Jardin intelligent "SmartHorta": 9 étapes

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:07

Bonjour les gars, cette instructable présentera le projet collégial d'un potager intelligent qui fournit un arrosage automatique des plantes et peut être contrôlé par une application mobile. L'objectif de ce projet est de servir les clients qui souhaitent planter chez eux, mais n'ont pas le temps de s'occuper et d'arroser à des heures appropriées chaque jour. Nous appelons "SmartHorta" car horta signifie potager en portugais.

Le développement de ce projet a été réalisé pour être approuvé dans la discipline du projet d'intégration à l'Université technologique fédérale du Parana (UTFPR). L'objectif était de combiner les différents domaines de la mécatronique tels que la mécanique, l'électronique et l'ingénierie de contrôle.

Mes remerciements personnels aux professeurs de l'UTFPR Sérgio Stebel et Gilson Sato. Et aussi à mes quatre camarades de classe (Augusto, Felipe, Mikael et Rebeca) qui ont aidé à construire ce projet.

Le produit a une protection contre les intempéries, offrant une protection contre les parasites, le vent et les fortes pluies. Il doit être alimenté par un réservoir d'eau à travers un tuyau. Le design proposé est un prototype pour s'adapter à trois plantes, mais il peut s'étendre à plus de vases.

Trois technologies de fabrication y ont été utilisées: la découpe laser, le fraisage CNC et l'impression 3D. Pour la partie automatisation, l'Arduino a été utilisé comme contrôleur. Un module Bluetooth a été utilisé pour la communication et une application Android a été créée via MIT App Inventor.

Nous avons tous réussi avec une note proche de 9,0 et sommes très satisfaits du travail. Ce qui est très marrant, c'est que tout le monde pense à planter de l'herbe sur cet appareil, je ne sais pas pourquoi.

Étape 1: Conception conceptuelle et modélisation des composants

Avant l'assemblage, tous les composants ont été conçus et modélisés en CAO à l'aide de SolidWorks pour garantir que tout s'emboîte parfaitement. L'objectif était également d'insérer l'ensemble du projet dans le coffre d'une voiture. Par conséquent, ses dimensions ont été définies comme 500 mm au max. La fabrication de ces composants a utilisé les technologies de découpe laser, de fraisage CNC et d'impression 3D. Certaines pièces en bois et tuyaux ont été découpées à la scie.

Étape 2: Découpe au laser

La découpe laser a été réalisée sur une tôle d'acier galvanisé AISI 1020 de 1 mm d'épaisseur, 600 mm x 600 mm puis pliée en languettes de 100 mm. La base a pour fonction de loger les récipients et la partie hydraulique. Leurs trous sont utilisés pour le passage des tuyaux de support, des câbles des capteurs et des électrovannes, et pour le montage des charnières des portes. Une plaque en forme de L qui sert à insérer les tuyaux dans le toit a également été découpée au laser.

Étape 3: Fraiseuse CNC

Le support du servomoteur a été fabriqué à l'aide d'une fraiseuse CNC. Deux pièces de bois ont été usinées, puis collées et enduites de mastic à bois. Une petite plaque d'aluminium a également été usinée pour loger le moteur dans le support en bois. Une structure robuste a été choisie pour résister au couple d'asservissement. C'est pourquoi le bois est si épais.

Étape 4: Impression 3D

Dans un effort pour arroser correctement les plantes et pour avoir un meilleur contrôle de l'humidité du sol, il a été conçu une structure pour diriger l'eau du tuyau d'alimentation sur la base vers le pulvérisateur. En l'utilisant, le pulvérisateur a été positionné toujours face au sol (avec une inclinaison de 20º vers le bas) au lieu des feuilles des plantes. Il a été imprimé en deux parties sur du PLA jaune translucide puis assemblé avec des écrous et des boulons.

Étape 5: Scie à main

La charpente en bois, les portes et les tuyaux en PVC ont été découpés manuellement à la scie à main. La charpente en bois a été taillée, poncée, percée puis assemblée avec des vis à bois.

Le toit est une feuille de fibre de verre translucide d'éternit et a été coupé avec une guillotine de coupe de fibre spécifique, puis percé et ajusté dans le bois avec des vis.

Les portes en bois ont été taillées, poncées, percées, assemblées avec des vis à bois, enduites de masse de bois, puis une moustiquaire avec agrafeuse a été placée pour éviter d'endommager les plantes par de fortes pluies ou des insectes.

Les tuyaux en PVC ont été simplement coupés à la scie à main.

Étape 6: Composants hydrauliques et mécaniques et assemblage

Après avoir fabriqué le toit, la base, la tête et les portes, nous procédons à l'assemblage de la partie structurelle.

Nous montons d'abord les colliers de serrage sur la base et la plaque L avec un écrou et un boulon, après quoi il suffit d'insérer les quatre tuyaux en PVC dans les colliers. Après il faut visser le toit aux tôles L. Ensuite il suffit de visser les portes et les poignées avec des écrous et boulons. Enfin vous devez assembler la partie hydraulique.

Mais faites attention, nous devons nous préoccuper de l'étanchéité de la partie hydraulique afin qu'il n'y ait pas de fuite d'eau. Toutes les connexions doivent être scellées hermétiquement avec du mastic pour filetage ou de la colle PVC.

Plusieurs composants mécaniques et hydrauliques ont été achetés. Ci-dessous sont listés les composants:

- Ensemble d'irrigation

- 2x poignées

- 8x charnières

- 2x genou PVC 1/2"

- 16x colliers de serrage 1/2"

- 3x genou 90º 15mm

- 1m de tuyau

- 1x 1/2 manchon soudable bleu

- 1x 1/2 genou bleu soudable

- 1x mamelon fileté

- 3x navires

- 20x vis à bois 3.5x40mm

- Boulon et écrou 40x 5/32"

- Moustiquaire 1m

- tuyau pvc 1/2"

Étape 7: Composants et assemblage électriques et électroniques

Pour l'assemblage de pièces électriques et électroniques, nous devons nous soucier de la connexion correcte des fils. Si une mauvaise connexion ou un court-circuit se produit, on peut perdre des pièces coûteuses qui prennent du temps à remplacer.

Pour faciliter le montage et l'accès à l'Arduino, nous devons fabriquer un blindage avec une carte universelle, il est donc plus facile de retirer et de télécharger un nouveau code sur l'Arduino Uno, et également d'éviter d'avoir de nombreux fils dispersés.

Pour l'électrovanne une plaque avec protection opto-isolée doit être réalisée pour le pilotage du relais, afin de nous épargner le danger de brûler les entrées/sorties Arduino et autres composants. Des précautions doivent être prises lors de l'actionnement de l'électrovanne: elle ne doit pas être allumée en l'absence de pression d'eau (sinon elle peut brûler).

Trois capteurs d'humidité sont essentiels, mais vous pouvez en ajouter d'autres pour la redondance du signal.

Plusieurs composants électriques et électroniques ont été achetés. Ci-dessous sont listés les composants:

- 1x Arduino Uno

- 6x capteurs d'humidité du sol

- 1x électrovanne 1/2 127V

- 1x servomoteur 15kg.cm

- 1x source 5v 3A

- 1 source 5v 1A

- 1x module bluetooth hc-06

- 1x horloge temps réel RTC DS1307

- 1x relais 5v 127v

- 1x optocoupleur inclinable 4n25

-1x thyristor bc547

- 1x diode n4007

- 1x résistance 470 ohms

- 1x résistance 10k ohms

- 2x plaque universelle

- 1x multiprise avec 3 prises

- 2x prise mâle

- 1x prise p4

- Câble 2 voies 10m

- 2m de câble internet

Étape 8: Programmation en C avec Arduino

La programmation Arduino consiste essentiellement à effectuer un contrôle de l'humidité du sol de "n" vases. Pour cela, il doit répondre aux exigences d'actionnement de l'électrovanne, ainsi qu'au positionnement du servomoteur et à la lecture des variables de processus.

Vous pouvez modifier le nombre de navires

#define QUANTIDADE 3 //Quantidade de plantas

Vous pouvez modifier l'heure d'ouverture de la vanne

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

Vous pouvez modifier le temps d'attente pour que le sol s'humidifie.

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

Vous pouvez modifier le délai du serviteur.

#define TEMPO_S 30 // Retarder le servo.

Pour chaque capteur d'humidité du sol, il existe une plage de tension différente pour un sol sec et un sol entièrement humide, vous devez donc tester cette valeur ici.

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

Étape 9: Application mobile

L'application a été développée sur le site Web du MIT App Inventor pour effectuer des fonctions de supervision et de configuration de projet. Après la connexion entre le téléphone portable et le contrôleur, l'application affiche en temps réel le taux d'humidité (0 à 100 %) dans chacun des trois vases et l'opération en cours à ce moment: soit en mode veille, en déplaçant le servomoteur vers la bonne position ou arroser l'un des vases. La configuration du type de plante dans chaque vase se fait également sur l'application, et les configurations sont désormais prêtes pour neuf espèces végétales (laitue, menthe, basilic, ciboulette, romarin, brocoli, épinard, cresson, fraise). Alternativement, vous pouvez saisir manuellement les paramètres d'arrosage pour les plantes qui ne figurent pas dans la liste. Les plantes de la liste ont été choisies car elles sont faciles à cultiver dans de petits pots comme ceux de notre prototype.

Pour télécharger l'application, vous devez d'abord télécharger l'application MIT App Inventor sur votre téléphone mobile, activer le wifi. Ensuite, sur votre ordinateur, vous devez vous connecter au site Web du MIT https://ai2.appinventor.mit.edu/ pour vous connecter, importer le projet SmartHorta2.aia, puis connecter votre téléphone mobile via un code QR.

Pour connecter l'arduino au smartphone, vous devez activer le Bluetooth sur votre téléphone, allumer l'arduino, puis coupler l'appareil. Ça y est, vous êtes déjà connecté à SmartHorta !