Giardino intelligente "SmartHorta": 9 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:02

Ciao ragazzi, questo istruttore presenterà il progetto universitario di un orto intelligente che fornisce l'irrigazione automatica delle piante e può essere controllato da un'app mobile. L'obiettivo di questo progetto è quello di servire i clienti che desiderano piantare in casa, ma non hanno il tempo di prendersi cura e annaffiare ogni giorno negli orari appropriati. Chiamiamo "SmartHorta" perché horta significa orto in portoghese.

Lo sviluppo di questo progetto è stato realizzato per essere approvato nella disciplina del progetto di integrazione presso l'Università Tecnologica Federale di Parana (UTFPR). L'obiettivo era quello di unire le diverse aree della Meccatronica come la Meccanica, l'Elettronica e l'Ingegneria di Controllo.

I miei ringraziamenti personali ai professori dell'UTFPR Sérgio Stebel e Gilson Sato. E anche ai miei quattro compagni di classe (Augusto, Felipe, Mikael e Rebeca) che hanno contribuito a costruire questo progetto.

Il prodotto ha protezione contro le intemperie, offrendo protezione contro i parassiti, il vento e la pioggia battente. Ha bisogno di essere alimentato da un serbatoio dell'acqua attraverso un tubo. Il design proposto è un prototipo adatto a tre piante, ma può estendersi a più vasi.

In esso sono state utilizzate tre tecnologie di produzione: taglio laser, fresatura CNC e stampa 3D. Per la parte di automazione è stato utilizzato Arduino come controller. Per la comunicazione è stato utilizzato un modulo bluetooth ed è stata creata un'applicazione Android tramite MIT App Inventor.

Siamo passati tutti con un voto vicino a 9.0 e siamo molto contenti del lavoro. Una cosa molto divertente è che tutti pensano di piantare erba su questo dispositivo, non so perché.

Passaggio 1: progettazione concettuale e modellazione dei componenti

Prima dell'assemblaggio, tutti i componenti sono stati progettati e modellati in CAD utilizzando SolidWorks per garantire che tutto si adattasse perfettamente. L'obiettivo era anche quello di inserire l'intero progetto all'interno del bagagliaio di un'auto. Pertanto le sue dimensioni sono state definite come 500mm a max. La produzione di questi componenti ha utilizzato tecnologie di taglio laser, fresatura CNC e stampa 3D. Alcune parti in legno e tubi sono stati tagliati a sega.

Passaggio 2: taglio laser

Il taglio laser è stato eseguito su una lamiera di acciaio zincato AISI 1020 dello spessore di 1 mm, 600 mm x 600 mm e poi piegata in linguette da 100 mm. Il basamento ha la funzione di alloggiare i vasi e la parte idraulica. I loro fori sono utilizzati per il passaggio dei tubi di supporto, dei cavi del sensore e del solenoide e per il montaggio delle cerniere delle porte. Anche tagliata al laser è stata una piastra a forma di L che serve per inserire i tubi nel tetto.

Passaggio 3: fresatrice CNC

Il supporto del servomotore è stato realizzato utilizzando una fresatrice CNC. Sono stati lavorati due pezzi di legno, poi incollati e rivestiti con stucco per legno. È stata inoltre lavorata una piccola piastra di alluminio per inserire il motore nel supporto in legno. È stata scelta una struttura robusta per resistere alla coppia del servo. Ecco perché il legno è così spesso.

Passaggio 4: stampa 3D

Nel tentativo di innaffiare correttamente le piante e di avere un miglior controllo dell'umidità del suolo, è stata progettata una struttura per convogliare l'acqua dal tubo di alimentazione sulla base all'irroratore. Utilizzandolo, l'irroratrice è stata posizionata sempre rivolta verso il terreno (con un'inclinazione di 20° verso il basso) al posto delle foglie delle piante. È stato stampato in due parti su PLA giallo traslucido e poi assemblato con dadi e bulloni.

Passaggio 5: sega a mano

La struttura del tetto in legno, le porte e i tubi in PVC sono stati tagliati manualmente nella sega a mano. La struttura del tetto in legno è stata tagliata, levigata, forata e poi assemblata con viti per legno.

Il tetto è una lastra di eternit in fibra di vetro traslucida ed è stato tagliato con una specifica ghigliottina taglia fibra, quindi forato e fissato nel legno con viti.

Le porte in legno sono state tagliate, levigate, forate, assemblate con viti per legno, rivestite con massa di legno, quindi è stata posizionata una zanzariera con graffatrice per evitare danni alle piante da forti piogge o insetti.

I tubi in PVC sono stati semplicemente tagliati nella sega a mano.

Passaggio 6: componenti e assemblaggio idraulici e meccanici

Dopo aver realizzato il tetto, la base, la testata e le porte, si procede al montaggio della parte strutturale.

Per prima cosa montiamo le fascette stringitubo sulla base e sulla piastra L con dado e bullone, dopodiché basta inserire nelle fascette i quattro tubi in PVC. Dopo bisogna avvitare il tetto alle lamiere L. Poi basta avvitare le ante e le maniglie con dadi e bulloni. Infine è necessario assemblare la parte idraulica.

Ma attenzione, dovremmo preoccuparci di sigillare la parte idraulica in modo che non ci siano perdite d'acqua. Tutte le connessioni devono essere sigillate ermeticamente con sigillante per filettature o colla per PVC.

Sono stati acquistati diversi componenti meccanici e idraulici. Di seguito sono elencati i componenti:

- Set di irrigazione

- 2x maniglie

- 8x cerniere

- 2x ginocchio in PVC da 1/2"

- 16 morsetti per tubi da 1/2"

- 3x ginocchio 90º 15mm

- Tubo da 1 m

- 1 manicotto saldabile blu da 1/2"

- 1x ginocchio blu saldabile da 1/2"

- 1x capezzolo filettabile

- 3x vasi

- 20x viti per legno 3.5x40mm

- Bullone e dado 40x 5/32"

- Zanzariera da 1 m

- tubo pvc 1/2"

Passaggio 7: componenti e assemblaggio elettrici ed elettronici

Per il montaggio delle parti elettriche ed elettroniche dobbiamo preoccuparci del corretto collegamento dei fili. Se si verifica una connessione errata o un cortocircuito, si possono perdere parti costose che richiedono tempo per essere sostituite.

Per facilitare il montaggio e l'accesso ad Arduino, dovremmo realizzare uno shield con una scheda universale, così è più facile rimuovere e scaricare un nuovo codice su Arduino Uno, ed evitare anche di avere molti fili sparsi.

Per l'elettrovalvola è necessario realizzare una piastrina con protezione optoisolata per l'azionamento del relè, per evitare il pericolo di bruciare gli ingressi/uscite Arduino e altri componenti. Prestare attenzione quando si aziona l'elettrovalvola: non deve essere accesa in assenza di pressione dell'acqua (altrimenti può bruciare).

Tre sensori di umidità sono essenziali, ma è possibile aggiungerne altri per la ridondanza del segnale.

Sono stati acquistati diversi componenti elettrici ed elettronici. Di seguito sono elencati i componenti:

- 1x Arduino Uno

- 6x sensori di umidità del suolo

- 1x Elettrovalvola 1/2 127V

- 1x servomotore 15kg.cm

- 1x 5v 3A sorgente

- 1x 5v 1A sorgente

- 1x modulo bluetooth hc-06

- 1x orologio in tempo reale RTC DS1307

- 1x relè 5v 127v

- 1x fotoaccoppiatore inclinabile 4n25

-1x tiristore bc547

- 1x diodo n4007

- 1x resistenza 470 ohm

- 1x resistenza 10k ohm

- 2x piastra universale

- 1x ciabatta con 3 prese

- 2x presa maschio

- 1x spina p4

- Cavo a 2 vie da 10 m

- Cavo Internet da 2 m

Passaggio 8: programmazione in C con Arduino

La programmazione Arduino è fondamentalmente per eseguire il controllo dell'umidità del suolo di "n" vasi. Per questo deve soddisfare i requisiti di azionamento dell'elettrovalvola, nonché il posizionamento del servomotore e la lettura delle variabili di processo.

È possibile modificare la quantità di navi

#define QUANTIDADE 3 //Quantidade de plantas

È possibile modificare il tempo in cui la valvola sarà aperta

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

È possibile modificare il tempo di attesa affinché il terreno si inumidisca.

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

È possibile modificare il ritardo del servo.

#define TEMPO_S 30 // Ritardo del servo.

Per ogni sensore di umidità del suolo esiste un diverso intervallo di tensione per terreno asciutto e terreno completamente umido, quindi dovresti testare questo valore qui.

umidode[0] = map(umidade[0], 0, 1023, 100, 0);

Passaggio 9: app mobile

L'app è stata sviluppata sul sito Web MIT App Inventor per eseguire funzioni di supervisione e configurazione del progetto. Dopo il collegamento tra il telefono cellulare e il controller, l'applicazione mostra in tempo reale l'umidità (da 0 a 100%) in ciascuno dei tre vasi e l'operazione che si sta effettuando al momento: o in modalità standby, spostando il servomotore in la posizione corretta o innaffiando uno dei vasi. Anche la configurazione del tipo di pianta in ogni vaso viene effettuata sull'app e le configurazioni sono ora pronte per nove specie di piante (lattuga, menta, basilico, erba cipollina, rosmarino, broccoli, spinaci, crescione, fragola). In alternativa, è possibile inserire manualmente le impostazioni di irrigazione per le piante non presenti nell'elenco. Le piante della lista sono state scelte perché facili da coltivare in piccoli vasi come quelli del nostro prototipo.

Per scaricare l'app devi prima scaricare l'app MIT App Inventor sul tuo cellulare, attivare il wifi. Quindi sul tuo computer dovresti accedere al sito Web del MIT https://ai2.appinventor.mit.edu/ per accedere, importare il progetto SmartHorta2.aia e quindi connettere il tuo cellulare tramite codice QR.

Per connettere l'arduino allo smartphone è necessario attivare il bluetooth sul telefono, accendere l'arduino e quindi associare il dispositivo. Ecco fatto, sei già connesso a SmartHorta!