Autor: Belibova Daniela

Grupa: 333CD

Îndrumător: Ionuț Oțelea

• Ce face: Proiectul este un sistem automat de udare pentru plante care monitorizează nivelul de umiditate al solului și udă plantele atunci când solul este uscat. De asemenea, verifică nivelul apei din găleată și oferă informații despre temperatura și umiditatea din cameră.
• Scopul: Scopul proiectului este de a facilita îngrijirea plantelor prin automatizarea procesului de udare. Astfel, se asigură că plantele primesc cantitatea potrivită de apă atunci când au nevoie, fără a necesita intervenția constantă a unei persoane.
• Ideea de la care am pornit: Ideea proiectului a apărut din dorința de a simplifica procesul de udare a plantelor pentru cei care sunt ocupați sau absenți de acasă pentru perioade lungi de timp. Am vrut să creeez un sistem care să poată avea grijă de plante în mod automat, asigurând astfel sănătatea și bunăstarea lor.
• De ce cred că este util: Consider că proiectul este util pentru că ajută la menținerea plantelor în stare bună, fără a necesita o intervenție constantă din partea proprietarului. Acest lucru este benefic pentru persoanele ocupate sau care nu au experiență în grădinărit. În plus, sistemul poate contribui la economisirea de apă, asigurând că plantele sunt udate doar atunci când este necesar.

Componente:

1. Senzor de Umiditate a Solului: Măsoară nivelul de umiditate din sol.
2. Pompă de Apă: Folosită pentru a furniza apă plantelor.
3. Modul Releu: Controlează pornirea/oprirea pompei de apă, acționat de Arduino.
4. Speaker Piezo: Emite un semnal sonor pentru a anunța că udarea este completă.
5. Senzor Ultrasonic: Măsoară distanța până la nivelul apei din găleată.
6. LED Rosu: Se aprinde dacă nivelul apei din găleată este < 2 cm
7. Arduino UNO: Controlerul central al sistemului, procesează datele de la senzori și controlează acțiunile componentelor.
8. LCD (16×2): Afișază temperatura, umiditatea în cameră și starea umiditatea solului.
9. Senzor BME280: Măsoară temperatura și umiditatea din încăpere.

Interacțiunea componentelor:

1. Măsurarea și Controlul Umidității Solului:
   • Senzorul de umiditate a solului măsoară constant umiditatea solului și trimite aceste date către Arduino.
   • Când nivelul de umiditate scade sub un prag predefinit, Arduino activează pompa de apă prin intermediul modulului releu pentru a uda planta.
   • Speaker-ul piezo emite un semnal sonor pentru a anunța că udarea este completă.
2. Monitorizarea Nivelului de Apă din Găleată:
   • Senzorul ultrasonic măsoară constant distanța până la nivelul apei din găleată și trimite aceste date către Arduino.
   • Când nivelul apei scade sub o anumită valoare (aproximativ 2 cm), Arduino aprinde LED-ul albastru pentru a avertiza că găleata este aproape goală.
3. Afișarea Datelor pe Ecran LCD:
   • Arduino colectează datele de la senzorul BME280 și de la senzorul de umiditate al solului.
   • Aceste date sunt apoi afișate pe ecranul LCD pentru a furniza utilizatorului informații despre condițiile de mediu în care se află planta.

Arduino acționează ca centru de control, procesând datele de la senzori și luând decizii în funcție de acestea. Prin intermediul interacțiunii între componente, sistemul oferă o soluție automată și inteligentă pentru udarea și monitorizarea plantelor, asigurându-le un mediu de creștere adecvat și reducând intervenția umană necesară pentru îngrijirea lor.

Lista de piese

1. Arduino UNO
2. Modul Releu 5V
3. HC-SR04 Ultrasonic Sensor
4. Breadboard
5. BMP280 Barometric Pressure Sensor Module
6. LCD 16×2
7. Piezo Buzzer
8. Red Led
9. Resistor
10. Modul Convertor nivel logic I2C bidirectional 8 Biti TXS0108E
11. Modul cu senzor umiditate sol
12. Water Pump
13. Battery 9V

Schema Hardware

Schema Electrica

Mediu de dezvoltare Codul aplicației este dezvoltat folosind platforma Arduino IDE, care oferă un mediu integrat pentru scrierea, compilarea și încărcarea codului pe microcontrolerele Arduino. Platforma Arduino IDE este bine adaptată pentru dezvoltarea rapidă a prototipurilor și simplifică procesul de programare prin furnizarea unei biblioteci extinse și a unui mediu de dezvoltare ușor de utilizat.

Hardware utilizat Proiectul folosește o placă Arduino Uno, care este bine potrivită pentru acest tip de aplicație datorită numărului suficient de pini de intrare/ieșire digitală și analogică, precum și datorită suportului larg din partea comunității și a documentației extinse disponibile.

Librării şi surse 3rd-party Codul folosește următoarele librării externe:

• Wire.h: pentru comunicarea I2C între microcontroler și diverse module.
• LiquidCrystal_I2C.h: pentru controlul unui ecran LCD prin protocolul I2C.
• Adafruit_BMP280.h: pentru interfațarea cu senzorul BMP280, utilizat pentru măsurarea temperaturii și presiunii atmosferice.

Algoritmi şi structuri implementate

• Măsurarea nivelului apei: folosind un senzor ultrasonic pentru a determina distanța până la suprafața apei dintr-un rezervor.
• Măsurarea umidității solului: folosind un senzor de umiditate pentru a citi nivelul de umiditate din sol.
• Afișarea informațiilor: utilizând un ecran LCD pentru a afișa temperatura, presiunea și umiditatea solului.
• Controlul unui releu: pentru a activa un sistem de irigare atunci când umiditatea solului scade sub un anumit prag.
• Avertizare sonoră: folosind un buzzer pentru a emite un semnal sonor după completarea procesului de irigare.

Descriere pe scurt a fiecărei funcții

• setup(): În funcția setup(), sunt realizate toate inițializările necesare pentru a pregăti sistemul pentru funcționare. Se configurează comunicarea serială pentru debug și afișarea mesajelor pe ecranul LCD. De asemenea, se inițializează comunicația cu senzorul BMP280 și se verifică dacă este conectat corect. Pinii pentru senzorul ultrasonic, LED și releu sunt setați ca ieșire.
• loop(): Funcția loop() rulează în mod continuu și coordonează funcționarea sistemului. Prin intermediul variabilei counter, se verifică datele de la senzori la intervale regulate. În acest caz, funcțiile sunt apelate o dată la fiecare secundă pentru a verifica datele de la senzori.
• checkBMP280(): Această funcție este responsabilă pentru citirea datelor de la senzorul BMP280 și afișarea lor pe ecranul LCD și în consola serială. Ea utilizează metodele readTemperature() și readPressure() pentru a citi temperatura și presiunea de la senzor, apoi afișează aceste valori pe ecranul LCD și le trimite în serial monitor pentru debug.

 void checkBMP280() {
  float temperature = bmp.readTemperature();
  float pressure = bmp.readPressure() / 100.0F;
 
  Serial.print("Temperature: ");
  Serial.print(temperature);
  Serial.println(" °C");
 
  Serial.print("Pressure: ");
  Serial.print(pressure);
  Serial.println(" hPa");
 
  lcd.setCursor(0, 0);
  lcd.print(temperature);
  lcd.print("C ");
  lcd.print(pressure);
  lcd.print("hPa");
} 

• checkWater(): Funcția checkWater() verifică nivelul apei folosind senzorul ultrasonic și controlează LED-ul în funcție de distanța măsurată. Ea utilizează senzorul ultrasonic pentru a determina distanța până la suprafața apei din rezervor. Dacă distanța măsurată este mai mare de 4 cm, LED-ul este aprins, indicând că nivelul apei este suficient. În caz contrar, LED-ul este stins.

 void checkWater() {
  digitalWrite(Trig, LOW);
  delayMicroseconds(1);
  digitalWrite(Trig, HIGH);
  delayMicroseconds(11);
  digitalWrite(Trig, LOW);
  Duration = pulseIn(Echo, HIGH);
 
  if (Duration > 0) {
    Distance = (Duration / 2.0);
    Distance = Distance*340*100/1000000;
 
    Serial.print("Distance: ");
    Serial.print(Distance);
    Serial.println(" cm");
 
     if (Distance > 4) {
      digitalWrite(led, HIGH);
    } else {
      digitalWrite(led, LOW);
    }
  }
} 

• checkMoisture(): Această funcție măsoară umiditatea solului folosind senzorul de umiditate și acționează sistemul de irigare dacă umiditatea este sub un anumit prag. Ea citește valorile analogice de la senzorul de umiditate a solului și, dacă umiditatea este sub 300, adaugă un contor pentru a gestiona intervalul de udare și declanșează funcția de irigare atunci când contorul ajunge la 3. (contorul oferă posibilitatea sa nu se ude prea des planta)

 void checkMoisture() {
  int moisture = analogRead(A0);
 
  if(moisture <= 300) {
    water_count++;
    if(water_count == 3) {
      watering();
      water_count = 0;
    }
  }
 
  Serial.print("Moisture Sensor Value: ");
  Serial.println(moisture);
 
  lcd.setCursor(0, 1);
  lcd.print("Moisture: ");
  lcd.print(moisture);
  lcd.print("   ");
} 

• watering(): Funcția watering() controlează activarea releului pentru a începe procesul de irigare. Ea activează pompa de irigare pentru un interval de timp specificat, schimbând starea pinului asociat releului.

 void watering() {
  digitalWrite(relay, LOW);
  delay(3000);
  digitalWrite(relay, HIGH);
  delay(1000);
  completeWatering();
 
  counter++;
} 

• completeWatering(): Această funcție furnizează un semnal sonor și afișează un mesaj pe LCD pentru a indica că procesul de irigare s-a încheiat. Ea afișează un mesaj de mulțumire și un emoticon pe LCD, apoi emite un semnal sonor pentru a anunța finalizarea irigării. De asemenea, afișează pe LCD valorile actuale ale umidității solului după irigare.

 void completeWatering() {
  lcd.setCursor(0, 0);
  lcd.print("  Thank You!  ");
  lcd.setCursor(0, 1);
  lcd.print("  (^0^)/  ");
 
  tone(PIN, DO, BEAT); // C
  delay(BEAT);
  tone(PIN, RE, BEAT); // D
  delay(BEAT);
  tone(PIN, MI, 1200); // E
  delay(BEAT);
  delay(BEAT);
  delay(BEAT);
  tone(PIN, RE, BEAT); // D
  delay(BEAT);
  tone(PIN, DO, BEAT); // C
  delay(BEAT);
  delay(BEAT);
  tone(PIN, DO, BEAT); // C
  delay(BEAT);
  tone(PIN, RE, BEAT); // D
  delay(BEAT);
  tone(PIN, MI, BEAT); // E
  delay(BEAT);
  tone(PIN, RE, BEAT); // D
  delay(BEAT);
  tone(PIN, DO, BEAT); // C
  delay(BEAT);
  tone(PIN, RE, 1200); // D
  delay(BEAT);
  delay(BEAT);
  delay(4400);
 
  lcd.setCursor(0, 0);
  lcd.print("                  ");
  lcd.setCursor(0, 1);
  lcd.print("                  ");
 
  int moisture = analogRead(A0);
  lcd.setCursor(0, 1);
  lcd.print("Moisture: ");
  lcd.print(moisture);
 
} 

Explicarea calibrării elementelor de senzoristică Calibrarea senzorilor a fost realizată prin compararea citirilor senzorilor cu măsurători de referință și ajustarea codului pentru a corecta orice abateri. De exemplu, senzorul de umiditate a solului a fost calibrat prin măsurători în diferite condiții de umiditate (uscat, moderat, umed) și ajustarea pragului de declanșare a pompei de apă.

Optimizări realizate Optimizările au fost realizate prin ajustarea frecvenței de citire a senzorilor pentru a reduce consumul de energie și a preveni supraîncălzirea componentelor. De asemenea, logica de control a fost optimizată pentru a asigura răspunsuri rapide și eficiente la schimbările de condiții detectate de senzori.

Sistemul automat de udare a plantelor funcționează exact cum am planificat. La fiecare secundă, verifică umiditatea solului, presiunea și temperatura aerului și afișează valorile pe LCD. Udă planta când solul este prea uscat și pornește buzzerul după udare. LED-ul se aprinde când nivelul apei este scăzut și se stinge când apa este completată. Toate aspectele funcționează conform așteptărilor, demonstrând eficiența și utilitatea sistemului.

Sistemul automat de udare a plantelor pe care l-am realizat este extrem de util pentru întreținerea eficientă a plantelor, asigurându-le necesarul de apă fără a necesita intervenție constantă.

Mi-a plăcut foarte mult să lucrez la acest proiect, deoarece eu personal aș folosi un astfel de sistem pentru plantele mele. Proiectul mi-a oferit ocazia să înțeleg mult mai bine conceptele învățate la laboratoare si cursuri. În plus, a fost o experiență distractivă și interesantă.

O posibilă îmbunătățire pentru viitor ar fi integrarea unei baterii solare pentru alimentarea sistemului, ceea ce ar face dispozitivul complet autonom și prietenos cu mediul. De asemenea s-ar putea opta pentru un senzor de umiditate a solului mai bun, pentru că uneori din cauza temperaturii apei sau altor factori nu indică umiditatea corectă, și astfel planta ar putea fi udată pentru prea multe ori.

• Source Code: watering_system.zip
• Demo Project

• 06/05/2024 - Alegerea temei proiectului si descrierea sumara
• 08/05/2024 - Comandarea componentelor hardware
• 10/05/2024 - Crearea paginii proiectului si completarea partiala a acesteia
• 12/05/2024 - Hardware
• 22/05/2024 - Software
• 25/05/2024 - Finalizare pagina documentatie

Resurse Hardware

• Ultrasonic Sensor
• Arduino Uno
• LCD 16x02
• BMP280 - Modul Senzor de Presiune Barometric
• Modul Releu
• Modul cu senzor umiditate sol

Resurse Software

• Arduino IDE
  • Mediul de dezvoltare principal folosit pentru scrierea și încărcarea codului pe placa Arduino
• Biblioteca LiquidCrystal_I2C
  • Utilizată pentru a controla afișajul LCD prin intermediul interfeței I2C.
• Biblioteca Adafruit BMP280
  • Utilizată pentru a citi datele de la senzorul BMP280 (temperatură și presiune).
• Biblioteca Wire
  • Necesară pentru comunicarea I2C între Arduino și diverse module (LCD, BMP280).

Export to PDF