Introduzione della robotica nell'agricoltura
I robot agricoli, detti anche Agbots o Farm Bots, rappresentano un settore di punta della
tecnologia, che promette importanti realizzazioni nel prossimo decennio o anche prima.
Sono già in fase di realizzazione robot quali:
Swarm Farm Bots: si tratta di piccolissimi robot, che collaborando fra loro, per
effettuare operazioni colturali che richiedono precisione e massima dislocabilità.
Naturalmente i micro robot si possono dislocare anche in cielo. È il caso dei
Farm drones: piccoli aerei o elicotteri (controllati o autonomi), che volando possono
monitorare suolo, colture e bestiame. Abbiamo poi le
Robobees: il fine dell’utilizzo del flying honey bee robot dovrebbe essere principalmente
quello di garantire l’impollinazione delle coltivazioni. Non meno interessanti sono le
Rosphere (o spherical robot): rotolano e anche cambiano direzione. Il robot è fornito di
GPS e sensori di prossimità, con il quale guida la sua navigazione, e, grazie alla sagoma,
può attraversare una coltivazione erbacea senza produrre danni. Una connessione Wi-fi
consente il collegamento alla Rete e la trasmissione dei dati, che Rosphere rileva sul suolo
e la coltivazione.
Introduzione al progetto SERPIERI
Per l'anno 2016/2017 l'istituto agrario Serpieri di Avezzano ha pensato di proporre un
progetto interdisciplinare capace di unire le competenze chimiche, agronomiche,
informatiche, meccaniche, elettriche e matematiche.
L'idea è quella di realizzare più robot con mobilità su ruote, controllati da remoto da un
telecomando IR, ognuno capace di monitorare un particolare parametro del terreno o
dell'acqua o dell'aria attraverso uno specifico sensore. I dati registrati saranno trasmessi
real time ad un computer e verranno sintetizzati attraverso metriche e grafici.
Introduzione al progetto SERPIERI
Per la realizzazione del progetto è stato pensato di introdurre l'uso della piattaforma
ARDUINO in modo che gli alunni inizino a conoscere questo HW e la sua
programmazione. La piattaforma fisica si basa su un circuito stampato che integra un
microcontrollore con pin connessi alle porte I/O, un regolatore di tensione e quando
necessario un'interfaccia USB che permette la comunicazione con il computer. A questo
hardware viene affiancato un ambiente di sviluppo integrato (IDE) multipiattaforma (per
Linux, Apple Macintosh e Windows). Questo software permette di scrivere programmi
con un linguaggio semplice e intuitivo derivato da C e C++ chiamato Wiring, liberamente
scaricabile e modificabile. I programmi in Arduino vengono chiamati sketch.
La possibilità di realizzare progetti in diversi ambiti e la relativa semplicità hanno spinto
lo sviluppo di componenti HW aggiuntivi in modo da avere una piattaforma con a
disposizione una ampia scelta di kit per ogni tipo di idea. Inoltre sono state realizzate e
condivise gratuitamente numerose librerie SW.
Descrizione tecnica del progetto – Macchina
La realizzazione dei robot parte dalla costruzione di una macchina comandata attraverso un telecomando
infrarossi. Sarà necessario realizzare una macchina per ogni robot. Attraverso internet è possibile
trovare molte idee a riguardo che spiegano come fare in modo semplice ed economico. Un link molto
interessante è http://www.progettiarduino.com/58-arduino-robot-car-controllato-con-telecomandoir.html
I componenti necessari per la macchina sono
Microntrollore Arduino Uno (3 euro)
Transistor BC547B (<1 euro)
Ricevitore infrarossi VS 1838B o TSOP1738 (<1 euro)
Telecomando IR (10 euro)
Chassis automobilina con 2 motori (20 euro)
Breadboard (5 euro)
H Bridge L293NE/SN754410 per inversione motore (5 euro)
Cavetti vari
Attraverso l'IDE Arduino scaricato dal sito www.arduino.cc ed installato sul computer sarà necessario
realizzare un programma (sketch) e caricarlo sul microcontrollore. Il programma fornisce le istruzioni
al microcontrollore per gestire i segnali del telecomando IR e convertirli in comandi per i motori e
per l'H Bridge.
Descrizione tecnica del progetto - Sensori
Una volta realizzate 5 macchine sarà necessario l'installazione e il controllo di 5 sensori uno per macchina
Sensore PH (acidità) di una soluzione
Sensore temperatura aria
Sensore luminosità
Sensore conducibilità elettrica soluzione
Sensore umidità terreno
Ognuno dei Sensori verrà messo in movimento (immersione del sensore nella soluzione o nel
terreno o rotazione nella direzione di interesse) attraverso un ulteriore motore + H Bridge da
installare sulla macchina e da controllare attraverso il telecomando
Una sesta macchina verrà realizzata per permettere l'installazione di un ulteriore motore da convertire a
taglia erba.
Andiamo a vedere in dettaglio come è possibile attraverso Arduino realizzare Sensori e taglia erba.
Descrizione tecnica del progetto- Sensore PH
Sensore PH (acidità soluzione)
In commercio è possibile trovare vari sensori del PH capaci di comunicare con
Arduino. Quello riportato nelle immagini a fianco è disponibile nel sito
http://www.robot-domestici.it/joomla/component/virtuemart/Arduino/arduino-kit/analog-ph-meter-kit
Il sensore è in grado di fornire la misura del PH.
Il microcontrollore Arduino nell'immagine riporta
l'informazione su un display. Nel nostro progetto
l'informazione andrà su un computer, al momento
attraverso una connessione seriale (in futuro da
convertire in una connessione senza fili).
Il sensore, montato sulla macchina, verrà immerso
nella soluzione attraverso un motore dedicato e
controllato da telecomando
Descrizione tecnica del progetto – Sensore temperatura
Per il sensore di temperatura verrà usato un TMP36 che permette di acquisire temperature comprese
nell’intervallo tra -40°C e +125°C restituendo in uscita valori di tensione lineari tra circa 0.1Vdc e
1.7Vdc. Una variazione di grado produce una variazione della tensione di uscita pari a 10mV; alla
temperatura di 0°C il sensore eroga una tensione di 500mV. Il circuito da realizzare è molto banale, si
limita a collegare il sensore direttamente ad Arduino UNO tramite la porta analogica A0.
Il microcontrollore verrà programmato attraverso uno sketch che fornirà le istruzioni per convertire i
segnali di tensione direttamente in temperatura e la trasmissione dei dati sul computer. Il circuito con il
TMP36 sarà montato su un braccio che verrà ruotato da un motore dedicato e controllato da
telecomando
Descrizione tecnica del progetto – Sensore umidità
In commercio è possibile trovare il seguente sensore Arduino per registrare l'umidità del terreno. Il
Sensore avrà tre cavi, due per l'alimentazione e uno per il segnale analogico collegato alla basetta del
microcontrollore con cui Arduino registra i dati. I dati verranno trasmessi sul computer ed elaborati.
Ovviamente come sempre sarà necessario realizzare uno sketch per permettere al microcontrollore di
gestire i segnali di ingresso e i dati di uscita. Il sensore, montato sulla macchina, verrà immerso
nel terreno attraverso un motore dedicato e controllato da telecomando
Descrizione tecnica del progetto – Sensore luminosità
La fotoresistenza è un componente elettronico la cui resistenza è inversamente proporzionale alla quantità
di luce che lo colpisce. Si comporta come un tradizionale resistore, ma il suo valore
in ohm diminuisce mano a mano che aumenta l’intensità della luce che la colpisce. Ciò comporta che
la corrente elettrica che transita attraverso tale componente è proporzionale all’intensità di una
sorgente luminosa. In tale maniera si realizza una sorta di potenziometro attuabile tramite la luce
anziché tramite forze meccaniche o segnali elettrici.
In pratica attraverso una fotoresistenza e un semplice circuito elettrico è possibile ricevere dal
microcontrollore Arduino i valori di tensione presenti in uno specifico punto del circuito. Se la
tensione è massima allora la luminosità sarà massima, se al contrario la tensione è minima, la
luminosità sarà minima. Tali valori verranno riportati sul computer e attraverso una specifica
calibrazione saranno convertiti in lumen. Il circuito con la fotoresistenza verrà montato su un
braccio che verrà ruotato da un motore dedicato e controllato da telecomando.
Per la calibrazione sarà necessario l'acquisto anche di un luxometro.
Descrizione tecnica del progetto – Sensore conducibilità elettrica o
Sensore EC
La realizzazione di un sensore EC non richiede componenti elettrici attivi. Gli oggetti da reperire sono:
n.1 resistenza da 470 ohm;
n.1 basetta di plexyglass tagliata ed incisa a laser;
n.2 viti di acciaio inossidabile;
n.2 bulloni di acciaio inossidabile;
n.1 cavo trifilare;
n.1 bacchetta di colla a caldo per sigillare il retro del sensore
La vera complessità sta nella lavorazione di questi materiali e nella realizzazione del programma (Sketch).
Riporto il seguente link per i dettagli.
http://www.mauroalfieri.it/elettronica/orto-idroponico-verticale-con-arduino-seconda-parte.html
Il sensore, montato sulla macchina, verrà immerso
nella soluzione attraverso un motore dedicato e
controllato da telecomando
Descrizione tecnica del progetto – Taglia erba
L'idea di base è molto semplice: aggiungere un motore da controllare tramite telecomando (e quindi con
uno specifico sketch da sviluppare e caricare su microcontrollore) che abbia montato alla estremità
rotante un filo di plastica che ruotando possa tagliare l'erba.
Il motore verrà montato su un'asta fissata alla macchina.
Esempio Prototipo robot con Sensore Umidità
Stima costi
Di seguito viene riportata una prima stima dei costi materiale + spedizione per realizzare 6 robot
(macchina + sensore o macchina + taglia erba):
Costo macchina: 50 euro costo materiale per singola macchina + 60 euro costo spedizione materiale per
6 macchine. Costo totale 6 macchine 360 euro
Costo motori + H Bridge aggiuntivi per controllo sensore + taglia erba: 15 *6 euro + 10 euro costo
spedizione = 100 euro
Costo sensore PH: 50 euro materiale + 10 euro spedizione = 60 euro
Costo sensori temperatura, umidità, luminosità e EC: 30 euro + 10 euro di spedizione = 40 euro
Costo luxometro: 50 euro
Costo staffe, molle, batterie e altro materiale: 40 euro
Totale costo : 650 euro
