Smart Planter — Sistem inteligent de monitorizare si irigare automata

Autor: Dobrin David-Marius, grupa 332CA
Asistent: Bianca Popa

Smart Planter este un sistem inteligent de monitorizare si irigare automata a plantelor, cu acces remote prin internet. Ghiveciul ramane acasa conectat la WiFi 24/7, iar utilizatorul il monitorizeaza si controleaza de oriunde din lume printr-o aplicatie web (PWA). Cand apa din rezervor se termina, primeste o notificare push pe telefon si poate trimite pe cineva sa umple rezervorul.

Eliminarea grijii de a uda plantele atunci cand utilizatorul lipseste de acasa (vacanta, deplasari, program incarcat) si automatizarea unei rutine repetitive prin masurarea umiditatii solului in timp real.

Microcontrollerul ESP32 (cu WiFi integrat) citeste umiditatea solului si nivelul apei din rezervor, decide local cand sa porneasca pompa (mod AUTO) si publica datele catre un broker MQTT public (HiveMQ). O aplicatie React conectata la acelasi broker afiseaza datele si trimite comenzi catre ghiveci de oriunde.

• Pasionati de plante de apartament care lipsesc periodic de acasa
• Monitorizare obiectiva a starii plantei (umiditate sol procentuala, in loc de “pare uscat”)
• Notificari proactive — utilizatorul afla cand apa e pe terminate inainte ca planta sa sufere
• Scalabilitate — un singur cont gestioneaza oricate ghivece (fiecare cu Device ID propriu)

• Combina embedded + IoT cloud + frontend modern intr-un singur proiect end-to-end
• Foloseste un broker MQTT gratuit, fara cont — nu blocheaza utilizatorul intr-un ecosistem comercial
• Configurarea WiFi se face prin Access Point + portal captiv la 192.168.4.1 — nu trebuie reflashat codul cand schimbi reteaua
• Aplicatia ruleaza in browser ca PWA, deci se instaleaza pe telefon fara magazin de aplicatii

Schema bloc a sistemului:

Fluxul de date pe scurt:

1. Senzorii (umiditate sol + nivel apa) furnizeaza valori analogice catre ESP32 prin pinii ADC.
2. ESP32 aplica logica de irigare (in mod AUTO) si comanda releul care porneste pompa.
3. Starea curenta este afisata pe LCD 16×2 (I2C) local si publicata in cloud prin MQTT.
4. LED-ul rosu semnalizeaza fizic ca rezervorul este gol.
5. Aplicatia (smartphone / laptop) se conecteaza la acelasi broker MQTT si poate publica comenzi (mod AUTO/MANUAL, water now, rename).

• Arduino IDE 2.x cu suport ESP32 instalat din Boards Manager (esp32 by Espressif Systems)
• VS Code + Vite pentru aplicatia frontend (React + TypeScript)
• Node.js 20+ pentru server de dezvoltare local

setup():
    initializeaza Serial, I2C, LCD, GPIO-uri
    incarca credentialele WiFi din NVS (Preferences)
    daca lipsesc -> porneste in mod Access Point (SoftAP)
                    serveste portal captiv la 192.168.4.1
                    salveaza credentialele primite si reporneste
    daca exista -> conecteaza la WiFi
    conecteaza la broker.hivemq.com pe topic-urile sp/{id}/...

loop():
    citeste senzorii (mediere pe 10 esantioane)
    actualizeaza LCD-ul (afiseaza umiditate %, nivel apa, mod)

    daca rezervor gol:
        opreste pompa (siguranta)
        aprinde LED rosu
        publica alerta MQTT { "type": "low_water" }

    daca mod == AUTO:
        daca umiditate < 35% si rezervor are apa -> porneste pompa
        daca umiditate > 60% -> opreste pompa

    la fiecare 30s sau la schimbare de stare:
        publica status JSON { soilMoisture, waterLevel, pumpOn, mode, online }

    proceseaza comenzile primite pe sp/{id}/cmd

Exemplu mesaj status:

{
  "name": "Monstera",
  "soilMoisture": 42,
  "waterLevel": "ok",
  "pumpOn": false,
  "mode": "auto",
  "online": true
}

• Calibrare senzori — citire valori ADC brute pe Serial Monitor pentru `SOIL_ADC_DRY` (senzor in aer) si `SOIL_ADC_WET` (senzor in pamant ud)
• Test pompa — modul MANUAL, pornire/oprire prin aplicatie
• Test reconectare — simulare pierdere WiFi (oprire router 30s); ESP32 trebuie sa se reconecteze automat fara reset fizic
• Test rezervor gol — pompa se opreste in <500ms cand `waterLevel` scade sub prag, indiferent de mod
• Test acces remote — laptop pe alta retea (hotspot 4G) se conecteaza la acelasi ghiveci

• Sistem functional end-to-end: senzori → ESP32 → cloud MQTT → aplicatie web
• Latenta sub 1 secunda intre actiunea din aplicatie si comutarea releului
• Configurare WiFi prin portal captiv reuseste din prima incercare
• LCD afiseaza date stabile, fara flicker
• Aplicatia React functioneaza ca PWA instalabila (Add to Home Screen) pe iOS si Android

• Trecerea de la Arduino Uno + ESP8266 shield la ESP32 standalone a simplificat semnificativ atat hardware-ul (un singur modul) cat si codul (fara comunicatie seriala intre 2 chipuri).
• MQTT prin broker public HiveMQ este o solutie excelenta pentru proiecte studentesti — fara cont, fara cost, fara deschidere de porturi pe router.
• Modul Access Point pentru configurare WiFi este esential — un sistem care cere reflashare la fiecare schimbare de retea ar fi inutilizabil de un client final.
• LCD-ul I2C cu doar 4 fire (VCC, GND, SDA, SCL) este net superior fata de LCD-ul clasic cu 16 pini.
• Provocarea principala a fost calibrarea senzorului de umiditate — valorile ADC variaza in functie de tipul de pamant si nivelul de tasare; pragurile au trebuit ajustate dupa instalarea fizica.

1. ESP32 Programming Guide (Espressif)
2. HiveMQ MQTT Broker — Documentation
3. PubSubClient (MQTT pentru Arduino) — Nick O'Leary
4. MQTT.js — client MQTT pentru Node si browser
5. I2C LCD Tutorial — Last Minute Engineers
6. ESP32 WiFiManager + AsyncWebServer — Random Nerd Tutorials