Arduino-gebaseerd Slim Besproeiingssysteem: Schema & Arduino Code voor Efficiënte Landbouw

Arduino Gebaseerd Slim Besproeiingssysteem

India is een land waar 70% van de bevolking voor hun levensonderhoud afhankelijk is van landbouw. Tegenwoordig kan elk werk op de eenvoudigste manier worden gedaan door machines. Zeker, automatisering verhoogt de productiviteit en bespaart veel tijd en moeite. Besproeiing is het belangrijkste deel van de landbouw om maximaal rendement te halen uit uw investering in het veld. Er zijn echter verschillende machines voor landbouw, maar deze zijn voor boeren niet betaalbaar door de hoge kosten. Alles wat ze nodig hebben is een eenvoudige, goedkope machine voor landbouwdoeleinden.

In dit bericht bespreken we een slim en eenvoudig besproeiingssysteem ontworpen met goedkope materialen. Het doel is de vochtgehalte in de bodem te detecteren en de motorpomp automatisch te laten draaien.

Naast landbouw hebben we ook een geautomatiseerd plantenbesproeiingssysteem thuis nodig om onze planten te verzorgen tijdens afwezigheid. Via dit artikel bespreken we het ontwerpproces van een slim besproeiingssysteem dat planten automatisch besproeit terwijl u comfortabel thuis zit. U kunt besproeiingsschema's en looptijden aanpassen met dit slimme systeem.

Ongeveer 50% van het waterverlies wordt veroorzaakt door ondoelmatigheden van traditionele besproeiingssystemen die overmatige besproeiing veroorzaken. Om dit op te lossen, ontwerpen we een slim besproeiingssysteem dat het vochtgehalte in de bodem controleert en automatisch water aan de planten geeft. Wanneer de schakeling voldoende vocht in de bodem detecteert, schakelt de motorpomp uit.

We hebben ook een GSM-module gebruikt om u regelmatig te informeren over de bodemvochttoestand en de waterpomp. Dit project is zeer betrouwbaar en nuttig om de noodzaak van handmatige arbeid in het besproeiingsproces in de akkers te elimineren.

Zoals besproken, gebruiken we een bodemvochtsensor om het vocht in de bodem te meten. Voordat we het project starten, bekijken we de belangrijkste componenten in de schakeling om de werking helder te begrijpen.

• Gerelateerd Project: Automatisch Plantenwatering & Besproeiingssysteem – Schema, Code & Projectverslag

Bodemvochtsensor

De bodemvochtsensor heeft twee meetpennen die de volumetrische waterinhoud in de bodem meten. Deze pennen laten stroom door de bodem lopen en meten zo de vochtwaarde.

Wanneer er water in de bodem is, is de weerstand lager en leidt de bodem elektriciteit. De vochtwaarde die de sensor meet, is dan hoger. Droge bodem is een slechte geleider. Bij weinig water geleidt de bodem minder elektriciteit en is de weerstand hoger, wat resulteert in een lagere vochtwaarde.

Technische Specificaties:

• Ingangsspanning – 3,3-5V
• Uitgangsspanning – 0-4,2V
• Ingangsstroom – 35mA
• Uitgang – Analoog/Digitaal

Pin-outs van Bodemvochtsensor:

• Vcc – Voeding
• A0 – Analoge uitgang
• D0 – Digitale uitgang
• GND – Aarde

Gerelateerd Project: Regenalarm Schakeling – Sneeuw, Water en Regen Detector Project

Zoals besproken, bestaat de bodemvochtsensor uit twee geleidende platen die als meetpen functioneren. De eerste plaat is aangesloten op +5V voeding, de tweede direct op aarde. De uitgang wordt genomen van de eerste pin van de sensor.

De sensor werkt op het principe van open en gesloten circuit. Bij droge bodem vloeit geen stroom (open circuit). Bij vochtige bodem begint stroom te vloeien van de ene pen naar de andere (gesloten circuit). We hebben de sensor gekoppeld aan een Arduino UNO bord. De interfacing en simulatiecode bespreken we later.

• Gerelateerd Project: Waterniveau Indicator Schakeling – Twee Eenvoudige Projecten

Toepassingen van Bodemvochtsensor:

Dit apparaat kan in huistuinen en gazons gebruikt worden om handmatige plantenwatering overbodig te maken. Het kan voor interieurplanten gebruikt worden voor regelmatige besproeiing.

Het tweede belangrijke onderdeel is de GSM-module die samen met de Arduino-microcontroller voor communicatie wordt gebruikt.

TTL SIM800 GSM Module:

We hebben de SIM800 GSM-module in ons besproeiingssysteem gebruikt en gekoppeld aan de Arduino om berichten te sturen en ontvangen. Een GSM-module is eigenlijk een GSM-modem. Dit apparaat is met een PCB verbonden om verschillende uitgangen van het bord te nemen. In ons project koppelen we de GSM-module met Arduino en nemen TTL-uitgang. Deze quad-band GSM-module werkt op frequenties van GSM 850MHz, EGSM 900MHz, DCS 1800MHz en PCS 1900MHz. GSM-modules zijn hoog compatibel met Arduino en microcontrollers. De TTL SIM800 GSM Module is gemonteerd in 24×24×3mm formaat om in bijna elk apparaat te passen, smartphone, PDA, etc.

In Azië werken de meeste mobiele operators in de 900MHz band. GSM-modules worden gefabriceerd door een enkele GSM-modem op een PCB te monteren. Vervolgens wordt RS232-uitgang voorzien. Controleer de voedingsvereisten van de GSM-module in uw project voordat u een geschikte module kiest. Kies altijd TTL-ingeschakelde output-pins voor direct koppelen aan Arduino zonder ongemak.

• Gerelateerd Project: Slimme Huisautomatisering Systeem – Schema en Broncode

Technische Specificaties:

• Quad-band gebaseerd
• Benodigde spanning – 9VDC-12VDC
• Voeding – schakelregelaar gebaseerd
• Benodigd vermogen – 1mA
• Werktemperatuur – -40 tot +85°C

Kenmerken van GSM 800 Module:

• Coderingsschema – CS-1, CS-2, CS-3, CS-4 Tx vermogen
• Laag verbruik
• Uitgerust met audiokanalen: microfooningang en ontvangeruitgang

Nu heeft u goede kennis over de werking van zowel de bodemvochtsensor als de GSM-module. Vervolgens koppelt u beide componenten aan de Arduino-microcontroller.

• Gerelateerd: Slimme WiFi Stroomonderbreker – Constructie, Installatie en Wer

Arduino UNO Bord

Voordat we de details van het Arduino UNO bord onthullen, laten we u weten dat er verschillende versies van Arduino-borden op de markt zijn: Arduino Mega, Arduino Due, etc. We gebruiken Arduino UNO in ons project omdat het de goedkoopste en gemakkelijkst te koppelen microcontroller is. Deze microcontroller heeft 14 digitale I/O-pinnen en 6 analoge pinnen. Arduino UNO ondersteunt ook seriële communicatie via TX en RX pinnen. Het grootste voordeel van Arduino is dat u de software en het bord kunt optimaliseren en aanpassen aan uw vereisten.

Interfacing Bodemvochtsensor en GSM-module met Arduino

De interfacing van deze schakeling is eenvoudig. Volg het schakelingsschema.

Eerst verbindt u de analoge pin van de bodemvochtsensor met analoge pin 1 van de Arduino. Vervolgens VCC en GND van de sensor aan 5V en GND van de Arduino.

Plaats nu een SIM-kaart in de module. Verbind de GSM-module met een voeding. We gebruiken een 12V module; als u een 5V module heeft, kunt u deze direct voeden via Arduino's 5V. Sluit een 12V bron aan zoals in het schema. Verbind de GND-pin van de module met de GND van de Arduino. Verbind de ST-pin van de module met digitale pin 9 van de Arduino en de SR-pin met digitale pin 10. We hebben ook een LCD aangesloten om het gemeten vochtgehalte weer te geven. Sluit de LCD aan zoals in het schema en ook een potentiometer om de contrast van de LCD aan te passen.

• Gerelateerd Project: Afstandsmeting met Arduino en Ultrasonische Sensor

Verbind de relais en transistor volgens het relais-driver schema.

Verzamel nu de onderstaande componenten en verbind de schakeling zoals in het schema:

• Arduino UNO bord
• GSM-module
• Verbindingsdraden
• Transistoren
• 16×2 LCD-display
• Voeding
• Relais
• Pomp
• Bodemvochtsensor
• Weerstanden
• Klemmenconnector
• Spanningsregelaar

Programmacode Uitleg

Het programmeren voor dit project is heel eenvoudig. Eerst definiëren we de bibliotheek voor LCD en de vochtsensor. In de volgende regel definiëren we de zender- en ontvangerpinnen van de sensor die verbonden zijn met digitale pin 9 en 10:

#include <LiquidCrystal.h>
#include <SoftwareSerial.h>
SoftwareSerial mySerial(9,10);

Nu definiëren we variabelen om ze te gebruiken in plaats van pinnummers:

int M_Sensor = A0;
int W_led = 7;
int P_led = 13;

In de volgende regel definiëren we de LCD-pinnen verbonden met Arduino:

LiquidCrystal lcd(12, 11, 5, 4, 3, 2);

In de setup-functie initialiseren we de LCD met lcd.begin() en de vochtsensor met mySerial.begin(). We geven 16,2 door omdat de LCD 16 kolommen en 2 rijen heeft en we de volledige LCD gebruiken. Vervolgens initialiseren en definiëren we de pin-modus van digitale pin 13 als uitgang (verbonden met pomp-status LED en relais) en pin 7 als ingang (verbonden met waterniveau LED).

void setup() {
  lcd.begin(16, 2);
  mySerial.begin(9600);
  pinMode(7, INPUT);
  pinMode(13, OUTPUT);
}

Nu naar de loop-functie. Eerst wissen we de LCD zodat eventuele vorige uitvoer gewist wordt. Vervolgens halen we de waarde van de vochtsensor op en slaan deze op in variabele 'Moist':

lcd.clear();
int Moist = analogRead(M_Sensor);

In de volgende regels introduceren we voorwaarden voor droge, vochtige en verzadigde bodem:

if (Moist > 700) // voor droge bodem {
  lcd.setCursor(11,0);
  lcd.print("DROOG");
  lcd.setCursor(11,1);
  lcd.print("BODEM");
  if (digitalRead(W_led)==1) // test waterbeschikbaarheid in reservoir {
    digitalWrite(13, HIGH);
    lcd.setCursor(0,1);
    lcd.print("POMP:AAN");
    mySerial.println("AT+CMGF=1");
    delay(1000);
    mySerial.println("AT+CMGS=\"NUMMER\"\r");
    delay(1000);
    mySerial.println("POMP:AAN");
    delay(100);
    mySerial.println((char)26);
    delay(1000);
  } else {
    digitalWrite(13, LOW);
    lcd.setCursor(0,1);
    lcd.print("POMP:UIT");
    mySerial.println("AT+CMGF=1");
    delay(1000);
    mySerial.println("AT+CMGS=\"NUMMER\"\r");
    delay(1000);
    mySerial.println("POMP:UIT");
    delay(100);
    mySerial.println((char)26);
    delay(1000);
  }
}
if (Moist >= 300 && Moist <= 700) // voor vochtige bodem {
  lcd.setCursor(11,0);
  lcd.print("VOCHTIG");
  lcd.setCursor(11,1);
  lcd.print("BODEM");
  digitalWrite(13,LOW);
  lcd.setCursor(0,1);
  lcd.print("POMP:UIT");
  mySerial.println("AT+CMGF=1");
  delay(1000);
  mySerial.println("AT+CMGS=\"NUMMER\"\r");
  delay(1000);
  mySerial.println("POMP:UIT");
  delay(100);
  mySerial.println((char)26);
  delay(1000);
}
if (Moist < 300) // voor verzadigde bodem {
  lcd.setCursor(11,0);
  lcd.print("VERZADIGD");
  lcd.setCursor(11,1);
  lcd.print("BODEM");
  digitalWrite(13,LOW);
  lcd.setCursor(0,1);
  lcd.print("POMP:UIT");
  mySerial.println("AT+CMGF=1");
  delay(1000);
  mySerial.println("AT+CMGS=\"NUMMER\"\r");
  delay(1000);
  mySerial.println("POMP:UIT");
  delay(100);
  mySerial.println((char)26);
  delay(1000);
}
delay(1000);
}

• Gerelateerd: Variabele Voeding met Arduino UNO – Schema en Code

Werking van Automatisch Besproeiingssysteem

De werking is eenvoudig. Arduino controleert de gehele schakeling. Wanneer er geen vocht in de bodem is, is er geleiding tussen de twee pennen van de bodemsensor. De transistor blijft in ON-toestand. Pin 13 van Arduino blijft laag. Arduino stuurt bericht: "Bodemvocht normaal. Motor UIT". De motorpomp blijft UIT.

Wanneer er geen vocht in de bodem is, wordt transistor Q2 UIT. Pin D7 wordt hoog. Arduino start de waterpomp en stuurt bericht: "Laag vocht gedetecteerd. Motor AAN". De motorpomp schakelt automatisch UIT wanneer voldoende vocht wordt gedetecteerd.

• Gerelateerd Project: Automatische Badkamer Lichtschakeling Schema en Wer

Kenmerken van Slim Besproeiingssysteem

Dit systeem voldoet aan alle criteria van een ideaal besproeiingssysteem. Voordelige kenmerken:

• Past zich gemakkelijk aan weersomstandigheden aan en meet vocht om de waterpomp te bedienen
• Bodemvochtsensor detecteert hoge waterstroom via vochtmeting en schakelt automatisch in/uit
• Waterstroom op afstand beheren zonder naar het veld te hoeven gaan
• LCD toont bodemvochtdata regelmatig voor recordkeeping op verschillende momenten

Gerelateerd Project: Automatische Deurbel met Objectdetectie door Arduino

Conclusie

Slim besproeiingssysteem is van grote waarde voor productiviteit en betrouwbaarheid. Ook is dit apparaat eenvoudig te ontwerpen en te monteren met gemakkelijk beschikbare elektronische componenten. De Arduino-microcontroller in de software is erg populair en kan zonder ongemak gekoppeld worden. We hebben de bodemvochtsensor gebruikt om bodemvocht te meten.

GSM-module informeert gebruikers via berichten op hun mobiele telefoon. We hebben de werking en koppelingsmethode van alle componenten met Arduino beschreven. We hopen dat u nu in staat bent om dit goedkope slimme besproeiingssysteem te ontwerpen om water te besparen in het dagelijks leven.

Gerelateerde Projecten:

• Hoe een Spanningverdrievoudiger Schakeling te Maken?
• Elektronica Afstudeerproject Ideeën Lijst
• Elektronica Engineering Project Ideeën voor Engineering Studenten
• Eenvoudige en Basiselektronica Mini Project Ideeën voor Beginners
• Meer Elektrische & Elektronica Engineering Projecten