Sistema automatico de riego por goteo controlado con arduino aqua boss

Sistema automatico de riego por goteo controlado con arduino aqua boss

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SISTEMA AUTOMATI CO DE RIEGO POR GOTEO CONTROLADO CON
ARDUINO: AQUA BOSS



:
JULIO CESAR ZAPATA ORTIZ




Proyecto final para optar por nota del curso circuitos I




AUGUSTO ENRIQUE SALAZAR JIMENEZ
Profesor




UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIA
FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA Y
TELECOMUNICACIONES
MEDELLÍN, ANTIOQUIA
2018

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CONTENIDO


Pág.

SISTEMA AUTOMATICO DE RIEGO POR GOTEO
CONTROLADO CON ARDUINO: AQUA BOSS 4
Descripción idea general: Aqua Boss 4
Proceso de funcionamiento detallado 6
Sensores de Aqua Boss 6
Lista de materiales 11
Cronograma de actividades 12
BIBLIOGRAFÍA 13
ANEXOS 14
Anexo 1. Código primer módulo 14
Anexo 2. Código segundo módulo 14

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LISTA DE GRAFICAS


Pág.

Gráfica 1. Sistema de riego por goteo básico 4
Gráfica 2. Sensor humedad del suelo Fc-28 6
Gráfica 3. Conexión sensor FC-37 6
Gráfica 4. Conexión transceptor NRF24L01 7
Gráfica 5. Primer módulo Aqua Boss 7
Gráfica 6. Segundo módulo Aqua Boss 8
Gráfica 7. Código que controla el riego 9
Gráfica 8. Mini bomba sumergible 12 V 10
Gráfica 9. Diseño de tubería con mangueras 10
Gráfica 10. Cronograma de actividades Aqua Boss 12

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SISTEMA AUTOMATICO DE RIEGO POR GOTEO CONTROLADO
CON ARDUINO: AQUA BOSS

Descripción idea general: Aqua Boss

Aqua Boss, es un sistema de riego por goteo controlado con arduino. Los sistemas
de riego cobran gran importancia debido a que optimizan el uso del agua para
cultivos, invernaderos y jardines. El sistema de riego por goteo, es un método de
regadío que refina el uso del agua y abonos. En la gráfica 1 se puede observar como
es el montaje básico de un sistema de goteo en un cultivo.
El agua aplicada por este método se filtra directamente en las raíces de las plantas
impactando positivamente en la mayor zona de influencia de las plantas (zona
radicular). Esto se logra a través de un arreglo de tuberías (o mangueras) y emisores
(goteros), que incrementan la productividad por unidad de superficie.
Tomado de: http://www.agrocultivos.net/sistema-de-riego-por-goteo-una-guia-completa/
Gráfica 1. Sistema de riego por goteo básico

Este sistema de riego es más adecuado para algunos tipos de plantas, por ello se
concibe la importancia de reconocer estas plantas. Entre ellas están:
Cultivos forestales: madera de teca, bambú, etc.
Cultivos oleaginosos: girasol, palma y maní, etc.

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Cultivos de especias: cúrcuma, clavo de olor, menta, etc.
Cultivos de plantaciones: té, caucho, café y coco, etc.
Cultivos de flores: rosa, clavel, caléndula y jazmín, etc.
Cultivos comerciales: caña de azúcar, algodón y nuez de areca, etc.
Cultivos vegetales: tomate, pimiento, repollo, guisantes, espinacas, quingombó y
brinjal, etc.
Cultivos de huertos: plátano, naranja, limón, papaya, lichi y melón, etc.
En el proceso y funcionamiento del sistema Aqua Boss, se capturan fenómenos
del ambiente, estos son:
1. Humedad del suelo
2. Temperatura y humedad del ambiente
3. Condición climática de lluvia
Estos fenómenos serán capturados mediante sensores FC-28, DHT11 Y FC-37,
respectivamente a los fenómenos enumerados anteriormente. Los cuales envían
una señal que será procesada con un microcontrolador, para este proyecto será
arduino. Dependiendo de estas señales y las condiciones programadas en el
código, se activa el mecanismo de riego por goteo suministrando de esta manera la
cantidad de agua necesaria para cada planta.
El mecanismo de riego por goteo, para Aqua Boss será diseñado de la siguiente
manera. Se tendrá un tanque de almacenamiento, luego en este se coloca una mini
bomba sumergible de 12V que tendrá la capacidad de llevar el agua por el arreglo
de tuberías o mangueras, para que finalmente llegue a los goteros donde se da el
riego por goteo.
Además, se piensa en crear un menú de opciones que permita manejar el sistema
de riego de forma automática y/o de forma manual. Por otra parte, cabe resaltar que
el sistema se divide en dos módulos:
1) El primer módulo mide la humedad del suelo y la condición de lluvia, estas
señales serán enviadas por un transceptor (transmisión de radio frecuencia)
al segundo módulo. Toda esta estación será controlada por un arduino Nano.

2) En el segundo módulo estará una pantalla LCD para visualizar las variables
(señales) captadas por los sensores del primer módulo, un menú de opciones
y se da la orden de realizar el riego por goteo. Esto último se logra mediante
el paso de agua a través de una mini bomba sumergible.

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Proceso de funcionamiento detallado

Todo el proceso que realiza Aqua Boss, se llevará a cabo en dos módulos cada
uno con funciones específicas que permiten el funcionamiento del sistema. Es
necesario detallar los principales sensores que harán funcionar al sistema de riego.

Sensores de Aqua Boss

1. Higrómetro del suelo (FC-28): Es un sensor que mide la humedad del suelo
por la variación de su conductividad. No tienen la exactitud suficiente de
medir humedad absoluta, aunque esto no es necesario para un sistema de
riego. Los valores analógicos obtenidos van de 0 en el agua a 1023 en el
aire. En un suelo levemente húmedo daría valores de 600-700 y en suelo
seco de 800-1023.
Tomado de: http://robotica.ep-electropc.com/2016/07/medir-la-humedad-del-suelo-con.html
2. Sensor de lluvia (FC-37): Este sensor funciona de forma similar al
mencionado anteriormente debido a que detectan la lluvia por la variación de
la conductividad, además sus valores analógicos funcionan igual al sensor
de humedad. Se diferencian en que este sensor tiene una salida digital que
envía un HIGH cuando se sobrepasa un umbral de valor analógico
configurable mediante un potenciómetro.
Tomado de: https://www.luisllamas.es/arduino-lluvia/
Gráfica 3. Conexión sensor FC-37
Gráfica 2. Sensor humedad del suelo Fc-28

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3. Módulo transceptor NRF24L01: Es un circuito integrado de comunicación
inalámbrica, este integra un transceptor RF a una frecuencia de 2.4Ghz a
2.5Ghz, una banda libre. Su velocidad de transmisión es configurable por otra
parte el control del módulo se realiza a través del bus SPI. El voltaje de
alimentación va de 1.9V a 3.6V. Se debe tener en cuenta el esquemático de
la placa de arduino a usar, para conectar los pines SCK, MISO y MOSI.
Tomado de: https://www.luisllamas.es/comunicacion-inalambrica-a-2-4ghz-con-arduino-y-nrf24l01/
Ahora, el primer módulo que se puede observar en la gráfica 5, se compone de un
arduino Nano el cual se encarga de controlar los sensores que están conectados a
este, por medio del código previamente cargado a esta placa (Ver anexo 1) y será
alimentada por una batería de 9v.
Los sensores FC-37 y FC-28, captan la condición de lluvia y la humedad del suelo
respectivamente. Sus conexiones son sencillas solo se necesita energizar con Vcc
(5V), Gnd y la señal que entregan dichos sensores se reciben por medio de las
entradas análogas del arduino. Luego, estos valores son enviados a través del
transceptor NRF24L01 hacía el segundo módulo.
Gráfica 5. Primer módulo Aqua Boss
Gráfica 4. Conexión transceptor NRF24L01

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En el segundo módulo que está diseñado en la gráfica 6, se encontrará un arduino
Mega, con su respectivo código (Ver anexo 2), controlando el sistema de riego como
tal de acuerdo a los valores recibidos del primer módulo, esto gracias a otro
transceptor NRF24L01 que recibe la información y el valor obtenido por el sensor
de temperatura y humedad DTH11. Dependiendo de los valores y las condiciones
puestas en el código del segundo módulo, se acciona la mini bomba sumergible de
12V para que ponga en marcha el flujo de agua por medio del arreglo de tuberías o
mangueras diseñado según el cultivo, invernadero o jardín.
Para poner a funcionar la mini bomba sumergible, se necesita una tarjeta con un
relé de 12V y un adaptador de voltaje – corriente (12V – 1.5A). En las entradas de
la tarjeta se conectan Vcc (5V), Gnd y la señal generada por el arduino Mega y en
las salidas estará el voltaje entregado por el adaptador. Cuando se envíe la señal
por el arduino se pone en marcha el relé y por tanto se completa la conexión entre
el adaptador con la mini bomba.
Por otra parte, este módulo cuenta con una pantalla LCD 20x4 con un conversor
I2C que permite visualizar los valores que se obtienen de los sensores, el estado
del sistema de riego (encendido - apagado) y modo de operación (automático -
manual). El manejo del menú de opciones será a través de un teclado matricial.

Gráfica 6. Segundo módulo Aqua Boss

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La siguiente gráfica muestra la función creada en Arduino, que controla cuando se
debe regar el cultivo o invernadero y está implementada en el código del segundo
módulo. Se tiene en cuenta el estado de la planta, se tiene tres estados a saber: ‘S’
para una semilla, ‘J’ cuando la planta ha germinado un tiempo determinado y ‘A’
cuando está en su última etapa de crecimiento. Esto se debe a que según la etapa
en la que se encuentre necesita más agua, siendo la mínima cantidad de agua para
una planta adulta y mayor cantidad para el proceso de germinación. Esta condición
puede ser modificada desde el menú de opciones del segundo módulo.
Para la variable condicionRiego, que se crea para los valores análogos arrojados
por el sensor de humedad, se tuvo presente que cuando se sumerge este en un
vaso con agua el valor análogo que arroja es aproximadamente 300 y cuando está
en tierra seca es de 800 a 1023. Por ello cuando es una planta adulta la condición
es de 430 (húmedo), joven es de 320 (muy húmedo) y para una semilla es de 370
(húmedo).
Además, cuando valorLL (valor análogo sensor de lluvia) es mayor o igual a 550,
es porque esta lloviznando levemente o no está lloviendo y cuando valorT
(temperatura sensor DHT11) arroje una temperatura menor a 35°C, esto es para
que no se evapore el agua tan rápidamente. Cuando se cumplan las tres
condiciones anteriormente presentadas se acciona la mini bomba sumergible y por
tanto el paso del agua al sistema de riego por goteo.

Gráfica 7. Código que controla el riego

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Por otra parte, la mini bomba sumergible a usar (Ver gráfica 8) tiene las
características suficientes para poner a prueba el proyecto Aqua Boss, entre las
más importantes a tener en cuenta están:
 Voltaje: 12V DC
 Máx. Corriente: 350mA
 Máx. tasa de flujo: 4 L/min
Tomado de: https://articulo.mercadolibre.com.co/MCO -453932862-mini-bomba-de-agua-dc-12v-
sumergible-sin-escobilla-ip68-_JM?quantity=1
La tasa de flujo que puede alcanzar es de 4L/min y es suficiente para poner en
funcionamiento el diseño de tubería con mangueras (Ver gráfica 9) creado con el fin
de probar el funcionamiento de los dos módulos que hacen parte de Aqua Boss. El
diseño se realizó sobre una caja plástica de dimensiones 27cmx27cmx10cm, en el
centro pasa la manguera principal y con una T se sacan dos ramas. Para cada rama
se colocarán dos goteros a 6cm del inicio-fin de la misma, es decir una capacidad
de 4 plantas, además se usará un tapón al final de las ramas.

Gráfica 9. Diseño de tubería con mangueras
Gráfica 8. Mini bomba sumergible 12 V

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Lista de materiales

Para la implementación física del proyecto Aqua Boss, serán necesarios diversos
componentes electrónicos que están especificados en la tabla 1. Es necesario tener
en cuenta que la presentación del sistema se hará a pequeña escala, pero de
dimensiones suficientes para demostrar el funcionamiento del sistema de riego
automático.
Tabla 1. Lista de materiales para la implementación de Aqua Boss
LISTA DE MATERIALES - AQUA BOSS
Nombre - Referencias Cantidad precio c/u Precio total
Display LCD 20x4 Backlight Amarillo 1 $ 20,000 $ 20,000
Conversor I2C para LCDs 16x2-20x4 1 $ 6,000 $ 6,000
Módulo transceptor inalámbrico de 2,4 GHz
NRF24L01 2 $ 6,000 $ 12,000
Mini Bomba De Agua 12 V Dc 4.2 W Rotor
Magnético Sumergible + envío 1 $ 40,750 $ 40,750
Batería 9v + broche 2 $ 1,770 $ 3,540
Tarjeta con 1 relevo - 12V 1 $ 3,600 $ 3,600
Manguera por metro 4 $ 1,600 $ 6,400
Abrazaderas 10 $ 200 $ 2,000
Tanque de almacenamiento 1 $ - $ -
Caja plástica 1 $ 5,000 $ 5,000
Teclado matricial de membrana 1 $ 7,000 $ 7,000
Conexiones manguera 3 $ 600 $ 1,800
Adaptador 12 V - 1.5A 1 $ 6,500 $ 6,500
Sensor de humedad FC-28 1 $ 4,200 $ 4,200
Sensor DHT11 1 $ 5,400 $ 5,400
Sensor de lluvia 1 $ 5,800 $ 5,800
Cables machoxhembra X10 2 $ 2,000 $ 4,000
Cables machoxmachoX10 2 $ 2,000 $ 4,000
Arduino Nano 1 $ 20,500 $ 20,500
Arduino Mega 2560 1 $ 43,000 $ 43,000
Protoboard - 830 puntos de inserción 2 $ 9,000 $ 18,000
Plantas 4 $ - $ -
Cable UTP por metro 1 $ 1,000 $ 1,000
Tierra / Abono 1 $ - $ -
Pelacables 1 $ 10,000 $ 10,000
TOTAL $ 230,490

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Cronograma de actividades

La correcta planeación de actividades para la consecución de un proyecto es
indispensable para que este se pase del papel a la realidad. Es por esto que se creó
el siguiente cronograma de actividades en el que se tiene en cuenta el pre-informe,
informe y la implementación de Aqua Boss.


Gráfica 10. Cronograma de actividades Aqua Boss

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BIBLIOGRAFÍA


Sistema de riego por goteo: una guía completa. Disponible en internet:
http://www.agrocultivos.net/sistema-de-riego-por-goteo-una-guia-completa/

Riego por goteo. Disponible en internet:
https://es.wikipedia.org/wiki/Riego_por_goteo

Manual de germinación. Disponible en internet:
http://www.chileflora.com/Florachilena/FloraSpanish/SSeedsGerminacion.htm

Comunicación inalámbrica a 2.4Ghz con arduino y NRF24L01. Disponible en
internet: https://www.luisllamas.es/comunicacion-inalambrica-a-2-4ghz-con-
arduino-y-nrf24l01/

Guide for Rain Sensor FC-37 or YL-83 with Arduino. Disponible en internet:
https://randomnerdtutorials.com/guide-for-rain-sensor-fc-37-or-yl-83-with-arduino/

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ANEXOS


Anexo 1. Código primer módulo

https://drive.google.com/open?id=14CTHNrLOPkKFNjeTLbJOo9tQfabhCggk

Anexo 2. Código segundo módulo

https://drive.google.com/open?id=1sa7Gch4HGTkgzj3Nm1n-Mzy_7fAAV03F