PROJETO ARDUGARDEN - IRRIGADOR AUTOMÁTICO UTILIZANDO ARDUINO

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1 PROJETO ARDUGARDEN - IRRIGADOR AUTOMÁTICO UTILIZANDO ARDUINO Gabriele Miranda França 1, Audrey Marcella Akazawa 1, Carla Aparecida de Almeida Paula 1, Cristina Prevides Santos 1, Carlos Eduardo Oliveira da Silva 1 1 Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de São Paulo IFSP, Campus São José dos Campos - Rodovia Presidente Dutra s/n, saída km 145 (Portão P4 Petrobrás), Jardim Diamante, São José dos Campos SP, Brasil. gabrielemiranda97@gmail.com, audrey.akazawa@aluno.ifsp.edu.br, carla.almeida@aluno.ifsp.edu.br, cristina.prevides@aluno.ifsp.edu.br, carlossilva@ifsp.edu.br Resumo - Nesse artigo é realizado o estudo e desenvolvimento de um protótipo de um irrigador automático de pequeno porte e com baixo custo utilizando o microcontrolador Arduino Uno o qual utiliza a linguagem de programação C que terá por função monitorar os dados de entrada e saída, e com isso, irrigar a planta automaticamente quando os níveis de umidade da mesma estiverem baixos. Neste artigo são especificados todos os componentes usados e o funcionamento desses, o código em C criado, assim como o circuito, a etapa de montagem relatando os incidentes durante a mesma, e a finalização do protótipo, verificando os resultados obtidos e comparando-os com os resultados esperados. Palavras-chave: Arduino, irrigador automático, linguagem C, protótipo, baixo custo. Área do Conhecimento: Engenharias. Introdução A automação teve um papel fundamental em alguns avanços tecnológicos no decorrer de algumas décadas principalmente no setor industrial, onde ela foi encarregada de aumentar a produção e até mesmo garantir a segurança do trabalhador. A grande tendência é que vários outros ambientes sejam, futuramente, beneficiados pelos processos automatizados, como o hospitalar, o comercial e até mesmo o domiciliar. Esta última, também conhecida como automação residencial ou doméstica, tem como proposta facilitar a vida do homem moderno fazendo-o economizar tempo, dinheiro e tornar o seu dia a dia mais prático durante suas tarefas diárias, desde as mais complexas até as mais fáceis. Esta ideia inspirou o tema do projeto do relatório em questão, que se trata de um irrigador automático controlado por um microcontrolador Arduino Uno, onde a grande proposta era irrigar uma planta de acordo com o nível de umidade do solo sem a interferência humana, ou seja, com o hidrômetro no solo, medindo o nível de umidade constantemente, o mesmo ativará a bomba de água se o valor de umidade recebido pelo sensor constatar o solo como seco. Metodologia Para o processamento do projeto em questão, decidiu-se que a utilização do microcontrolador Arduino, que se resume por ser uma placa de prototipagem que faz a integração com um compilador na qual processa os dados respeitando os comandos e funções da linguagem C/C++, que consiste numa linguagem de programação de baixo nível. Em relação ao modelo do microcontrolador, foi escolhido o Uno, considerando sua capacidade de memória, a quantidade de portas presentes e seu baixo custo. A programação do equipamento foi desenvolvida por meio da IDE (Integrated Development Environment) do Arduino tendo o seu código baseado na linguagem de programação C/C++. Ademais, criou-se um simples painel indicativo, o qual contém três LED s, sendo eles: vermelho, amarelo e verde, informando a situação da umidade da terra. O LED vermelho indica que a umidade está abaixo dos níveis ideais e que consequentemente a bomba está sendo acionada. O LED amarelo indica que o nível de umidade está moderado, enquanto o LED verde indica que a terra está dentro dos parâmetros de umidades ideias, logo a bomba permanece desligada. O funcionamento descrito pode ser observado na figura 1, que apresenta um fluxograma o qual resume as operações do complexo tecnológico. 1

2 Figura 1 Fluxograma de funcionamento do Ardugarden Para a aquisição dos níveis de umidade utilizou-se o sensor de umidade Hl-69. O funcionamento desse sensor baseia-se em determinar a umidade do solo por meio da corrente existente nos eletrodos posicionados na parte interna do hidrômetro, visto que, ao ser introduzido no solo verifica a condutividade e a partir desse dado transcreve-o em forma de sinal eletrônico (Vida de silício, 2018). A análise de umidade do solo é possível uma vez que a presença da umidade favorece o maior fluxo de corrente entre os terminais. Os parâmetros determinados na programação podem ser observados na Tabela 1. Tabela 1 - Parâmetros estabelecidos Para a irrigação, utilizou-se uma bomba de aquário convencional de doze volts (12V) que se baseia no movimento de componentes de um motor fazendo com que o rotor extraia a água de um reservatório e concomitantemente causa uma pressão interna responsável pela saída da água por uma mangueira que a direciona até a planta (Faria bombas, 2018). Em prol do funcionamento harmônico de todas as parcelas se comunicando, considerou-se o conhecimento do microcontrolador e seus elementos, que se baseia em entradas e saídas analógicas e digitais, sendo as analógicas utilizadas para obter informações em tempo real e as digitais, por sua vez, processa as informações em um determinado intervalo de tempo. Desta forma, para a aquisição de dados provenientes do sensor de umidade, usaram-se as entradas analógicas, com o intuito de dispor dos parâmetros constantemente, enquanto, para a bomba de água e os LED s, utilizou-se da saída digital do Arduino. Ademais, também foram usadas as entradas padrões como a entrada de cinco volts (5V) que alimenta o microcontrolador e o sensor a ele conectado e a entrada gnd (ground) que aterra o circuito (Farnell, 2018). Além disso, o microcontrolador possui outras entradas especificas 2

3 como pwm (modulação por largura de pulso) utilizada para controlar a potência de dispositivos (Equipe embarcados, 2018) elétricos dentre outras, as quais não foram utilizadas no esquema do projeto. A alimentação do complexo foi feita por intermédio de uma fonte CC (corrente contínua) de cinco volts (5V), dado que, a tensão suportada pelo Arduino não ultrapassa esse valor e sendo a alimentação do sensor de umidade proveniente do microcontrolador, este também possui a mesma tensão suportada. Usaram-se também conceitos básicos de eletrônica como, por exemplo, os cálculos de resistência e corrente e fim de utilizar componentes coerentes com a voltagem da bomba e do Arduino. Previamente foi utilizado um transistor tip 122, resistências de 2,2k ohms e os LED s indicativos. Resultados Ao final do desenvolvimento foi obtido o irrigador automático em nível de protótipo Ardugarden, funcionando de maneira apropriada, com todos os seus componentes se comunicando harmonicamente, ou seja, a bomba foi acionada através do Arduino quando o nível de umidade do solo testado era baixo e sendo a mesma desativada logo quando o solo atingisse níveis ideais de umidade. O sensor, assim como a bomba, funcionou corretamente, indicando os valores e os LED s coerentes. O esquema obtido ao final do desenvolvimento pode ser observado na figura 2, que mostra o microcontrolador, a representação da bomba de água e do sensor de umidade, os LED s e os demais componentes eletrônicos utilizados. O circuito apresentado foi construído por intermédio da plataforma Fritzing. Figura 2 Resultado do protótipo Além do apresentado, foi aplicado ao circuito final um dissipador de calor em conjunto com o transistor, com o propósito de evitar o superaquecimento do material, aspecto que impossibilita o bom funcionamento do sistema em conjunto. O resultado visual do protótipo pode ser observado na figura 3, que representa o reservatório de água à esquerda, a planta com o sensor posto na terra à direita e ao centro está presente a estrutura que contém o microcontrolador com o circuito. 3

4 Figura 3 - Resultado do protótipo Ardugarden Em relação ao custo de montagem, houve um investimento de aproximadamente 100 reais (Junho/2018) para o desenvolvimento completo do protótipo apresentado. Discussão O irrigador automático Ardugarden atendeu as expectativas esperadas, a qual, por meio de pesquisas embasadas pela qualidade e eficácia do produto, chegou a um preço acessível e desempenhou o seu papel principal, realizar a irrigação automática de modo prático. Durante o processo de confecção do irrigador encontrou-se alguns problemas, os quais proveram da montagem e da escolha dos materiais, sendo eles a queima de um transistor tip 120, o qual foi substituído por um tip 122 com o auxílio de um dissipador de calor e o erro na montagem da placa de ilha causando o mau funcionamento do projeto, condição que foi rapidamente solucionada. Além das substituições realizadas, o reajuste dos parâmetros estipulados foi uma das adversidades encontradas, posto que, inicialmente, os valores de umidade apresentavam grande variabilidade. Conclusão Ao longo da execução deste trabalho, comprovou-se a possibilidade da fabricação de um irrigador automático em nível de protótipo de baixo custo, que mantenha sua qualidade e eficácia sem alterar seus princípios básicos e o seu funcionamento, atendendo a primordial expectativa de desenvolver um produto capaz de facilitar o dia-a-dia do indivíduo e que seja, também, acessível. Para futuros aprimoramentos pretende-se: adequar o sistema para os mais variados tipos de plantas, tornando possível o ajuste dos parâmetros de acordo com a necessidade da vegetação em questão, de forma simples; aumentar a área de abrangência, capacitando à irrigação automática de grandes áreas e o aperfeiçoamento da estética final, criando um dispositivo compacto e de melhor aparência. Referências ALMEIDA, Danilo. Sensor de umidade do solo com Arduino - hidrômetro. Disponível em: < Acessado em 13/06/2018. EQUIPE EMBARCADOS. Domine o PWM. Disponível em: < Acessado em 13/06/

5 FARIAS BOMBAS. Conheça o funcionamento das bombas de água. Disponível em: < Acessado em 14/06/18. FARNELL. Datasheet Arduino. Disponível em: < Acessado em 15/06/