Um monitor de plantas é um pequeno circuito que vigia três coisas: quão húmida está a terra, quanta luz recebe a planta e quão quente está o ar. Quando uma leitura sai do intervalo previsto, é gerado um alerta. Construir um significa cobrir sensores analógicos, calibração, lógica de limiares e uma caixa resistente às intempéries num só projeto. Este passo a passo leva uma construção de sala de aula das peças soltas até um monitor a funcionar, e termina com a parte que mais conta numa escola sul-africana: manter a planta viva durante as férias.

O que faz de facto um monitor de plantas

Tire-se a caixa e o código e a tarefa é simples. Um microcontrolador lê um valor de cada sensor algumas vezes por minuto, compara cada valor com um limiar que definiu e atua quando esse limiar é ultrapassado. Atuar pode ser acender um LED, emitir um apito curto, mostrar uma mensagem num ecrã ou, mais tarde, acionar uma pequena bomba. Todo o resto são pormenores sobre esse ciclo: ler, comparar, atuar, esperar, repetir.

Cada um dos três sinais responde a uma pergunta diferente. A humidade do solo diz-lhe se deve regar. A luz diz-lhe se a planta está no sítio certo. A temperatura diz-lhe se a sala é segura para ela, o que importa numa sala de aula que aquece muito no verão e arrefece numa manhã de inverno.

As peças de que precisa

Mantenha a lista de material curta e barata para que um conjunto de turma continue acessível. Precisa de um de cada item abaixo por aluno, ou por par nos grupos mais novos.

• Uma placa microcontroladora com entradas analógicas. A placa sheenbot∞ dá conta deste projeto com folga, e o seu editor de blocos mantém as turmas mais novas em andamento.
• Um sensor de humidade do solo. Prefira um capacitivo; as sondas resistivas baratas corroem-se em terra húmida em poucas semanas.
• Um sensor de luz, como um LDR, com uma resistência para formar um divisor de tensão.
• Um sensor de temperatura, seja um termístor analógico, seja um pequeno sensor digital.
• Uma breadboard, fios de ligação e uma forma de alimentar a placa.
• Uma saída para os alertas: um LED e uma resistência, um buzzer ou o ecrã da placa.

Junte à encomenda alguns sensores sobresselentes; as sondas são a primeira coisa a falhar. Reservar cerca de dez a quinze por cento do custo do kit para sobresselentes evita corridas a meio do período. Kits completos e peças avulsas estão na loja.

Ligações e o primeiro ciclo de leitura

Ligue um sensor de cada vez e teste-o antes de acrescentar o seguinte. Ligue alimentação e massa, leve o fio de sinal do sensor a uma entrada analógica e escreva um ciclo curto que leia o valor e o imprima. Ainda não está à procura de números corretos, apenas de números que mudem quando muda o mundo: encoste a sonda de humidade a uma esponja húmida e a leitura deve mexer-se; tape o sensor de luz com a mão e ela deve descer.

Assim que cada sensor reagir no sentido certo, imprima os três em conjunto numa linha, de poucos em poucos segundos. Este fluxo em bruto é a base do passo seguinte e é também o primeiro sítio onde os alunos veem que um sensor nunca devolve um número limpo e redondo.

A calibração é a lição de ciências

Uma leitura de humidade em bruto não significa nada por si só. Transformá-la em seco ou húmido é onde está a verdadeira aprendizagem, e é uma experiência a sério. Considere dois estados conhecidos: terra completamente seca e terra totalmente encharcada. Registe o valor do sensor em cada um deles, várias vezes, e faça a média. Esses dois números são os seus extremos, e qualquer leitura intermédia converte-se numa percentagem entre seco e húmido.

Conduza isto como uma investigação controlada. Mude uma coisa de cada vez, mantenha a sonda sempre à mesma profundidade e escreva todas as leituras numa tabela antes de tocar no código. Os alunos reparam depressa que os extremos variam entre tipos de terra e entre uma sala quente e uma sala fria, o que é precisamente o objetivo: a calibração não se faz uma única vez e nenhum sensor é absoluto. Repita o mesmo método de dois pontos para a luz, uma gaveta escura contra uma janela luminosa, e para a temperatura contra um termómetro da sala.

Limiares e lógica de alerta

Com leituras calibradas já pode definir limiares com significado. Decida, para cada planta, a percentagem de humidade abaixo da qual precisa de água, um nível de luz que sinalize um mau sítio e uma faixa de temperatura dentro da qual deve manter-se. A lógica é então um conjunto de verificações simples:

1. Se a humidade estiver abaixo do limiar de seco, dispara o alerta de rega.
2. Se a luz se mantiver abaixo do seu limiar durante algum tempo, assinala a posição.
3. Se a temperatura sair da faixa segura, avisa de calor ou de frio.

Acrescente uma pequena margem, ou histerese, para que um alerta não fique a piscar em torno do limiar. Uma solução comum é exigir que a leitura se mantenha do outro lado da linha em várias verificações seguidas antes de o alerta disparar, e só o limpar quando a leitura tiver recuperado com folga. Só esta ideia evita a maior parte da frustração dos apitos aleatórios.

A caixa

Água e eletrónica não se dão bem, por isso a construção só está terminada quando estiver alojada. Mantenha a placa, a bateria e qualquer cablagem exposta dentro de uma caixa fechada e deixe apenas as sondas dos sensores chegar ao sítio onde medem. Faça sair a sonda de humidade por baixo, junto à terra, o sensor de luz para um lado virado à janela, e deixe uma abertura de ventilação para que o calor acumulado não enviese a leitura de temperatura. Uma tampa transparente permite aos alunos ver o LED sem abrir nada, e recipientes reciclados funcionam bem e ajudam a manter o custo baixo.

Manter a planta viva durante as férias

O monitor é mais útil precisamente quando não está ninguém na sala. Três extensões transformam-no em algo que sobrevive a uma interrupção letiva. Primeiro, registe as leituras na memória da placa com data e hora, para que a turma possa ver o que aconteceu enquanto esteve fora. Segundo, acrescente uma pequena bomba de água acionada pelo alerta de humidade, para que a planta se regue sozinha, com um limite rígido de tempo de bomba para que um sensor encravado não inunde o vaso. Terceiro, planeie a alimentação: a rede falha durante os cortes de energia, por isso uma bateria com margem generosa, ou um modo de suspensão de baixo consumo entre leituras, mantém o monitor a funcionar durante uma falha.

Esta preparação para as férias é um projeto natural para as próprias férias. Os nossos workshops de férias fazem construções como esta, das peças soltas à caixa acabada, o que é um bom formato para o trabalho de extensão que uma aula normal raramente tem tempo de fazer.

Em resumo

Um monitor de plantas é um daqueles raros projetos que é genuinamente útil, barato de construir e suficientemente rico para carregar ciência a sério. Construa primeiro o ciclo de leitura, trate a calibração como a experiência que ela é, e a lógica de alerta e a caixa encaixam sozinhas. Faça a extensão para as férias e tanto a planta como a lição sobrevivem à interrupção.

Perguntas frequentes

Que sensor devemos comprar primeiro se o orçamento for apertado?

O sensor de humidade do solo, do tipo capacitivo. A humidade é a leitura sobre a qual os alunos mais atuam, a que leva a regar, e é o sensor que mais precisa da lição de calibração. A luz e a temperatura podem ser acrescentadas numa sessão posterior.

Porque é que a leitura de humidade oscila mesmo com a terra parada?

Um pequeno ruído elétrico é normal. Faça a média de várias leituras antes de comparar com um limiar e mantenha a sonda a uma profundidade fixa. Se os números oscilarem muito, verifique as ligações e a linha de alimentação antes de culpar o sensor.

Para que faixa etária é este projeto?

Adapta-se. O 2.º ciclo consegue fazê-lo com código em blocos e uma tabela de calibração guiada, enquanto o secundário pode escrever a lógica de limiares por si e analisar os dados registados. A academia propõe a mesma construção a níveis diferentes.