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IoT e Arduino

Projeto: a estufa

Sensor, relé, histerese, painel e telemetria num programa só — e as decisões que ele carrega.

Uma estufa é o projeto de IoT completo mais simples que existe: ela lê (temperatura e umidade de solo), decide (com histerese) e age (aquecedor e bomba). Todo problema desta seção aparece nela.

O programa#

dataforge
adopt Arcane.IoT as IoT

// ── os pinos ────────────────────────────────────────────
TEMPERATURA := 0        // A0 — TMP36
SOLO := 1               // A1 — sensor resistivo
AQUECEDOR := 7          // relé
BOMBA := 8              // relé

action abrir(modelo):
    p := IoT.conectar_simulada(modelo)
    p.modo(AQUECEDOR, "saida")
    p.modo(BOMBA, "saida")
    p.modo(14 + TEMPERATURA, "analogico")
    p.modo(14 + SOLO, "analogico")
    p.relatar_analogico(TEMPERATURA)
    p.relatar_analogico(SOLO)
    p.amostragem(100)
    yield p

record Estado:
    graus: Float
    umidade: Float
    aquecendo: Boolean
    regando: Boolean

action ciclo(placa, suavizar, aquecedor, bomba):
    graus := IoT.tmp36(suavizar(placa.analogico(TEMPERATURA)))
    umidade := IoT.escala(placa.analogico(SOLO), 0, 1023, 0, 100)

    aquecendo := aquecedor(graus)
    regando := bomba(umidade)

    placa.escrever(AQUECEDOR, aquecendo)
    placa.escrever(BOMBA, regando)
    yield Estado(round(graus, 1), round(umidade, 1), aquecendo, regando)

// ── rodar ───────────────────────────────────────────────
placa := abrir("uno")
defer:
    placa.fechar()                       // os dois relés desligam ao sair

suavizar := IoT.media_movel(5)
aquecedor := IoT.histerese(18, 21)       // liga abaixo de 18
bomba := IoT.histerese(30, 45)           // liga abaixo de 30% de umidade

placa.simulador.definir_analogico(TEMPERATURA, 123)   // ~10 °C: frio
placa.simulador.definir_analogico(SOLO, 200)          // seco
sleep(150)

estado := ciclo(placa, suavizar, aquecedor, bomba)
assert estado.aquecendo is yes and estado.regando is yes
out $"{estado.graus} °C · solo {estado.umidade}% · aquecedor {estado.aquecendo} · bomba {estado.regando}"

// aqueceu e molhou
placa.simulador.definir_analogico(TEMPERATURA, 500)
placa.simulador.definir_analogico(SOLO, 700)
sleep(150)
cycle i from 1 to 5:
    estado := ciclo(placa, suavizar, aquecedor, bomba)
    sleep(30)
assert estado.regando is no

As cinco decisões que ele carrega#

DecisãoO que ela evita
defer placa.fechar() no topoterminar — inclusive por erro — com a bomba ligada
média móvel antes da histereseo ruído do ADC decidir por conta própria
duas soleiras, não umao relé batendo dezenas de vezes por minuto na soleira
a leitura vira recordum vault solto onde estado["aquecendo"] com erro de digitação é void — e void é falso
a decisão em uma ação, longe do hardwarenão dá para testar controle que só existe dentro do laço da placa

E o que falta para isto virar produção#

  • Sair do Firmata. Uma estufa não pode depender do computador ligado — a lógica vira sketch, e o computador passa a olhar. Ver Firmata ou sketch.
  • Um teto de tempo na bomba. Histerese não protege de um sensor que soltou do vaso: a leitura fica em "seco" para sempre e a bomba não desliga nunca. Um limite duro (no máximo 30 s por hora) é a proteção que importa.
  • Telemetria. Sem histórico, não há como saber por que a planta morreu.
  • Alerta. Arcane.Telegram manda mensagem; o testamento do MQTT avisa quando a placa cai.
dataforge
adopt Arcane.IoT as IoT

// o teto duro, que a histerese sozinha nao da
action limitador(maximo_ms):
    gasto := [0]
    acao := lambda ligar, decorrido: (
        gasto[0] + decorrido smaller_eq maximo_ms) and ligar
    yield acao

pode := limitador(30000)
assert pode(yes, 1000) is yes
assert pode(yes, 40000) is no          // passou do teto: nao liga