A automação está presente em nosso dia-a-dia, seja no comércio, industria e até mesmo dentro de nossas casas. Este processo de automação visa facilitar nossas vidas, permitindo a realização de tarefas de maneira fácil e rápida e algumas até sem a nossa presença, como é o caso do que irei demonstrar neste artigo.

Algumas pessoas que possuem em suas casas um pequeno jardim (ou mesmo grande) sabem que uma irrigação regular pode fazer a diferença entre um jardim bonito e um nem tanto. Porém como fazer se não podemos estar presentes em nossas casas para realizar a irrigação ligando as válvulas manualmente ou mesmo usando a tradicional mangueira? Muitos estudam, trabalham, enfim passam o dia quase que inteiro fora.

E mesmo para aqueles que não possuem jardim, o circuito proposto poderia ser utilizado em muitos outros tipos de automação, que requeiram o controle de períodos distintos com o controle de saídas independentes.

Posso ainda citar que é possível “angariar fundos” com a montagem do projeto e a venda do mesmo para um vizinho ou amigo que precise de tal automação. As possibilidades para o circuito são muitas.

A IDÉIA

Neste artigo falarei sobre válvulas que serão utilizadas no controle da saída de água para os pontos de distribuição em um jardim. Porém como descrito o uso pode ser diversificado para outras funções, mas neste artigo tratarei apenas de uma: a irrigação de um jardim de forma automática. A leitura atenta deste artigo pode resultar e outras idéias de aplicação.

Um jardim residencial necessita de uma “rega” constante. Em tempos de “seca”, como é o caso do inverno na maioria das regiões brasileiras, a falta de chuvas faz com que nos preocupemos mais com o “verde” alocado em nossas casas, requerendo mais nossa atenção principalmente na irrigação. Porém como o tempo é sempre escasso, não é incomum a perda de um ou mais “exemplares” em nossos jardins por falta de água.

Assim a solução mais viável seria ter alguém disposto a molhar nosso jardim todos os dias, com períodos previamente determinados para cada área do mesmo. Mas, e quando não temos este “alguém”? Neste caso a solução seria a automação. E é isto que o circuito que será apresentado neste artigo pode fazer.

O Irrigador que desenvolvi possui as seguintes características:

• Usa um microcontrolador PIC16F870 Microchip;
• Possui relógio interno baseado na rede (60Hz), com mostrador em formato “12:00” – “AM / PM”;
• Três válvulas independentes para controle d’água para irrigações em pontos diferentes do jardim, com espécies diferentes e que portanto requeirem tempo de rega também diferentes;
• Display para relógio e ajustes montado com “4” displays de “7” segmentos de baixo custo;
• Controle para ligar/desligar as três válvulas independentemente com tempos variando de 1 minuto a 24 horas;
• Ajuste do relógio e abertura/fechamento das válvulas através de botões no painel;
• Controle total via RS232 através de um PC com ajustes, abertura/fechamento das válvulas e status atual com ajuda de um programa específico (por sua conta) ou através de qualquer outro programa tipo terminal como o Hyper Terminal do Windows, por exemplo;
• Alimentação do circuito através da rede CA 110V/220V;
• Sirene para aviso quando da abertura das válvulas;

Com estas características é possível controlar um jardim com até 500 m² sem maiores problemas. Para jardins maiores que isso, é aconselhável utilizar mais que um sistema, bastando para isso montar o número de unidades necessárias.

O CIRCUITO

Na figura abaixo você pode ver o circuito eletrônico do meu irrigador. Todo o controle foi feito por um microcontrolador PIC16F870 Microchip. O uso de outros microcontrolador similares como o 16F876 também seria possível, porém o melhor custo/benefício ficou com o 16F870.

O microcontrolador retira da rede elétrica através de RB0, a base de tempo (60Hz) necessária para o controle do relógio. A precisão obtida com este método é muito boa e é utilizada na maioria dos rádios/relógios despertadores disponíveis no mercado.

O ajuste do relógio e a abertura/fechamento das válvulas é feito através de duas teclas. SA1 permite entrar no modo ajuste e SA2 realiza o ajuste. O incremento durante o ajuste é de aproximadamente 10 minutos por segundo, que é bem razoável para os ajustes. Em “Teste e uso”, falarei sobre como proceder tais ajustes.

O mostrador foi montado com “4” displays de “7” segmentos, catodo comum. O controle dos mesmos é feito através da “multiplexação” dos dados através da porta “B” e CI2. CI3 é um driver para RS-232, o MAX232. A presença deste CI indica que é possível se “comunicar” com o irrigador através de um PC.

A fonte de alimentação do circuito é do tipo linear com corrente de “1” Ampére e pode ser vista na figura abaixo.

Os relês utilizados tem bobinas para 12V e o circuito pode ser visto na figura abaixo. O led D1 pisca a cada ½ segundo. O led D2 indica AM (manhã) ou PM (tarde): apagado manhã, aceso tarde, respectivamente. Os leds D3, D4 e D5 ajudam na interpretação do ajuste atual e mais a frente uma tabela descreve como isto é feito.

A MONTAGEM ELETRÔNICA

Na figura abaixo é possível ver o lay-out para a placa de circuito impresso que usei em meu protótipo. Ela agrega todas as partes do circuito (controle, reles e fonte). Caso você venha a utilizar reles diferentes dos sugeridos terá de fazer as devidas alterações na placa, para possibilitar a inserção dos mesmos.

CI4 precisa de um bom radiador de calor pois ele apresenta uma tendência ao aquecimento. Lembre-se que o circuito ficará ligado 365 dias ao ano! Não economize neste quesito. Escolha um bom radiador de calor de tamanho mediano.

Procure utilizar soquetes para todos os CI’s e também para os displays. Isso facilitará qualquer troca quando e se necessário.

Os botões SA1 e SA2 são push-buttons normalmente abertos. S1 permite ligar/desligar o conjunto e pode ser omitido. F1 deve suportar uma corrente de 1 A e não deve ser omitido do circuito. Os capacitores C3, C4 e C5 são do tipo cerâmicos e ajudam no desacoplamento dos CI’s utilizados no circuito.

Os displays devem são de catodo comum, tipo MCD158K ou qualquer outro similar. Não use neste circuito displays  “grandes”. O consumo de corrente destes é bem maior e o CI2 poderia queimar com o dreno excessivo de corrente.

Os relês adotados são de 12V, modelo "xing ling", porém a escolha por outros tipos é livre, pois nem sempre é possível encontrar um mesmo modelo em localidades diferentes. Lembrando que no caso de se adotar um similar qualquer com bobina de 12V, a placa deve ser alterada para o encaixe/solda destes (esta alteração fica por sua conta ok).

Os LEDs D3 a D5 podem ser de cores diferentes. Isso ajudará na “leitura” dos mesmos durante os ajustes. Em meu protótipo utilizei LEDs comuns redondos para D1 a D5. LEDs de alta luminosidade (incolor apagado, vermelho quando aceso, por exemplo) tem um consumo maior de corrente e devem ser evitados, para não sobrecarregar o microcontrolador que pode fornecer em média até 20 mA em seus pinos de I/O. O LED D6 é alimentado diretamente pela fonte e a escolha por um tipo ou outro é livre.

A posição da montagem de D3 e D5 são importantes e os mesmos não deve ser montados aleatoriamente. A indicação conjunta fornecida pelos mesmos é do tipo binária e qualquer alteração na posição destes pode comprometer os ajustes, pois não será possível identificar qual ajuste está sendo realizado naquele momento. Na figura abaixo você tem a maneira correta para a montagem dos mesmos, tanto na vertical quanto na horizontal (a escolha é livre).

O gabinete deve ter aberturas para circulação de ar. O único componente com tendência ao aquecimento é CI4, porém se o gabinete não tiver as tais aberturas, em pouquíssimo tempo todos os componentes estarão trabalhando em um regime de temperatura maior que o adequado e o funcionamento do circuito poderá ser prejudicado. A maioria dos gabinetes plásticos atuais, utilizados em instrumentação, possui tais aberturas. Caso você escolha um que não tenha, realize as aberturas de maneira a permitir uma maior circulação de ar, principalmente próximo a CI4. 

Um outro detalhe importante sobre o gabinete é que o mesmo, por ser ventilado, não deve ser instalado no “jardim” sem uma “proteção”. A instalação do sistema deve ser feita de maneira que a caixa com o circuito fique fora do alcance de qualquer jato d’água das válvulas, chuva, vento, sol, etc. A construção de uma caixa de concreto no jardim pode ajudar nisso mantendo o irrigador protegido na varanda, por exemplo.

MONTAGEM MECÂNICA

A montagem mecânica basicamente consiste na instalação das válvulas a serem utilizadas com a rede de água, que pode ser a utilizada para abastecer a resisdência ou mesmo uma especificamente montada para a irrigação do jardim.

Na figura abaixo mostro um “lay-out” de como isso poderá ser feito. Todas as válvulas são precedidas de um registro. Este registro ajuda a limitar a “força” da coluna d’água. Isso evitará que a válvula não consiga fechar ou mesmo abrir e também a regular a distância final obtida no jato d’água.

Em meu protótipo utilizei válvulas para entrada d’água de máquinas de lavar antigas. Elas são baratas e facilmente obtidas em casas especializadas no assunto.

Na figura abaixo é dado o diagrama elétrico da válvula que descrevi. Caso você venha a utilizar um outro tipo de válvula é importante se informar sobre como liga-la com o vendedor. Sem isso seu projeto poderá “ir por água abaixo”.

Em alguns casos o uso de filtros, também precedendo as válvulas, pode ser importante. Estes filtros retêm qualquer sujeira que por ventura possa vir a entrar no sistema. Esta sujeira pode se depositar nas válvulas e impedir o seu funcionamento (abertura/fechamento). Se você achar conveniente ou mesmo necessário a adoção dos filtros poderá aumentar a vida útil do sistema.

TESTE E USO

Verifique todas as ligações da placa principal. Confirmado isso é hora de ligá-la. Não se preocupe ainda em ligar o sistema no jardim. Faça-o em sua bancada mesmo (mas sem o uso de água ok!!). Observe se o relógio mostra “12:00” PM, LED D2 ligado, e LED D1 piscando. Aguarde uns dois ou três minutos e observe se há a indicação do avanço destes minutos no mostrador.

Para ajustar o relógio e o horário das válvulas, use os botões SA1 e SA2. Ao pressionar uma vez SA1 o display será apagado por 2 segundos. O LED D5 acenderá indicando o início dos ajustes e o display apresentará “12:00-AM” (LED D2 apagado). Os ajustes são feitos conforme a ordem apresentada na tabela abaixo. A tecla SA2 permite avançar o relógio até o horário desejado. Para mudar a posição do ajuste, basta pressionar o botão SA1. A posição em que se encontra o ajuste é indicado pelos led’s D3 a D5, conforme a figura acima.

Tabela - ordem dos ajustes

O fim dos ajustes é indicado pelo apagar dos LEDs D3 a D5. Você notará que D1 voltará a piscar e D2 indicará tarde ou manhã, conforme o ajuste feito, além de ter no display a hora acertada. Você perceberá também que antes de ligar a primeira válvula será possível ouvir o soar da sirene por 2 segundos. Após o toque da sirene são dados mais 10 segundos, antes da primeira válvula ser ligada. Não é um tempo muito grande, mas serve de alerta que “vêm água por ai” e permite um "desavisado" saia do local (vaza doido que vem água por ai!!!). Para as demais, nenhum aviso é dado e também não existe nenhuma temporização.

Durante este tempo (12s) o display mantém-se apagado, mas é possível verificar o led D1 piscando, indicando que tudo está ok. A temporização (12s) é feita via software e por isso, durante este período, o display não é atualizado (o controle é feito via varredura, e como o microcontrolador está ocupado temporizando, o display não poderia ser atualizado!).

No projeto foi acrescentado a possibilidade do controle por um PC através da sua porta serial RS-232. A velocidade de comunicação selecionada foi 2400 bps (bits por segundo), que é mais que suficiente para o projeto em questão. A quantidade de bits para dados é igual a 8, sem controle de paridade e foi adotado apenas 1 stop bit (por definição: 2400,8,n,1). 

A figura abaixo mostra o protocolo de comunicação necessário entre o PC e o irrigador para envio de dados e para recepção do status. Abaixo você tem o esquema de um cabo para comunicação entre o PC e o irrigador. Lembrando que este cabo não deve ter mais que 25 metros para evitar problemas de comunicação, como perdas de dados e outras. A sua instalação também requer cuidados. Use um cabo preferencialmente blindado, com a malha da blindagem aterrado. Ele não deve ficar exposto, pois isto aumenta as chances de interferências e também a ação das chuvas, vento e sol podem danifica o cabo.

Como é possível perceber através da figura que descreve o protocolo, é possível ajustar via RS-232 o horário do relógio, assim como ajustar os horários de abertura/fechamento das válvulas, ligar/desligar qualquer válvula sem necessidade da espera do tempo marcado, além de ser possível obter o status atual do irrigador. Na tabela abaixo você tem uma demonstração do status fornecido.

Tabela – Status fornecido

Todos os dados enviados estão no padrão ASCII, assim é possível, por exemplo, se comunicar com o irrigador através do Windows com o programa Hiper Terminal. Ao executar este programa você deve digitar um nome qualquer como “teste” e escolher Conectar usando -> Direcionar para COM1 ou a porta de comunicação que deseja utilizar. Selecione a velocidade de comunicação, número de bits, paridade e stop bits conforme já detalhado.

Selecione o Caps Lock, pois os dados devem ser enviados em maiúsculo (o irrigador distingue caracteres maiúsculos de minúsculos). Digite “FS”. O Irrigador devolverá o status atual, conforme já descrito. As outras opções também podem ser testadas. Por exemplo, “FP0415B” ajusta o relógio para “quatro horas e quinze minutos da tarde”. Ao final da recepção dos caracteres, o irrigador devolverá a letra “R” seguido de <enter><ln>, indicando a recepção correta dos dados.

CONCLUSÃO

O projeto apresentado não tem uma montagem complexa, nem o seu uso. Espero ter colaborado com os “amantes do verde” e seus “jardins”, assim como com outros que mesmo sem muito interesse na área já devem, neste exato momento, vislumbrar outras aplicações para este projeto, que neste caso será rebatizado (esteja à vontade). Boa montagem e até a próxima!

DOWNLOADS:

Este projeto foi publicado, com minha autorização, na Revista Eletrônica Total nº 94 de Setembro/Outubro de 2003.