Smart Garden "SmartHorta": 9 pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:42

Hola chicos, Este instructivo presentará el proyecto universitario de un huerto inteligente que proporciona riego automático de plantas y puede ser controlado por una aplicación móvil. El objetivo de este proyecto es atender a los clientes que quieren plantar en casa, pero no tienen tiempo para cuidar y regar en los momentos adecuados todos los días. Llamamos "SmartHorta" porque horta significa huerta en portugués.

El desarrollo de este proyecto se llevó a cabo para ser aprobado en la disciplina de Proyecto de Integración en la Universidad Tecnológica Federal de Paraná (UTFPR). El objetivo era combinar las diversas áreas de la Mecatrónica como Mecánica, Electrónica e Ingeniería de Control.

Mi agradecimiento personal a los profesores de UTFPR Sérgio Stebel y Gilson Sato. Y también a mis cuatro compañeros (Augusto, Felipe, Mikael y Rebeca) que ayudaron a construir este proyecto.

El producto tiene protección contra la intemperie, ofreciendo protección contra plagas, viento y lluvia intensa. Necesita ser alimentado por un tanque de agua a través de una manguera. El diseño propuesto es un prototipo que se adapta a tres plantas, pero puede expandirse a más jarrones.

En él se utilizaron tres tecnologías de fabricación: corte por láser, fresado CNC e impresión 3D. Para la parte de automatización se utilizó el Arduino como controlador. Se utilizó un módulo bluetooth para la comunicación y se creó una aplicación de Android a través de MIT App Inventor.

Todos aprobamos con una nota cercana a 9.0 y estamos muy contentos con el trabajo. Algo que es muy gracioso es que todo el mundo piensa en plantar marihuana en este dispositivo, no sé por qué.

Paso 1: Diseño conceptual y modelado de componentes

Antes del ensamblaje, todos los componentes se diseñaron y modelaron en CAD utilizando SolidWorks para garantizar que todo encajara perfectamente. El objetivo también era encajar todo el proyecto en el maletero de un coche. Por lo tanto, sus dimensiones se definieron como 500 mm como máximo. La fabricación de estos componentes utilizó tecnologías de corte por láser, fresado CNC e impresión 3D. Algunas partes de madera y tubos se cortaron con sierra.

Paso 2: corte por láser

El corte con láser se realizó en una hoja de acero galvanizado AISI 1020 de 1 mm de espesor, 600 mm x 600 mm y luego se dobló en pestañas de 100 mm. La base tiene la función de albergar los vasos y la parte hidráulica. Sus orificios se utilizan para pasar los tubos de soporte, los cables de sensores y solenoides, y para colocar las bisagras de las puertas. También se cortó con láser una placa en forma de L que sirve para encajar las tuberías en el techo.

Paso 3: Fresadora CNC

El soporte del servomotor se fabricó mediante una fresadora CNC. Se mecanizaron dos piezas de madera, luego se pegaron y se recubrieron con masilla para madera. También se mecanizó una pequeña placa de aluminio para encajar el motor en el soporte de madera. Se eligió una estructura robusta para soportar el par servo. Por eso la madera es tan gruesa.

Paso 4: Impresión 3D

En un esfuerzo por regar correctamente las plantas y tener un mejor control de la humedad del suelo, se diseñó una estructura para dirigir el agua desde la tubería de suministro en la base hasta el aspersor. Al utilizarlo, el pulverizador se colocó siempre mirando hacia el suelo (con una inclinación de 20º hacia abajo) en lugar de las hojas de las plantas. Se imprimió en dos partes en PLA amarillo translúcido y luego se ensambló con tuercas y pernos.

Paso 5: serrucho

La estructura del techo de madera, las puertas y los tubos de PVC se cortaron manualmente con la sierra de mano. La estructura del techo de madera se cortó, lijó, taladró y luego se ensambló con tornillos para madera.

El techo es una lámina de fibra de vidrio translúcida de eternit y se cortó con una guillotina de corte de fibra específica, luego se taladró y se encajó en la madera con tornillos.

Las puertas de madera fueron cortadas, lijadas, perforadas, ensambladas con tornillos para madera, recubiertas con masa de madera, y luego se colocó una mosquitera con grapadora para evitar daños a las plantas por lluvias torrenciales o insectos.

Los tubos de PVC simplemente se cortaron en la sierra de mano.

Paso 6: Montaje y componentes hidráulicos y mecánicos

Después de fabricar el techo, la base, el cabezal y las puertas, se procede al montaje de la pieza estructural.

Primero montamos las abrazaderas del conducto en la base y la placa L con tuerca y perno, después de eso solo colocamos los cuatro tubos de PVC en las abrazaderas. Después debe atornillar el techo a las láminas L. Luego, simplemente atornille las puertas y manijas con tuercas y pernos. Por último debes montar la parte hidráulica.

Pero atención, debemos preocuparnos por sellar la parte hidráulica para que no haya fugas de agua. Todas las conexiones deben sellarse herméticamente con sellador de roscas o pegamento para PVC.

Se adquirieron varios componentes mecánicos e hidráulicos. A continuación se enumeran los componentes:

- Set de riego

- 2x asas

- bisagras 8x

- Rodilla de PVC de 2x 1/2"

- Abrazaderas de conducto de 16x 1/2"

- 3x rodilla 90º 15mm

- Manguera de 1 m

- 1 funda soldable azul de 1/2"

- Rodilla soldable azul de 1x 1/2"

- 1x pezón roscado

- 3x vasos

- 20 tornillos para madera 3,5x40mm

- Tornillo y tuerca de 40x 5/32"

- Mosquitera de 1 m

- tubo de pvc 1/2"

Paso 7: Montaje y componentes eléctricos y electrónicos

Para el montaje de piezas eléctricas y electrónicas debemos preocuparnos por la correcta conexión de los cables. Si se produce una conexión incorrecta o un cortocircuito, se pueden perder piezas costosas que requieren tiempo para reemplazarse.

Para facilitar el montaje y el acceso al Arduino, debemos fabricar un escudo con una placa universal, para que sea más fácil quitar y descargar un nuevo código en el Arduino Uno, y también evitar tener muchos cables esparcidos.

Para la válvula solenoide se debe hacer una placa con protección optoaislada para el accionamiento del relé, para evitar el peligro de quemar las entradas / salidas de Arduino y otros componentes. Se debe tener cuidado al accionar la válvula solenoide: no debe encenderse cuando no hay presión de agua (de lo contrario, puede quemarse).

Tres sensores de humedad son esenciales, pero puede agregar más para la redundancia de la señal.

Se adquirieron varios componentes eléctricos y electrónicos. A continuación se enumeran los componentes:

- 1x Arduino Uno

- 6x sensores de humedad del suelo

- 1 válvula solenoide de 1/2 127 V

- 1x servomotor 15kg.cm

- Fuente 1x 5v 3A

- Fuente 1x 5v 1A

- 1x módulo bluetooth hc-06

- 1x reloj de tiempo real RTC DS1307

- 1x relé 5v 127v

- 1x optoacoplador inclinable 4n25

-1x tiristor bc547

- 1x diodo n4007

- 1x resistencia 470 ohmios

- 1x resistencia 10k ohmios

- 2x placa universal

- 1x regleta con 3 enchufes

- 2x enchufe macho

- 1x enchufe p4

- Cable de 2 vías de 10 m

- Cable de internet de 2 m

Paso 8: Programación en C con Arduino

La programación de Arduino es básicamente para realizar el control de la humedad del suelo de "n" floreros. Para ello debe cumplir los requisitos de actuación de la electroválvula, así como el posicionamiento del servomotor y la lectura de las variables del proceso.

Puedes modificar la cantidad de vasos

#define QUANTIDADE 3 // Quantidade de plantas

Puede modificar el tiempo que la válvula estará abierta

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

Puede modificar el tiempo de espera para que la tierra se humedezca.

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

Puede modificar el retraso del servidor.

#define TEMPO_S 30 // Retraso del servo.

Para cada sensor de humedad del suelo hay un rango de voltaje diferente para suelo seco y suelo completamente húmedo, por lo que debe probar este valor aquí.

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

Paso 9: Aplicación móvil

La aplicación fue desarrollada en el sitio web MIT App Inventor para realizar funciones de supervisión y configuración del proyecto. Luego de la conexión entre el teléfono móvil y el controlador, la aplicación muestra en tiempo real la humedad (0 a 100%) en cada uno de los tres jarrones y la operación que se está realizando en el momento: ya sea en modo de espera, moviendo el servomotor a la posición correcta o regando uno de los jarrones. La configuración del tipo de planta en cada jarrón también se realiza en la aplicación, y las configuraciones ya están listas para nueve especies de plantas (lechuga, menta, albahaca, cebollino, romero, brócoli, espinaca, berros, fresa). Alternativamente, puede ingresar manualmente la configuración de riego para plantas que no están en la lista. Las plantas de la lista se eligieron porque son fáciles de cultivar en macetas pequeñas como las de nuestro prototipo.

Para descargar la aplicación, primero debe descargar la aplicación MIT App Inventor en su teléfono móvil, encender el wifi. Luego, en su computadora, debe iniciar sesión en el sitio web del MIT https://ai2.appinventor.mit.edu/ para iniciar sesión, importar el proyecto SmartHorta2.aia y luego conectar su teléfono móvil mediante un código QR.

Para conectar el arduino al teléfono inteligente, debe encender el bluetooth en su teléfono, encender el arduino y luego emparejar el dispositivo. Eso es todo, ¡ya estás conectado a SmartHorta!