Rivista #230: La pianta che chiede acqua

 

Tra i contenuti del fascicolo 230 (Novembre 2018), attualmente in edicola, il progetto di un vaso per piante – con sottovaso tecnologico –  che, quando si avvicina una persona, genera una luce il cui colore varia in base all’umidità della terra e quindi alle necessità della pianta.

Quante cose si possono fare con Arduino? Da quando è apparso sulle riviste e sul web, si direbbe praticamente tutto, visto che ogni giorno, grazie alla fervente attività dei maker, la board veste nuovi panni e recita parti sempre originali. Nel calderone dei maker a volte ci mettiamo anche noi, che di Arduino non solo abbiamo fatto un alleato, ma anche il seme, la matrice su cui crescere e sviluppare nuove schede di prototipazione come le prestanti e irrinunciabili Fishino, ma anche la Business Card (biglietto da visita elettronico) proposta nel fascicolo n° 214, che è il punto di partenza del progetto descritto in queste pagine.

Si tratta di uno speciale vaso con sottovaso, il tutto stampato in 3D con del PLA trasparente (utile a far passare la luce prodotta all’interno) ma non tradizionale, perché il sottovaso è “intelligente” e grazie a un sensore di umidità su breakout board verifica quanto è umida la terra della pianta contenuta nel vaso e quando rileva l’avvicinamento di una persona fa accendere un anello di LED Neopioxel per generare una luce rotante la cui tonalità dipende da quanto la pianta ha bisogno di acqua.

Più esattamente, la luce prodotta è rossa quando la terra è secca, rossa intercalata a verde quando è un po’ umida, verde quando l’umidità è ottimale, blu-verde se c’è molta acqua e blu quando l’acqua è sin troppa (azzurro è, d’altra parte, il colore che associamo all’acqua).

Tutto questo viene ottenuto utilizzando come cervello una board Arduino, ma non una qualsiasi bensì la più sottile, che è l’hardware del biglietto da visita, il quale sostanzialmente è una Arduino Leonardo priva di header e dotata di cinque pulsanti, oltre che della connessione USB, utile ad alimentarla o a fornire alimentazione al resto dell’elettronica coinvolta.

ARDUINO BUSINESS CARD: DI COSA SI TRATTA

Il circuito in questione è una scheda Arduino Leonardo con formato compatibile Arduino e connettori laterali (può quindi ospitare i connettori strip per supportare gli shield) più quello per l’ICSP, ma le manca sezione alimentazione Vin, quindi riceve 5V (sugli header non c’è quindi la Vin); la vedete nella Fig. 1. I 3,3 volt necessari alla logica degli eventuali shield e riportati sul contatto laterale 3V3, sono ricavati dai 5V dell’USB mediante un regolatore di tensione a bordo scheda.

Per ragioni di spazio non stiamo a riportare lo schema elettrico della scheda, che potete trovare, insieme alla descrizione completa, nel fascicolo n° 214. Il cuore del circuito è il microcontrollore Atmel 32u4, lo stesso della Arduino L dispone internamente dell’interfaccia USB di tipo Device; questo micro è alimentato con i 5 volt dell’USB e ricava internamente 3 volt per la propria logica. Le linee per la programmazione in-circuit sono riportate sul connettore ICSP standard delle schede Arduino (2 file da 3 contatti, a passo 2,54 mm). Come di consueto, la linea di reset (RST) viene utilizzata per avviare il caricamento dello sketch attraverso il bootloader e nello schema è collegata all’immancabile resistore di pull up e al pulsante che la porta a massa quando serve resettare il microcontrollore manualmente (il reset automatico viene gestito dal PC tramite la connessione USB).

Gli altri cinque pulsanti, collegati alle linee PD7, PC6, PD4, PD0 e PD1 (rispettivamente P1, P2, P3, P4, P5) permettono, se premuti, di attivare le funzioni loro assegnate dallo sketch, che potete personalizzare a piacimento.

I due LED presenti nel circuito vengono gestiti dal microcontrollore per segnalare l’avvio dello sketch, il caricamento e l’attività sull’USB; in quest’ultimo caso LD2 è il TX LED e LD1 l’RX LED di Arduino. Inoltre LD1 (rosso) lampeggia quando, dopo il collegamento e il riconoscimento da parte del PC, la scheda avvia lo sketch ed è pronta all’uso. LD2 (giallo) lampeggia invece ogni volta che si preme uno dei tasti P1÷P5 per accedere alle rispettive funzioni. Il clock del micro è ottenuto dall’oscillatore interno, che si affida a un quarzo per ottenere la necessaria precisione.

Nel progetto, oltre alla scheda Arduino biglietto da visita vengono impiegati:

• un anello di LED Neopixel a 60 LED RGB comandato da Arduino tramite l’apposito bus di comunicazione;

• un sensore P.I.R. miniatura con uscita digitale dedicato al rilevamento delle persone e ad avvisare con un livello logico la nostra Arduino;
• un sensore (igrometro) su breakout board dotato di sonda a forchetta per rilevare l’umidità della terra attraverso la resistenza elettrica che essa assume a seconda che sia secca, umida o molto bagnata ;

sostanzialmente sfruttiamo la conducibilità dell’acqua comune, la quale contenendo dei sali in soluzione conduce elettricità.

Guarda il video della pianta che chiede acqua:

Il progetto prosegue con i seguenti argomenti:

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IGROMETRO PER IL TERRENO

IL SENSORE DI MOVIMENTO

L’ANELLO NEOPIXEL

COME FUNZIONA

IL FIRMWARE

 

REALIZZAZIONE PRATICA

Tutti i componenti e le board richiesti per la realizzazione del sistema sono reperibili già montati e collaudati presso la Futura Elettronica (on-line su www.futurashop.it) che dispone anche della board Arduino in formato biglietto da visita, la quale si può acquistare con il codice FT1120 già provvista di bootloader per il caricamento degli sketch tramite connettore microUSB. Le parti devono essere interconnesse come mostrato nello schema di cablaggio visibile in queste pagine, ricordando che il tutto potrà prendere posto nel sottovaso.

L’anello richiede un’alimentazione di soli 5 volt e quindi possiamo alimentarlo connettendolo tra i pin 5V e GND di Arduino. Notate che la confezione comprende 4 archi da 15 LED, che devono essere saldati tra loro per creare il cerchio da 60 LED. Completato il montaggio e verificato che sia tutto a posto potete connettere il circuito al programmatore e caricare il bootloader, quindi effettuare la connessione al PC via USB e caricare lo sketch, che trovate disponibile per il download sul nostro sito www.elettronicain.it insieme agli altri file del progetto.

Se acquistate la scheda in versione già montata, trovate già il bootloader nel microcontrollore e dovete solo caricare lo sketch dal PC, mediante l’IDE Arduino, indicando come scheda Arduino Leonardo. Ora Arduino B-card è pronta per l’uso e dovete solo caricarvi lo sketch. Per quanto riguarda il vaso, quello da noi utilizzato nel prototipo e che vedete nelle foto in queste pagine è stato stampato in 3D con del PLA trasparente, utilizzando la nostra stampante 3D4040, l’unica capace di effettuare una stampa delle

dimensioni richieste: infatti può produrre oggetti delle dimensioni massima di 40x40x40 centimetri! Per il vaso (che è forato alla base come tutti quelli per giardinaggio) abbiamo previsto un sottovaso specifico fatto per accogliere la base del vaso e contenere l’elettronica del caso, in un vano separato da quello dove stazionerà l’acqua in eccesso drenata dalla terra ma raggiungibile dall’esterno per inserire nella presa microUSB della Arduino B-Card lo spinotto di un alimentatore da rete con uscita a 5V formato micro USB. Per realizzare sia il vaso che il sottovaso rendiamo disponibili per il download, sul nostro sito web www.elettronicain.it, i file .STL corrispondenti.

L’anello Neopixel va posto nel sottovaso incastrandolo nell’apposita sede: quindi è il sottovaso che fa il gioco di luci e la luce si propaga attraverso il vaso in PLA trasparente; il sensore P.I.R. va collocato preferibilmente sul bordo del vaso o anche del sottovaso, montato in un piccolo involucro a forcella che ne facilita il posizionamento e il fissaggio. Anche questo involucro è stato stampato con la stampante 3D utilizzando del PLA ed anche di questo elemento (che è composto da due porzioni) rendiamo disponibili su www.elettronicain.it i file .STL insieme agli altri file del progetto. Bene, con questo è tutto; non ci resta che augurarvi buon divertimento con il vostro nuovo vaso smart! Vi ricordiamo che se andate ad annaffiare la pianta perché il vaso si accende di luce rossa, dovete procedere gradualmente, aggiungendone un poco alla volta e attendendo di vedere il cambiamento nel colore del vaso stesso; aspettate inoltre almeno una trentina di secondi per accertarvi che (essendo il vaso forato alla base) il sottovaso non si riempia d’acqua al punto da bagnare la scheda Arduino Business

Card, perché ciò la metterebbe fuori uso in breve tempo, oltre a costituire pericolo, visto che ad essa è collegato l’alimentatore AC/DC.

L’articolo completo è pubblicato sul numero 230, Novembre 2018, acquistabile in tutte le edicole.