Open Serre, une serre autonome à arrosage automatisé

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Difficulté:


Cela faisait maintenant quelques années qu'il y avait une petite serre à la maison. Cela est très bien afin d'avoir sa propre culture de légumes mais à chaque vacances, il était nécessaire de faire appel a des voisins ou des amis afin d'arroser les plantes régulièrement. C'est pour cela que j'ai décidé de créer l'Open-Serre, une serre open-source autonome afin de gérer l'arrosage des plantes de manière automatique.





Matériel

Sans titre

Budget:

95 €
  • 1x arduino nano
  • 3x panneaux solaires 12v 1.5w
  • 3x diode
  • 4x relais 3v
  • 3x 18650 Batterie Li Ion
  • 3x support betterie 18650
  • 3x transistor npn 2n222
  • 2x mini pompe 12v 240L/H
  • 2x petit ressort ( 8 à 10mm de diamètre))
  • Tuyau souple (diamètre intérieur : 4mm; diamètre extérieur : 7mm)
  • Fil électrique
  • 1x carte de prototypage
  • 1x patte acier
  • 1x plaque en aluminium (ancien pc, ...)
  • 6x boulons 5mm
  • 1x 1m profilé carré en aluminium de 10mm
  • 1x cartouche de silicone
  • Plusieurs connecteurs en fonction du cable électrique choisis
  • 1x traco power tsr1 2450
  • 3x module de charge TP4056
  • 3x capteur d'humidité du sol (module pour arduino)
  • Vis à bois
  • Accès à une imprimante 3D
  • 1x plaque de plexiglass (2mm d'épaisseur)
  • Accès à une disqueuse
  • Accès à une perceuse
  • 1x 1m de joint de fenètre

Etape 1 : Étape 1: Fabrication du panneau solaire

Pour fabriquer le panneau solaire utilisé pour alimenter la serre, j'ai découpé à la disqueuse un rectangle dans de l'aluminium provenant d'une vielle carcasse de PC. Pour être sûr de mes dimensions, j'ai avant cela placé les cellules photovoltaïques sur la plaque et j'ai tracé l'emplacement de la découpe (taille des cellules plus 30mm de marge de chaque coté sans oublier de tracer les 4 coins de 10mm de manière à obtenir un patron du panneau). Il ne faut pas non plus oublier de laisser un passage pour laisser passer le câble électrique du panneau solaire.

Une fois la découpe terminée, il a fallu plier les cotés pour former la boite de manière à obtenir une hauteur de rebords d'environ 10mm.

Il est désormais possible de peindre la boite avec de la peinture à carrosserie, de préférence réfléchissante à la lumière afin d'éviter que le panneau solaire ne chauffe de trop

Ensuite, il faut placer les supports de cellules solaires imprimés en 3D afin de pouvoir positionner les 2 trous qui vont permettre de fixer le panneau solaire à son support.

Vous pouvez désormais coller les supports de cellules solaires.

Vient maintenant le moment où l'on soude les fils électriques du panneau solaire. Pour cela, chaque pôle " + " des cellules solaires seront connectées entre elles. De même pour chaque pôle  " - " . Il faudra ensuite les relier à 2 fils électriques qui vont sortir du panneau solaire. Ainsi, les 3 cellules solaires seront branchées en parallèle.

Il faut maintenant rendre étanche le boitier. Pour cela, il va falloir sécuriser les coins ainsi que le passage des 2 fils électriques avec du silicone. 

Une fois que cela est fait, il va falloir coller les profilés en aluminium de chaque côté du panneau solaire puis couper la plaque de plexiglas de manière à être plus large que le panneau solaire.

Après cela, il faudra percer des trous dans le plexiglas et dans les profilés aluminium avec des trous de diamètre légèrement inférieur au diamètre des vis choisies (J'ai pris pour cela des vis de 2.5mm*7mm et j'ai percé avec une mèche de 2mm de diamètre).

Vous pouvez désormais fixer le panneau solaire à l'aide à l'aide d'une patte en acier inoxydable préalablement percée et pliée.

Pour finir, il faut placer entre le plexiglas et l'aluminium un morceau de joint pour fenêtre avant de visser le plexiglas. Vous pouvez aussi mettre du silicone entre la boite et les profilés ainsi que sur le bord des profilés. Cela permettra une étanchéité parfaite du panneau solaire.


Fichiers techniques de cette étape :

support_panneaux_solaires.STL

Etape 2 : Etape 2 : Mise en place du circuit d'eau

Pour le circuit d'eau, il est nécessaire de partir d'une source d'eau (ici une tonne à eau mais il est également possible d'utiliser un tonneau, l’important est qu'il soit alimenté en eau de pluie afin d'être autonome et de ne pas apporter d'eau par un robinet).

Pour prélever l'eau, on utilisera du tuyau de 4mm intérieur afin que l'eau monte facilement dans le tuyau due à certains principes de la mécanique des fluides (loi de Bernouilli pour les intimes).

Pour faciliter son prélèvement et éviter que le tuyau ne flotte à la surface, vous pouvez utiliser l'adaptateur servant aux jonctions entre la pompe et le tuyau combiné avec un petit ressort. Cela permet au tuyau de couler au lieu de flotter.

ATTENTION : afin de ne pas boucher le tuyau avec ce qui peut trainer au fond de la cuve, il ne fut pas que le tuyau puisse descendre plus bas que 15 cm du fond de la cuve.

 Après le prélèvement de l'eau, nous faisons ensuite descendre le tuyau jusqu’à la pompe. La pompe doit être placée la plus basse possible afin de rester amorcée en permanence. 

Il est nécessaire de faire remonter le tuyau en sortie de la pompe jusqu’à dépasser la hauteur d'eau maximale dans la cuve. En effet, la pompe étant plus basse que le niveau de l'eau, l'eau va descendre jusqu'à la pompe puis remonter dans le tuyau de sortie de la pompe pour s'équilibrer à la même hauteur d'eau que celle de la cuve (cela est dû aux lois de la statique des fluides).

Vous pouvez ensuite faire redescendre le tuyau et le placer pour former l'irrigation de la serre.

Une fois le tuyau placé, il ne reste plus qu'a faire de petits trous dans celui-ci pour pouvoir arroser les plantes.

Cette étape est à refaire pour la 2ème pompe.

Fichiers techniques de cette étape :

adaptateur_pompe_tuyau.STL

Etape 3 : Étape 3 : programmation

Programme


Pour la programmation, afin de permettre de ne pas cuire les plantes au moment de l'arrosage lorsque la luminosité et la température sont trop élevées, j'ai combiné l'Arduino à une photo résistance pour mesurer la luminosité.


Pour que la serre n'arrose que lorsque c'est nécessaire, l'Arduino fait des relevés d'humidité du sol grâce à des capteurs d'humidité. La valeur renvoyée est plus élevée lorsque le sol est humide ( le capteur utilise la conduction de l'électricité dans l'eau, il renvoie ainsi une tension entre 0 et 2.5v à l'arduino).


PS :  

- La calibration des capteurs d'humidité se fait à la ligne 14 du programme (il faut changer la "ValeurLimite"). Ainsi si vous jugez le sol trop sec, il suffit d'augmenter cette valeur pour que l'arrosage se fasse sur un sol moins sec initialement.

- De même, il est possible de changer au dessous de quelle valeur de luminosité il est possible d'arroser la serre (ligne 20 du programme, il faut changer la valeur de "luminosite")





Fichiers techniques de cette étape :

Serre_automatique_version_finale.ino

Etape 4 : Étape 4 : Mise en place de l'électronique

- Il faut tout d'abord connecter les chargeurs li-ion au Traco power (régulateur 5V), lui-même connecté aux 2 câbles provenant du panneau solaire.

- Puis, ces chargeurs sont ensuite connectés sur les batteries afin de les charger. 

Une des batteries alimentera l'Arduino, les transistors et les relais. 

Afin de faciliter la compréhension, voici un schéma du montage.

Le capteur de luminosité est constitué du photorésistance et d'une résistance de 10 K. La photorésistance est placée dans un petit pot en verre étanche afin de la protéger.

Par rapport au schéma, il suffit de rajouter aux bornes de la bobine des relais une diode qui sera une diode de roue libre. Elle aura pour rôle d'éviter la surtension créée aux bornes de la bobine du relais et ainsi augmente considérablement la durée de vie du relais .

ATTENTION: lors du câblage du relais, utilisez bien l'interrupteur ouvert du relais, sinon vous risquez des problèmes (moteur tournant en permanence et charge de la batterie court-circuité). La charge n'est possible ici que parce-que l'arrosage s'effectue à faible luminosité ou la nuit, le panneau solaire ne délivrant alors pas suffisamment de puissance pour charger les batteries.

Il restera à câbler les capteurs d'humidité sur l'Arduino (Sur A0, A1 et A2) ainsi que le capteur de luminosité (sur A5)

J'ai décidé de mettre des petits pots rouges au dessus des capteurs d'humidité afin de bien les voir afin de ne pas marcher dessus. C'est facultatif mais ca permet d'éviter un accident.

Fichiers techniques de cette étape :

open-serre.STL face_open_serre.STL

Etape 5 : Photos une fois la serre terminée

Ce tutoriel est donc maintenant terminé, j'espère qu'il vous aura plu . N'hésitez pas à le partager et à réaliser ce projet  chez  vous !


Sources:


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Toftof

31 juil. 2018 à 20:33

Vraiment pas mal du tout !!!!! Bravo


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