4 Implementação da solução proposta
4.4 Interface gráfica Software
4.4.1 Caraterísticas da interface
O programa em Visual Basic consiste basicamente em código escrito, que se pode dividir em três partes - o projeto, o form e os módulos. O sistema implementado tem a capacidade de operar com a placa de sensores, a partir do bloco de controlo.
Esta interface possui as seguintes caraterísticas:
• Permite o envio e a receção de informação de/para o bloco de controlo; • Permite a visualização de informação de forma interpretada;
• Suporta comunicação sobre a porta série;
• Permite guardar as medições dos sensores, em base de dados;
• Permite a definição dos limites relativos a máximos e mínimos de cada grandeza; • Permite a visualização dos dados, através de gráficos;
• Permite definir os alertas desejados, via SMS;
• Permite o registo de eventos relativos a alertas ocorridos;
Permite a visualização das mensagens de texto suportadas pelo sistema; • Permite que se opere em modo manual.
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4.4.2 Funcionamento da interface
Executando a interface gráfica, visualizam-se as informações relativas ao sistema associado, nomeadamente alertas emitidos, ou seja, limites que tenham sido atingidos (Figura 4.23). A interface, inicialmente, não tem informações do bloco de sensores, por isso, será necessário adicionar o bloco, indicando-lhe a porta série a que se encontra ligado. Esta interface de comunicações tem uma janela de visualização de comandos permutados entre a interface e o módulo.
Figura 4.23 - Janela principal da aplicação desenvolvida
A monitorização e o registo evitam a necessidade de um operador que verifique regularmente se os valores estão dentro dos limites pretendidos. Deste modo, com a aplicação de aparelhos de medida indicados para as diferentes grandezas, ultrapassou-se a forma rudimentar dependente da ação do homem no local. A janela de monitorização (Figura 4.24) permite visualizar o estado instantâneo do sistema, o dos atuadores, os valores dos sensores e o acesso a outras janelas relevantes.
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O sistema permite estabelecer os limites das variáveis, por mensagem de texto ou pela aplicação desenvolvida. A definição dos limites é feita através de uma scroolbar, que limita o valor máximo do valor mínimo ao valor máximo definido e o valor mínimo do máximo ao valor mínimo definido. Assim, garante-se que o valor mínimo é inferior ao valor máximo e que o valor máximo é superior ao valor mínimo, como é exemplificado na Figura 4.25. O programa permite configurar os alertas que se pretendem, via SMS, deixando ao critério do operador do sistema os alertas que receberá - Figura 4.26.
Figura 4.25 - Janela de configuração de limites Figura 4.26 - Janela de configuração de alertas
Outra função do programa é a possibilidade de controlar o sistema manualmente, Figura 4.27, apesar da restrição aos limites definidos. Assim, a função de atuar só funcionará caso o nível de cada variável esteja entre os limites previamente definidos, evitando que o meio aquático seja alterado de forma prejudicial para as espécies.
Figura 4.27 - Janela para funcionamento em modo manual
O programa possibilita manter um historial das alterações de cada variável ao longo do tempo, indicando as alterações dos limites máximos e mínimos. Existem três caixas de texto que permitem verificar os valores instantâneos, tanto da variável como dos limites estabelecidos previamente.
Além do mais, é possível visualizar o gráfico de uma forma dinâmica, mostrando, em tempo real, os dados recebidos, sendo atualizado de 30 em 30 segundos. Os dados apresentados são relativos
________________________________________________________________________________ Página | 53 à temperatura, ao pH, à iluminação, à pressão e ao nível. Na Figura 4.28, é possível observar o gráfico relativo à variação da iluminação.
Figura 4.28 - Janela do gráfico da iluminação
Por fim, há uma janela que permite verificar os comandos disponíveis para SMS. Na Figura 4.29, percebe-se o que é solicitado ao sistema e a sua resposta. As opções disponíveis são: o pedido de valores apresentados pelos sensores, o estado dos atuadores, a definição de novos limites para cada variável e a interpretação dos alertas recebidos.
Figura 4.29 - Janela de comandos do SMS
4.4.3 Base de dados
De modo a tornar possível o registo da informação na base de dados, minuto a minuto, foram criadas três tabelas - uma com o registo dos valores dos sensores (Figura 4.30), outra com o estado dos atuadores e uma terceira com os alertas emitidos.
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A função da base de dados é garantir o registo e guardar o historial do comportamento do sistema. Uma vez que se trata de um único tanque, não houve necessidade de criar uma referência entre as tabelas, pois, toda a informação era relativa ao mesmo. De seguida, apresentam-se os valores registados em cada tabela.
Registo dos valores dos sensores: ID do registo; Valor do pH; Valor da temperatura; Valor da iluminação; Valor do nível; Valor da pressão;
Data e hora da informação guardada. Registo do estado dos atuadores:
ID do registo; Estado da lâmpada; Estado da resistência;
Estado da bomba peristáltica; Estado da bomba peristáltica1; Estado da eletroválvula;
Data e hora da informação guardada. Registo dos alertas emitidos:
ID do registo; Alerta da temperatura; Alerta do pH; Alerta da iluminação; Alerta do nível; Alerta da pressão;
Data e hora da informação guardada.
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4.5 Desenvolvimento do hardware
O sistema implementado foi montado em placa de teste. Na Figura 4.31, observa-se, do lado esquerda, a placa de desenvolvimento (1), que incorpora o modem; no canto superior direito, a placa desenvolvida (2), onde se podem ligar os atuadores; no canto inferior direito, a placa dedicada ao condicionamento dos sensores (3), que corresponde à PCB desenvolvida apresentada na Figura 4.9. O circuito de alimentação (4) encontra-se no meio do sistema, onde se podem ligar os circuitos atuadores e os sensores, este circuito corresponde à PCB desenvolvida apresentada na Figura 4.13. O desenvolvimento do projeto foi feito por módulos para ser mais fácil a sua implementação.
Figura 4.31 - Hardware desenvolvido
4.6 Sistema em funcionamento
No final, os sensores foram testados, através de um teste prático que verificou o comportamento do sistema desenvolvido, ao nível de registos e alertas emitidos. Deste modo, foi possível garantir o seu correto funcionamento, forçando as variáveis medidas a ultrapassarem os limites estabelecidos.
4.6.1 Testes de sensores
Para garantir que todos os sensores estavam em pleno funcionamento, foram testados de forma individual, de modo a evitar erros quando aplicados no sistema. Os sensores poderão ser afetados por temperaturas fora do normal.
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De seguida, é apresentada a forma como cada sensor foi calibrado, bem como os valores de comparação.
Sensor de temperatura
Na calibração do sensor de temperatura, utilizou-se o multímetro KAISE MY-64 em modo de leitura de temperatura, e foi colocado um termopar do tipo K num recipiente, juntamente com o PTC 1000, para obter os valores de referência. Em seguida, variou-se a temperatura da água, aquecendo-a e arrefecendo-a. Na Gráfico 4.6, são comparados os valores obtidos a partir do termopar e o valor obtido depois de condicionado o valor do sensor, convertido e apresentado no software desenvolvido.
Gráfico 4.6 - Calibração do sensor de temperatura
Sensor de nível
O sensor de nível utilizado foi um sensor de pressão. Para a sua calibração, mergulhou-se o tubo no recipiente, em paralelo com uma régua e acrescentou-se água, verificando-se o nível medido pela régua e pelo sensor, depois de condicionado, convertido e apresentado no software desenvolvido. Os valores registados, em centímetros, podem ser observados no Gráfico 4.7. É de referir que o valor apresentado pelo sistema pode ser diferente do real, no caso do líquido em questão ter uma densidade diferente da água doce.
0 10 20 30 40 50 60 70 0 10 20 30 40 50 60 70 Te rm o p ar d o mu ltim etro Sensor PTC 1000
________________________________________________________________________________ Página | 57 Gráfico 4.7 - Calibração do sensor de nível
Sensor de luminosidade
Para calibrar este sensor, recorreu-se a um luxímetro TES1332, através do qual foi possível medir o nível de luminosidade e comparar com o valor da resistência, LDR, verificando-se a variação do sensor depois de condicionado, convertido e apresentado no software desenvolvido. Esta verificação pode apresentar algum erro, pois o ângulo de incidência de luz, no LDR, é diferente do ângulo de incidência no luxímetro. No Gráfico 4.8 pode observar-se que o comportamento do LDR não traduz o valor exato da iluminação em lux, porém este varia sendo possível ter um valor de referência para a iluminação com a sua variação.
Gráfico 4.8 - Calibração do sensor de iluminação 0 2 4 6 8 10 12 14 16 0 2 4 6 8 10 12 14 16 Ré gu a (c m ) Sensor de nível (cm)
Calibrção do sensor de nível
0 2000 4000 6000 8000 10000 0 100 200 300 400 500 Valo r d a re sis tên cia LDR Valor em lux
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Sensor de pH
Visando garantir que os valores de pH eram medidos corretamente, recorreu-se a fitas de teste de pH, ”API TEST STRIPS”. No entanto, uma vez que não apresentam um valor muito concreto, utilizaram-se também algumas soluções líquidas cujo pH é conhecido, como uma garrafa de água que, tipicamente, apresenta um pH em torno de 6 ou água oxigenada, que apresenta um valor em torno de 2. Esta experiência foi efetuada aplicando o elétrodo e a fita de teste de pH dentro de diferentes soluções, com a intenção de obter alguns valores de referência (Gráfico 4.9).
Gráfico 4.9 - Calibração do sensor de pH
Os valores lidos poderão ter um pequeno erro, devido ao arredondamento às unidades, tanto do erro do sensor como do ótico. Os sensores, depois de condicionados, foram ajustados através do software desenvolvido. Dos sensores aplicados, o que se apresentou com uma maior erro foi o de iluminação.
4.6.2 Variações gráficas
No Gráfico 4.10, definiram-se os limites mínimos e máximos, 15°C e 31°C, respetivamente. À medida que o tempo passa, a temperatura vai diminuindo e, quando o limite mínimo é atingido, a resistência é ligada, e só se desliga quando o nível máximo é atingido. As janelas relativas às outras variáveis têm comportamento igual ao representado. Os limites foram definidos através da janela de limites podendo ser também estes definidos pelo envio de SMS.
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 2 4 6 8 10 Valo re s d e p H d e r ef erê n cia Sensor de pH
Calibração do sensor de pH
________________________________________________________________________________ Página | 59 Gráfico 4.10 - Controlo da temperatura
4.6.3 Alertas
Em sequência do ensaio desenvolvido no tópico anterior e, uma vez que o sistema estava configurado para o envio de alertas quando atingidos os extremos da temperatura, foram enviados dois SMS - Figura 4.32 - um quando foi atingido o limite máximo, outro quando se atingiu o limite mínimo. Na Figura 4.33, é feito um pedido ao sistema, via SMS, sobre o valor da temperatura, enviando uma SMS com o texto “%temp” e o sistema devolveu o valor da temperatura correspondente “Temperatura 27”. Relativamente ao estado do atuador foi enviado para o sistema um SMS com o texto “%tempA” em que a resposta foi “Temperatura OFF”, verificando-se que a resistência de aquecimento do sistema está desligada.
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O sistema implementado permite definir os limites das variáveis a controlar, através do SMS. A Figura 4.34, ilustra as mensagens enviadas e a resposta de confirmação a cada uma delas. Para definir o limite máximo da temperatura enviou-se um SMS para o sistema, com o texto “%temp_M=30”, recebendo como resposta de confirmação de alteração do sistema, com o texto “Tempe_M=30”. Da mesma forma, foi definido o limite mínimo, através do envio de um SMS, com o texto “%temp_m=25”, recebendo posteriormente uma resposta de confirmação dessa alteração, “Tempe_m=25”.
Figura 4.34 - Troca de mensagens para definição dos limites das variáveis
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5 Discussão
Neste capítulo, apresentam-se as principais conclusões e o modo como melhorar o sistema projetado e implementado. Expõem-se, ainda, novas funcionalidades que podem ser implementadas em futuros trabalhos, no âmbito do tema desta dissertação.
5.1 Conclusões
Esta dissertação apresenta o desenvolvimento de uma solução que permite que um sistema de aquacultura seja controlado autónoma e remotamente. O estado da arte permitiu perceber o tipo de tecnologias usadas neste género de soluções, as disponíveis no mercado e o seu modo de funcionamento, bem como as soluções desenvolvidas, até ao momento, a nível académico. Os sistemas apresentados no estado de arte são sistemas com diversas capacidades.
O sistema desenvolvido nesta dissertação acrescenta a capacidade de monitorizar e controlar todo o sistema de um modo remoto, permitindo, assim, controlar os atuadores e verificar a cada instante o estado do tanque, recebendo também alertas no caso de os valores mínimos ou máximos serem atingidos. Este sistema pode ser controlado e monitorizado estando ou não ligado a um PC. Caso não esteja presente, o sistema perde a capacidade de registar a informação, ficando neste caso operacional através de SMS.
Na solução apresentada, atingiram-se os objetivos propostos, verificando-se o seu funcionamento de modo satisfatório.
A recolha de informação sensorial permite obter informação do estado de qualidade da água, com confiança, admitindo um erro relativamente baixo. O controlo do sistema é feito pelos atuadores, possibilitando manter os valores das variáveis dentro dos limites pretendidos.
A comunicação desenvolvida, através do GSM, consente a total liberdade e flexibilidade do operador, com um bom desempenho ao longo dos ensaios. O recurso ao SMS confere liberdade ao operador, do ponto de vista do dispositivo, uma vez que o único requisito é o envio e a receção do SMS.
Através da aplicação desenvolvida, é possível visualizar toda a informação relativa ao sistema, assim como registar as ocorrências, que pode tornar-se lenta com o acumular de informação.
Concluindo, o sistema cumpriu os objetivos propostos, podendo ser utilizado em situações reais. No entanto, terá de ser melhorado para poder vingar no mercado, uma vez que se trata de uma versão protótipo e existem aspetos a aperfeiçoar e novas funcionalidades a adicionar, visando tornar-se mais rentável o cultivo de aquacultura.
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Por fim, um sistema tecnológico deste tipo pode auxiliar na manutenção de um ou mais tanques, aumentando a rentabilidade na prática da aquacultura, de modo a tornar esta tecnologia capaz de compensar o défice entre o pescado consumido em Portugal.
5.2 Limitações do sistema
O sistema desenvolvido mostrou ser um sistema robusto, que desempenhou o objetivo principal. Contudo, pode ser melhorado a partir da conceção da PCB desenvolvida, permitindo um sistema mais fiável e compacto. Ainda ao nível do hardware, o sistema poderá ser desenvolvido num microcontrolador da mesma família, em conjunto com um modem do mesmo tipo, de forma a reduzir o custo final.
O programa desenvolvido, no microcontrolador, poderá ser melhorado do ponto de vista da capacidade de receber e gerir vários SMS em simultâneo.
Na interface desenvolvida, a aparência poderá ser mais apelativa, tornando mais agradável a sua manipulação. Poderá ser adicionado um sistema de proteção, a que só consegue aceder quem tem autorização. Para o sistema não se tornar lento com o acumular de informação, seria necessária alguma estratégia eficaz para o tornar mais fluido.
5.3 Perspetivas futuras
Para além do que foi projetado, poderá ser desenvolvida uma interface, através de uma página World Wide Web (WEB), integrando uma câmara de vídeo, de forma a visualizar remotamente o sistema. A página poderá ser desenvolvida a partir dos registos da base de dados, efetuados pelo software.
Este sistema poderá evoluir no sentido de monitorizar e controlar mais do que um tanque em simultâneo, através de comunicação sem fios entre os tanques.
Um modo de obter mais informações sobre o tanque seria aplicar outros sensores, como o de oxigénio, de salinidade ou de condutividade, por exemplo.
De modo a simplificar o sistema, poderia ser desenvolvida uma aplicação para smartphone, já com os SMS pré-definidos.
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________________________________________________________________________________ Página | 67
7 Anexos
________________________________________________________________________________ Página | 69
Anexo A – Circuito de sensores
________________________________________________________________________________ Página | 71
Anexo B – Circuito de atuadores
________________________________________________________________________________ Página | 73
Anexo C – PCB desenvolvidas de Sensores e Atuadores
Figura 7.3 - Circuito PCB sensores
________________________________________________________________________________ Página | 75
Anexo D - Tipos de SMS
Mensagem Definição
%temp? Responde o valor da temperatura %ph? Responde o valor do pH
%nivel? Responde o valor do nível %ilu? Responde o valor da iluminação %pressao? Responde o valor da pressão Mensagem Definição
%tempA? Responde o valor do atuador da temperatura %phA? Responde o valor do atuador do pH
%nivelA? Responde o valor do atuador do nível %iluA? Responde o valor do atuador da iluminação %pressaoA? Responde o valor do atuador da pressão
Mensagem Definição
%temp + Liga o atuador de temperatura %temp - Desliga o atuador de temperatura %ph + Liga o atuador de ácido
%ph - Desliga o atuador de ácido %ph1 + Liga o atuador de base %ph1 - Desliga o atuador de base %lamp on Liga o atuador de iluminação %lamp off Desliga o atuador de iluminação