serra1920x1080

Realizzare una serra automatizzata con Arduino

Nell’articolo di oggi vogliamo presentarvi un progetto molto curioso con Arduino.  Quello che stiamo per illustrarvi è nato da un’idea e da una passione, pensato sia per divertirsi che per essere utile a chiunque voglia avvicinarsi a questo mondo e imparare piano piano a programmare con Arduino.

Progetto

La serra automatizzata è uno strumento di coltivazione quasi del tutto priva di intervento umano, che mira a far crescere una pianta nel miglior modo possibile. Questo progetto si rivolge a chiunque vorrebbe avere un piccolo orticello o solamente un vaso dove coltivare piante aromatiche come basilico, menta, prezzemolo o altre, oppure semplicemente altri vegetali, ma non ha il tempo di dedicarsi alla cura delle piante a causa dei ritmi frenetici della vita moderna. Questa serra è da intendere come un prototipo ancora in fase di sviluppo. Difatti, la scelta di determinate componenti servirà ad implementare nuove funzioni nel corso del tempo o unicamente aggiungere nuovi sensori o strumenti in base alle necessità del caso. Non tutte le piante posso essere gestite nello stesso modo, pertanto, sarà doveroso rivedere alcuni parametri o inserire nuovi gadget.

Obiettivi

L’obiettivo principale è ridurre al minimo l’intervento umano e creare un sistema che si autogestisce, monitorando i dati che preleviamo dalla pianta. Ovviamente, ciò che ci siamo chiesti, prima di avviare questo progetto, cosa davvero avesse bisogno una pianta per vivere e crescere: acqua, aria, terra e luce. Il passo successivo è stato quello di buttare un primo schizzo e comprendere come potevamo ottenere e gestire tutte le informazioni per non far appassire il nostro vegetale.

Questo slideshow richiede JavaScript.

Arduino e sensori

Per gestire la serra, abbiamo adoperato come cervello Arduino Mega2560, sicuramente dotato di grande memoria, ma sostituibile con Arduino UNO. La scelta del modello Mega è sia didattica (in quanto questo progetto servirà anche da strumento didattico in una diversa sede), sia ponderata per consentire al meglio futuri upgrade al sistema. Oltre al cervello del nostro progetto, abbiamo utilizzato anche diversi sensori, atti per rilevare tutti i dati utili. Fanno parte del comparto sensori:

  • Un Igrometro: servirà per rilevare l’umidità del suolo
  • Un DHT11: sensore per rilevare temperatura e umidità dell’aria all’interno della serra
  • Un sensore di livello d’acqua: collocato nel serbatoio, ci dirà quando aggiungerla.
  • Un fotoresistore: controllerà la luminosità solare.

Per la gestione degli Output è stato acquistato un modulo da 4 relè, che riceverà da Arduino il segnale per spegnere o accendere gli interruttori. Questi serviranno ad attivare alcuni strumenti utili e necessari per far vivere la pianta. Abbiamo collegato una pompa d’acqua ad immersione che disseterà la pianta tramite un sistema di irrigazione, una lampadina a led con luce gialla per illuminarla quando è sera ed una ventola per il ricircolo dell’aria se essa dovesse essere eccessivamente calda (40°).
In ultimo, sempre gestiti da Arduino, troviamo un buzzer e un led rosso che si attiveranno qualora il livello dell’acqua fosse basso, avvisando l’utente di rifornire il serbatoio, ed un display LCD 20×04 (4 righe e 20 colonne) dove appariranno i dati annoverati in precedenza.

Materiali

Oltre al comparto hardware, ci siamo occupati anche del contenitore, ossia della serra vera e propria. Le possibilità vagliate sono state due: la prima, realizzarla in legno e plexiglass ma i costi sarebbero stati eccessivi, mentre la seconda, di acquistarla già realizzata riducendo i costi. Si è optato per la seconda, decidendo di comperare una serra a cassone in policarbonato e struttura in alluminio. A questa è stata poi fissata una scatola di derivazione 240x190x90 mm, alcuni metri di canaletta passacavi, del gommapiuma verde per ricoprire la base in compensato, diversa cavetteria che abbiamo riciclato da materiale che si trovava in casa. Abbiamo anche riciclato un vecchio portapranzo per realizzare un serbatoio per l’acqua e una ventola di un alimentatore guasto per il ricircolo dell’aria.

Per alimentare sia l’Arduino che tutti gli altri dispositivi è stato acquistato un alimentatore da 12V a 10A, mentre per fornire la giusta intensità di corrente a tutti i sensori, alla tensione di Output dell’alimentatore è stato collegato un DC-DC da 12V-5V. Il DC-DC è uno strumento che trasforma la tensione da 12V in 5V, fornendo i giusti Ampere per far funzionare tutti i sensori collegati, visto che l’uscita da 5V presente su Arduino non è sufficiente.

Questo slideshow richiede JavaScript.

Programmazione

La programmazione non è stata particolarmente complessa, giacché si basa prevalentemente su cicli If Else strutturati in modo tale da valutare l’input e controllare se rientrasse in determinati parametri, per poi fornire un Output adeguato. Tra le parti più complesse, si trova la programmazione del display LCD 20×04, cercando di gestire al meglio gli spazi e di far apparire a schermo i dati nel modo corretto. Potete, comunque, visionare il software nei link in fondo a questo articolo e studiarlo, modificarlo, ridistribuirlo e copiarlo quanto volete, poiché è stato rilasciando con licenza GNU GPLv3, ossia la licenza open source più utilizzata.

Questo slideshow richiede JavaScript.

Tempi e costi

Oltre alle normali tempistiche di programmazione, che hanno richiesto qualche settimana di lavoro, nemmeno tanto duro, la realizzazione della serra con tutti i sistemi collegati e ordinati, ha richiesto 3 o 4 giorni di lavoro, tanta colla a caldo, nastro biadesivo, viti e bulloni e pazienza, per un totale di spesa che si aggira attorno ai 150€. Il costo singolo maggiore è stata la serra con circa 40€ di spesa, mentre 20€ è costata la scatola di derivazione. Il restante è da dividere tra Arduino, i sensori, il DC-DC, l’alimentatore e tutti i materiali per il montaggio.

Serra_schema

Conclusioni ed accorgimenti

Questa serra è un prototipo, come detto in precedenza, che inizialmente era stato ideato anche per la gestione in remoto, avendo acquistato una Shield Ethernet che per ragioni di spazio non è stata inserita. Sempre per motivi di spazio, anche il cable management non è stato ottimo, tuttavia i collegamenti sono perfettamente funzionanti e la serra funziona con regolarità già da giorni. La pianta continua a vivere al suo interno regolarmente, senza dare segni di stress o di insofferenza. Nel progetto iniziale era anche presente un sistema di riscaldamento rudimentale, ma si è scelto di non inserirlo in quanto la serra fornisce già un microclima temperato e le temperature in Sicilia (dove attualmente si trova la serra automatizzata), al livello del mare, raramente raggiungono gli 0° Celsius. In conclusione, la serra automatizzata è un progetto che sta dando i suoi frutti e regala curiosità e interesse in chi la vede e soddisfazione per la realizza; l’utilizzo di competenze tecniche al fine di realizzare qualcosa di produttivo è senza dubbio alcuno una bella fonte di soddisfazione, quindi vi consigliamo di adoperarvi in questa impresa.

Questo slideshow richiede JavaScript.

Sketch Serra con Arduino: http://bit.ly/2gm9bgd
Librerie: http://bit.ly/2wp5CcY

Componenti:
Arduino Mega2560: http://bit.ly/2vp3QLC
DC-DC 12V – 5V: http://bit.ly/2x1BLK8
Alimentatore 12V 10A: http://amzn.to/2xEYeu8
Resistenze da 10K OHM: http://bit.ly/2x1SCfC
Resistenze da 220 OHM: http://bit.ly/2vH0vTl
Sensore DHT11: http://bit.ly/2x17jja
Igrometro: http://bit.ly/2wPYycs
Fotoresistore: http://bit.ly/2vBJx9H
Sensore livello acqua: http://bit.ly/2vBqvk2
Display LCD 20×4 I2C: http://bit.ly/2wfEIpy
Modulo 4 Relè: http://bit.ly/2wGINnT
Bread Board Mini: http://bit.ly/2xv9AAT
Led vari: http://bit.ly/2xKw1BE
Pompa acqua a immersione: http://amzn.to/2iGa4Rm
Cavi multicolore Arduino: http://amzn.to/2iGlCUV
Serra in policarbonato: http://ebay.eu/2wQkPGW

Commenti