Trabalho de conclusão de curso apresentado no Diploma de Engenharia Elétrica do Centro Universitário do Sul de Minas, como pré-requisito para o Diploma de Engenharia Elétrica, sob orientação do Professor Eduardo Henrique Ferroni e co-orientação do Eng. Este trabalho tem como objetivo construir um protótipo de estufa automatizada baseada na Internet das Coisas, de forma simples, barata e de pequeno porte, para que se possa testar o monitoramento e controle de algumas variáveis que afetam o cultivo do morango. Para isso foram utilizados placa arduino uno, sensor de umidade do solo e mini bomba d'água para controlar a irrigação, servo motor e sensor LDR para controlar a luz da estufa e sensor de temperatura, lâmpada e geladeira para controlar a temperatura da estufa.
All systems are closed-loop controlled, as it derives from the information of the driver output collected by the sensors, compares the output signal with the set point and corrects it to obtain the desired values which at the input of the system be determined. . The three systems were tested and functioned normally, thus fulfilling their functions and obtaining the expected results, at the end of the work a cost of the electronic components for the automation of the greenhouse was specified. Um termo que tem sido bastante aplicado é a internet das coisas (tradução do termo em inglês: internet of things).
A Internet das Coisas está diretamente ligada ao agronegócio, pois com a busca crescente por matéria-prima do campo, o produtor precisa de mais agilidade e precisão em suas lavouras, e a tecnologia está aí para ajudar. Essas estufas são em sua maioria automatizadas e os produtores têm controle sobre variáveis importantes para o bom desenvolvimento das lavouras, de qualquer lugar por meio da Internet das Coisas, por meio de sensores inteligentes que captam dados em tempo real, e atuadores que conseguem realizar as alterações necessárias.
Justificativa
Por ser um país de clima tropical, o Brasil é um excelente local para o cultivo de diversos tipos de produtos agrícolas, pois pode proporcionar temperaturas mais baixas e mais altas. Isso também pode ser um problema, pois o clima não é o mesmo o ano todo, dificultando o cultivo de alguns produtos. Para amenizar esta situação, uma ferramenta muito eficaz é o uso de estufas, que criam um clima semelhante ao longo do ano.
É uma fruta que se beneficia muito com o uso de estufas automatizadas, pois precisa de um clima ameno para se desenvolver.
Definição do problema
Objetivos
Objetivo Geral
Objetivos Específicos
Metodologia
Cultura do morango
Além disso, a umidade do solo também é muito importante para o bom crescimento dos morangos, pois não deve ser nem muito seco nem muito úmido, pois o morangueiro não tolera muita umidade. Temperaturas muito baixas e ausência de vento podem causar geadas que prejudicam o desenvolvimento do morango, e temperaturas muito altas podem fazer com que os frutos amadureçam muito rapidamente e eventualmente apodreçam.
Agricultura de precisão
Internet das coisas
Proof (2018) mostra que existem muitas outras possibilidades que muitas vezes não são consideradas, como peças de aeronaves ou estruturas de plataformas de extração de petróleo e gás. Nesses exemplos, as estruturas podem ser conectadas à Internet, o que promove a prevenção de acidentes e a detecção de possíveis problemas em tempo real.
Sistemas de controle
Segundo Nise (2013, p. 37), um sistema de controle consiste em subsistemas e processos (ou plantas) construídos para atingir um resultado desejado com um desempenho desejado dado um input especificado. Um sistema de controle de temperatura é aquele em que um sinal analógico de temperatura é convertido em um sinal digital por meio de um conversor A/D (analógico para digital).
Sistema em malha aberta
Sistema de controle em malha fechada
De acordo com Nise (2013), o sistema de malha fechada equilibra o efeito das perturbações medindo a resposta de saída, alimentando essa medição de volta através do loop de realimentação e comparando essa resposta com a entrada na junção de soma.
Microcontrolador
Sensores
Sensor analógico
Sensor digital
O sensor analógico converte o valor de qualquer variável em uma variável elétrica, que pode ser temperatura, velocidade e umidade. Segundo Thomazini e Albuquerque (2011), essas variáveis são medidas por materiais sensíveis relacionados a circuitos eletrônicos com sinais de saída não digitais. Atuadores são dispositivos que realizam ações (saídas) de acordo com informações coletadas por sensores (entradas), são controlados por controladores.
Arduino
- Software ide Arduino
- Comunicação serial
- Comunicação Arduino x usuário
- Micro servo motor
- Arduino uno
Este software é um editor de texto que se conecta ao hardware do Arduino, verifica se a programação está correta e o carrega na placa correspondente. Todas as funções que precisam ser executadas serão escritas na ideia do Arduino a partir daí ele irá analisar e corrigir possíveis erros e posteriormente enviar os comandos necessários para a placa Arduino. A linguagem utilizada C e sua derivada C++ são consideradas linguagens de alto nível e são amplamente utilizadas atualmente devido ao seu poder de adaptação do código de acordo com o problema estudado e sua flexibilidade (FELICIANO; LAMEGO, 2008).
A comunicação entre o Arduino e o usuário será realizada através da comunicação serial do próprio Arduino, canal este que carrega o código para a placa. O canal de comunicação do hardware Arduino uno é conectado aos pinos 0(RX) e 1(TX), esses pinos são conectados ao microcontrolador ATMEGA16U2, responsável por traduzir o sinal para comunicação USB com o computador. O Micro Servo Motor SG90 é um motor utilizado em aplicações de robótica, entre outras no Arduino.
A placa Arduino uno usada é muito utilizada para projetos de prototipagem por ser de fácil utilização e econômica, além de possuir múltiplas portas de entrada e ser compatível com diversos Shields, é a placa Arduino mais vendida atualmente. Nele, todos os sensores e atuadores serão conectados através de um protoboard para monitorar e controlar as variáveis que serão estudadas.
Sensor de luminosidade (LDR)
Sensor de umidade do solo fc-28
Sensor de umidade e temperatura DHT22
Módulo Relé
Lâmpada
Bomba d’água
Cooler
Protoboard
Jumpers
Fonte
Bateria 9 volts
Para a automação da estufa foram utilizados três sistemas independentes, todos com princípio de controle em malha fechada, pois em todos os casos o valor de saída do sistema é comparado com o valor desejado especificado na entrada. O microcontrolador Arduino uno foi utilizado em todos os sistemas por ser de fácil manuseio e barato.
Sistema 1 (Controle de luminosidade da estufa)
Sistema 2 (Controle da umidade do solo)
O funcionamento é que quando a umidade do solo lida pelo sensor fc-28 estiver abaixo do valor ajustado, uma bomba de água é acionada através do módulo relé, que servirá como chave para regar a planta. Para controlar este sistema, foi criado um código em linguagem C++, que foi carregado na placa Arduino através de conexão USB e comunicação serial e realizou as leituras e comandos necessários para o bom funcionamento do sistema.
Sistema 3 (Controle da temperatura na estufa)
Para controlar essa variação de temperatura e acionar os atuadores do cooler e da lâmpada, foi criado um código em linguagem C++ que foi carregado na placa Arduino uno através da porta USB e comunicação serial. Os testes foram realizados nos três sistemas, os códigos foram carregados no Arduino que lia os valores dos sensores e enviava os comandos necessários para obter os valores desejados estipulados nas entradas. Para o primeiro teste realizado no sistema 1, uma lanterna foi aproximada do sensor de luminosidade, mediu-se sua variação e também foi utilizada uma caixa para interromper a passagem de luz, o sensor variou sua resistência de forma que quanto menor a presença de luz, maior sua resistência e vice-versa.
Quando o valor lido pelo sensor era maior que 250, ele ligava o micro servo motor, fechava a estufa e reduzia a incidência de luz. O sistema funcionou perfeitamente e acionou o micro servo de acordo com os dados lidos pelo sensor (Figura 34). Para o teste do sistema 2, o sensor de umidade do solo FC-28 foi colocado diretamente no solo e os valores de umidade medidos, um valor úmido inferior a 600 e um valor seco de 600 a 1023 foram determinados.
O sistema 3 funcionou corretamente e, embora a bomba de água não seja tão potente, não afetou o funcionamento do sistema. Para o teste do sistema 3, o projeto foi colocado próximo a um ar condicionado para simular uma temperatura abaixo de 13°C e próximo a um secador de cabelo ligado a vapor quente para simular uma temperatura acima de 26°C, em ambos os casos o sistema funcionou perfeitamente acionando os atuadores do refrigerador e da lâmpada de acordo com a temperatura coletada pelo sensor. A Tabela 1 mostra os custos de materiais do protótipo, excluindo os materiais da construção da estufa, uma vez que foi utilizado material reciclado.
O principal objetivo do projeto era criar um modelo de estufa automatizado simples e de baixo custo para uso no campo, bem como em apartamentos e casas para promover o cultivo de morango em todos os lugares e com dados coletados em tempo real. Todos os sensores e atuadores funcionaram, garantindo o bom funcionamento do sistema e monitorando e controlando com sucesso as variáveis desejadas. Embora os sistemas tenham funcionado perfeitamente, alguns pontos puderam ser melhorados, como a criação de ferragens mais potentes e uma estrutura que permite o cultivo de morangos em larga escala, tornando-se necessária a inclusão de sensores mais robustos e resistentes.
Além disso, a integração da comunicação via Bluetooth ou WiFi permite controlar a estufa de qualquer lugar do mundo. Desta forma, os objetivos do trabalho foram alcançados, na montagem do sistema, realizando os testes dos sistemas. O projeto se mostrou viável para cultivos de pequena e grande escala e cumpriu o objetivo principal do trabalho.
Sugestões para projetos futuros
Disponível em: http://apps1.eere.energy.gov/buildings/publications/pdfs/ssl/2010-lmc-final-jan-2012.pdf. Serial.println("TCC BIANCA BARBOSA"); // Imprime a instrução no monitor serial pinMode(pinoRele, OUTPUT); // Declara o pino do relé como saída Serial.print(Percent); // Imprime o valor em porcentagem na tela Serial Serial.println Imprime o símbolo ao lado do valor encontrado.
Serial.println("Irrigação da planta Imprime a frase no monitor serial digitalWrite(relaypin, HIGH); // Altera o estado do pino do relé para Alto.
