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Automação de Sistema de Irrigação: Sensor de Umidade

Automação de Sistema de Irrigação: Sensor de Umidade

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9 min

Introdução

Hoje vamos falar de um assunto que interessa muita gente: Sistemas de irrigação. Desde pequenos jardins até sítios e áreas maiores, saber automatizar o seu próprio sistema de irrigação dá flexibilidade e permite que você faça soluções bem customizadas para as suas necessidades. Para esses sistemas, é necessário medir principalmente a umidade do solo e temperatura. Como atuador para liberar a água para os pivôs, é necessário uma válvula. E é claro, um sistema microprocessado para fazer a leitura dos sensores e controlar a válvula de acordo com os níveis de umidade do solo e temperatura

Os dois componentes principais que vamos usar nesse projeto são: O sensor de solo é uma sonda que mede o nível de umidade da terra. Com ele é possível saber quando é necessário ligar a irrigação para regular a umidade do solo. A válvula solenóide é o componente atuador do sistema. Usamos um sinal de 12V para abrir e fechar a válvula, permitindo a vazão de água ou bloqueando-a.

Módulo Sensor de umidade de solo

O sensor de solo detecta as variações de umidade no local onde a sonda está enterrada. O módulo possui duas saídas, uma analógica e outra digital. A saída analógica é a saída do sensor em si, ela varia de acordo com a umidade do solo. A saída digital é a de um comparador LM393, que fornece apenas níveis altos e baixos. Para controles de precisão maior é recomendado usar a saída analógica, assim você pode escalonar várias faixas de atuação para o seu sistema. Usando a saída digital você faz apenas um controle ON/OFF baseado em dois limites de leitura do sensor.

O princípio de funcionamento é simples. Como você pode ver na imagem abaixo, o módulo possui duas hastes com dois longos contatos cada. Trata-se de um sensor cuja resistência elétrica varia de acordo com a umidade do solo. Assim, quanto mais úmido estiver o solo, menor a resistência do sensor. Quanto mais seco, maior a resistência do sensor.

Hastes sensor de umidade
Hastes sensor de umidade

Com a saída digital(D0), o funcionamento básico é o seguinte: Quando a umidade está baixa(solo seco), a saída fica em nível alto. Do contrário(solo úmido), a saída fica em nível baixo. Um pequeno potenciômetroembutido no sensor é usado para ajustar os limites de referência. O circuito com comparador pode ser visto na imagem abaixo:

Módulo sensor de umidade para solo
Módulo sensor de umidade para solo

Especificações do módulo sensor de solo

As especificações do sensor de umidade são:
  •  Tensão de Operação: 3,3-5V;
  • Sensibilidade ajustável via potenciômetro;
  • Saída Digital e Analógica;
  • Led indicador para tensão (vermelho);
  • Led indicador para saída digital (verde);
  • Comparador LM393;
  • Dimensões PCB: 3x1,5 cm;
  • Dimensões Sonda: 6x2 cm;
Pinagem:
  • VCC;
  • GND;
  • D0: Saída Digital;
  • A0: Saída analógica;
A saída analógica varia de 300 mV a 700 mV em solo úmido e de 700 mV até 950 mV em solo encharcado ou água pura. Em solo seco ou pouco úmido varia de 0 a 300 mV. Ligamos as duas saídas do módulo sensor no arduino para realizar as leituras. Baseado nelas, nós atuamos na válvula solenóide. Recomendamos fortemente a leitura do datasheet do sensor.

Válvula solenóide

A válvula Solenóide é usada para controlar o fluxo de água. Quando alimentada com 12V DC, ela abre e permite a vazão de água. Quando desenergizada, ela fecha e corta o fluxo. Seu funcionamento é baseado em uma bobina(solenóide), que ao ser energizada gera um campo eletromagnética responsável por movimentar o êmbolo da válvula.

Especificações.:
  • Tensão de Operação:12V DC
  • Material do corpo: termoplástico;
  • Partes metálicas: aço zincado;
  • Membrana: borracha (padrão);
  • Abertura de Entradas: 3/4 polegada;
  • Saídas: 3/4 polegada;

A válvula é pequena e simples, ideal para ser usada em jardins e pequenos sistemas de irrigação. Junto com o módulo sensor de solo, é um equipamento ideal para hobbystas e makers.

Aplicações

As aplicações do sensor de umidade e da válvula são principalmente para sistemas de controle de fluxo de água, como:

  • Irrigação por gotejamento automatizada;
  • Irrigação tradicional  de jardins;
  • Irrigação de vasos de planta ou canteiros com plantas sensíveis;
  • Controle de fluxo de água;
  • Aquisição de dados sobre solo para monitoramento e análises;

Aspectos de Hardware

Materiais necessários para o projeto Automatização de Sistema de Irrigação com Sensor de Umidade do Solo e Válvula Solenoide

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O módulo relé é usado para acionarmos a válvula solenoide, pois além de o arduino operar em 5V, ele não possui potência suficiente para fornecer para a válvula. Se você ainda não sabe como usar o módulo relé, acesse esse post sobre módulos relé e acionamentos de lâmpada com arduino. A montagem é a mostrada abaixo:

Montagem com sensor de solo e válvula solenóide
Montagem com sensor de solo e válvula solenoide

Aspectos de Software

Vejamos como funciona o software para monitorar o sensor e acionar a válvula solenóide.

Definimos os pinos que vamos usar para leitura e para acionar o relé com três diretivas no início do código. Na função void setup, apenas inicializamos a porta serial para podermos nos comunicar e configuramos as entradas e saídas. A parte principal está na função void loop(). Aqui nós vamos ler as duas saídas do sensor de umidade. A saída analógica nos lemos com a função analogRead(pinoAnalógico) e a saída digital do sensor lemos com a função digitalRead(pinoDigital).

Nós apresentamos os dados da leitura na tela e logo depois fazemos a comparação para saber se devemos fechar ou abrir a válvula. Caso o sensor de umidade esteja em nível alto, significa que o solo está seco, então temos que acionar o relé de forma a abrir a válvula. O relé é acionado então enviando um sinal de GND. Caso o sinal de saída do sensor esteja em nível baixo, significa que o solo está úmido o suficiente e não precisamos mais abrir a válvula. Assim enviamos um sinal de nível alto para o relé desligar o relé e desenergizar a válvula.

#define pinDigital 13
#define pinAnalog 0
#define pinRelay      7

float AnalogOutput = 0;
float voltage = 0;
int LeituraSensor = 0;

// the setup routine runs once when you press reset:
void setup() {
  pinMode(pinDigital, INPUT);  
  pinMode(pinRelay, OUTPUT);  
  Serial.begin(9600);
}

// the loop routine runs over and over again forever:
void loop() {
  
  AnalogOutput = analogRead(pinAnalog);
  LeituraSensor = digitalRead(pinDigital);
  float voltage = AnalogOutput * (5.0 / 1023.0);
  Serial.println("Sainda analog");
  Serial.println(voltage);
  Serial.println("Sainda digital");
  Serial.println(LeituraSensor);
  
  if(LeituraSensor == HIGH)
    digitalWrite(pinRelay,LOW);
  else
    digitalWrite(pinRelay,HIGH);
    
    
  delay(2000);

}
Você também pode conferir o código completo e atualizado visitando o repositório desse post no GitHub da Eletrogate.

Repare que nós ligamos o relé na válvula utilzando os pinos de COMUM e NA, ou seja, usamos os contatos normalmente abertos. Caso você use os contatos de normalmente fechado, a sua lógica será um pouco diferente. Para retificar como usar o módulo relé, verifica o nosso post em que explicamos melhor esse componente.

Botando pra Rodar!

Montagem Completa
Montagem Completa
A saída na interface serial apresenta as seguintes informações:

Veja que na saída da interface serial acima, estamos lendo um valor de 5 mV, o que significa que o solo está seco, com nenhuma umidade praticamente. Por conta disso, a saída digital fica em nível alto, como mostrado na mesma interface.

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Considerações Finais

Com essa montagem simples você é capaz de montar um sistema automatizado de irrigação com as próprias mãos. Você pode adaptar os tamanhos dos fios para fazer um sistema melhor para as suas plantas ou jardins. Pode também usar mais de um sensor de solo para poder ter leituras de vários pontos, obtendo um mapa mais preciso da umidade em uma área maior.

Deixe suas dúvidas nos comentários. Até a próxima!

Sobre o Autor


Vitor Vidal

Engenheiro eletricista, mestrando em eng. elétrica e apaixonado por eletrônica, literatura, tecnologia e ciência. Divide o tempo entre pesquisas na área de sistemas de controle, desenvolvimento de projetos eletrônicos e sua estante de livros.

Hoje vamos falar de um assunto que interessa muita gente: Sistemas de irrigação. Desde pequenos jardins até sítios e áreas maiores, saber automatizar o seu próprio sistema de irrigação dá flexibilidade e permite que você faça soluções bem customizadas para as suas necessidades.

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Respostas de 7

  1. como eu aplicaria um sensor extra (2 vasos de plantas) Você teria um exemplo? Parabens pelo projeto , incrivel

    1. Olá, Leonardo! Obrigado pelo comentário 🙂

      Para usar um segundo sensor, o circuito é o mesmo. Nesse caso, você vai ligar o sensor extra em outra porta do Arduino. Para controlar um segundo relé, você pode usar uma outra saída digital e ligá-la no pino que comando o relé que ficou sobrando do módulo relé(veja nosso post sobre relés caso tenha dúvidas quanto a ele).

      Em resumo, você basicamente vai repetir a ligação que já está no post, mas vai ligar as saídas do segundo sensor em entradas diferentes do Arduino. Para acionar o relé, irá usar uma saída diferente da já usada.

      Não temos um exemplo pronto com dois, mas é basicamente a mesma ligação, apenas usando-se I/Os a mais.

      Abraços!

  2. Boa tarde, segui seu esquema de ligação, porem minha dúvida é a seguinte, estou tentando usar com um arduino NANO(não sei se da certo), mudei o pino digital do 13 para o 12 e ao invés de usar uma bateria estou usando uma fonte de 12v – 2A, só que quando alimento o sistema só com a fonte, ele não alimenta o arduino e o sensor, porem ouço um pequeno estralo na válvula solenoide, se eu ligo pela entrada usb do arduinio, ele alimenta o sensor e o rele e parece funcionar corretamente, porem não parece ter força para acionar a válvula solenoide. Eu ficarei eternamente grato se você conseguir me ajudar neste caso, já estou ficando doido. Obrigado.

    1. Bom dia Willians,
      O Arduino Nano é similar ao Arduino Uno. O Sketch usa o pino 13. Se ligou no pino 12, precisará alterar no programa também: #define pinDigital 13 (mude para 12)
      Para a montagem funcionar é necessário alimentar também o Arduino ! Conecte o Arduino na porta USB do seu computador.
      Não se esqueça de conectar o GND do Arduino no GND dos outros dispositivos.
      Atenciosamente.

  3. bom dia !!! muito bom seu projeto !!! , gostaria de saber se é possível monitorar as analises gerada por GPRS ou até mesmo ter o acesso remoto do sistema de irrigação !! , tenho um amigo que tem um negocio próprio , o mesmo produz mudas para hortaliça e tem varias estufas , o serviço de irrigação é tudo manual , para desenvolver uma instalação em alta escala , o que o Sr recomendaria para uma instalação desse porte ? trabalho com sistema de alarmes e me interessei bastante pelo seu projeto estou buscando conhecimento !

    1. Bom dia Leandro,
      Existem módulos GPRS para Arduino, como o SIM800L. E é possível enviar os dados através do mesmo.
      Ou então usar o WIFI , se tiver um roteador próximo.
      Para desenvolver um sistema de irrigação todo automatizado, sugiro a ajuda de um Consultor projetista em sistemas embarcados.

  4. Bom dia!
    Sou servidor da Prefeitura de Cachoeiro de Itapemirim (ES), e o município vai implantar um Parque Urbano, com aproximadamente 10.000m². O Parque será aberto ao público, para atividades esportivas, caminhada e momentos de lazer.
    A dúvida é: é possível utilizar da tecnologia do Arduino para a irrigação automatizada do Parque, ainda que seja necessário dividir a área em setores menores para sistemas individuais? Ou, pela extensão total só dá pra fazer por controladores ‘tradicionais’?

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