Connected Garden

O Connected Garden é um sistema de monitoramento e controle de jardins indoors, isto é, jardins de pequeno porte normalmente cultivados em espaços internos de aparta- mentos ou casas, com pouca iluminação. A proposta do sistema é auxiliar a pessoa que deseja cultivar um jardim, mas que não possui conhecimento ou tempo necessário para esta prática. Assim, o sistema se encarrega de monitorar cada uma dos vasos de planta do jardim, armazenando e disponibilizando informações sobre a umidade do solo, lumino- sidade, umidade do ar e temperatura ambiente. Além destes indicadores, o sistema ainda conta com um mecanismo de irrigação automática que é acionado mediante as leituras de umidade do solo e congurações feitas pelo usuário. Toda interação do usuário com o sistema é feita através de um aplicativo mobile e uma aplicação web. Através de ambos, o usuário pode vericar as informações dos sensores e ajustar a irrigação. Também é possível incluir novos vasos e remover vasos cadastrados. Bem como obter relatórios periódicos das informações monitoradas. Ao todo, o sistema é formado por 4 módulos: Módulo WEB, Módulo Mobile, Módulo Concentrador e Módulo Embarcado, ilustrados na Figura 9.

Figura 9: Diagrama de blocos do sistema Connected Garden

O Módulo Embarcado é acoplado no vaso da planta e recolhe os dados de umidade do solo, luminosidade, umidade do ar e temperatura ambiente por meio de um conjunto de sensores. Junto a estes sensores, o módulo dispõe de um atuador para acionar a irrigação automática. Depois de recolhidos, os dados são enviados para o Módulo Concentrador por meio de uma comunicação Bluetooth. O Módulo Concentrador armazena estes dados localmente e, por meio de acesso à Internet, os replica para um servidor online onde o Módulo Web está instalado, o que permite o acesso por meio de um navegador ou através do Módulo Mobile.

4.1.1 Módulo Embarcado

O Módulo Embarcado é responsável por coletar os dados das plantas através de sen- sores e enviá-los ao Módulo Concentrador para que sejam replicados e assim acessados remotamente. Este módulo consiste de uma placa de circuito impresso baseada na placa de prototipagem Arduino Nano (ARDUINO, 2018). A placa conta com uma entrada para um sensor DHT-11 (MOTA, 2018) utilizado para medir a umidade do ar e temperatura, um sensor LDR (Light Dependent Resistor) para registrar a incidência de luz, e um sensor de umidade do solo. Além destes sensores a placa ainda possui um sinal de saída para um atuador, destinado a acionar uma mini bomba d'água utilizada na irrigação automática.

A Figura 10 mostra o diagrama de blocos do Módulo Embarcado. Ao centro tem- se a placa Arduino Nano responsável pelo controle dos sensores e atuadores. A placa obtém os dados dos sensores, faz um pré-processamento e os envia através de um canal de comunicação Bluetooth. O mesmo canal Bluetooth que envia os dados é utilizado para receber as instruções de controle que são enviadas pelo concentrador.

Figura 10: Diagrama de blocos do Módulo Embarcado

Devido a questões de economia de energia, foi adicionado um módulo RTC (Real Time Clock) para controlar o acionamento do Bluetooth, uma vez que este era o principal responsável pelo consumo de energia. Este módulo RTC funciona como um alarme que, de tempos em tempos, faz com que o sistema faça uma captura de dados e os envie para o concentrador, feito isso o Bluetooth é desligado.

A Figura 11 apresenta o diagrama de uxo de dados do Módulo Embarcado.

Figura 11: Diagrama de uxo de dados do Módulo Embarcado

Os dados são obtidos pelos sensores e armazenados em variáveis internas e depois são enviados para armazenamento no Módulo Concentrador. Por sua vez o Módulo Con- centrador envia dados de controle para o Módulo Embarcado onde são armazenados em outras variáveis utilizadas para a tomada de decisões como o acionamento da bomba.

4.1.2 Módulo Concentrador

O Módulo Concentrador tem este nome porque concentra todas as informações envi- adas por cada um dos módulos embarcados presentes no jardim. Este é um dos módulos mais importantes do sistema, pois além de enviar informações para o Módulo WEB, é responsável por repassar os comandos enviados aos Módulos Embarcados. Fisicamente o Módulo Concentrador trata-se de um minicomputador - Raspberry Pi(RASPBERRY, 2018), Galileo Gen 2 (INTEL, 2018), dentre outros - que executa um conjunto de serviços destinados ao controle e troca de informações entre o Módulo Embarcado e o resto do sistema. A Figura 12 apresenta o diagrama de blocos que representa a arquitetura do software presente no Módulo Concentrador.

Figura 12: Diagrama de blocos do Módulo Concentrador

A interface de acesso local permite que os usuários acessem o sistema via IP, seme- lhante ao que ocorre com roteadores domésticos. O serviço de acesso local permite que o Módulo Mobile se conecte diretamente com o Módulo Concentrador (modo o-line), possibilitando um acesso quase que em tempo real aos dados dos vasos. O serviço de comunicação Bluetooth é responsável pela comunicação entre o concentrador e os Módu- los Embarcados. Por último, observa-se o serviço de atualização que, em intervalos de tempo pré-estabelecidos envia dados ao Módulo Web. Todos estes três serviços acessam uma base de dados local que persiste os dados mais recentes de cada vaso bem como as congurações destinadas a cada um dos Módulos Embarcados.

4.1.3 Módulo WEB

Este módulo garante ao usuário o acesso online aos dados de cada vaso, permitindo ainda a conguração do modo de operação de cada um dos Módulos Embarcados remo- tamente. É basicamente uma extensão do Módulo Concentrador, mas com um conjunto maior de funcionalidades como relatórios, gráco e congurações cadastradas. O diagrama de blocos da Figura 13 mostra a arquitetura do Módulo Web.

Figura 13: Diagrama de blocos do Módulo Web

Basicamente, o módulo é composto por um serviço web (web service) utilizado para comunicação com o Módulo Concentrador e com o Módulo Mobile, e uma interface de acesso via navegador web do usuário.

4.1.4 Módulo Mobile

O Módulo Mobile consiste em uma aplicação Android (ANDROID, 2018) que pode se comunicar com os Módulos Web e Concentrador. Este módulo é uma cópia mais sim- plicada do módulo web tendo as mesmas funções de conguração e exibição básica dos dados, porém, em uma versão para dispositivos móveis com algumas funcionalidades ex- tras que a plataforma Android permite, tais como, cadastro de alertas e lembretes. É um módulo relativamente simples cujo principal objetivo é alertar ao usuário caso alguma coisa esteja errada com o jardim e exibir de forma resumida a situação de cada um dos vasos do jardim.