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DESENVOLVIMENTO DE UMA ESTUFA IOT: PRIMEIROS TESTES.
William Fernandes Rebeque
1, Thays Pontes Bentes
2, Luiz Eduardo Camargo Aranha Schiavo
3, Wagner do Santos C. de Jesus
1,2.
1Universidade do Vale do Paraíba/Faculdade de Engenharias, Arquitetura e Urbanismo, Avenida Shishima Hifumi, 2911, Urbanova - 12244-000 - São José dos Campos-SP, Brasil,
[email protected], [email protected].
2Universidade do Vale do Paraíba/Instituto de Pesquisa & Desenvolvimento, Avenida Shishima Hifumi, 2911, Urbanova - 12244-000 - São José dos Campos-SP, Brasil, [email protected].
3Universidade Estadual de Campinas/Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação, Av. Albert Einstein, 400, Cidade Universitária - 13083-852, Campinas-SP, Brasil, [email protected].
Resumo - Atualmente, a automação para o plantio doméstico vem crescendo significativamente, conseguindo encontrar no mercado diversos aparelhos e dispositivos que auxiliam nessa tarefa.
Sempre encontramos pessoas que plantem algo em sua casa, seja por hobby ou para consumo próprio.
Junto a isso, a tecnologia vem se integrando ao meio domiciliar devido a disseminação do IoT (Internet of Things), que é a integração de objetos do nosso cotidiano com o mundo virtual, trocando informações entre si. Utilizando o conceito citado acima, a intenção do presente trabalho vem com a construção de uma estufa totalmente automatizada, que poderá ser controlada e monitorada por meio de algum dispositivo móvel que receberá informações em tempo real de seu plantio.
Palavras-chave:Tecnologia, IoT, computação, Arduino, automação.
Área do Conhecimento: Engenharia de Computação.
Introdução
Atualmente os avanços em tecnologia da informação e em engenharia podem gerar ferramentas antes jamais imaginadas nas mais diversas áreas de conhecimento. Em especial, pode-se notar que a engenharia vem ganhando um papel significativo na área do plantio, onde nota-se o desempenho tecnológico para cultivo doméstico.
Nos dias de hoje, existem inúmeros aparelhos que ajudam na colheita doméstica, dispositivos de irrigação, controle de umidade, estufas, dentre outros. Neste aspecto, a estufa é uma construção capaz de auxiliar no plantio e cultivo orgânico e sustentável em pequenos espaços domésticos, criando um ecossistema controlado para fornecer as condições ideais. Neste contexto, é importante salientar que a construção desta estufa loT facilitará diferentes culturas de hortaliças, temperos e também a germinação de grãos importantes para o consumo.
Em resumo, a estufa loT promove um ambiente protegido com intuito de facilitar o crescimento do plantio, e principalmente, inibir os estressores externos. As plantações domésticas dentro de estufas proporcionam um ambiente controlado para que as espécies desenvolvam-se de forma saudável, sem depender de agentes tóxicos, gerando produtos orgânicos em pequena escala para o consumo próprio.
Esta tecnologia de baixo custo tem por objetivo promover a sustentabilidade, proporcionando avanços importantes para o consumo consciente, como uma opção saudável de alimentos sempre frescos, e principalmente livre de toxicidades.
O presente trabalho tem como finalidade desenvolver uma estufa conectada à internet possibilitando o controle da mesma por meio de um dispositivo móvel, onde o usuário será alertado sobre a hora de colher, informações em tempo real da temperatura, umidade, podendo também visualizar a evolução de forma automatizada.
Metodologia
Durante o processo de desenvolvimento da estufa, foram utilizados diversos componentes, dentre eles o Arduino, uma plataforma de prototipagem eletrônica de código aberto para criar objetos
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A montagem do protótipo foi feita utilizando um aquário de vidro e plástico PVC como a tampa da estufa.
Também foi adicionado um motor de passo para abrir ou fechar a estuda quando necessário para manter todo o ecossistema necessário para o plantio.
Os sensores utilizados para manter um controle interno adequado foram: o de umidade, FC-28-H, que funciona monitorando a variação da resistência elétrica entre dois eletrodos embutidos no terreno (de Souza Mendes, 2006) e tem como função coletar dados sobre a umidade do solo, com o objetivo de determinar o momento que a irrigação se torna necessária; o sensor de dióxido de carbono (CO2), MQ-7 (Hanwei Eletronics, 2017), que tem a função de gatilho para o atuador que controla a tampa da estufa quando o nível de CO2 se torna nocivo para o cultivo.
O atuador que controla a abertura da estufa é o motor de passo 28BYJ-48 (Kiatronics, 2017), que foi acoplado a um braço extensor para a ampliação da área de abertura. Para a refrigeração do espaço interno foi utilizado um Cooler DC 12V Brushless, que é acionado quando há uma temperatura elevada e/ou um alto índice de CO2.
Resultados
O protótipo inicial, ainda em fase de desenvolvimento, é detalhado na forma de um diagrama de blocos na Figura 1. O protótipo é construído utilizando um microcontrolador Arduino, um sensor de umidade para indicar a necessidade de irrigação, um sensor de CO2, utilizado para controlar seus níveis dentro da estufa, acionando o motor de passo que a abre a tampa e liga cooler para criar uma ventilação forçada na estufa. Na Figura 2 temos uma visão frontal do protótipo.
Figura 1 – Diagrama de blocos da estufa IoT
Fonte: o autor.
Figura 2 – Protótipo inicial da estufa.
Fonte: o autor.
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Para validação do hardware foram feitos testes com o sensor de umidade, conforme a Figura 3, onde é possível ver o mesmo fixo na terra enviando os dados da leitura na porcentagem de aquosidade do solo para o microcontrolador. Na Figura 4 temos os valores da leitura produzida pelo sensor que servirá de ajuste para calibrar o sistema de irrigação, que será desenvolvido em uma fase futura do projeto.
Figura 3 – Interior da estufa com sensor de umidade (em detalhe vermelho) fazendo leitura de aquosidade do solo.
Fonte: o autor.
Figura 4 – Valores de aquosidade do solo produzidos pelo sensor de umidade
Fonte: o autor.
Quando os níveis de CO2 estão elevados, o motor de passo que controla a abertura da tampa é acionado juntamente com o cooler, de forma a forçar a ventilação da estufa. Também é possível acionar ambos os atuadores remotamente, através da plataforma de prototipagem e, posteriormente, através do aplicativo para smartphone que será desenvolvido em uma segunda fase do projeto. Na Figura 5 temos o detalhamento do funcionamento da ventilação forçada.
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Figura 5 – Detalhe da ventilação com abertura da tampa via motor de passo (em vermelho) e cooler (em azul).
Fonte: o autor.
Discussão
No mercado atual já existem algumas estufas para o plantio doméstico, um exemplo é o “Mini Plantário”, estufa doméstica da empresa Plantei, que conta com um controle automático de iluminação, ventilação e irrigação, porém, não possui gerenciamento através do smartphone. O que será o grande diferencial deste trabalho, pois tudo será integrado com o aplicativo mobile.
O desenvolvimento da estufa é vantajoso devido ao simples fato de colocar a semente para o plantio, e todo o controle necessário para o melhor crescimento da planta, verdura ou hortaliça, ser realizado pela estufa. Sendo preciso apenas fazer a irrigação e colheita depois de receber a notificação através do aplicativo.
Nos tempos atuais, com o grande densidade demográfica nas cidades, temos um aumento de prédios e pessoas morando em espaços menores, o que leva a falta de uma estrutura para um plantio doméstico. Com a estufa conseguimos levar para os amantes de um cultivo doméstico um equipamento compacto e sem dificuldades de manuseio, se tornando a melhor opção para os dias atuais.
Conclusão
Estufa IoT é um conceito de dispositivo que em breve será produzido e distribuído mundialmente de forma semelhante ao que acontece com os dispositivos pessoais. Este desenvolvimento vanguardista nos possibilita trabalhar e aprender diferentes conceitos e técnicas, além da plataforma de prototipação.
É importante ressaltar o caráter multidisciplinar deste trabalho, o qual permite o desenvolvimento de um protótipo de baixo custo, capaz de fornecer condições ideais para o cultivo independente, unindo os aspectos tecnológicos e biológicos para fomentar a produção orgânica em baixa escala.
Referências
BANZI, Massimo; SHILOH, Michael. Make: Getting started with arduíno, Maker Media, 2014.
XXII Encontro Latino Americano de Iniciação Científica, XVIII Encontro Latino Americano de Pós-Graduação e VIII Encontro de Iniciação à Docência - Universidade do Vale do Paraíba. 5 BETTIOL, Wagner; GHINI, RAQUEL. Proteção de plantas em sistemas agrícolas alternativos.
Métodos Alternativos de Controle Fitossanitário, 2001.
DE SOUZA MENDES, Paulo Cesar. Caracterização de um sensor para medição de umidade do solo com termo-resistor a temperatura constante. Tese de Doutorado. Universidade Federal da Bahia. 2006.
FERNANDES, Priscila C. et al. Cultivo de manjericão em hidroponia e em diferentes substratos sob ambiente protegido. Horticultura Brasileira, v. 22, n. 2, p. 260-264, 2004.
HANWEI ELETRONICS CO. LTD. Technical data mq-7 gas sensor. Disponível em: <
<https://www.sparkfun.com/datasheets/Sensors/Biometric/MQ-7.pdf >. Acesso em: 20 ago. 2018.
HENZ, Gilmar Paulo; SUINAGA, F. A. Tipos de alface cultivados no Brasil. Embrapa Hortaliças- Comunicado Técnico (INFOTECA-E), 2009.
KIATRONICS. 28BYJ-48–5V Stepper Motor. Disponível em:
http://robocraft.ru/files/datasheet/28BYJ-48.pdf>. Acesso em: 20 ago. 2018.
