- Arpășanu Emilia-Oana, 331CA

Cu siguranță mai există cel puțin o persoană care este înconjurată de mici (sau mari) prietene necuvântătoare verzi, cu rădăcină, tulpină, frunze și chiar și flori. De cele mai multe ori, acestea sunt parcă uitate de lume: le neglijăm gândindu-ne că dacă nu observăm ceva greșit, ele sunt în regulă. Timpul trece și putem constata la un moment dat că locul în care au stat nu le-a priit și că doar ni s-a părut că le-am udat când a trebuit. Așadar, dacă ele ne încântă privirile și ne dau la schimb oxigen în locul dioxidului de carbon, de ce nu le-am putea oferi înapoi măcar puțină grijă? Mai ales că, în plină eră a tehnologiei și a microprocesoarelor, putem identifica soluții practice și eficiente care să ne ajute.

Proiectul are ca scop citirea multiplilor parametri ce afectează în mod direct starea unei plante (umiditate sol și aer, cantitatea de lumină, temperatura ambientală) pentru a determina mai apoi următoarele acțiuni necesare menite îngrijirii. Informațiile sunt afișate utilizatorului prin intermediul unui ecran LCD. Pentru a menține un nivel al umidității solului în parametrii normali am inclus o pompă de apă ce trage apa dintr-un rezervor și umezește solul ghiveciului.

Pentru a determina parametrii descriși mai sus se utilizează mai mulți senzori, selectarea tipului de informație afișat utilizatorului având loc cu ajutorul unui buton și a întreruperilor. Tipul informațiilor este semnalizat de un led RGB ce se aprinde cu o culoare specifică. Pompa de apă pornește (și trage apa pentru o peridoadă finită de timp) dacă gradul de umiditate scade sub un anumit prag, acesta fiind calculat frecvent prin implementarea unui timer (o dată la 4 secunde).

Listă de componente necesare:

• Arduino Uno R3;
• breadboard;
• fire de legătură;
• modul releu 5V (JQC-3FF-S-Z);
• mini pompă de apă submersibilă (funcționează cu o alimentare de 5V);
• furtun de plastic;
• recipient pentru apă;
• modul cu senzor de umiditate a solului (LM393) și sondă pentru introducerea în sol (FC-28);
• fotorezistență;
• modul DHT11 (temperatură + umiditate aer);
• modul ecran LCD 1602;
• led RGB;
• buton;
• rezistențe de pull-up (10KΩ și 220Ω);
• sursă alimentare (baterie 9V pentru Arduino, breadboard, senzori, releu și led și carcasă cu 4 baterii AA pentru pompă);
• și nu în ultimul rând, planta de analizat (cu tot cu ghiveci).

Conectarea componentelor arată cam așa (schema electrică a fost realizată cu ajutorul Tinkercad):

Pinii au fost conectați astfel:

• Pentru LCD:
  • GND → GND breadboard
  • VDD → VCC breadboard
  • V0 → potențiometru (pentru constrast)
  • Read/Write → GND breadboard (afișarea se face prin intermediul pinilor de date)
  • Register Select → D7 Arduino
  • Enable → D8 Arduino
  • Data Pin 0 → aer
  • Data Pin 1 → aer
  • Data Pin 2 → aer
  • Data Pin 3 → aer
  • Data Pin 4 → ~D9 Arduino
  • Data Pin 5 → ~D10 Arduino
  • Data Pin 6 → ~D11 Arduino
  • Data Pin 7 → D12 Arduino
  • Anod → VCC breadboard
  • Catod → GND breadboard

• Pentru DHT11:
  • VCC → VCC breadboard
  • GND → GND breadboard
  • IN → D4 (Arduino), rezistență pull-up (10KΩ)

• Pentru senzorul de umiditate a solului:
  • VCC → VCC breadboard
  • GND → GND breadboard
  • A0 (output analogic) → A5 Arduino
  • D0 (output digital) → aer (se folosește valoarea analogică citită)
  • + → A (sondă sol)
  • - → B (sondă sol)

• Pentru led-ul RGB:
  • canal roșu → A3 Arduino, rezistență pull-up 220Ω
  • canal verde → A2 Arduino, rezistență pull-up 220Ω
  • canal albastru → A1 Arduino, rezistență pull-up 220Ω
  • catod → GND breadboard (led-ul este de tip catod comun; altfel, dacă acesta era de tip anod comun pin-ul s-ar fi conectat la VCC)

• Pentru buton:
  • VCC → rezistență pull-up (10KΩ) legată și la VCC breadboard
  • Data Output → D2 Arduino (care primește semnalul pentru întreruperea externă implementată)
  • GND → breadboard

• Pentru potențiometru:
  • GND → GND breadboard
  • VCC → VCC breadboard
  • Wiper (setare valoare rezistență) → V0 LCD

• Pentru releu:
  • NC (normally closed) → pompă
  • COM (common contact) → + carcasă baterii
  • VCC → VCC breadboard
  • GND → GND breadoard
  • IN → D13 Arduino (control curent ce ajunge la pompă)

• Pentru pompă:
  • + → NC releu
  • - → GND breadboard

• Pentru carcasa de baterii:
  • + → COM releu
  • - → GND breadboard

• Pentru fotorezistență:
  • OUT → A0 Arduino, rezistență pull-up (10KΩ) legată și la GND breadboard
  • VCC → VCC breadboard

În final, proiectul arată așa:

Am dezvoltat programul ce a fost uploadat în cadrul Arduino IDE, fiind familiarizată cu acesta în urma proiectului de la DEEA (are o interfață mai prietenoasă și mai ușor de utilizat). În cadrul acestuia am inclus două biblioteci pentru o gestionare facilă a componentelor:

1. LiquidCrystal.h (preinstalată odată cu IDE-ul), pentru alocarea pinilor fizici și afișarea informațiilor;
2. DHT.h (DHT sensor library by Adafruit), pentru citirea umidității și a temperaturii ambientale.

Programul este compus în principal din 3 logici distincte:

• timer-ul, ce din 4 în 4 secunde citește gradul de umiditate al solului și pornește/oprește pompa cu ajutorul releului;

ISR (TIMER1_COMPA_vect)
{
  // citire valoare de la senzorul de umiditate al solului (pin analogic)
  int val = analogRead(moisturePin);
 
  // convertire valoare citita in procentaj
  int moisture = (100 - ((val / 1023.00) * 100));
 
  // valoare de prag a umiditatii
  if (moisture < 40) 
  {
    digitalWrite(motorPin, HIGH); // pornire pompa
    digitalWrite(blinkPin, HIGH); // aprindere led de la senzorul de umiditate al solului
  }
  else 
    {
      digitalWrite(motorPin, LOW);  // oprire pompa
      digitalWrite(blinkPin, LOW);  // stingere led de la senzorul de umiditate al solului
 
      // deoarece nu as vrea sa se afiseze nimic in timpul udarii plantei, ma asigur ca
      // dupa oprire pentru putin timp nu se afiseaza nimic in continuare
      lcd.clear();
      delay(1000);
    }
}

• debouncer-ul, pentru detecția apăsării corecte a butonului (în cadrul întreruperii);

void buttonPressed()
{                                                   
  // daca semnalul s-a stabilizat la actionarea butonului,
  // se actualizeaza contorul ce numara apasarile si ultimul timestamp al apasarii
  if (millis() - lastDebounceTime > debounceDelay)
  {
    pressCounter++;
    lastDebounceTime = millis();
  }
}

• bucla de funcționare, care comută între tipurile de informație de afișat și care asigură faptul că nu se afișează nimic în timpul udării solului (pentru o claritate mai bună a prelucrării datelor - să aibă loc când ansamblul nu suferă modificări).

void loop() 
{
  // verific daca pompa este pornita
  int val = digitalRead(motorPin);
 
  // daca pompa inca este pornita, ma asigur ca nu afisez nimic
  if(val == HIGH)
  {
    lcd.noDisplay();
    lcd.clear();
  }
  else  // daca pompa s-a oprit, revin la afisarea informatiilor
  {
    lcd.display();
    // cursor stanga-sus
    lcd.home();
 
    // actualizare corecta a selectiei
    if (sel != pressCounter)
      sel = pressCounter;
 
    if(sel >= 3)  // pentru a avea selectie circulara
    {
      sel = 0;
      pressCounter = 0;
    }
 
    if(!sel)
    {
      // se afiseaza umiditatea si temperatura ambientala
      // ...
    }
 
    if(sel == 1)
    {
      // se afiseaza valoare intensitatii luminoase si caracterizarea acesteia
      // (intuneric/lumina slaba/normala/tare/ foarte tare)
      // ...
    }
 
    if(sel == 2)
    {
      // se afiseaza gradul de umiditate al solului si caracterizarea acesteia (normala/scazuta)
      // ...
    }
}

În urma pornirii circuitului se pot observa următoarele rezultate:

• La nicio apăsare a butonului:

• La prima apăsare a butonului:

• La a doua apasare a butonului:

La următoarele apăsări se va cicla prin cele 3 tipuri de informație conform exemplelor de mai sus.

Proiectul a avut dificultate medie, fiind nevoie de atenție la conectarea componentelor, gestionarea senzorilor și aranjarea per ansamblu pentru a avea un rezultat fiabil. Partea importantă a programului a constat în timer și întreruperi, acestea reprezentând elementele de bază funcționării corecte. Chiar dacă ansamblul este voluminos și a durat mai mult timp finisarea, plănuța de aloe vera din demo este cu siguranță udată corespunzător acum, stând într-un loc prielnic, cu soare și temperatură medie constantă. Ceea ce a ajutat cel mai mult a fost faptul că am lucrat concomitent la partea de hardware și de software, pentru a putea depana mai ușor și a nu acumula prea multe probleme la sfârșit. Scopul a fost în general atins, mai ales că una dintre provocări a fost să mă descurc cu piesele pe care le aveam deja și cu ce mai aveam prin casă pentru a lucra cât mai curat și econom.

Întreg programul descris mai sus se află aici: program.zip

• 1.05.2024 - 5.05.2024 - construire circuit + definitivarea primei părți din documentație (până la descrierea hardware);
• 11.05.2024 - definitivare program sursă, corectat schemă electrică + redactarea descrierii software.
• 12.05.2024 - definitivarea descrierii hardware (descriere pini, prezentare aspect proiect per ansamblu) și adăugarea de exemple de afișări din timpul funcționării circuitului.
• 23.05.2024 - adăugare arhivă cu implementarea completă a programului + link demo
• 26.05.2024 - adăugare concluzie

1. https://kits.plusivo.com/microcontroller-super-starter-kit/claim.html - ghid introductiv Plusivo (pentru funcționare + legare LCD, fotorezistență)
2. https://arduinogetstarted.com/tutorials/arduino-dht11?utm_content=cmp-true - legare + funcționare senzor DHT11
3. https://learn.littlebirdelectronics.com.au/arduino/automatic-plant-watering-with-arduino - legare + funcționare pompă, releu, senzor de umiditate sol
4. https://ocw.cs.pub.ro/courses/pm/lab/lab3-2023-2024 - configurare timer
5. https://circuitdigest.com/microcontroller-projects/arduino-interrupt-tutorial-with-examples - întreruperi cu metode specifice Arduino

Export to PDF