Système d'arrosage automatique

Ce projet est la suite de celui commencé par les emplois-étudiant. Il avait presque abouti mais le circuit consommait trop de courant et l'autonomie de la batterie prévue n'était pas suffisante.

La première chose à faire était donc de vérifier la consommation de courant du circuit au repos et lorsque la pompe était activée. En faisant cela on pouvait constater que le circuit consommait environ 30mA au repos, ce qui est beaucoup trop. La batterie de 9V prévue étant capable de fournir ~650mAh. La batterie se vide ainsi en moins de 24h.

Première piste de solution : mettre le microcontrôleur en veille (sleep) pour économiser de l'énergie. Lorsqu'il se met en veille, le microcontrôleur éteint tous les systèmes non-essentiels et ne garde que le timer d'actif (ou une entrée pour un bouton en fonction du besoin) pour pouvoir se réveiller.

La bibliothèque Arduino LowPower n'étant pas compatible avec le microcontrôleur utilisé (ATTiny412), il a fallu se tourner vers une programmation directe des registres. Le projet Sleeping Lighthouse est un bon exemple pour notre besoin et nous allons reprendre ce code pour tester la consommation de courant. L'auteur du projet a mesuré une consommation d'à peine quelques µA !

Dans notre cas cela n'a malheureusement pas fonctionné... on était toujours à une consommation de l'ordre de 30mA.

Deuxième piste de solution : supprimer le régulateur de tension. Le régulateur de tension consomme une certaine quantité d'énergie pour passer des 9V de la batterie aux 5V nécessaires pour le microcontrôleur. Faisons un essai en le supprimant et en alimentant le circuit directement avec une alimentation externe.

On mesure désormais une consommation de 20mA... c'est mieux mais pas suffisant !

Troisième piste de solution : il n'y a pas de court-circuits mais il y a peut-être une fuite de courant en raison de mauvaises soudures. On va donc essayer avec un autre circuit avec le même microcontrôleur.

La consommation mesurée est de 100µA. On tient notre solution : usiner un nouveau circuit et le souder au four pour que les soudures soient parfaites, ne plus utiliser de batterie 9V avec un régulateur de tension mais une batterie CR2032 de 3V. C'est contre-intuitif puisque ces petites batteries ont une capacité plus faible de 250mAh, mais l'économie d'énergie réalisée en n'utilisant pas de régulateur de tension est bien plus importante.

Calcul de la consommation

On a une capacité de batterie en mAh, un circuit au repos qui consomme normalement 0.1mA et des pics de consommation de 150mA pour la pompe qui durent une trentaine de secondes une fois tous les 2 jours environ.

1. Convertir la durée d'impulsion en heures : La durée d'impulsion est donnée en secondes (30 secondes) mais on a besoin qu'elle soit en heures pour correspondre à la consommation continue (mesurée en milliAmpères-heures). Il y a 3600 secondes dans une heure, donc :

durée_impulsion_heures = durée_impulsion_secondes / 3600 = 30 secondes / 3600 = 0,0083 heures

2. Calculer la consommation moyenne par impulsion par jour : Le circuit consomme 150 mA pendant 30 secondes tous les 2 jours. Pour trouver la consommation moyenne par jour, divisez la consommation totale par impulsion (courant x durée) par le nombre de jours par cycle d'impulsion :

consommation_moyenne_impulsion_par_jour = courant_impulsion * durée_impulsion_heures / nombre_de_jours_par_cycle_impulsion
consommation_moyenne_impulsion_par_jour = 150 mA * 0,0083 heures / 2 jours
consommation_moyenne_impulsion_par_jour = 0,6225 mAh/jour

3. Calculer la consommation totale par jour : Additionnez la consommation continue et la consommation moyenne par impulsion par jour pour trouver la consommation quotidienne totale :

consommation_totale_par_jour = consommation_continue + consommation_moyenne_impulsion_par_jour
consommation_totale_par_jour = 0,4 mA/jour + 0,6225 mAh/jour
consommation_totale_par_jour = 1,0225 mAh/jour

4. Estimer la durée de vie de la batterie: Divisez la capacité de la batterie (240 mAh) par la consommation quotidienne totale (1,0225 mAh/jour) pour obtenir l'autonomie estimée de la batterie en jours :

autonomie_batterie = capacité_batterie / consommation_totale_par_jour
autonomie_batterie = 240 mAh / 1,0225 mAh/jour
autonomie_batterie ≈ 23,4 jours

D'après ces calculs, la durée de vie de notre batterie peut être estimée à environ 23 jours.

Le circuit

Schéma

Le circuit est très simple : on a le capteur d'humidité résistif qui va renvoyer une tension analogique et une broche connectée à la pompe via un mosfet qui sert donc d'interrupteur.

Routage

On obtient ensuite un circuit simple face simple :

On peut noter que pour simplifier le circuit et s'économiser une résistance 0Ω, on alimente le capteur d'humidité directement par une broche du microcontrôleur. Comme le capteur est grosso-modo un simple pont diviseur de tension, il ne consomme que très peu de courant et cela ne pose aucun problème. Il ne faut juste pas oublier de l'activer dans le programme.

Réalisation

Le PCB a ensuite été usiné sur la graveuse laser LPKF.

[photo résultat]

Pour avoir une soudure parfaite il a été aussi nécessaire de graver un stencil en laiton pour pouvoir appliquer la pâte à braser.

[photo process soudure]

Le boîtier

Modélisation

Le boîtier a été modélisé dans Fusion360 en partant du modèle 3D du circuit exporté de KiCAD. Le PCB est fixé sur le boîtier à l'aide de 2 vis M3 et de 2 trous de fixation.

Le boîtier est refermé par un couvercle dévissable. Faire des vis dans Fusion est très facile, mais il y a des choses à respecter pour qu'elles s'impriment correctement. Pour cela, j'ai suivi le tutoriel suivant : https://youtu.be/aGWrFeu8Hv0?si=eY--RzdckQTgz2JG

Impression 3D

Le boîtier a été imprimé sur la Prusa MK4 et l'impression préparée sur Orca Slicer :

Seul le couvercle a besoin de quelques supports pour être imprimé correctement, j'ai donc configuré chaque objet individuellement. Le reste des paramètres est classique : 0.28mm de hauteur de couche et 15% de remplissage.

Ce qui nous donne une durée d'impression de 1h09.

Découpe laser

La découpe a été réalisée sur la Trotec Speedy 360 en PMMA transparent 3mm.

[photo]

Assemblage du système