Ricardo Estuque e Karluzi Marques pelo apoio na montagem da estufa para teste do controlador. O sistema de controle foi baseado em um microcontrolador AVR Atmel 2560, e os sensores ambientais foram instalados em torres dentro do cultivo protegido.
INTRODUÇÃO
Justificativa e relevância
Na tese de diploma tratamos dos parâmetros ambientais ideais para culturas que são majoritariamente cultivadas em estufas no país, em geral são hortaliças com alto valor de mercado, o que justifica economicamente a energia investida na produção. Os parâmetros ambientais podem ser facilmente alterados para cada cultura ou ciclo de produção, personalizando o funcionamento da estufa de acordo com as plantas cultivadas ao apertar um botão, facilitando a vida do agricultor.
Objetivos geral e específicos
Um dos maiores problemas do campo é a falta de mão de obra qualificada para a execução das tarefas de horticultura protegida. Os pequenos e médios produtores rurais geralmente dependem da mão de obra familiar e têm pouco acesso às novas tecnologias e, quando as possuem, não possuem as competências técnicas para operar os sistemas. A falta de assistência técnica adequada pode ser uma das razões pelas quais as pessoas não têm acesso a tecnologias simples que facilitariam muito o seu trabalho diário.
Cultivo protegido no Brasil e no mundo
Em termos de crescimento das áreas de cultivo protegidas e de avanço tecnológico, é possível que nada disto se compare à Coreia do Sul. A investigação científica focada no próprio sector tem estado sob pressão para fornecer soluções inovadoras em termos de automatização de práticas agrícolas, mecanização para pequenos áreas e principalmente a expansão de áreas protegidas para o cultivo de hortaliças.
Principais Culturas e Ecofisiologia Vegetal
Necessidades ambientais das culturas
- Influência da Temperatura
- Influência da Umidade relativa do ar
- Influência da umidade do solo
- Influência da radiação solar
- Influência da presença de CO2
Um dos efeitos do excesso de umidade dentro de ambientes protegidos é a condensação no interior do filme plástico e a conseqüente redução na transmitância da radiação solar. Ao controlar a umidade, a ventilação ambiental pode ajudar tanto a aumentá-la quanto a diminuí-la.
Especificidades do cultivo de hortaliças herbáceas (Folhosas)
Portanto, um valor entre 80 e 85% de umidade relativa seria considerado ideal durante o curto ciclo de plantio.
METODOLOGIA UTILIZADA NO DESENVOLVIMENTO DO PROJETO
Modelos comerciais de equipamentos para o sistema
- Transdutores para aferição de Umidade de Solo
- Transdutores de temperatura
- Transdutores de umidade do ar
- Transdutores de radiação
- Soluções para o controle ambiental em cultivo protegido
- Modelos comerciais de controladores ambientais
- Projetos independentes de controle ambiental para estufas agrícolas. 56
Para o sistema de monitoramento ambiental em estufas, uma ampla gama de modelos de sensores e sistemas de controle estão disponíveis no mercado. Segundo o dicionário internacional de metrologia (INMETRO, 2012), o sensor é o elemento de um sistema de medição que é diretamente afetado por um fenômeno, corpo físico ou substância que contém a grandeza a ser medida. Outra forma de medir a umidade do solo é por meio de tensiômetros, que são aparelhos que medem o potencial da matriz do solo, utilizando um sistema cerâmico em uma cápsula blindada.
É um sistema de alta precisão, mais utilizado em estações meteorológicas analógicas, mas com baixa funcionalidade e aplicação em automação, devido à dificuldade de interface do sistema com um sistema de controle e aquisição. Na maioria dos casos, para realizar a tarefa de monitoramento e controle ambiental, é necessário que o agricultor adquira módulos de estações climatológicas separadamente do sistema de controle geral.
Projeto informacional
- Fatores de influência no projeto do produto
- Definição dos Clientes
- Requisitos dos clientes e usuários
- Requisitos do produto
- Especificações meta do produto
- Projeto Conceitual
- Estrutura funcional
- Descrição das funcionalidades de entrada e saída do sistema
- Princípios de solução para o controle ambiental
- Geração de alternativas de concepções
- Disposição e posicionamento dos transdutores no cultivo protegido
- Seleção das concepções do produto
O detalhamento do sistema final com suas funcionalidades de entrada e saída está descrito na figura 28, onde as características do projeto são mapeadas em um diagrama de blocos com funções de aquisição de dados ambientais e sistema de acionamento de atuadores. Inicialmente, para atender aos requisitos de entrada e saída, bem como ao funcionamento geral do produto, foi realizado um sistema comparativo entre produtos disponíveis no mercado que pudessem atender às solicitações do sistema. Foi concebida a “versão 1.0” do sistema de controle eletrônico, inicialmente alojado em uma caixa protetora, com 5 botões de acesso, sendo apenas um botão liga e desliga e quatro botões para programação direta.
Quanto mais “torres de sensores” instaladas em uma cultura protegida, maior será a confiabilidade na aquisição de dados do sistema. O diagrama descreve a montagem completa do sistema de controle ambiental, que contém a programação específica do microcontrolador ATMEL 2560, bem como as conexões dos sensores e atuadores.
PROJETO PRELIMINAR DO SISTEMA
Controlador Eletrônico para cultivo Protegido E-Agro
Além dos botões principais de programação direta, o controlador possui um botão de programação manual que permite ao operador selecionar as características desejadas para qualquer cultura. Ou seja, por exemplo, se desejar cultivar flores ou outras culturas que não estejam na tela principal, com um botão de acesso específico, o operador poderá inserir manualmente esses parâmetros de setpoint e o controlador passará a operar de acordo com o fornecido manualmente. dados. Os conectores tipo MIKE fixados na parte inferior do gabinete, além de representarem um método de conexão robusto, à prova de poeira e respingos, permitem fácil conexão e desconexão das torres de sensores, facilitando a mobilidade do sistema em caso de manuseio em cultivo protegido ou rotação de culturas.
O produto “Controlador eletrônico”, suas “torres de sensores” e seu “nome fantasia” exigem melhorias em design e marketing, o que certamente será uma tarefa futura da equipe de desenvolvimento. O sistema de controle dentro do gabinete foi fixado em uma placa protótipo para conexões eletrônicas, e as conexões dos transdutores, atuadores, botões e display estão descritas na Figura 39.
Torres de aferição ambiental
Programação e funcionamento do sistema
Desenvolvimento de Datalogger para coleta de dados do sistema;
Além das entradas de dados dos sensores, o Datalogger armazenava na memória o estado das saídas dos atuadores. Indica o estado de cada relé de saída, ligado ou desligado a cada momento de aquisição de dados. Todas as informações obtidas pelo Datalogger foram direcionadas para um arquivo .LOG (Figura 43) em formato texto e posteriormente processadas via software Excel.
Avaliação preliminar e econômica da concepção do produto
Esta placa não faz parte do sistema de controle ambiental desenvolvido neste projeto, e serve apenas para realizar testes com o produto desenvolvido. Verificou-se que 21,48% do custo do equipamento vai para a compra de mangas de cabos para ligação das torres. O custo para montagem do sistema é fixado em R$ 500,00, considerando a terceirização do serviço, com base nas tarifas horárias cobradas por técnico em eletrônica e informática (R$ 100,00), pelos serviços de manutenção.
Considerando 5 horas de serviço total para soldagem, corte, furação e montagem final do sistema. O total da eletrônica e materiais do sistema de controle, levando em conta tudo, desde resistores, sensores e dispositivos, até a plataforma Arduino MEGA custou R$ 640,35, ou seja 44,09% do custo total, o que nos leva a acreditar que otimizar a produção e procurar para novas alternativas de transmissão por cabo ou dados, o produto poderá ter valor final inferior a R$ 1.000,00 (mil reais), o que seria muito atrativo para quem tem interesse na produção, venda e utilização do sistema de controle.
Viabilidade econômica do sistema de controle para produção de alface
Na tabela de custos do produto, o valor da montagem foi o valor mais importante, correspondendo a 34,42% do custo final. Investir na produção seriada certamente reduziria o custo de montagem dos equipamentos, com impacto significativo no valor final do produto. Para comprovar a eficácia do funcionamento do sistema de controle ambiental, foi implementado um experimento de campo para avaliar o funcionamento e desempenho do sistema de controle, a fim de validar o funcionamento eletrônico do controlador e sensores, bem como sua influência. para reduzir os valores do trabalho e a produtividade das culturas.
Material e métodos
Para avaliar a produtividade da cultura e o desenvolvimento da alface em cada ambiente, foram mensurados os seguintes dados: diâmetro da planta (DP), altura da planta (AP), diâmetro do caule (DC) e massa fresca total (MFT). O monitoramento da temperatura, umidade relativa, radiação e umidade do solo, bem como do estado operacional de ventilação, irrigação e pulverização em cada ambiente protegido foi feito por meio de um data logger digital. O datalogger possui duas torres de sensores TD1 e TD2 para obtenção de dados climáticos internos em cada cultura protegida.
Mudas de alface foram transplantadas a uma distância de 0,3 x 0,3 m e canteiros de cada variedade foram dispostos aleatoriamente em cada canteiro. Com base nos dados coletados também foi estimada a produtividade total em kg/ha para cada tratamento.
Resultados e discussão
- Análise ambiental e de funcionamento do sistema de controle
- Análise da influência da automação em casas de vegetação nas
A influência positiva da umidade relativa no interior do cultivo abrigado deve-se à presença da cobertura e ao efeito do clima interno que ela proporciona, que é afetado pelo sistema de controle ambiental em níveis aparentemente insignificantes. O atuador de nebulização, responsável por aumentar a umidade relativa dentro do cultivo abrigado automatizado, foi apenas levemente acionado pelo sistema, principalmente devido ao sistema de irrigação por aspersão. Quando o sistema de irrigação é ligado, a umidade relativa da estufa aumenta e, quando o ponto máximo de ajuste é atingido, o sistema de ventilação é ligado para reduzir a umidade interna.
A Figura 54 mostra o comportamento dos atuadores durante um dia de operação do sistema de controle na estufa A1. Pode-se deduzir que o sistema de automação utilizado aumentou a quantidade de alface americana em 4,5 toneladas por hectare de cultivo.
CONCLUSÃO
Considerações finais e sugestões para trabalhos futuros
Como sugestão para futuras melhorias e ampliações do sistema de monitoramento ambiental, mencionamos a necessidade de desenvolvimento de melhores transdutores para medição de umidade do solo, com menos oxidação e maior robustez. Os dados coletados pelos transdutores podem ser processados pelo microcontrolador levando em consideração valores mínimos e máximos de aquisição, o que proporcionaria maior confiabilidade ao sistema de coleta. Outra adição ao sistema operacional seria a interface de acesso remoto. Uma pequena placa de blindagem Ethernet a ser adicionada ao controlador permitiria ao agricultor acessar remotamente o ambiente protegido e acessar remotamente todos os controles e programação.
Como oportunidade de avanço no projeto de controle ambiental, o dispositivo está sendo estudado agregando um sistema de análise de imagens em tempo real, com interpretação a partir de sistemas de visão. Uma melhoria que está sendo investigada para a construção do sistema é a transmissão de dados por meio de um sistema de radiofrequência, para comunicação entre as torres de monitoramento ambiental e o controlador eletrônico.
Produção orgânica de alface em diferentes épocas de cultivo e sistemas de preparo de solo e cobertura morta.
TABELA VALORES META REQUISITOS DO PROJETO
PROGRAMAÇÃO SISTEMA CULTURA FOLHOSAS
Algumas empresas tradicionais de irrigação e componentes eletrônicos oferecem tecnologias para coleta de dados de umidade do solo. Segundo a empresa, o sensor de umidade do solo MODELO 10 HS da Decagon Devices foi desenvolvido para medir grandes quantidades de água no solo. A empresa Rain Bird oferece sensor de umidade do solo SMRT-Y com dispositivo de programação e ajuste da umidade desejada.
O sensor DHT 22 é um sensor de temperatura e umidade relativa, possui precisão operacional e valor comercial atrativo para projetos de baixo custo. ANEXO III – DADOS DE UMIDADE RELATIVA DA ESTAÇÃO METEOROLÓGICA INMET A806, DURANTE O PERÍODO EXPERIMENTAL.
CONSIDERAÇÕES REFERENTES A TRANSDUTORES DE
CONSIDERAÇÕES SOBRE TRANSDUTORES DE
O ponto negativo deste modelo é a baixa precisão na obtenção de umidade relativa e detecção de temperatura na faixa de 0 a 50°C, o que limita sua aplicabilidade.
DADOS DE RADIAÇÃO DA ESTAÇÃO METEOROLÓGICA INMET
Alteração da temperatura ambiente de 0 a 20 dias após o plantio (DAT), medida por estação experimental do Instituto Nacional de Meteorologia, estação automática A806 – Florianópolis São José.
