Système d'irrigation intelligent Arduino : schéma de circuit et code pour une agriculture efficace

Système d'irrigation intelligent basé sur Arduino

L'Inde est un pays où 70% de la population dépend de l'agriculture pour son gagne-pain. De nos jours, tout travail peut être fait de la manière la plus simple grâce aux machines. Sans doute, l'automatisation augmente la productivité et économise beaucoup de temps et d'efforts. L'irrigation est la partie la plus importante de l'agriculture pour obtenir un profit maximal de votre investissement dans le champ. Cependant, il existe plusieurs machines utilisables dans le domaine agricole par les agriculteurs pour faciliter leur travail. Malheureusement, ces machines ne sont pas abordables pour les agriculteurs en raison de leur coût élevé. Tout ce dont ils ont besoin est une machine simple et peu coûteuse utilisable facilement pour des fins agricoles.

Dans cet article, nous allons discuter d'un système d'irrigation intelligent et simple conçu avec des matériaux peu coûteux. Le but de ce système d'irrigation est de détecter le taux d'humidité dans le sol et de faire fonctionner la pompe automatiquement.

En plus du champ agricole, nous avons aussi besoin d'un système d'irrigation automatisé pour nos plantes à la maison pendant notre absence. À travers cet article, nous discuterons du processus de conception du projet de système d'irrigation intelligent qui peut arroser les plantes automatiquement pendant que vous êtes confortablement chez vous. Vous pouvez adapter les horaires et la durée d'arrosage avec ce dispositif.

Environ 50% des pertes d'eau sont causées par l'inefficacité des systèmes d'irrigation traditionnels qui causent le sur-arrosage. Pour surmonter ce problème, nous allons concevoir un système d'irrigation intelligent qui vérifie le niveau d'humidité dans le sol et fournit de l'eau aux plantes automatiquement. Quand le circuit trouve assez d'humidité dans le sol, la pompe s'arrête.

Nous avons aussi utilisé un module GSM pour vous tenir informé régulièrement de l'état d'humidité du sol et de la pompe. Ce projet est hautement fiable et utile pour éliminer le besoin de main-d'œuvre dans le processus d'irrigation des champs.

Comme discuté, nous avons utilisé un capteur d'humidité du sol pour détecter l'humidité. Avant de commencer le projet, regardons les composants principaux utilisés dans le circuit pour bien comprendre son fonctionnement.

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Capteur d'humidité du sol

Il y a deux sondes dans le capteur d'humidité du sol qui mesurent le contenu volumétrique d'eau dans le sol. Ces deux sondes permettent au courant de passer à travers le sol et obtiennent la valeur d'humidité présente.

Quand il y a de l'eau dans le sol, il y a moins de résistance et le sol conduit l'électricité. Résultat : le niveau d'humidité détecté par le capteur sera plus élevé. Le sol sec est un mauvais conducteur. Quand il y a peu d'eau, il conduit moins d'électricité et la résistance est plus élevée. C'est pourquoi le niveau d'humidité sera plus bas.

Spécifications techniques :

• Tension d'entrée – 3,3-5V
• Tension de sortie – 0-4,2 V
• Courant d'entrée – 35mA
• Sortie – Analogique/Numérique

Broches du capteur d'humidité du sol :

• Vcc – Alimentation
• A0 – Sortie analogique
• D0 – Sortie numérique
• GND – Masse

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Comme discuté, le capteur d'humidité consiste en deux plaques conductrices fonctionnant comme sonde. La première plaque est connectée à l'alimentation +5V. La seconde plaque est connectée directement à la masse. La sortie est prise directement de la première broche du capteur.

Le capteur fonctionne sur le principe de circuit ouvert/fermé. Quand le sol est sec, aucun courant ne circulera et il fonctionne comme un circuit ouvert. Quand le sol est humide, le courant commence à circuler d'une borne à l'autre, fonctionnant comme un circuit fermé. Nous avons interfacé le capteur avec la carte Arduino UNO. Nous discuterons de l'interfaçage et du code de simulation dans la suite.

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Applications du capteur d'humidité du sol :

Cet appareil peut être utilisé dans les jardins et pelouses domestiques pour éliminer le besoin d'arrosage manuel. Il peut être utilisé pour les plantes d'intérieur pour fournir de l'eau régulièrement.

La seconde partie importante de ce projet est le module GSM utilisé avec le microcontrôleur Arduino pour la communication.

Module GSM TTL SIM800 :

Nous avons utilisé le module GSM SIM800 dans notre projet d'irrigation et l'avons interfacé avec Arduino pour envoyer et recevoir des messages. Un module GSM est essentiellement un modem GSM. Ce dispositif est connecté au PCB pour prendre différents types de sorties. Dans notre projet, nous avons interfacé le module GSM avec Arduino et la sortie TTL est prise. Ce module GSM quad-bande fonctionne sur les fréquences GSM 850MHz, EGSM 900MHz, DCS 1800MHz et PCS 1900MHz. Les modules GSM sont hautement compatibles avec Arduino et microcontrôleurs. Le module TTL SIM800 est assemblé en taille 24×24×3mm pour s'adapter à presque tous les appareils, smartphone, PDA, etc.

En Asie, la plupart des opérateurs mobiles opèrent dans la bande 900 MHz. Les modules GSM sont fabriqués en connectant un modem GSM unique au PCB. Puis une sortie RS232 est fournie. Assurez-vous de vérifier la puissance requise du GSM dans votre projet avant de choisir le module approprié. Choisissez toujours les broches de sortie TTL pour l'interfacer directement avec Arduino sans inconvénient.

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Spécifications techniques :

• Basé sur quad-bande
• Tension requise - 9VDC-12 VDC
• Alimentation - à base de régulateur à découpage
• Puissance requise - 1 mA
• Température de fonctionnement - -40 à +85°C

Caractéristiques du module GSM 800 :

• Schéma de codage - CS-1, CS-2, CS-3, CS-4 puissance Tx
• Consomme peu d'énergie
• Équipé de canaux audio incluant entrée micro et sortie récepteur

Maintenant vous avez une bonne connaissance du fonctionnement des deux dispositifs : capteur d'humidité et module GSM. Ensuite, il faut interfacer les deux composants avec le microcontrôleur Arduino.

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Carte Arduino UNO

Avant de découvrir les détails de la carte Arduino UNO, sachez qu'il existe diverses versions : Arduino Mega, Arduino Due, etc. Nous avons utilisé Arduino UNO car c'est le moins cher et le plus facile à interfacer. Ce microcontrôleur a 14 broches E/S numériques et 6 broches analogiques. L'Arduino UNO supporte aussi la communication série via les broches TX et RX. Le plus grand avantage d'Arduino est que vous pouvez optimiser et modifier le logiciel et la carte selon vos besoins.

Interfaçage du capteur d'humidité et du module GSM avec Arduino

L'interfaçage de ce circuit est simple. Suivez juste le schéma de circuit.

Premièrement, connectez la broche analogique du capteur d'humidité à la broche analogique 1 d'Arduino. Connectez VCC et GND du capteur au 5V et GND d'Arduino.

Ensuite, insérez une carte SIM dans le module. Connectez le module GSM à une alimentation. Nous utilisons un module 12V ; si vous avez un module 5V, vous pouvez l'alimenter directement avec le 5V d'Arduino. Connectez une source 12V comme indiqué. Connectez la broche GND du module au GND d'Arduino. Connectez la broche ST du module à la broche numérique 9 d'Arduino et la broche SR du module à la broche numérique 10 d'Arduino. Nous avons aussi connecté un LCD pour afficher le niveau d'humidité détecté. Connectez le LCD comme indiqué et un potentiomètre pour régler le contraste.

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Connectez le relais et le transistor en utilisant le schéma de pilotage de relais.

Maintenant, rassemblez les composants ci-dessous et connectez le circuit comme montré :

• Carte Arduino UNO
• Module GSM
• Fils de connexion
• Transistors
• Écran LCD 16×2
• Alimentation
• Relais
• Pompe
• Capteur d'humidité du sol
• Résistances
• Connecteur à bornes
• Régulateur de tension

Explication du code de programmation

La partie programmation est très facile. Premièrement, il faut définir la bibliothèque pour LCD et le capteur d'humidité. Dans la ligne suivante, nous avons défini les broches émetteur et récepteur du capteur connectées aux broches numériques 9 et 10 :

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

Maintenant, nous avons défini des variables pour les utiliser au lieu des numéros de broches :

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

Dans la ligne suivante, nous avons défini les broches LCD connectées à Arduino :

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

Dans la fonction setup, nous avons initialisé le LCD par lcd.begin() et le capteur par mySerial.begin(). Nous avons passé 16,2 car le LCD a 16 colonnes et 2 lignes. Ensuite, nous avons initialisé et défini le mode de la broche numérique 13 comme sortie (connectée à la LED d'état pompe et relais) et la broche 7 comme entrée (connectée à la LED niveau d'eau).

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

Passons à la fonction loop. Première ligne, nous effaçons le LCD. Ligne suivante, nous lisons la valeur du capteur et la stockons dans 'Moist' :

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

Dans les lignes suivantes, nous avons introduit les conditions pour sol sec, humide et détrempé :

if (Moist > 700) // sol sec
{
  lcd.setCursor(11,0);
  lcd.print("SEC");
  lcd.setCursor(11,1);
  lcd.print("SOL");
  if (digitalRead(W_led)==1) // test disponibilité eau
  {
    digitalWrite(13, HIGH);
    lcd.setCursor(0,1);
    lcd.print("POMPE:ON");
    mySerial.println("AT+CMGF=1");
    delay(1000);
    mySerial.println("AT+CMGS=\"NUMERO\"\r");
    delay(1000);
    mySerial.println("POMPE:ON");
    delay(100);
    mySerial.println((char)26);
    delay(1000);
  }
  else
  {
    digitalWrite(13, LOW);
    lcd.setCursor(0,1);
    lcd.print("POMPE:OFF");
    mySerial.println("AT+CMGF=1");
    delay(1000);
    mySerial.println("AT+CMGS=\"NUMERO\"\r");
    delay(1000);
    mySerial.println("POMPE:OFF");
    delay(100);
    mySerial.println((char)26);
    delay(1000);
  }
}
if (Moist >= 300 && Moist <= 700) // sol humide
{
  lcd.setCursor(11,0);
  lcd.print("HUMIDE");
  lcd.setCursor(11,1);
  lcd.print("SOL");
  digitalWrite(13,LOW);
  lcd.setCursor(0,1);
  lcd.print("POMPE:OFF");
  mySerial.println("AT+CMGF=1");
  delay(1000);
  mySerial.println("AT+CMGS=\"NUMERO\"\r");
  delay(1000);
  mySerial.println("POMPE:OFF");
  delay(100);
  mySerial.println((char)26);
  delay(1000);
}
if (Moist < 300) // sol détrempé
{
  lcd.setCursor(11,0);
  lcd.print("DETREMPE");
  lcd.setCursor(11,1);
  lcd.print("SOL");
  digitalWrite(13,LOW);
  lcd.setCursor(0,1);
  lcd.print("POMPE:OFF");
  mySerial.println("AT+CMGF=1");
  delay(1000);
  mySerial.println("AT+CMGS=\"NUMERO\"\r");
  delay(1000);
  mySerial.println("POMPE:OFF");
  delay(100);
  mySerial.println((char)26);
  delay(1000);
}
delay(1000);
}

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Fonctionnement du système d'irrigation automatique

Le fonctionnement est simple. Arduino contrôle tout le circuit. Quand il n'y a pas d'humidité dans le sol, il y a conduction entre les deux sondes du capteur. Le transistor reste ON. La broche 13 d'Arduino reste basse. Arduino enverra un message : "Humidité sol normale. Moteur ARRÊTÉ". La pompe reste OFF.

Quand il n'y a pas d'humidité, le transistor Q2 devient OFF. La broche D7 devient haute. Arduino démarre la pompe et envoie : "Faible humidité détectée. Moteur MARCHE". La pompe s'arrêtera automatiquement quand assez d'humidité est détectée.

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Caractéristiques du système d'irrigation intelligent

Ce système remplit tous les critères d'un système idéal. Quelques caractéristiques profitables :

• S'adapte facilement aux conditions météo et détecte l'humidité pour faire fonctionner la pompe
• Le capteur détecte le fort débit d'eau en sentant l'humidité et arrête/démarre automatiquement
• Gestion du débit d'eau à distance sans aller au champ
• LCD affiche les données d'humidité régulièrement pour garder un historique

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Conclusion

Le système d'irrigation intelligent est très utile en termes de productivité et fiabilité. Facile à concevoir et assembler avec des composants électroniques facilement disponibles. L'Arduino est très populaire et s'interface facilement. Nous avons utilisé le capteur d'humidité pour détecter l'humidité du sol.

Le module GSM informe les utilisateurs par messages sur leur téléphone. Nous avons décrit le fonctionnement et l'interfaçage de tous les composants avec Arduino. Nous espérons que vous pourrez maintenant concevoir ce système d'irrigation intelligent peu coûteux pour économiser l'eau au quotidien.

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