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: fellipy48@gmail.com

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