Jardimpu: Social Gardening with Paraimpu

(la versione italiana è disponibile più giù in questo post )

Jardimpu is a very interesting Social Gardening project using Paraimpu by our user Alberto Serra. Thank you Alberto.

What is it?

The word Jardimpu is a contraction of  "Jardim" (Garden in Portuguese), "Arduino" and "Paraimpu". It 'a prototype of a drip irrigation system equipped with sensors, managed through the Web and "Social": it may be shared with other users.

The idea

About a year ago, knowing the potential of two very valuable tools as Arduino and Paraimpu, I thought to make an intelligent irrigation system and control of environmental parameters for my garden, in order to stay updated about the conditions of temperature and humidity, soil moisture, light conditions and to check the level of water in the some plant’s saucers (eg Dionaea muscipula).
This system does not represent an absolute novelty in the field of sensors and monitoring of a garden, but since you can use it with a new tool like Paraimpu, for sharing data, irrigation and monitoring via an IP Cam, has made ​​it much more interesting, innovative and (obviously) more "social". We can call this type of system: “social gardening”, which allows other people (authorized, for example our "friends" if we were talking about Facebook) to activate the drippers, to see plants in a live streaming and to control their parameters.

The realization

Two main tools: Arduino and Paraimpu.
The automatic sprinkler connected with arduino is nothing new: Massimo Banzi proposed an example one year ago (search for “Giarduino” on google). 
The main difference in Jardimpu is represented by the social aspect: the interaction with the sprinkler in the garden and data sharing between friends, and the ability to simultaneously connect through Paraimpu our "real garden" with other "virtual objects" such as twitter, google calendar, or other arduino devices and so on ...


To make a Jardimpu project you need:

- Arduino + Ethernet Shield
- sensor temperature / humidity air
- soil moisture sensor (you can build with plaster of Paris and two HB graphite lead of a pencil)
- an IP webcam
- a system of pipes, pumps and drippers
- an electrovalve for irrigation
- components for Arduino
- cables and other accessories

Connection n.1: weather data

As already mentioned, the tool that allows us to publish the sensor data gathered with Arduino and connect them with "things of the web", tangible or virtual, is Paraimpu.
Paraimpu allows the creation of data collector objects, called SENSORS, and ACTUATORS. A Paraimpu CONNECTION is the combination of a sensor (as the data source) with an actuator (as the data destination).
At the moment, for Jardimpu I’ve created 3 connections.
The first concerns the weather data, like temperature, humidity and light conditions. The data looks (for example) like this:

{"dioneaPerc": 66.0, "tempDallas": 13.31, "lux": 81.0, "soilM1": 55.0, "Dionea": 165.0, "humidity": 65.0, "photocell "636.0," tempDHT ": 15.0," dp ": 8.47}

- dioneaPerc: the value is recorded by the homemade sensor on the carnivorous plant Dionea, as a percentage.
- tempDallas: the temperature recorded by the sensor temperature DS18B20
- lux: the amount of light registered by the light sensor
- SoilM1: soil moisture recorded by the humidity sensor, homemade built with 2 mines type HB
- humidity: humidity measured by the sensor dht11
- tempDHT: temperature measured by the sensor dht11
- dp: the dewpoint calculated on the Arduino sketch with the humidity and temperature.

Screenshot Paraimpu Sensor:

Data are in JSON format and sent to the Paraimpu Twitter actuator that displays a message. I created a Jardimpu twitter page (twitter.com/jardimpu) where followers can monitor the sensor data. They will see messages like the following:

Temperature: 13.31 ° C, Humidity: 65%, DewPoint: 8.47 ° C, Illum: 81 lx, Soilmoist: 55%



For the sake of convenience, I created a public blog http://jardimpu.blogspot.it/, in which a  section is updated with the latest tweets, so you can be acquainted about the current Jardimpu weather situation:


You can find a section with tweets #jardimpu and streaming live video over the garden which will be explained later.

Connection n.2: monitoring Dionea (a Venus Flytrap)

This Paraimpu-connection allows me to control the level of water of the carnivorous plant Dionea Muscipula (the Venus Flytrap). The Venus Flytrapis a spectacular carnivorous plant found natively only in North and South Carolina. It “eats” insects and other tiny animals, after they are attracted, by closing of the trap. It 'a very special plant that needs special care:

- grows only on peat moss with perlite
- needs a lot of sun
- needs to have a plant pot saucer in which the water must be always present, at least at a level of 2-3 cm. Only demineralized water.

This last point made ​​me think that we can use a connection solely for the monitoring of its water level.
Being a very delicate plant, if in the plant pot saucer is not present at least 2 cm of water, even only for one day, it can suffer of serious irreparable damages.

The homemade sensor consists of 2 graphite leads HB immersed in the saucer’s water. Graphite leads are the end points of a circuit connected with Arduino and with a 10kOhm resistance. The operation is simple: if water is present, the circuit is closed and so there is a flow of current. If the water is not present, the circuit is open, there is no passage of current and therefore the Dionaea needs water. 


As you can see in the drawing, Paraimpu receives the data recorded by Arduino and generates a tweet that notifies me when there is a low water level, or when the level is extremely low and the plant needs water, immediately.

The Paraimpu connection with mappings:

And... yes, you can also think of constantly monitoring the water level, but you must remember that the conductivity depends not only on the amount of water, but also on the substances dissolved in it. Talking about de-mineralized water, theoretically, its conductivity should lead to zero. This does not happen because the water will dissolve many substances to both the contact with the pot and the contact with the air. The best way to keep under control the water level is definitely through the use of a precision scale.
However, in our case, the graphite leads are more than adequate because they will "alert" the system when there is no water in the plant pot saucer.

Connection n.3: the command to activate the valve

The third Paraimpu connection is the most interesting. Thanks to this connection we can activate the drippers of the garden via the web, through a simple tweet.
Following the example of the Thotel Cagliari we activate the valve (and so the drippers) with a tweet containing the hashtag #jardimpu followed by ON.The deactivation will be made ​​with #jardimpu OFF.

The activation state is monitored with a streaming video through the blog, all the authorized users can activate the valve depending on the plant’s need of water and the current weather.


 The garden...


The circuit built with Arduino is composed by a relay. When the relay is switched on (voltage value HIGH) closes the circuit and allows the passage of current by activating the electrovalve and the drippers. If the circuit is open (voltage LOW), the valve stops the water flow and drippers stop irrigating. The Arduino pin that activates the relay is the digital pin 9. 

The following Paraimpu screenshot is a connection mapping that shows an example for the relay activation:

...and the connection

Then, the connection is composed by a Paraimpu Sensor that captures all the twitter tweets containing the hashtag  #jardimpu. The actuator activates the valve when the tweet contains the word ON, otherwise disables it if the message contains the word OFF

Some photos:

Arduino circuit and the relays (in orange).HB graphite leads and plaster of Paris used to create the soil moisture sensor.

Gardening stuff and the 24 volts electrovalve, connected to one of the arduino relays:


versione in italiano

Jardimpu è un interessantissimo progetto di Giardinaggio Sociale usando Paraimpu a cura di Alberto Serra

Che cos’è?

La parola Jardimpu deriva dall’unione di “Jardim” (giardino in portoghese), “Arduino” e “Paraimpu”. E’ un prototipo di sistema di irrigazione a goccia dotato di sensori controllabile via web e “Social”, ovvero il suo utilizzo può essere condiviso con altri utenti.


Circa un anno fa, conoscendo la potenzialità di due strumenti molto validi come Arduino e Paraimpu ho pensato di realizzare un sistema intelligente di irrigazione e di controllo dei parametri ambientali per il mio giardino, in modo da rimanere aggiornati sulle condizioni della temperatura e dell’umidità dell’aria, umidità della terra nei vasi, luminosità e verifica del livello di acqua presente nei sottovasi (ad esempio la Dionaea Muscipula).
Questo sistema però non rappresenta una novità assoluta nel campo della sensoristica e monitoraggio di un giardino, ma il fatto di poterlo utilizzare con un nuovo strumento come paraimpu, per la condivisione dei dati, le irrigazioni e il monitoraggio tramite webcam, ha reso il tutto molto più interessante, innovativo e più “social”. Possiamo chiamarlo social gardening insomma, in cui si permette ad altre persone (autorizzate, diremo “amici” se stessimo parlando di Facebook) di attivare i gocciolatori per innaffiare le piante, vedere le piante in diretta e controllarne i parametri.

La realizzazione

Si realizza un sistema del genere utilizzando due strumenti principali: Arduino e Paraimpu.
L’irrigatore automatico con arduino non è una cosa nuova, già Massimo Banzi (fondatore di Arduino) in collaborazione con Cogitanz ne propose un esempio un anno fa (vedi Giarduino o http://mag.wired.it/rivista/play/2011/04/05/come-costruire-un-irrigatore.html) ma di nuovo in questo progetto c’è l’aspetto social, ossia l’interazione con l’irrigatore del giardino e la condivisione dei dati attraverso Paraimpu e i propri amici e la possibilità di collegare contemporaneamente, grazie a Paraimpu, il proprio “giardino reale” con altri “objects virtuali” come ad esempio twitter, google calendar o altri dispositivi arduino e così via...


Per realizzare tutto ciò sono necessari:
- arduino + ethernet shield
- sensore temperatura/umidità aria
- sensore umidità terreno (come vedremo più avanti si può costruire con un po’ di gesso e due mine HB)
- una ipwebcam
- un sistema di tubi, gocciolatori e pompe
- una elettrovalvola
- componentistica per arduino
- cavi vari

Connessione n.1: dati meteo


Come già detto, lo strumento che ci permette di pubblicare i dati dei sensori collegati con Arduino con il web e gli altri “oggetti” virtuali e non, è Paraimpu.
Paraimpu ci permette di creare dei raccoglitori di dati, chiamati SENSOR e degli utilizzatori ACTUATOR. Una CONNESSIONE paraimpu è l’unione di un sensore con un attuatore.
Per Jarduino sono state create, per il momento 3 connessioni.
La prima riguarda i dati meteo come temperatura, umidità e luminosità. I dati saranno (ad esempio) di questo tipo:

{"dioneaPerc": 66.0, "tempDallas": 13.31, "lux": 81.0, "soilM1": 55.0, "dionea": 165.0, "humidity": 65.0, "photoCell": 636.0, "tempDHT": 15.0, "dp": 8.47}

- dioneaPerc: è il valore registrato dal sensore relativo alla pianta carnivora Dionea, in percentuale. (dettagli più avanti)
- tempDallas: la temperatura registrata con il sensore di temperatura DS18B20
- lux: la quantità di luce registrata dal sensore di luminosità
- SoilM1: l’umidità del terreno registrata dal sensore di umidità, costruito con 2 mine di tipo HB e un cilindretto di gesso.
- humidity: umidità dell’aria, misurata dal sensore dht11
- tempDHT: temperatura misurata con il sensore dht11
- dp: il dewpoint, punto di rugiada, calcolato sullo sketch arduino in base all’umidità e alla temperatura.

Screenshot Sensore Paraimpu:

Questi dati, in formato json, vengono spediti all’attuatore twitter paraimpu che visualizza il messaggio relativo. E’ stata creata una pagina per Jardimpu (twitter.com/jardimpu) in cui i follower possono monitorare i dati dei sensori. Vedranno una frase di questo tipo:

Temperature: 13.31°C, Humidity: 65%, DewPoint: 8.47°C, Illum: 81 lx, Soilmoist: 55%


Per comodità è stato creato un blog pubblico http://jardimpu.blogspot.it/, nel quale è presente una finestra aggiornata con gli ultimi tweet e l’attuale situazione meteo: 

e una parte video, con i tweet “#jardimpu” e lo streaming video in tempo reale del giardino che verrà spiegata più avanti.

Connessione n.2: monitoraggio Dionea (pianta carnivora)

Questa connessione in Paraimpu mi permette di tenere sotto controllo il livello dell’acqua della pianta carnivora Dionea Muscipula ( http://it.wikipedia.org/wiki/Dionaea_muscipula). La dionea è una spettacolare pianta carnivora originaria della Carolina del Nord. Si nutre di insetti o altri minuscoli animali dopo averli attirati chiudendo delle trappole che ha all’estremità delle sue foglie. E’ una pianta molto particolare perché necessita di cure ben precise:
- cresce esclusivamente su torba di sfagno acidificata con perlite
- ha bisogno di tantissimo sole
- ha necessità di avere un sottovaso in cui è sempre presente dell’acqua, almeno 2-3 centimetri. Acqua demineralizzata.

Quest’ultimo punto mi ha fatto pensare di poter utilizzare una connessione solo ed esclusivamente per il monitoraggio di questa pianta e il controllo costante del livello dell’acqua.
Essendo una pianta molto delicata, se nel sottovaso non sono presenti almeno 2-3 cm di acqua anche per un solo giorno,può subire dei danni gravi irreparabili.

Il sensore è costituito da 2 mine HB immerse nell’acqua presente nel sottovaso. Le mine solo le estremità di un circuito collegato con arduino ad una resistenza di 10kOhm. Il funzionamento è semplice: se l’acqua è presente, il circuito è chiuso e quindi c’è un passaggio di corrente. Se l’acqua non è presente, il circuito è aperto, non c’è passaggio di corrente e di conseguenza la piantina necessità di acqua. 


Come si vede dalla figura, Paraimpu riceve i dati registrati da arduino e genera un tweet che notifica all’utente quando l’acqua nella pianta scarseggia, oppure quando il livello è estremamente basso e necessita urgentemente di acqua.

Screenshot connessione paraimpu con mapping:

Si può pensare anche di monitorare un valore costante di livello dell’acqua, ma bisogna ricordare che la conducibilità non dipende solo dalla quantità di acqua presente ma anche dalle sostanze in essa disciolta. Trattandosi poi di acqua demineralizzata, teoricamente, la sua conducibilità dovrebbe portare a zero. Ciò non succede in quanto nell’acqua si disciolgono molte sostanze sia al contatto con il vaso, sia al contatto con l’aria. Il modo migliore per tenere sottocontrollo il livello dell’acqua è sicuramente attraverso l’utilizzo di una bilancina di precisione.
Tuttavia nel nostro caso le mine HB sono più che sufficienti in quanto ci “avvisano” nel momento in cui nel sottovaso non è più presenta acqua.

Connessione n.3: comando per l'attivazione della valvola

La terza connessione in Paraimpu è forse la più interessante. Grazie a questa connessione infatti si attivano i gocciolatori dell giardino via web, tramite un semplice tweet.
Seguendo l’esempio del THotel Cagliari come prima idea si è pensato di attivare i gocciolatori con un tweet che contiene l’hashtag #jardimpu seguito da ON. La disattivazione verrà fatta con #jardimpu OFF.

Lo stato delle attivazione viene monitorato in streaming video attraverso il blog, tutti gli user autorizzati possono attivare i gocciolatori a seconda che siano rispettate le condizioni meteo e che le piante necessitino di acqua.

Il circuito costruito con arduino è formato da un relè che quando viene sollecitato (valore di tensione HIGH) chiude il circuito e permette il passaggio della corrente attivando i gocciolatori. Se il circuito viene aperto (valore di tensione LOW) la valvola interrompe il passaggio dell’acqua e i gocciolatori smettono di irrigare. Il pin arduino che attiva il relè è il pin digitale 9. Di seguito lo screenshot mapping per l’attivazione del relè:



La connessione è quindi formata da un sensore twitter che cattura tutti i tweet che contengono l’hashtag
#jardimpu. L’attuatore attiva la valvola se nel tweet è presente la parola ON, viceversa la disattiva se è presente la parola OFF.

Alcune foto

Circuito arduino e i relè per l’attivazione della valvola - le mine HB e il gesso per la creazione del 
sensore umidità del suolo.


Materiale per il giardinaggio e l’elettrovalvola a 24 volt, collegata a un relè di arduino:



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