Braz. J. of Develop.,Curitiba, v. 6, n.4,p.19228-19236 apr. 2020. ISSN 2525-8761
Automação do fotoperíodo e temperatura de um aquário marinho através
de sensores
Automation of photoperious and temperature of a marine aquarium
through sensors
DOI:10.34117/bjdv6n4-187
Recebimento dos originais:23/03/2020 Aceitação para publicação:14/04/2020
Romero Santos de Brito
Superior em Análise e Desenvolvimento de Sistemas (IFRR) (Mestrando em Tecnologia Computacionais para o Agronegócio)
Instituição: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Endereço: Av. Brasil, 4232, Parque Independência, CEP: 85884-000, Medianeira - PR E-mail: romero.rsb@hotmail.com
Fabiana Costa de Araujo Schutz
Doutora em Engenharia Agrícola pela Universidade Federal de Campina Grande (2014) Instituição: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Endereço: Av. Brasil, 4232, Parque Independência, CEP: 85884-000, Medianeira - PR E-mail: fabianaschutz@gmail.com
Alfredo Conceição Erdman
Ciência da Computação (UTFPR) (Mestrando em Tecnologia Computacionais para o Agronegócio)
Instituição: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Endereço: Av. Brasil, 4232, Parque Independência, CEP: 85884-000, Medianeira - PR E-mail: erdmann@alunos.utfpr.edu.br
Pedro Luiz de Paula Filho
Doutorado em Informática pela Universidade Federal do Paraná(2012) Instituição: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Endereço: Av. Brasil, 4232, Parque Independência, CEP: 85884-000, Medianeira - PR E-mail: plpf2004@gmail.com
RESUMO
O aquarismo marinho requer muita dedicação e cuidado. A estabilidade dos parâmetros da água (fotoperíodo, temperatura, densidade, nitrogênio, fosfato, amônia, pH, areação, entre outros) são fundamentais para o seu sucesso. Independente do tamanho do aquário, o escopo é a simulação do ambiente marinho. Neste sentido, é boa prática o emprego de sensores que ajudem os aquaristas a manterem, de forma automática, alguns parâmetros. Neste trabalho, será apresentado uma prototipação desenvolvida com uso de sensores, módulos e um arduino para a automação e controle do fotoperíodo e temperatura em um aquário marinho, viabilizando seu monitoramento através da tecnologia bluetooth.
Braz. J. of Develop.,Curitiba, v. 6, n.4,p.19228-19236 apr. 2020. ISSN 2525-8761
ABSTRACT
Marine aquariumism requires a lot of dedication and care. The stability of water
parameters (photoperiod, temperature, density, nitrogen, phosphate, ammonia, pH, sandstone, among others) are fundamental to its success. Regardless of the size of the aquarium, the scope is the simulation of the marine environment. In this sense, it is good practice to use sensors that help aquarists to automatically maintain some parameters. In this work, we will present a prototyping developed using sensors, modules and an arduino for the automation and control of photoperiod and temperature in a marine aquarium, enabling its monitoring through bluetooth technology.
Keywords: Aquarism, Temperature, Photoperium
1 INTRODUÇÃO
1.1 CARACTERIZAÇÃO DO PROBLEMA
O aquarismo marinho é um hobby praticado por milhões de pessoas em todo o mundo, que gera, segundo WABNITZ et al., 2003, um mercado que movimenta um montante de 300 milhões de dólares por ano. E atualmente, a piscicultura ornamental marinha é uma das atividades que mais tem progredido dentro da aquicultura (KODAMA et al., 2011).
Segundo Wood (2001), a exploração e o comércio de peixes para fins ornamentais teve início na década de 1930, em pequena escala, quando os peixes eram coletados e armazenados em barcos de carga, e a exploração teve um aumento gradativo na década de 1950 e, já nos anos 1980, estimava-se que a movimentação do comércio de peixes ornamentais era algo entre 24 e 40 milhões de dólares anualmente
Neste cenário, o Brasil, conhecido pela riqueza da sua biodiversidade, apresentando organismos com diversas formas, cores e características que despertam a atenção de aquaristas do mundo inteiro (SAMPAIO & NOTTINGHAM, 2008), está entre os cinco maiores exportadores do mundo.
Apesar da gigantesca biodiversidade marinha brasileira, com seus 8.500 km de costa, pode-se dizer que o aquarismo marinho ainda é muito incipiente no país, porém nos últimos anos esta prática encontra-se em grande expansão, com o aumentando do número de lojas especializadas em aquarismo, as quais comercializam variados tipos de equipamentos e materiais necessários para manutenção de um aquário marinho.
Como consequência do cenário citado acima e da demanda que esse fato gera, deve-se buscar meios para automação dos equipamentos que ajudam na manutenção dos parâmetros necessários para a estabilização dos aquários. Essa automação deve-se voltar tanto para
Braz. J. of Develop.,Curitiba, v. 6, n.4,p.19228-19236 apr. 2020. ISSN 2525-8761 pessoas que tem o aquarismo como hobby, bem como para aquicultores, que visam a procriação e comercialização de espécies da flora e fauna marinha.
Este trabalho tem como escopo a automatização de alguns dos controles citados. São eles: Temperatura da água e o fotoperíodo da fonte luminosa, ou seja, a duração do dia em relação à noite em um tempo de 24 horas.. Além disto, viabilizar o acompanhamento e a checagem dos parâmetros através de qualquer smartphone com comunicação bluetooth.
2 MATERIAIS E MÉTODOS
O experimento foi feito em um aquário de 25 litros da marca BOYU MY-308 com medidas de altura 37 cm, comprimento 30 cm e largura 34 cm. Em sua tampa, o aquário tem instalado uma lâmpada de 18 Watts de potência, com temperatura de cor de 1000K.
Figura 1 - Modelo de Aquário onde a automação foi desenvolvida
Os equipamentos usados para automação tratada neste trabalho foram colocados dentro da tampa do aquário, onde está localizada a lâmpada de 18W e um cooler de resfriamento da luminária. Esse ambiente é isolado da salinidade da água através de uma tampa de acrílico.
Braz. J. of Develop.,Curitiba, v. 6, n.4,p.19228-19236 apr. 2020. ISSN 2525-8761 Tal isolamento é indispensável para a não corrosão dos equipamentos, pois mesmo sendo uma salinidade artificial (sal sintético), causa grave corrosão em equipamentos desprotegidos.
Além do uso da tampa do aquário e seus acessórios (lâmpada, fonte, cooler, divisor de tensão, etc), como o objetivo do trabalho é a prototipação de um sistema que automatize o fotoperíodo do aquário e a estabilidade da temperatura da água, disponibilizando tais dados para que sejam mostrados em um celular através de uma comunicação bluetooth, utilisou-se os materiais abaixo relacionados:
Arduíno Uno, Módulo RTC, DS18B20 - Sensor de Temperatura da água, Módulo Bluetooth HC-05, Módulo relé de 1 canal, Cooler fan de 12V, Fios jumpers, Resistor de 2k Ohm, Protoboard,
Para melhor apresentação e entendimento da montagem dos equipamentos, foi feito um esquema na plataforma FRITZING.
Braz. J. of Develop.,Curitiba, v. 6, n.4,p.19228-19236 apr. 2020. ISSN 2525-8761
3 METODOLOGIA
Primeiramente foi feita a interligação dos equipamentos para acionamentos da luz do aquário conforme definido para o fotoperíodo desejado. Após alguns dias de testes, fez-se a interligação de um sensor de temperatura, o qual disponibiliza os dados para o arduino acionar um cooler de resfriamento da água conforme as temperaturas definidas no código do programa. Finalmente, foi conectado ao arduino um módulo bluetooth para, assim, tornar possível a comunicação com um celular para acompanhamento remoto dos parâmetros do aquário.
3.1 CONTROLANDO O FOTOPERÍODO
O componente mais importante para a precisão do fotoperíodo é o módulo RTC DS1307 (Real Time Clock), o qual tem uma bateria de lítio, o que garante que os dados sejam preservados mesmo sem alimentação externa, e é acionada automaticamente em caso de falta de energia no módulo.
Optou-se então por um fotoperíodo de 11 horas, mantendo-se a luz do aquário ligada pelo período compreendido entre 9 e 20 horas. Para isso, a definição da hora certa é coletada através do módulo RTC DS1307, o qual está ligado nos pinos analógicos 4 e 5 do arduino. O acionamento da luz do aquário é feita através de um relê de um canal que está ligado na saída digital 12.
3.2 CONTROLANDO A TEMPERATURA
O aquecimento da água do aquário é feito através de termostatos automáticos apropriados para o volume de água, não sendo necessário automação para este caso.
Por outro lado, para minimar o problema com a temperatura elevada, foi adaptado um cooler de 12 voltes na tampa do aquário, que, após os ajustes com resistores e transistores para controle da corrente elétrica, é acionado através do pino digital 8 do arduino.
O cooler está direcionado para a superfície da água fazendo com que sua ventilação renove o ar sob a tampa do aquário. Esta técnica se mostrou muito eficiente, baixando a temperatura do aquário em 0,5°C em 20 minutos aproximadamente.
Braz. J. of Develop.,Curitiba, v. 6, n.4,p.19228-19236 apr. 2020. ISSN 2525-8761 Figura 3 - Cooler instalado na tampa do aquário
Como o objetivo é a automação dos controles de parâmetros do aquário, foi instalado um sensor de temperatura de água DS18B20, o qual fica imerso na água dentro do samp traseiro do aquário. O sensor, conforme definido no algoritmo do programa, irá acionar automaticamente o cooler, dependendo da temperatura em que se encontra a água.
O sensor de temperatura faz as leituras e envia as informações para o Arduino utilizando apenas 1 fio, através do pino digital 3.
Após a instalação dos sensores, durante dois meses de acompanhamento da variação de temperatura do aquário, verificou-se que não houve alteração significativa, mostrando o êxito da técnica de estabilização da temperatura da água.
Abaixo, com auxílio do gráfico de temperatura ambiente fornecida pela site SPARK WEATHER para a cidade de São Miguel do Iguaçu-PR, pode-se verificar uma variação de temperatura da água de 5°C com os equipamentos DESLIGADOS.
Braz. J. of Develop.,Curitiba, v. 6, n.4,p.19228-19236 apr. 2020. ISSN 2525-8761 Já com todos os equipamentos LIGADOS, pode-se observar no gráfico abaixo, que houve uma variação de temperatura de apenas 10% da verificada no dia anterior, ou seja 0.5 °C.
Figura 5: Variação da temperatura da água com os equipamentos ligados
3.3 MONITORAMENTO ATRAVÉS DO CELULAR
Após a automação dos controles de fotoperíodo e temperatura, sentiu-se a necessidade de acompanhamento mais prático destas informações. Então foi conectado ao arduino um módulo bluetooth, modelo HC-05, o qual foi ligado nas portas de transmissão (TX) e recepção (RX).
Como resultado do código acima, usando qualquer aplicativo de celular de monitoramento da porta serial do arduino através do bluetooth, teremos como resultado na tela do celular as informações de data e hora da leitura, temperatura atual, estado do cooler e da lâmpada, bem como informações de temperatura máxima e mínima com seus respectivos horários.
Braz. J. of Develop.,Curitiba, v. 6, n.4,p.19228-19236 apr. 2020. ISSN 2525-8761 Figura 6 - Imagens do monitoramento do aquário feito pelo aplicativo BLUETOOTH TERMINAL
4 CONCLUSÃO
O experimento teve êxito na automação do fotoperíodo, do estabelecimento da temperatura desejada, bem como a comunicação com o dispositivo móvel.
Assim, conclui-se que experimentos deste tipo contribuem para incentivar a atividade do aquarismo e da aquicultura, pois facilitam o controle dos parâmetros importantes para a manutenção dos taques e aquários. Mais ainda, as facilidades de controles de parâmetros incentivam o surgimento de empresas que podem aplicar técnicas de reprodução em cativeiro, consequentemente, supõe-se a diminuição da caça clandestina e predatória de espécies marinhas. Isso, de maneira direta ou indireta, contribui com a preservação das espécies de alguns peixes e recifes de corais, os quais tem sofrido grande desgastes com a caça predatória e com as mudanças climáticas.
REFERÊNCIAS
KODAMA, G.; ANNUNCIAÇÃO, W. F.; SANCHES, E. G.; GOMES, C. H. A. M.; TSUZUKI M. Y. Viabilidade econômica do cultivo de peixe palhaço em sistema de recirculação, Amphiprion ocellaris, Bol. Inst. Pesca, v.37, n.1, p. 61 – 72, 2011.
SAMPAIO, C. L. S.; NOTTINGHAM, M.C. Guia para Identificação de PEIXES ORNAMENTAIS BRASILEIROS: Espécies Marinhas. Ibama. Brasília. 2008
WABNITZ, C.; TAYLOR, M.; GREEN, E.; RAZAK, T. From Ocean to Aquarium the global trade in marine ornamental species. UNEP-WCMC, Cambridge, UK. 2003.
Braz. J. of Develop.,Curitiba, v. 6, n.4,p.19228-19236 apr. 2020. ISSN 2525-8761 WEATHER SPARK. Disponível em: <https://pt.weatherspark.com>. Acesso em 20 de Agosto de 2019.
WOOD, E.M.. Collection of coral reef fish for aquaria: global trade, conservation issues and management strategies. Marine Conservation Society, UK. 2001.
