Έξυπνο αυτόματο πότισμα για σχολικό κήπο – Ομάδα R@P – Πανελλήνιος Διαγωνισμός Ανοιχτών Τεχνολογιών στην Εκπαίδευση

ΠΟΙΑ ΗΤΑΝ Η ΙΔΕΑ ΜΑΣ;

Υπάρχει σημαντική ανάγκη για εξοικονόμηση τόσο των υδάτινων πόρων όσο και του περιορισμού της άσκοπης κατανάλωσης ενέργειας. Μια πιθανή λύση είναι η αποθήκευση του βρόχινου νερού για μελλοντική χρήση και η αξιοποίηση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας. Η ιδέα αφορά τη κατασκευή ενός αυτόματου ποτίσματος το οποίο θα λειτουργεί έξυπνα ως εξής: Μία δεξαμενή η οποία βρίσκεται σε ανοιχτό χώρο συγκεντρώνει το τρεχούμενο/βρόχινο νερό και διοχετεύει με τη χρήση προγραμματιζόμενης βαλβίδας από το Arduino και με βάση τις αντίστοιχες μετρήσεις θερμοκρασίας και υγρασίας του εδάφους, ανάλογη ποσότητα νερού στο ποτιζόμενο φυτό. Ταυτόχρονα η δεξαμενή θα ελέγχεται για την ποσότητα νερού που διαθέτει για την αποφυγή φαινομένων υπερχείλισης ή υποχείλισης. Επιπρόσθετα γίνεται προσπάθεια για εξοικονόμηση ενέργειας χάρη στη χρήση της ηλιακής ενέργειας μέσω φωτοβολταϊκής κυψέλης και επαναφορτιζόμενης μπαταρίας. Η ιδέα αυτή μπορεί να βρει εφαρμογή σε ένα σχολικό κήπο, με τη μορφή ενός παρτεριού ή θερμοκηπίου.

ΠΩΣ ΕΡΓΑΣΤΗΚΑΜΕ;

Έχοντας την εμπειρία της συμμετοχής από τον διαγωνισμό της προηγούμενης χρονιάς (4ος διαγωνισμός) αποφασίσαμε και φέτος να βαδίσουμε πάνω στην ίδια διαδρομή εργασιών. Έτσι και φέτος αναλογιστήκαμε τους 17 στόχους της UNESCO για την παγκόσμια βιώσιμη ανάπτυξη (SDGs: https://www.globalgoals.org/), αναφορικά με την θεματική του διαγωνισμού, και ανατρέξαμε στους εξής στόχους:

2 – Μηδενική πείνα, ειδικότερα στον υποστόχο 2.4 – Βιώσιμη παραγωγή τροφίμων και ανθεκτικές αγροτικές πρακτικές (https://www.globalgoals.org/goals/2-zero-hunger/)
6 – Καθαρό νερό και υγιεινή, ειδικότερα στον υποστόχο 6.4 – Αύξηση της απόδοσης χρήσης νερού και εξασφάλιση της παροχής γλυκού νερού (https://www.globalgoals.org/goals/6-clean-water-and-sanitation/)
7 – Προσιτή και καθαρή ενέργεια (https://www.globalgoals.org/goals/7-affordable-and-clean-energy/)
12 – Υπεύθυνη Παραγωγή και Κατανάλωση, ειδικότερα στον υποστόχο 12.2 – Βιώσιμη διαχείριση και χρήση φυσικών πηγών (https://www.globalgoals.org/goals/12-responsible-consumption-and-production/).

Συζητήσαμε και μέσα από ανταλλαγή ιδεών ξεκινήσαμε τη διερεύνηση για το τι μπορούμε να κατασκευάσουμε. Καταλήξαμε στην ιδέα να δημιουργήσουμε στο σχολείο μας έναν σχολικό κήπο, με τη μορφή θερμοκηπίου, αφού το κτίριο του σχολείου μας διαθέτει εξωτερικό φυλλασόμενο χώρο στον 1ο όροφο με τη μορφή μπαλκονιού, ο οποίος μένει ανεκμετάλλευτος. Εφόσον δεν υπάρχει κατάλληλη υποδομή για πότισμα σκεφτήκαμε να κατασκευάσουμε ένα έξυπνο αυτόματο πότισμα.

Στη συνέχεια, για την υλοποίηση του έργου μας δημιουργήσαμε ομάδες με ρόλους και καθήκοντα:

Προγραμματιστές – ασχολήθηκαν με τον προγραμματισμό του Arduino.
Κατασκευαστές – ασχολήθηκαν με την συγκέντρωση των υλικών των κατασκευών.
Σχεδιαστές – ασχολήθηκαν με το σχεδιασμό τόσο της κατασκευής όσο και της συνδεσμολογίας των εξαρτημάτων.
Διαφημιστές – ασχολήθηκαν με τη διαφήμιση της ομάδας μας και των έργων.

ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΤΩΝ ΕΡΓΩΝ ΜΑΣ

Καταφέραμε και κατασκευάσαμε ένα θερμοκήπιο και ένα έξυπνο αυτόματο πότισμα με Arduino.

ΥΛΙΚΑ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ

ΥΛΙΚΑ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗΣ ΘΕΡΜΟΚΗΠΙΟΥ

Για την κατασκευή του θερμοκηπίου χρησιμοποιήθηκαν:

πλαστικό κουτί με καπάκι 30 Χ 40 Χ 10 εκατοστών.
χρωματιστοί πλαστικοί σωλήνες (4 τεμάχια του 1 μέτρου, 3 τεμάχια των 40 εκατοστών + 1 τεμάχιο του 1 μέτρου για την κατασκευή της πόρτας).
διαφανής πλαστική επιφάνεια (1 τετραγωνικό μέτρο).
1 κιλό χώμα εξωτερικού χώρου.
λάστιχο αυτόματου ποτίσματος με βαλβίδες για πότισμα σε κάθε φυτό.

ΥΛΙΚΑ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗΣ ΕΞΥΠΝΟΥ ΑΥΤΟΜΑΤΟΥ ΠΟΤΙΣΜΑΤΟΣ

Για την κατασκευή του έξυπνου αυτόματου ποτίσματος χρησιμοποιήθηκαν:

1 κουτί ξύλινο (2ο Χ 20 Χ 30 εκατοστών)
100 ξυλάκια για χειροτεχνίες
1 κομμάτι ξύλο 20 Χ 20 εκατοστών με τρύπα στη μέση διαμέτρου 18 εκατοστών
1 ξύλινο τελάρο φρούτων διαστάσεων 20 Χ 20 εκατοστών
1 δοχείο πλαστικό με καπάκι διαμέτρου 18 εκατοστών και ύψους 30 εκατοστών.
4 πλαστικές γωνίες για πόδια
20 εκατοστά λάστιχο ποτίσματος (με μεγάλη διάμετρο)
4 συνδέσεις λάστιχου ποτίσματος (για τη σύνδεση του λάστιχου ποτίσματος με την ηλεκτρική βαλβίδα νερού)
1 κομμάτι σίτα 20 Χ 30 εκατοστών
1 πλαστικό κουβαδάκι (χρησιμοποιήθηκε για την αποχέτευση νερών που ενδεχομένως προκύψουν στο εσωτερικό της κατασκευής)
1 χωνί
ξυλόβιδες, κόλλα σιλικόνης

ΠΕΡΙΦΕΡΕΙΑΚΑ ARDUINO

Για το κύκλωμα του αυτόματου ποτίσματος χρησιμοποιήθηκαν:

1 ARDUINO UNO R3
1 mini breadboard
1 αισθητήρας υγρασίας εδάφους (Waveshare Αισθητήρας Υγρασίας Εδάφους)
1 αισθητήρας υπερήχων (Ultrasonic Range Finder HC-SR04)
1 αισθητήρας θερμοκρασίας (DS18B20 18B20 TO-92 Thermometer Temperature Sensor for Arduino)
1 φωτοβολταϊκό πάνελ (Φωτοβολταϊκή Κυψέλη 3W 250x140mm)
1 ρυθμιστής τάσης (LDTR-WG0178 LM2596 Power Step-down Voltage Regulator Module Voltmeter Display)
1 οθόνη ARDUINO LCD 16Χ2 (LCD 16Χ2 with IIC/I2C/TWI SPI, Blue Backlight (for Arduino))
1 ηλεκτρική βαλβίδα νερού (Plastic Water Solenoid Valve – 12V – 1/2″ Nominal)
1 μπαταρία επαναφορτιζόμενη (Μπαταρία Μολύβδου 12V 2.3Ah)
1 transistor (DARLINGTON NPN 5A – TIP120)
2 αντιστάσεις (1ΚOhm, 4.7KOhm)
1 δίοδος (DIODE RECTIFIER – 1A 50V – 1N4001)
καλώδια Μ/Μ,
6 καλώδια F/F 40CM (για τη σύνδεση του αισθητήρα υπερήχων και του αισθητήρα υγρασίας),
καλώδιο USB για τη σύνδεση του Arduino
1 διακόπτης, 1 ντουί κι ένα φωτάκι LED

ΚΩΔΙΚΑΣ ARDUINO

Θα βρείτε τον κώδικα στον αποθετήριο github: https://github.com/iot4abw/roboticsatpalairos

ΣΥΝΔΕΣΜΟΛΟΓΙΑ

Smart watering – circuits

ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ

Το έξυπνο αυτόματο πότισμα περιλαμβάνει τις εξής λειτουργίες:

1) Υπολογίζει την ποσότητα νερού στη δεξαμενή συλλογής βρόχινου νερού και ειδοποιεί με ένδειξη σε οθόνη LED για το αν η δεξαμενή είναι άδεια. Σε περίπτωση υπερχείλισης, το νερό διοχετεύεται εκτός δεξαμενής με σωλήνα. Για τον υπολογισμό της ποσότητας νερού στην δεξαμενή χρησιμοποιήθηκε ένας αισθητήρας απόστασης (ultasonic).

2) Υπολογίζει τα επίπεδα υγρασίας του εδάφους του σχολικού κήπου (θερμοκηπίου) και διοχετεύει νερό μέσω προγραμματιζόμενης ηλεκτροβάνας στα φυτά, όταν τα επίπεδα αυτά είναι χαμηλά. Για τον υπολογισμό της υγρασίας εδάφους χρησιμοποιήθηκε ένας αισθητήρας υγρασίας εδάφους, ενώ η ένδειξη των επιπέδων υγρασίας αναγράφεται σε οθόνη LED. Σε περίπτωση διαρροής νερού μέσα στην κατασκευή, έχει γίνει πρόβλεψη για σύστημα αποχέτευσης.