IES UNIVERSIDAD LABORAL ALBACETE

DESARROLLO PROYECTOS PROD. ELEC.

SISTEMA DE RIEGO CONTROLADO POR SENSORES DE HUMEDAD

PEDRO JUAN TÁRRAGA MOLINA 2º SEL

ÍNDICE

1.DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO.....................................................................................1 2. PLAN DE TRABAJO POR ETAPAS.................................................................................1 2.1.CONSECUCIÓN DE LOS MATERIALES...................................................................1 2.2 FABRICACIÓN DE LAS PLACAS..............................................................................2 2.3 MONTAJE DE LA MAQUETA.................................................................................5 2.4 PROGRAMACIÓN.................................................................................................7 2.5 FUNCIONAMIENTO.............................................................................................9 3.PRESUPUESTO...........................................................................................................11 4.FOTOS DEL PROYECTO .............................................................................................11 5. DESCRIPCIÓN E IMÁGENES DE LOS MATERIALES USADOS......................................16 6. FE DE ERRATAS.........................................................................................................18

1.DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO Se trata de un sistema de riego totalmente automático que es disparado por humedad. Dos sensores de humedad miden la humedad que hay en la tierra de cada maceta, y estos sensores manda una señal al Arduino, evaluando si hay que regar una o las dos macetas. En ese caso, el arduino disparará varios que activan una bomba de agua que funciona a 220 V,y las electroválvulas correspondientes, y cuando llegue a la humedad que fija el usuario como límite, detiene la bomba y cierra las válvulas para evitar que siga regando más. También se quiso que el proyecto enviase la humedad de las macetas via wifi, pero no se ha podido llevar a cabo porque el módulo entregado por el profesor sólo sirve para comunicar dos dispositivos de manera inalámbrica, sin WiFi, por lo que no sirve. Próximamente se adquirirá una placa WiFi para poderlo hacer. También por ahora se ha dado la casualidad de que el WiFi de la clase no funciona, por lo que no es posible llevarlo a cabo. También el proyecto tenía que ser regulable, pero se decidió que no porque para probarlo lo que se hace es poner y quitar el sensor, y la lectura cambia de 90 a 0 o de 0 a 90, por lo que no pasa por los valores intermedios, y da la sensación de que esa característica no funciona. Además en estas fechas la humedad de las plantas no suele variar de un dia para otro. Se implementará posteriormente junto con la placa WiFi. 2. PLAN DE TRABAJO POR ETAPAS 2.1.CONSECUCIÓN DE LOS MATERIALES Este apartado trata de la compra de los materiales para hacer el proyecto, pero no todos se han tenido que comprar por venir incluidos en el kit de Arduino o por tenerlos del proyecto anterior. Para ello se han visitado distintas tiendas como tiendas de electrónica, bricolaje, reciclaje, ferreterías y tiendas de todo a 100. A continuación detallamos los materiales que se han usado en este proyecto: •

Pantalla LCD

• Electroválvula usada de lavadora

•

Adaptador para la electroválvula

•

Cinta de teflón

• Conectores faston • Cable eléctrico 1

• Velcro • Manguera de 12 mm de diámetro • Bomba agua • Relés • Fiambrera • Placa circuito impreso • Arduino Uno o similar • Transistor PNP • Sensor de humedad • Cable sensor humedad • Tablero de madera

Algunos componentes se conservaban del proyecto realizado anteriormente, pero otros ha habido que adquirirlos, como la válvula o la placa de CI (aunque tambien habia en la escuela, se ha comprado para poder hacer algunos circuitos en casa). 2.2 FABRICACIÓN DE LAS PLACAS Este apartado trata de cómo se han fabricado las placas de CI para el proyecto. Se explica la construcción de una de ellas. Se han fabricado 5 placas. Para fabricar una placa, lo primero que hay que hacer es imprimir el circuito en una impresora láser con papel de catálogos (no se puede hacer en impresoras normales de tinta, ni con papel normal), después cortar un trozo de placa con la medida necesaria, y a continuación, se restriega por la parte de cobre un estropajo empapado en alcohol de quemar, para quitarle el barniz con el que estas placas son fotosensibles. Después se lija la parte de cobre para que la tinta se adhiera bien. Después de todo esto se plancha la placa durante 5 min a temperatura media, y después se mete en agua. Tras otros 5 minutos en el agua, se saca y se quita el papel que recubre la placa, en la que estarán ya las pistas del circuito impreso. Hay que revisar que no haya pistas que no se hayan marcado bien, en cuyo caso se repasan con rotulador permanente. Después se hace el ataque químico, que no afecta a las zonas con tinta, y una vez realizado se limpia la placa con un estropajo para quitarle la tinta. Ya están las pistas hechas. Luego esas pistas se pueden estañar o no, según se desee. Después con un punzón, se marcan los pads para que la broca del taladro no resbale al taladrar, y posteriormente se taladra. Una vez taladrado, se dibuja la serigrafía en la capa superior de la placa siguiendo el mismo procedimiento que para las pistas. Una vez que la serigrafía está hecha será el momento de soldar los componentes a la placa, y ya estará acabada y lista para funcionar. 2

Para este proyecto se han hecho 5 placas, que detallamos a continuación (las de los relés y la de la bomba son idénticas así que sólo se expone una de estas). Esta ha sido la etapa más difícil de la construcción del proyecto, pues algunas placas ha habido que hacerlas mas de una vez, y la causa más frecuente ha sido que algunas pistas se borraban con el ataque químico porque no se fijaban bien a la placa al planchar. PLACA DE CONEXIONES

Esta placa es para conectar los componentes a la placa, cableándolos. En cada tira pone 3

qué componente hay que conectar, y en los pines, las patillas del componente a conectar. PLACA MICROCONTROLADOR ATMEGA

Esta placa alberga el microcontrolador con el que es gobernado el sistema. PLACA RELÉ

4

Alberga los relés que hacen funcionar la bomba o las válvulas. El proyecto lleva tres placas de estas, de la que sólo se expone una por ser las otras idénticas a esta placa. 2.3 MONTAJE DE LA MAQUETA Para montar la maqueta se ha utilizado un tablero de aglomerado de 60X60 cm. Sobre él se ha ido marcando dónde se van a situar los componentes, y se ha pegado donde irá cada componente cinta de velcro, para poder extraer los componentes fácilmente, y que se mantengan fijos sin moverse. Ello evita tener que cargar con toda la maqueta para llenar el depósito de agua, porque este se extrae y se monta fácilmente. No sólo para llenar el depósito de agua, sino para transportarlo fácilmente. Para alojar la válvula se introducen los tornillos en las escuadras, para que el soporte se quede fijo, y luego se mete la tuerca para fijarlo (hacer lo mismo para el tablero). Para la válvula se ponen tornillos en los agujeros destinados a tal fin y se pone una tuerca para fijarla. IMPORTANTE QUE TODOS LOS TORNILLOS LLEVEN SU TUERCA. Una vez montados todos los componentes se conectan los componentes eléctricos en la placa del proyecto, montada sobre la placa del micro, en el lugar que corresponda. Para la bomba y las electroválvulas, hay que conectarlas a la placa de los relés. El esquema eléctrico se detalla en la página siguiente:

5

6

2.4 PROGRAMACIÓN El programa del proyecto no tiene gran complicación, pues se trata de leer la humedad de las dos plantas, evaluarla y ver si la humedad de una de ellas o de las dos baja de un mínimo, que es la condición para abrir la/las válvula/s. Si una de las válvulas estuviese abierta ya se dispara la bomba.

#include #include LiquidCrystal_I2C lcd(0x27,16,2); int bomba=10;//Controla la bomba int valvula1=9;//Controla una vía de la válvula int valvula2=8; //Controla la otra vía de la válvula int humedad1; //Humedad de la primera planta int humedad2; //Humedad de la segunda planta void setup() { lcd.init();//Inicia la LCD lcd.backlight();//Activa la luz de la LCD. pinMode(bomba,OUTPUT);//Declara el control del relé como salida pinMode(valvula1,OUTPUT);//Declara una vía de la válvula como salida pinMode(valvula2,OUTPUT);//Declara la otra vía de la válvula como salida } void loop() { lcd.clear(); humedad1=0.12*analogRead(0); //Permite que la humedad se muestre como % en vez de valores entre 0 y 1023 humedad2=0.12*analogRead(1); //Permite que la humedad se muestre como % en vez de valores entre 0 y 1023 lcd.setCursor(0,0); lcd.print("HUM. PL1:"); lcd.setCursor(12,0); lcd.print(humedad1); lcd.setCursor(15,0); 7

lcd.print("%"); lcd.setCursor(0,1); lcd.print("HUM. PL2:"); lcd.setCursor(12,1); lcd.print(humedad2); lcd.setCursor(15,1); lcd.print("%"); /*Este bloque es el ebncargado de hacer que aparezcan en la pantalla los valores de la humedad que lee el sensor*/ if(humedad160) { digitalWrite(valvula1,LOW);//Se desactiva una via de la valvula si la humedad supera el 60% } if(humedad260) { digitalWrite(valvula2,LOW);//Se desactiva la otra via de la valvula si la humedad supera el 60% } if(digitalRead(valvula1)==HIGH || digitalRead(valvula2)==HIGH)//Se activa la bomba sólo cuando uno de los controles estén a nivel bajo { digitalWrite(bomba,HIGH); 8

} else if(digitalRead(valvula1)==LOW || digitalRead(valvula2)==LOW) { digitalWrite(bomba,LOW);//Se desactiva la bomba si una de las válvulas está cerrada } delay(1000); /*Para que los valores se puedan mostrar correctamente y que no parezca que la pantalla se queda en blanco (si no hubiese retardo la pantalla no mostraría valor alguno)*/ La lectura de los sensores se ha convertido a % usando la siguiente fórmula: humedad =0,12⋅analogRead (0)

Se ha hecho para que en la pantalla la humedad no se muestre como valores comprendidos entre 0 y 1023, porque dificultaría mucho la lectura de la humedad. Esta fórmula ha sido calculada con el programa de geometría analítica GeoGebra, poniendo los puntos (0,0) y (1023,100). Uniendo esos puntos se obtiene una recta, cuya ecuación, en forma y=mx+n, se utilizará para la conversión de la lectura a %. Algunas veces se puede leer que la humedad es mayor al 100%; es por la precisión de la conversión, que al no tomar todos los decimales de la fórmula, pues hace que no sea demasiado exacta (se estima un error de lectura de mas o menos un 5%). Tampoco se han tomado todos los decimales, pues aquí la precisión, por ahora, no es demasiado importante. 2.5 FUNCIONAMIENTO En primer lugar, el usuario debe enchufar el sistema a cualquier enchufe de casa, y una vez enchufado, el sistema chequeará la humedad de las plantas, y por tanto si es necesario regarlas. En caso de que la humedad de una de ellas caiga por debajo del 10%, el sistema disparará la válvula correspondiente a la maceta que tiene ese nivel de humedad menor del 10%, mas la bomba. Si mientras está regando una de las macetas la humedad baja en la otra, se dispara la valvula y la bomba sigue funcionando. Cuando una de ellas llegue a un nivel de humedad mayor del 60%, se cierra la válvula correspondiente a la maceta que alcanza ese nivel de humedad, y la otra sigue abierta hasta que la otra maceta llegue al 60%, momento en el que se desactivarán la válvula y la bomba a la vez. Las válvulas están programadas para dispararse por humedad, mientras que la bomba se dispara cuando el sistema detecta que una de las válvulas, o las dos, están abiertas.

9

10

3.PRESUPUESTO CONCEPTO Sensores humedad Cinta velcro Regleta 4 tomas Bomba agua Cable 220V Cable fino sensor humedad Clema conexión eléctrica Fiambrera 4 L Maceta y plato Semillas perejil Semillas hierbabuena Sustrato maceta Relé Electroválvula Manguera 12 mm diam Tablero 60x60 Pantalla LCD Placa CI Regletas de conexión Transistores BC547 Diodos LED rojos Diodo 1N4148 Resistencias 1K

P/U 4,00 € 0,80 € 5,00 € 14,95 € 1,80 €

UDS 2 1 1 1 1

PRECIO TOTAL 8,00 € 0,80 € 5,00 € 14,95 € 1,80 €

PROVEEDOR DealExtreme Mercería Ferretería Tienda de animales Ferretería

0,40 €

1

0,40 €

Ferretería

1,77 €

3

5,31 €

Ferretería

2,00 € 0,64 € 0,90 €

1 2 1

2,00 € 1,28 € 0,90 €

Bazar de todo a 100 Bazar de todo a 100 Tienda de agricultura

1,90 €

1

1,90 €

Tienda de agricultura

0,60 € 3,65 € 3,00 €

1 1 1

0,60 € 3,65 € 3,00 €

Bazar de todo a 100 Albacete Digital RqueR

1,20 €

1

1,20 €

Ferretería

3,50 € 13,50 € 14,50 € 0,88 € 0,10 € 1,37 € 0,01 € 0,03 €

1 1 1 6 3 3 3 3

3,50 € 13,50 € 14,50 € 5,28 € 0,30 € 4,11 € 0,03 € 0,09 €

Tienda de bricolaje/Carpintería DealExtreme Albacete Digital Ariston Ariston Ariston Ariston Ariston

TOTAL

92,10 €

4.FOTOS DEL PROYECTO En la página siguiente

11

12

13

14

15

16

5. DESCRIPCIÓN E IMÁGENES DE LOS MATERIALES USADOS PANTALLA LCD: Muestra el valor de la humedad de las dos macetas

ELECTROVÁLVULA DE LAVADORA: Para dirigir el flujo de agua hacia las plantas que lo necesitan

CONECTORES FASTON

CINTA DE VELCRO

17

MANGUERA TRANSPARENTE

BOMBA AGUA Sirve para que el agua circule desde el depósito hasta la válvula. Es de caudal regulable, con una potencia de 5 watios y puede bombear hasta una altura de 60 cm.

RELÉS

18

SENSOR DE HUMEDAD

Este sensor funciona en base a la conductividad de la tierra. Cuando está muy húmeda, conduce muy bien la electricidad y da una señal muy grande, del orden de los 4.5 V, pero si por el contrario, la tierra está seca, su conductividad será muy pequeña y entonces da una señal muy pequeña.

6. FE DE ERRATAS •

El transistor de las placas de los relés va conectado al revés en vez de como sale en la serigrafía de las placas.

•

No aparece la pantalla LCD en el esquema eléctrico porque el modelo de pantalla no lo tiene el programa.

19