Умная система автополива на Arduino: схема, код и принципы работы

Arduino-базированная умная система полива для сельского хозяйства и дома

В Индии 70% населения живет за счет земледелия. Автоматизация повышает урожайность, экономит время и силы. Полив — ключевой этап. Промышленные системы дороги для мелких фермеров. Нужен дешевый, простой прибор для автоматического полива по влажности почвы.

Система определяет влажность почвы датчиком и автоматически включает/выключает насос. Дополнительно — GSM-модуль (SIM800) для СМС-уведомлений о состоянии. Подходит и для домашних растений в отсутствие хозяев.

Традиционный полив теряет до 50% воды из-за переувлажнения. Умная система поливает только при необходимости.

Основные компоненты

Датчик влажности почвы (Soil Moisture Sensor)

Два электрода (зонда) измеряют вологовое содержание. Принцип: влажная почва проводит ток лучше (сопротивление ниже), сухая — хуже. Выход: аналоговый (0–4,2 В) и цифровой (пороговый).

• Питание: 3,3–5 В
• Ток: 35 мА
• Выходы: VCC, GND, A0 (аналог), D0 (цифра)

Работает как переменный резистор: сухо — разомкнутая цепь, влажно — замкнутая. Интерфейс с Arduino Uno: A0 → аналоговый пин, VCC/GND → 5V/GND.

GSM-модуль SIM800 (TTL)

Четырёхдиапазонный (850/900/1800/1900 МГц), TTL-уровни — прямое подключение к Arduino (RX/TX). Питание 9–12 В (стабилизатор на плате). Температура -40…+85°C. Отправляет СМС: «PUMP:ON» / «PUMP:OFF» / «Soil moisture normal».

Arduino Uno

ATmega328P, 14 цифровых I/O (6 PWM), 6 аналоговых входов (10 бит), USB, UART/I2C/SPI. Дешевый, популярный, легко программируется в Arduino IDE.

Схема подключения (описание)

• Датчик влажности: A0 → A0 Arduino, VCC → 5V, GND → GND.
• SIM800: TX → D9, RX → D10 (SoftwareSerial), GND → GND, питание 12В внешнее.
• LCD 16×2: RS→D12, EN→D11, D4–D7→D5–D2, RW/VSS/K→GND, VDD/A→5V, VE→потенциометр 10к для контраста.
• Реле насоса: через транзисторный ключ (2N2222/BC547) → D13 Arduino.
• Индикаторы: LED вода (D7), LED насос (D13).
• Питание: 5В для Arduino/датчика/LCD, 12В для GSM/реле/насоса.

Алгоритм работы (упрощенно)

loop():
  считать влажность (0–1023)
  если > 700 (сухо):
     показать "DRY SOIL"
     если есть вода в баке (D7=HIGH):
        включить насос (D13=HIGH)
        отправить SMS "PUMP:ON"
     иначе:
        насос ВЫКЛ, SMS "PUMP:OFF"
  иначе если 300–700 (влажно):
     показать "MOIST SOIL", насос ВЫКЛ, SMS "PUMP:OFF"
  иначе (< 300, очень влажно/мокро):
     показать "SOGGY SOIL", насос ВЫКЛ, SMS "PUMP:OFF"
  задержка 1 сек

Функции кода (ключевые фрагменты)

• #include <LiquidCrystal.h>, SoftwareSerial mySerial(9,10) — библиотеки.
• analogRead(A0) — чтение влажности.
• mySerial.println("AT+CMGF=1") — текстовый режим SMS.
• mySerial.println("AT+CMGS=\"НОМЕР\"") — номер получателя.
• mySerial.println("ТЕКСТ") + (char)26 (Ctrl+Z) — отправка.
• lcd.setCursor(), lcd.print() — вывод на дисплей.

Преимущества системы

• Адаптация к погоде: полив только при недостаточной влажности.
• Экономия воды: исключен перелив.
• Удаленный мониторинг: СМС-отчеты без поездки на поле.
• Логирование: LCD показывает текущее состояние почвы.
• Низкая стоимость: доступные компоненты, открытый код.

Заключение

Умная система полива на Arduino — надежное, дешевое решение для сельского хозяйства и домашнего сада. Сочетает датчик влажности, GSM-связь, локальный дисплей и автоматическое управление насосом. Легко модифицируется: добавление датчика уровня воды, солнечной панели, веб-интерфейса (ESP32/ESP8266 вместо GSM).