Automatic Garden Watering System

Summary

Este video muestra cómo construir un sistema de riego automatizado y alimentado por energía solar para un jardín. El creador describe dos sistemas diferentes que desarrolló, incluyendo detalles sobre los componentes utilizados y las mejoras realizadas en el diseño desde su primera versión. A través de pruebas y ajustes, se explica cómo se logra un sistema sencillo y eficiente que puede adaptarse a diferentes necesidades de riego. Además, se abordan temas como la selección de sensores, la programación en Python y la importancia de la eficiencia energética para garantizar el buen funcionamiento del sistema.

Takeaways

• 🌱 La automatización del riego diario puede ahorrar tiempo y esfuerzo a largo plazo.
• 🔧 Construir un sistema de riego automatizado es posible con microcontroladores como Arduino, ESP, Raspberry Pi Pico, entre otros.
• 💧 La elección entre utilizar una bomba o una válvula electromagnética depende de las necesidades específicas del sistema de riego.
• 🔌 Para sistemas off-grid, se requiere una batería, panel solar y un cargador, aunque no es necesaria una solución óptima como un cargador con MPPT.
• 💦 Un sensor de nivel de agua es esencial para asegurar que el sistema de riego tenga agua disponible y proteger la bomba.
• 🌿 La adición de sensores como los de humedad del suelo, temperatura del aire, humedad del aire y otros, puede mejorar la eficiencia del sistema de riego.
• 🔍 Realizar pruebas y ajustes en el sistema es crucial para garantizar su funcionamiento adecuado y fiabilidad.
• 🛠 La creación de un diseño en papel o una CAD ayuda a visualizar y planificar el proyecto antes de comenzar.
• 🔋 La gestión de la energía es importante; se debe asegurar que el consumo de energía no supere la capacidad de carga del sistema solar.
• 🔄 La inclusión de características como la capacidad de expansiones y la posibilidad de controlar diferentes partes del jardín agregan flexibilidad al sistema.
• 🎥 Documentar y compartir el proceso de creación y las pruebas en plataformas como YouTube puede ser una forma efectiva de difusión y aprendizaje.

Q & A

¿Por qué es importante automatizar el riego de un jardín en el siglo 21?

La automatización del riego es importante en el siglo 21 porque puede ahorrar tiempo y esfuerzo, permitiendo un manejo más eficiente del agua y la vegetación. Además, con la tecnología actual, es posible crear sistemas sostenibles y ecológicos que aprovechan energía solar y controles inteligentes para optimizar el riego y contribuir a la preservación del medio ambiente.

¿Qué tipos de microcontroladores se pueden utilizar para construir un sistema de riego automatizado?

Se pueden utilizar varios tipos de microcontroladores para construir un sistema de riego automatizado, como Arduino, ESP, Raspberry Pi Pico y otros similares. Estos dispositivos tienen pines de entrada y salida que se pueden programar para controlar diferentes aspectos del sistema de riego.

¿Cuál es la diferencia entre utilizar una bomba y un válvula electromagnética en el sistema de riego?

La bomba y el válvula electromagnética son dos opciones para la parte de riego del sistema. La bomba consume un poco más de corriente y se puede instalar en cualquier lugar con solo un pequeño depósito de agua, mientras que el válvula electromagnética es más fácil de conectar y más pequeña, aunque un relé puede encender una potencia más alta si es necesario.

¿Qué elementos son necesarios para construir un sistema de riego sencillo y básico?

Para construir un sistema de riego sencillo y básico, se necesita un microcontrolador, un sensor de nivel de agua para verificar si hay agua en el depósito, y un sistema de energía como una batería, panel solar y un cargador. Estos elementos permiten que el sistema funcione de manera autónoma y sin conexión a una fuente de energía externa.

¿Qué tipos de sensores se pueden añadir al sistema de riego para mejorar su funcionamiento?

Se pueden añadir varios tipos de sensores al sistema de riego para mejorar su funcionamiento, como sensores de humedad del suelo, temperatura del aire, temperatura del suelo, luz solar, humedad del aire, lluvia y incluso composición del aire. Estos sensores permiten al sistema adaptarse y responder a las condiciones ambientales para un riego más eficiente y preciso.

¿Qué problemas se encontraron al probar el sensor de humedad del suelo casero?

Al probar el sensor de humedad del suelo casero, se encontraron problemas para obtener lecturas estables y confiables. A veces funcionaba bien, pero a menudo los valores eran inconsistentes, lo que indicaba que el sensor no era completamente confiable en su funcionamiento.

¿Cómo se diseñó y fabricó el PCB para el sistema de riego?

El PCB se diseñó en Fusion 360, utilizando sus herramientas de diseño de PCB incorporadas. Después, se maquinó en una máquina CNC modificada y se ensambló con los componentes necesarios. Esto permitió una gran práctica antes de maquinar un PCB más grande para la siguiente generación del sistema de riego.

¿Qué se hizo para garantizar que el sistema de riego estuviera bien sellado y防水?

Para asegurarse de que el sistema de riego estuviera bien sellado y防水, se utilizó un contenedor de 2 litros que podía alojar fácilmente la batería y los componentes electrónicos. Se agregaron glands de cable para asegurar que todo estuviera sellado y防止 el agua entrar en el contenedor.

¿Cómo se llevó a cabo la prueba del sistema de riego en el jardín?

El sistema de riego se probó en el jardín de la casa del padre del creador, quien es el principal cuidador del jardín. Se realizó una prueba durante 10 a 12 días, durante la cual se ajustó el programa y se supervisó el funcionamiento del sistema para asegurarse de que funcionara correctamente.

¿Qué se aprendió del experimento de 48 horas y cómo se utilizaron los datos recolectados?

El experimento de 48 horas permitió recolectar datos sobre las lecturas de temperatura, humedad del suelo, luz solar y voltaje de la batería. Estos datos se utilizaron para crear gráficos y analizar el rendimiento del sistema de riego, revelando la alta consumo de corriente y la necesidad de optimizar el sistema para asegurar que pudiera recargarse incluso en días nublados.

¿Qué se hizo para solucionar el problema de consumo de energía y mejorar el sistema de riego?

Para solucionar el problema de consumo de energía, se eliminó los LEDs innecesarios y se redujo el número de sensores. También se cambió al microcontrolador Raspberry Pi Pico y se programó en Python para mejorar la eficiencia del sistema. Además, se añadió un diseño de circuito impreso personalizado (DIY PCB) que resultó ser más confiable y fácil de ensamblar que el diseño anterior.

Outlines

00:00

🌱 Creación de un sistema de riego automatizado y alimentado por energía solar

En este primer párrafo, se discute la idea de construir un sistema de riego automatizado para un jardín, que se alimenta a través de energía solar. El narrador describe sus experiencias previas con un sistema similar, y cómo decidió crear un sistema más simplificado y eficiente. Se mencionan los componentes clave del sistema, como un microcontrolador, un sensor de nivel de agua, y la opción de utilizar un bombín o una válvula electromagnética para el riego. Además, se habla sobre la adición de elementos como un panel solar, un botón de enchufe y un sistema de energía almacenada, destacando la importancia de la eficiencia energética y la selección adecuada de sensores para monitorear el entorno.

05:01

🔧 Desafíos y pruebas en la implementación del sistema de riego

Este párrafo aborda los desafíos experimentados durante la implementación del sistema de riego. El narrador comparte sus dificultades con el sensor de humedad del suelo, que a menudo proporciona lecturas inestables. A pesar de los obstáculos, el narrador decide continuar con el proyecto, planeando ajustar y mejorar el sistema en el futuro. Se discuten las pruebas de diferentes tipos de sensores, como los sensores de temperatura y humedad, y la posibilidad de enviar datos a la nube o almacenarlos en una tarjeta SD. El narrador también describe el proceso de ensamblaje y prueba del sistema, incluyendo la creación de un esquema circuital y la preparación de un prototipo en una placa de circuito impreso (PCB).

10:02

🌤️ Resultados y ajustes del sistema de riego automatizado

En el tercer párrafo, el narrador presenta los resultados de una prueba del sistema de riego automatizado, incluyendo datos recolectados sobre la luz solar, temperatura y humedad del suelo. Aunque el sistema se muestra funcional, se identifica un consumo de energía elevado, lo que podría causar problemas si se presentan días nublados consecutivos. El narrador describe su enfoque para reducir el consumo de energía y mejorar la eficiencia del sistema, como la eliminación de LEDs innecesarios y la implementación de un circuito de riego más sencillo basado en el tiempo. Además, se menciona el uso de un Raspberry Pi Pico en lugar de un Arduino, permitiendo programar en Python, y el proceso de diseño y fabricación de una PCB personalizada.

15:03

🌼 Finalización y pruebas finales del sistema de riego solar

Este último párrafo cubre la finalización del sistema de riego y sus pruebas finales. El narrador relata su experiencia instalando el sistema en el jardín de su padre, detallando el proceso de ensamblaje y las mejoras hechas para asegurar que el sistema sea resistente al agua y funcione correctamente. Se describen los resultados de una prueba de 10 a 12 días, donde el sistema demostró ser confiable y eficiente, manteniendo un buen nivel de energía en la batería y proporcionando riego adecuado a las plantas. El narrador concluye expresando su satisfacción con el proyecto y animando a los espectadores a construir su propio sistema de riego automatizado.

Keywords

💡sistema de riego automatizado

El sistema de riego automatizado es un método de irrigación que no requiere intervención humana directa y se activa y controla automáticamente. En el video, el creador describe su proceso para construir un sistema de riego automatizado que utiliza energía solar, lo que lo hace sostenible y eficiente. Este sistema es un proyecto DIY que permite a los jardineros automatizar el riego de sus plantas, evitando la sobre irrigación y asegurando que las plantas reciban la cantidad adecuada de agua en el momento adecuado.

💡microcontrolador

Un microcontrolador es un dispositivo electronico que se utiliza para controlar y coordinar la funcionalidad de otros componentes en un sistema, como sensores, actuadores y otros módulos. En el contexto del video, el microcontrolador es esencial para programar y controlar el sistema de riego automatizado, permitiendo que se active y desactive según las condiciones establecidas por el usuario.

💡sensor de humedad del suelo

El sensor de humedad del suelo es un dispositivo que mide la cantidad de agua presente en el suelo, lo que es fundamental para un sistema de riego automatizado. Este sensor permite al sistema determinar cuándo es necesario regar las plantas y cuándo no lo es, asegurando así que las plantas reciban la cantidad adecuada de agua y evitando el desperdicio de agua. En el video, el creador experimenta con diferentes tipos de sensores de humedad del suelo, incluyendo uno resistivo que construyó él mismo.

💡energía solar

La energía solar es una fuente de energía renovable y sostenible que se obtiene a partir de la radiación solar. En el video, el creador utiliza energía solar para alimentar su sistema de riego automatizado, lo que permite que el sistema sea independiente de la red eléctrica y funcione en todo momento, siempre y cuando haya luz solar disponible. Esto contribuye a la sostenibilidad y eficiencia ambiental del proyecto.

💡bateria

Una batería es un dispositivo que almacena energía eléctrica y la libera cuando es necesario. En el sistema de riego automatizado descrito en el video, la batería es crucial para almacenar la energía generada por el panel solar y permitir que el sistema funcione continuamente, incluso durante las noches o días nublados.

💡pump

Una bomba, o pump en inglés, es un dispositivo que transfiere fluidos, como el agua, de un lugar a otro. En el contexto del sistema de riego automatizado, la bomba es usada para mover el agua desde un reservorio al sistema de riego cuando se detecta que el suelo necesita regar. La elección de utilizar una bomba en lugar de un válvula magnética depende de las necesidades específicas del sistema y la cantidad de agua que necesita ser movida.

💡PCB

Un PCB, o placa de circuito impreso, es una placa de material aislado que soporta y conecta electrónicamente los componentes de un circuito. En el video, el creador diseña y fabrica su propia PCB para el sistema de riego automatizado, lo que le permite integrar todos los componentes necesarios y tener un sistema más eficiente y compacto.

💡programación

La programación es el proceso de crear un conjunto de instrucciones que un ordenador o un microcontrolador puede entender y ejecutar. En el video, el creador programa el microcontrolador para que controle el sistema de riego automatizado, estableciendo las condiciones y el tiempo de riego, y para que recopile datos de los sensores y otros módulos del sistema.

💡sensores adicionales

Los sensores adicionales son componentes que se pueden añadir a un sistema de riego automatizado para recopilar información adicional del entorno, como la temperatura del aire, la temperatura del suelo, la humedad del aire, la lluvia y otros datos ambientales. Estos sensores permiten al sistema ser más inteligente y eficiente, adaptándose a las condiciones ambientales cambiantes.

💡sistema off-grid

Un sistema off-grid es aquel que opera de manera independiente de las redes de energía y servicios públicos. En el contexto del video, el sistema de riego automatizado se diseña para funcionar off-grid, utilizando energía solar y una batería para su funcionamiento, lo que lo hace autosuficiente y no dependiente de la electricidad de la red.

💡diseño y fabricación DIY

El diseño y fabricación DIY (Do It Yourself) se refiere al proceso de crear y construir un dispositivo o sistema por uno mismo, en lugar de comprar uno prefabricado. En el video, el creador lleva a cabo un proyecto DIY para construir un sistema de riego automatizado, diseñando y fabricando él mismo la PCB, el encase de la batería y otros componentes del sistema.

Highlights

The speaker discusses the idea of building an automated, solar-powered watering system for a garden.

Two completely different systems for watering the garden were built during the making of the video.

A microcontroller, such as Arduino, ESP, Raspberry Pi Pico, or similar, is used as the backbone of the system.

The watering part can be realized with either a pump or an electromagnetic valve.

A relay or a MOSFET is necessary to control powerful elements like a pump or a valve.

An off-grid system requires the addition of a battery, solar panel, and charger.

A water level sensor is used to check the water reservoir's level and protect the pump.

Sensors can be added to detect various environmental factors like air temperature, ground temperature, and sunlight.

The speaker built their own resistive soil moisture sensor but found it challenging and unreliable.

The speaker's GitHub repository contains all the creations made during the project.

Designing on paper and using Fusion 360 for the enclosure and PCB design were integral parts of the design process.

The speaker experimented with a CNC machine to machine a small PCB and aluminum rods.

After facing issues with a prep board and soldering, the speaker moved to a Raspberry Pi Pico and Python for programming.

The final system is simple, reliable, and executes watering based on time with visual feedback through LEDs.

The system was tested for 10-12 days and found to be working fine with the battery maintaining a near full charge even on cloudy days.

The speaker plans to expand the system for a larger garden and test its performance further.

Transcripts

watering the garden takes just a few

minutes every day but if you had all the

dab you will spend about two days per

year just on watering but it's 21st

century so why not to build an automated

solar powered watering system for this

garden and here is my system actually

while making this video i built two

completely different systems for

watering the garden i wasn't quite happy

with the first one but i use it to make

really cool graphs so i built this

simplified one that works really well in

this video i will show you how i build

both systems and how you can build them

too

i built a similar but much smaller

system four years ago let's just say

that it wasn't the best project ever

compared to the new one but it's nice to

look back reflect and see progress in my

making and designing skills

let's start with an overview of parts

and options you have when building such

a system a microcontroller a board with

input and output pins that we can

program that can be any kind of arduino

esp raspberry pi pico or something

similar there are two ways to realize

the watering part you can use a pump or

an electromagnetic valve controlling

both is very similar pump is consuming a

bit more current but you can install it

wherever you want with just a small

reservoir you don't need running water i

decided to go with a pump it's powered

with 12 volts and can pump 700 liters of

water per hour anything similar should

work fine with microcontrollers we can

only control small elements to control

something more powerful like a pump or a

valve we need a relay or a mosfet i use

both while working on this project

mosfet is easier to connect and

significantly smaller but the relay can

switch higher power if you want to have

an off-grid system you will have to add

a battery solar panel and a charger this

charger doesn't have mppt so it is not

the most optimal choice but should work

fine if you don't need an upgrade

solution you can use a normal 12-volt

power supply the water level sensor will

check if there is still water in the

reservoir and protect the pump and

honestly that's it for a very simple

system a system that is dumb because it

cannot detect its environment but you

can easily change that with sensors the

most obvious sensor you can add is a

soil moisture sensor there are two types

a resistive sensor with exposed pads

that corrode after some time and a

capacitive sensor that based on my

research should last longer i thought it

would be fun to build my own resistive

sensor let me tell you that it wasn't

fun but more about that later of course

you can measure anything else you want

with appropriate sensors like air

temperature ground temperature sunlight

air humidity rain and even air

composition to lock everything you might

want to use an sd card or you can send

it to the cloud via wi-fi does it make

any sense to add all these sensors and

lock the data on the sd card probably

not but after watching a video from

practical engineering about arduino

garden controller i realized i just want

to make cool graphs too

everything i created while making this

project you can find on my github and

there is a link to my github in the

description i also wanted to say huge

thanks to all of my patreon supporters

because thanks to their support i was

able to buy all the parts for this

project and experiment with different

components if you would like to support

my work you can find the link to my

patreon in the description

as always i started with designing it on

a paper and that's the easiest way for

me to find the shape and look that i

like then i moved to fusion 360 to

design both the enclosure and a tiny pcb

i wanted to try out fusion's built in

pcb design tools it works basically like

eagle and is easy to use but i still

prefer kitkat huge advantage was that

it's super easy to get a free model of

the pcb and design an enclosure

i wanted to machine the pcb on my own

with a slightly modded 200 cnc machine

machining a small pcb like this was a

great practice before machining a much

larger pcb for my next generation of the

watering system

rods were made out of aluminum which

would help with the corrosion but it can

still oxidize so still a capacitive

sensor is a better choice

my dad probably watered all the tomatoes

on the balcony in the morning so they're

all wet and i cannot detect any

difference after watering them

fortunately i am an expert at drying the

plants and i should have some dry plants

in my room

and now

watering

during tests i found that it seems to

work better when the top part of the

sensor is isolated so that it only

detects the moisture on the bottom i use

tape for that on one sensor and

shrinkable sleeves on the other

i conducted many many tests to check if

this sensor works and to eventually

improve it i tried halting the values

logging them on the serial port and

watering different flowers around my

house the sensor sometimes worked fine

but very often the readings were

unreliable and it was really really hard

to get a stable reading

the plan at this point was just to move

on with this project and figure out

later if it really works

it's a good idea to test your solar

setup too measure the current that is

charging the battery and check the

voltages

combining different modules and sensors

in a nice clean way is never an easy

task helping yourself with a simple cad

design is a smart workaround and after

testing the temperature sensors on a

breadboard with just one resistor it's

time to move this thing

on a prep board i've never used a prep

board before

but i hope it will be easy it really

wasn't easy it was even hard soldering a

pcb is completely different compared to

soldering a prep board it's cool that

you can do it really quickly without

designing anything on a computer but i

think i still prefer to design my own

pcbs

i printed the labels and taped them to

the top of the board to know how to

connect everything later

here is a simplified schematic you can

also find all the pin definitions in the

top of the code if you are going to

build something similar you will most

likely have to modify something anyway

here is a great example by using a power

supply with current limit is a good idea

i connected this circuit to the battery

and soon saw a lot of smoke fortunately

it turned out that it was just cables

and all the components are fine i wanted

to measure the battery and solar panel

voltages but it looks like connecting

the minus from the solar panel to the

gnd of the circuit creates a short after

getting rid of this connection

everything was fine

i wanted to do an overnight test and

eventually the test lasted 48 hours i

was able to make some plots out of the

collected data and here you can see my

temperature pod versus the temperature

pot from the vault from alpha for my

city with the pump turned off the

current consumption was pretty high at

over 80 milliamperes that was caused by

multiple leds that are honestly not

really needed when building a system

like this you have to keep in mind how

much power is it going to consume and if

it will be able to recharge even on a

cloudy day instead of 3d printing a box

that would be hard to waterproof i

bought a 2 liter food container that

could easily accommodate both the

battery and electronics adding cable

glands was a nice touch to make sure

that everything is waterproof does

balcony test before installing it in my

small garden it's actually my dad's

garden as he mostly takes care of that i

am just helping here and the best way i

could help was to automate the watering

let's just check the current one more

time and it's fine 84 milliamperes

as a reservoir i use this plastic barrel

this kind of barrels are usually used to

store chemicals inside but this one is

clean and was never used i got it for

free so why not use it for this project

i drill a few holes for the cables and

the plastic tube and it was basically

ready it's 150 liters so should be

enough for a small garden

my soil moisture sensors weren't working

reliably so i added one more

conditioning decode to water the garden

for a short period of time every 24

hours

i bought online a very cheap irrigation

set and that was just a great way to

distribute the water under each plant

preparing everything beforehand sped up

the installation process but still i had

to improvise a few times like here i

used a rock and a wire to keep the water

level sensor on the bottom of the tank

it it took me like half a day to set

everything up to change the program to

make sure that it will work at least

somehow properly

and now i have to wait wait few days i

think like four or five maybe a week

and there you have the graphs the

vertical lines are labeled every 86

million milliseconds which is equal to

24 hours here you can see that the

moisture sensor doesn't work at all

those drops every 24 hours are caused by

the voltage drop on the battery when the

pump was turned on here we can see the

sunlight data and based on that

determine how cloudy each day was at the

end of the experiment we can see some

cloudy days and it is also visible in

the battery voltage data and lastly the

temperature plots the air temperature

actually wasn't the real air temperature

as i think the sun sometimes was able to

hit the sensor directly my

over-engineered system with a lot of

sensors was working great but with this

power consumption it would only take a

few more cloudy days before it runs out

of battery the soldering tli this could

easily solve the problem but honestly

right now i don't need all of these

sensors once the plots are ready and one

last thing i can just simply do better

than that this is not only a project for

me for my dad or for this garden this is

also a youtube video and i want it to be

a decent example of how to create such a

system and this mess of cables is just

not working in this case

this time i started with kicad schematic

while primarily working on a breadboard

prototype instead of arduino i chose

raspberry pi pico so that i can program

it in python the capacitive sensor that

i found unfortunately is not properly

designed and doesn't work with 3.3 volts

the pcb was once again machined on this

chip cnc machine the result was great

but i intentionally used speaker traces

to maximize my chances of success

i probed the wool pcb with chili pepper

that's why the result is perfect and

here i am draining the holes which is

the easiest part of the process i wanted

to experiment with this pcb and using a

toner transfer method i added a legend

on top of the board the result was okay

some small pieces of paper stick to the

board and it was hard to remove them but

we have a really nice readable legend on

top it took me quite a few minutes to

place everything as perfect as it is

here so let's appreciate this shot for

at least a few more seconds

even this diy pcb without the solder

mask is much much easier to solder than

the private board

soldering was an easy part and so was

programming since i already had

everything planned in my head also pico

is programmed in python and python well

it's just the best programming language

ever everything worked so well that i

was able to go from the idea to a

working programmed pcb in less than 24

hours in total of course there was still

the cut design to do and i had to fit it

in the box and the testing but i have to

admit that the testing procedure was

very limited it was just a fraction of

what i did with the previous system

because i felt that this one without the

unnecessary sensors and breadboard

cables is just a lot more reliable

watering will be executed based on time

to do set with buttons and it will be

displayed with the leds there is two of

everything on the pcb so you can run two

completely separate systems for

different parts of your garden the

system was ready i packed everything and

i was ready to head to the garden and

then a terrible rain hit

it wasn't a big deal for me i decided to

go anyway and finally finish the project

checking on my system after

10 days 12 days already

it is still working we have the light

on the sensor

here is the other sensor

and it's also working fine

and here is the

box with the solar panel

and here we should have water

yeah

the water tank is almost empty

[Applause]

waiting just one day was definitely

worth it because today we have a perfect

weather i want to connect this solar

panel to the piece of wood and then put

this piece of wood in the ground

and then the box will be here in the

bottom just to make it look nice and

clean and then in the next few days i

will test how the system performs on a

bit bigger garden

it's been a week since i turned on the

system and it is working fine without

any problems so far the battery voltage

is 14 volts so even on cloud today the

battery is almost fully charged all the

plants are fine and now i just need to

expand this system for dual garden if

you have any questions leave them in the

comments and you can find all the useful

links in the description i hope you will

build such a system and enjoy it as much

as i did thank you very much for

watching happy making bye

you