inserir manualmente as configurações de rega para as plantas que não estão na lista. As plantas da lista foram escolhidas porque são fáceis de cultivar em pequenos vasos como os do nosso protótipo.

Para baixar o aplicativo, você deve primeiro baixar o aplicativo MIT App Inventor em seu telefone móvel, ativar o wi-fi. Em seguida, em seu computador, você deve entrar no site do MIT https://ai2.appinventor.mit.edu/ para fazer o login, importar o projeto SmartHorta2.aia e, em seguida, conectar seu celular via código QR.

Para conectar o arduino ao smartphone, você deve ativar o bluetooth em seu telefone, ligar o arduino e, em seguida, emparelhar o dispositivo. É isso, você já está conectado ao SmartHorta!