Irrigador Automtico para controle de umidade do solo
F. GONALVES, I. REZENDE, K. ANGELUS, P. ANDRADE
Universidade Federal da Bahia, Escola PolitcnicaE-mail para
contato: [email protected]
RESUMO O projeto consiste de um prottipo para simulao do
controle de umidade do solo com lgica implementada atravs do
microcontrolador Arduino atmega138. Para a medio do grau de umidade
do solo e do nvel do reservatrio so utilizados eletrodos colocados
em um recipiente com terra, e um sensor de nvel ultrassnico. O
Arduino analisa os valores medidos pelos sensores e toma aes
baseadas nos pontos definidos como ideais de operao.
INTRODUO Irrigar o solo a principal forma de controle da
umidade, podendo melhorar consideravelmente o rendimento da produo
de insumos agrcolas e manter regies ridas em condies de produzir
durante todo o ano; trazendo benefcios para populaes principalmente
na regio Nordeste, que sofrem de tempo em tempo com a falta de
chuva que dizima a vegetao e a fauna.O Arduino uma plataforma para
prototipagem de projetos de eletrnica e automao, estando ligado a
sensores e atuadores possvel efetuar controle de variveis atravs da
programao de seu software, feito isso ele executa operaes que so
convertidas em aes fsicas.Os sensores de umidade so compostos
geralmente de material que altera seus parmetros eltricos em funo
da quantidade de gua no local.O sensor utilizado neste projeto
baseado na condutividade eltrica, onde dois eletrodos fincados na
terra fazem passar corrente pelo solo, e em comparao com a
resistncia indicado o nvel de umidade. A presena de gua facilita a
condutividade, logo reduz a resistncia e a falta dela ocasiona o
processo inverso.O sensor ultrassnico utilizado para a medio do
nvel do tanque de armazenamento de gua funciona de modo semelhante
a um sonar: so emitidas ondas eletromagnticas com um determinado
comprimento que se refletem na superfcie do lquido e a partir do
tempo do percurso, possvel saber a altura da coluna de gua.
1.1. DesenvolvimentoTomando o sistema de irrigao para plantaes
como modelo para o projeto, onde este processo realizado ao ar
livre, alguns distrbios no podem ser evitados como a distribuio da
umidade sobre todo o solo e a influncia da chuva no processo. Uma
alternativa com relao distribuio da umidade sobre todo o solo
utilizar diversos sensores e atuadores em pontos estratgicos para
que o controle da umidade seja mais eficaz. No caso da chuva como
distrbio, ser indicado o nvel de umidade (em porcentagem) que o
solo se encontra e
determinadasasfaixasquecaraterizaroosolocomoseco,midoeacimadaumidade
dois sensores sero utilizados para o prottipo, um sensor
ultrassnico que indicar o nvel do reservatrio de gua e servir como
parmetro de segurana para o acionamento da vlvula solenide, uma vez
que mesmo em condies de solo seco o sistema s ir atuar na solenoide
se o tanque tiver acima de 20% da sua capacidade total. E um sensor
de umidade que envia um sinal entre 0 e 1023 bits para o Arduino e
fica determinado pela folha de dados do sensorque entre X e Y bits
o solo est seco, entre Z e A o solo est mido e entre B e C o solo
est encharcado. Uma vez determinadas as faixas de operao, ficou
definido como umidade ideal para o projeto o ponto de umidade Z.
Ento a lgica desenvolvida para o Arduino analisa os valores dos
dois sensores e toma aes baseadas nos pontos definidos como pontos
ideais de operao em que a umidade igual a Z e o nvel maior que 20%
da capacidade do tanque.
2. MetodologiaDefinidas as caractersticas do projeto, a lgica
foi desenvolvida no compilador do Arduino para atender os objetivos
de controle e inicialmente foi utilizado o simulador Proteus, com o
intuito de testar as condies de operao (figura 1).
Figura 1 - Simulao do circuito no Proteus. Variando as entradas
de 0 a 1023 bits para os sensores de nvel e umidade, a lgica foi
ajustada para atuar na solenide e escrever as informaes do processo
em um display LCD. Com a lgica definida, o prximo passo foi colocar
em prtica o prottipo utilizando de um protoboard para testar a
lgica com o Arduino atmega138 (Figura 2).
Figura 2 - Circuito no protoboard
Aps testes de leitura das entradas das variveis, escrita de
informaes no LCD e atuao na vlvula solenoide o prximo passo foi
desenvolver o prottipo. Esta ltima parte consistiu de duas etapas:
a primeira etapa consistiu na transcrio do Arduino para a placa
Fenolite e interligao dos sensores ao mesmo. A segunda etapa
consistiu no desenvolvimento do projeto mecnico como suporte para a
amostra de solo que est contida em recipiente plstico na base, para
o reservatrio de gua e para todo o circuito eletrnico.Dentro do
painel est localizado o controlador Arduino e o circuito
interligado e ele (Figura 3). Embutidos no painel esto o visor LCD
na parte frontal e o sensor de nvel na vista inferior, apontando
para o tanque. Na parte posterior temos as conexes do sensor de
umidade e do controlador Arduino para a bomba. Como suporte do
prottipo foi construdo uma base de tubos de PVC, serrados e
conectados, de forma que posicionasse o sensor ultrassnico logo
acima do tanque.
Figura 3 Circuito no interior do painel3. Fluxograma de
EngenhariaO processo mostrado na figura 4 descreve o funcionamento
bsico do sistema de controle de umidade do solo. Um reservatrio de
vidro (TQ-01) com capacidade 30 cm de altura armazena a gua de
abastecimento para a irrigao. Acima do tanque, est localizado o
LT-01, sensor de nvel ultrassnico que envia o valor do nvel para o
controlador Arduino, que atravs de clculos matemticos, transforma
este valor em percentual. A umidade do solo medida atravs de um
sensor de umidade por condutividade (MT-01), e seus percentuais
juntamente com os valores do nvel, so mostrados no display LCD. O
rel de acionamento da bomba (MY-01), tambm est conectado ao
controlador, que envia o sinal para o LCD para exibir o status da
bomba.
Figura 4 - Fluxograma de Engenharia4. Lgica do SoftwareO
processo descrito ocorre da seguinte maneira: O LT-01 (sensor de
nvel) envia o sinal at o controlador (Arduino), se o percentual de
umidade do solo estiver abaixo de 40% e o nvel do tanque acima de
20% a bomba acionada para simular a irrigao. Os valores percentuais
de umidade, nvel do tanque, e a indicao do status da bomba
(Ligada/Desligada) sero mostrados no display LCD. Se a umidade
estiver abaixo de 40% e o nvel do tanque abaixo de 20%, o LCD
mostrar a seguinte informao: Tanque Vazio, Sistema Desligado. Se a
porcentagem de umidade do solo alcanar nvel acima de 40%, a bomba
permanece desligada.
5. Diagrama de blocos da lgica
6. RESULTADOSAo final do experimento pudemos ter um grande
acrscimo de conhecimentos, no manuseio de ferramentas como o
microcontrolador Arduino, tivemos contato com a rea da programao,
ligaes eltricas, aprendemos sobre o princpio de funcionamento de
sensores especficos e a interlig-los de forma que operem conforme
estabelecido no projeto inicial. Tambm manuseamos ferramentas de
simulao, como o programa Proteus, de fundamental necessidade para
visualizaes antecipadas de funcionamento e deteco de erros antes da
montagem, economizando tempo e evitando desperdcio de material.
Para que o circuito operasse perfeitamente, foi necessrio ajustar a
tenso com uma fonte adequada, visto que a bomba utilizada opera com
uma voltagem de 12 volts e o Arduino, por ser um circuito digital,
com 5 volts. Com isso foi preciso calcular uma fonte que fornecesse
um valor de tenso suficiente para ambos os equipamentos.Ao trmino
da montagem tivemos um bom aproveitamento, visto que o circuito por
completo operou de forma satisfatria, fornecendo valores das
variveis de forma concisa e controlando a varivel principal
conforme os parmetros estabelecidos como ideais. 7. Referncias
BibliogrficasArduino.cc