Kit arrosage automatique v1

Le Kit arrosage automatique v1 réunit dans un seul carton tout ce qu’il faut pour qu’une plante s’arrose seule : la carte Uno R3 et son câble USB, un capteur d’humidité du sol, un module relais, une pompe immergée, son alimentation 5 V, la plaque d’essai, les fils de liaison, le tuyau d’eau et le câble électrique. Il n’y a rien d’autre à commander pour arriver à un montage qui fonctionne.

Le principe tient en trois blocs. Le capteur mesure l’humidité de la terre, la carte lit cette mesure et décide, le relais laisse passer le courant vers la pompe, qui renvoie l’eau du réservoir vers le pot. Tout ce qui touche l’eau reste d’un côté, l’électronique de l’autre, et c’est cette séparation qui fait la solidité du montage.

Ce que contient le colis

• une carte Uno R3 et son câble USB — c’est elle qui exécute le programme ;
• un capteur d’humidité du sol avec sa sonde à planter dans la terre ;
• un module relais 5 V prêt à brancher — le modèle vendu seul par la boutique est décrit sur la fiche Module 1 relais 5v ;
• une pompe miniature immergée ;
• une alimentation 5 V dédiée à la pompe ;
• une plaque d’essai, avec ses deux bus d’alimentation sur les côtés ;
• des fils de prototypage mâle-mâle de 10 cm ;
• des fils de prototypage mâle-femelle ;
• un tuyau d’eau souple, à emmancher sur la sortie de la pompe ;
• 1,5 m de câble électrique, pour tirer les fils de la pompe jusqu’au relais.

Caractéristiques techniques

Les deux côtés du montage

La règle du kit tient en une phrase : l’eau d’un côté, l’électronique de l’autre. La carte, le capteur et l’entrée du relais forment le côté commande, où circulent quelques milliampères sous 5 V. La pompe et son alimentation forment le côté puissance, où passe le courant du moteur. Le relais est le seul point de contact entre les deux : la carte l’actionne, et il ouvre ou ferme le fil de la pompe sans que ce courant traverse jamais la carte.

C’est aussi pourquoi l’alimentation du kit ne sert pas à alimenter la carte. Une pompe consomme dix fois ce qu’une broche de l’Arduino peut fournir : un montage qui redémarre au moment où la pompe se lance n’a presque jamais un problème de programme, c’est le budget de courant qui a été dépassé. La carte reste donc sur son câble USB, la pompe sur son bloc 5 V, et les deux masses sont reliées ensemble.

Mini-projet : un arrosage automatique à deux seuils

Le programme de ce montage n’utilise pas la sortie numérique du capteur, mais sa sortie analogique : c’est elle qui permet de fixer le seuil dans le programme plutôt que sur le potentiomètre, et de le corriger sans tournevis. Deux valeurs relevées une fois pour toutes sur la terre de votre pot suffisent ensuite à tout décider, avec une marge qui empêche la pompe de redémarrer aussitôt qu’elle s’arrête.

Ce qu’il faut

• tout le contenu du kit : la carte, le capteur, le relais, la pompe, l’alimentation, la plaque d’essai et les fils ;
• un récipient d’eau — un bidon d’un litre suffit largement pour un pot ;
• un tournevis plat fin, pour les bornes à vis du relais ;
• le moniteur série de l’IDE Arduino, ouvert à 9 600 bauds : c’est le seul instrument de mesure nécessaire.

Le câblage

La sortie du bloc 5 V arrive par une prise cylindrique : coupez cette prise et dénudez les deux fils, puis serrez-les dans un bornier à vis deux broches qui servira de point de départ vers le relais et vers la masse commune. Réservez ce bloc à cet usage : une prise coupée ne se remonte pas. Avant de serrer, mesurez au multimètre quelle borne donne le +5 V, car la couleur des fils n’est pas une garantie.

Trois points méritent d’être vérifiés avant la mise sous tension. D’abord, la masse du bloc 5 V et celle de la carte doivent être reliées : sans ce fil, le relais reçoit une commande sans référence et le montage se comporte n’importe comment. Ensuite, le relais travaille sur le fil positif de la pompe, jamais sur la masse. Enfin, la sortie DO du capteur reste débranchée : ce programme lit uniquement AO.

Le programme

À téléverser par le câble USB, après avoir remplacé les deux valeurs d’étalonnage par celles relevées sur votre terre, expliquées plus bas.

/*
 * Kit arrosage automatique v1 - arrosage a deux seuils et temps de repos
 * Carte : Arduino Uno R3 du kit, cable USB fourni
 * Capteur d'humidite du sol : VCC sur 5V, GND sur GND, AO sur A0
 * Module relais : VCC sur 5V, GND sur GND, IN sur D7
 * Pompe : alimentee par le bloc 5 V, coupee par le relais sur COM et NO
 *
 * Composants, brochage et fiche complete : www.marocproduits.com
 */
const int PIN_SONDE  = A0;   // sortie analogique AO du capteur d'humidite
const int PIN_RELAIS = 7;    // entree IN du module relais
// Deux valeurs relevees sur votre terre, dans le moniteur serie :
// sonde dans l air sec, puis sonde dans une terre fraichement arrosee.
// La lecture monte quand la terre seche.
const int VALEUR_SECHE  = 820;
const int VALEUR_HUMIDE = 430;
const int MARGE = 60;                     // ecart qui rearme la surveillance
const unsigned long DUREE_MAX = 15000;    // arrosage maximal : 15 secondes
const unsigned long REPOS     = 300000;   // 5 minutes entre deux arrosages
bool surveillance = true;          // false tant que la terre est encore fraiche
unsigned long debutArrosage = 0;   // 0 = pompe arretee
unsigned long finArrosage   = 0;
// La plupart des modules relais se declenchent sur un niveau BAS.
void pompe(bool marche) {
  digitalWrite(PIN_RELAIS, marche ? LOW : HIGH);
}
void setup() {
  pinMode(PIN_RELAIS, OUTPUT);
  pompe(false);                    // pompe arretee des la mise sous tension
  Serial.begin(9600);
  Serial.println("Arrosage pret : sonde sur A0, relais sur D7");
}
void loop() {
  unsigned long instant = millis();
  int mesure = analogRead(PIN_SONDE);
  if (debutArrosage != 0) {
    // Arrosage en cours : on l arrete sur duree maximale,
    // ou des que la sonde indique une terre assez humide.
    if (instant - debutArrosage >= DUREE_MAX || VALEUR_HUMIDE >= mesure) {
      pompe(false);
      debutArrosage = 0;
      finArrosage = instant;
      Serial.print("Arrosage termine, mesure : ");
      Serial.println(mesure);
    }
  } else {
    // Le repos qui suit un arrosage evite les doses a repetition.
    if (finArrosage != 0) {
      if (instant - finArrosage >= REPOS) {
        finArrosage = 0;
        Serial.println("Surveillance reprise");
      }
    }
    // La terre est redescendue sous le seuil haut : on rearme la surveillance.
    if (surveillance == false) {
      if (VALEUR_SECHE - MARGE >= mesure) {
        surveillance = true;
        Serial.println("Terre humide : surveillance armee");
      }
    }
    // Terre seche, aucun arrosage en cours : le cycle demarre.
    if (surveillance == true) {
      if (finArrosage == 0) {
        if (mesure >= VALEUR_SECHE) {
          Serial.print("Terre seche (");
          Serial.print(mesure);
          Serial.println(") : arrosage en cours");
          pompe(true);
          surveillance = false;
          debutArrosage = instant;
        }
      }
    }
  }
  delay(1000);
}

Comment ça marche

• La valeur monte quand la terre sèche. La sonde mesure la conductivité du sol : plus il y a d’eau, mieux il conduit, plus la tension lue sur A0 est faible. C’est le sens de lecture de ce capteur, et il surprend au premier essai. Les deux constantes du programme en découlent : VALEUR_SECHE est la plus grande des deux.
• La variable surveillance empêche les arrosages en rafale. Après un arrosage, elle passe à false et ne revient à true que lorsque la lecture est retombée de MARGE sous le seuil sec, c’est-à-dire quand l’eau a réellement atteint la sonde. Sans cette marge, la mesure resterait juste au-dessus du seuil pendant plusieurs minutes et la pompe se relancerait à chaque tour de boucle.
• Deux limites protègent la plante et la pompe. L’arrosage s’arrête au bout de 15 secondes même si la sonde ne réagit pas, et il ne peut pas reprendre avant 5 minutes, le temps que l’eau descende dans le terreau. Une pompe qui tourne dans le vide, sans eau à refouler, chauffe et s’abîme ; un sol noyé fait pourrir les racines.
• Le relais est commandé à l’état bas. La fonction pompe() envoie LOW pour démarrer et HIGH pour arrêter, ce qui correspond à la majorité des modules du commerce. Si votre pompe fait l’inverse de ce que vous attendez, échangez LOW et HIGH dans cette fonction : aucun composant n’est en cause.
• Le moniteur série est l’instrument de mesure du montage. Il affiche la lecture brute et chaque changement d’état. C’est en le lisant que l’on règle les deux constantes, et c’est encore lui qui dira plus tard si la sonde s’encrasse ou si le tuyau s’est débranché.

Étalonner les deux valeurs, puis mettre en service

L’étalonnage se fait une seule fois, avant de brancher la pompe, et prend cinq minutes.

1. Plantez la sonde dans la terre du pot, à mi-profondeur, et laissez le programme tourner. Notez la valeur affichée : c’est la mesure de votre terre en état normal.
2. Arrosez le pot à la main jusqu’à ce que la terre soit franchement humide, attendez une minute et notez la nouvelle valeur. Terre sèche et terre humide encadrent désormais votre plage, et c’est entre les deux que tout se décide.
3. Inscrivez ces deux nombres dans VALEUR_SECHE et VALEUR_HUMIDE, puis téléversez à nouveau. Prenez la valeur sèche un peu au-dessus de ce que vous avez lu, et la valeur humide un peu en dessous : le programme se déclenche sur des états francs plutôt que sur des valeurs limites.
4. Remplissez le réservoir, plongez la pompe entièrement dans l’eau — corps compris — et emmanchez le tuyau sur sa sortie, direction le pot. Un collier ou un morceau de fil noué autour du tuyau évite qu’il se déboîte sous la pression ; fixez aussi le câble de la pompe au bord du réservoir pour qu’il ne tire pas sur le corps de la pompe.
5. Faites un premier essai en débranchant le tuyau du pot et en le laissant dans le réservoir : vous verrez immédiatement si la pompe débite et dans quel sens. Si rien ne sort alors qu’elle tourne et qu’elle est immergée, permutez ses deux fils — un moteur à courant continu a un sens.
6. Rebranchez le tuyau sur le pot et laissez le montage travailler. Une plante de taille moyenne demande généralement une ou deux doses par jour en été, aucune en hiver.

Variante : arroser à la demande, depuis le moniteur série

Quand on met un montage au point, attendre que la terre sèche pour vérifier la pompe est une perte de temps. Le programme se complète en quelques lignes, au début de la boucle : lire le port série avec Serial.available(), et si un caractère est arrivé, comparer sa valeur. La lettre a déclenche un arrosage de dix secondes, la lettre s l’arrête immédiatement. Il faut alors veiller à ne rien envoyer pendant la phase de repos, ou accepter que l’essai manuel ignore cette protection : c’est justement l’intérêt de la commande, tester la partie hydraulique sans dépendre du sol.

La même commande sert au nettoyage de fin de saison : on pose la pompe dans un seau d’eau claire et on la fait tourner une minute pour rincer la turbine, plutôt que de la laisser sécher avec les dépôts calcaires à l’intérieur.

Questions fréquentes

Faut-il souder quelque chose ?

Non. La carte arrive assemblée et testée, le capteur et le relais sont des modules terminés, et toutes les liaisons se font par les fils mâle-mâle et mâle-femelle du kit. Seule la prise cylindrique de l’alimentation se coupe pour être serrée dans un bornier : c’est la seule opération un peu définitive du montage.

Peut-on alimenter la pompe depuis la carte ?

Non, dans aucun cas. Une broche d’Arduino est limitée à 20 mA et la pompe en consomme dix fois plus. Le résultat habituel n’est pas une broche grillée mais un redémarrage permanent de la carte dès que la pompe se lance, ce qui fait croire à tort à un problème de programme. L’alimentation du kit existe exactement pour cela.

Pourquoi la terre est-elle encore humide juste après l’arrosage ?

Parce que l’eau n’a pas encore atteint la sonde. La surface est détrempée, mais la sonde plantée à mi-profondeur mesure encore la terre d’avant. C’est le rôle du temps de repos : il laisse l’eau descendre avant que le programme ne juge. Une sonde plantée trop près de la surface, ou contre la paroi du pot, donne au contraire des mesures très optimistes : placez-la au milieu du pot.

Le relais colle dès la mise sous tension, ou fonctionne à l’envers

La carte relais du commerce existe en deux logiques de commande. Sur une carte à déclenchement par niveau bas, c’est une entrée à la masse qui fait coller le relais ; sur une carte à déclenchement par niveau haut, c’est le 5 V. Le programme de cette page est écrit pour la première, d’où le LOW dans la fonction pompe(). Pour vérifier la vôtre en dix secondes, hors pompe branchée : alimentez le module et mettez son entrée à la masse. Si le relais colle, gardez le programme tel quel ; sinon, échangez LOW et HIGH.

Le module relais du kit a-t-il un ou deux canaux ?

Selon le lot, le module fourni peut porter un ou deux relais — les deux modèles se câblent et se programment de la même façon, et le montage de cette page n’utilise que le premier canal, repéré par sa broche IN à côté de VCC et GND. Le peigne de commande est sérigraphié sur la carte : les trois broches de chaque canal sont nommées.

Que se passe-t-il en cas de coupure de courant ?

Le montage repart en position d’attente : la pompe est arrêtée dès la mise sous tension, la surveillance se réarme, et le cycle reprend normalement. Rien n’est mémorisé, donc rien n’est perdu. Si vous voulez que la plante survive à une absence, l’ajout le plus utile n’est pas un programme plus long, c’est un réservoir plus grand et un capteur de niveau d’eau pour interdire la marche à vide.

À combiner avec

Le kit suffit à l’arrosage d’un pot, mais son ajout le plus utile est un capteur de niveau d’eau posé dans le réservoir : il interdit de démarrer quand le bidon est vide, et une pompe qui tourne à sec chauffe et se détruit en quelques minutes.

Pour doser l’eau au lieu de la donner en tout ou rien, un Transistor TIP120 remplace le relais et se pilote en analogWrite() : le débit devient réglable, à condition de visser le transistor sur un petit dissipateur. Et si la sonde à pointes s’use plus vite que prévu — l’électrolyse attaque le métal et les deux électrodes finissent par se réduire — le capteur de sol capacitif mesure la même chose sans aucune pièce métallique au contact de la terre.

Quand les montages ne tiennent plus sur la plaque du kit, une plaque d’essai 830 points libère de la place pour les ajouts. Et pour arroser deux plants séparément, ou pour déclencher l’arrosage à la main, le Kit arrosage automatique v2 reprend le même ensemble avec deux boutons poussoir supplémentaires.