Discente: Ítala Lorrane Silva Couto
Orientador: Prof. Dr. Daniel Costa Ramos
Título: Desenvolvimento de um sistema de gerenciamento e controle de estufas de pequeno porte.
Esse Projeto Final de Curso feito pela Ítala Lorrane Silva Couto propõe a automação e otimização do gerenciamento de estufas de pequeno porte por meio de um sistema que integra tecnologias inovadoras, acessíveis e de baixo custo. O objetivo principal é desenvolver um protótipo capaz de monitorar e controlar, de forma automatizada, as condições ambientais de uma estufa coletando dados de sensores de temperatura, umidade do ar e umidade do solo.
Introdução
A Indústria 4.0 representa a grande revolução industrial que estamos vivendo. Esta quarta revolução aplica a tecnologia digital em várias áreas da sociedade, tornando a indústria mais eficiente por meio da digitalização das informações, conexão de equipamentos e utilização inteligente dos dados.
Essa transformação na indústria tem ganhado cada vez mais força nos mais diversos setores da economia, incluindo o agronegócio. Essa revolução pela qual o trabalho rural está passando é popularmente chamada de Agricultura 4.0. Por meio da conexão e integração de novos dispositivos digitais, a Agricultura 4.0 busca otimizar todas as etapas da produção agrícola para aumentar a produtividade e melhorar a vida do homem do campo.
Nessa busca de tecnologias capazes de diminuir as possibilidades de erros comuns no cuidado das plantações, aumentar a produtividade, diminuir os custos com mão de obra e aumentar a eficiência e uso de recursos, fez com que a automatização de estufas se tornasse uma tendência, inclusive para uso doméstico. Por meio desta tecnologia é possível realizar o controle remoto dos processos, diminuindo a intervenção manual e presencial, reduzindo as chances de erros primários e tornando o uso desse sistema algo mais efetivo.
Nesse contexto o deste trabalho é desenvolver e implementar um sistema para estufas capaz de coletar dados de sensores e realizar ações automatizadas em uma estufa de pequeno porte, otimizando o controle ambiental e facilitando o manejo de forma eficiente e acessível para pequenos agricultores.
Metodologia e materiais
Para o desenvolvimento do sistema de automatização proposto foram necessários alguns materiais, sendo eles:
Tabela 1 - Materiais utilizados.
A comunicação entre o Raspberry Pi e o Arduino Uno foi realizada via porta serial, sendo o Arduino responsável pela aquisição e envio de sinais de baixo nível. Para a coleta de dados ambientais, utilizou-se o sensor DHT22, que realiza a leitura de temperatura e umidade do ar, complementado por um sensor de umidade do solo. Os atuadores, como a minibomba de água e o cooler, são acionados conforme as condições monitoradas no ambiente. Adicionalmente, um recipiente de material plástico com aberturas laterais foi utilizado para simular uma estufa. Elementos eletrônicos, como resistores, relés e LEDs, também foram incorporados para sinalizar e ajustar o funcionamento do protótipo.
Desenvolvimento do projeto
Para garantir a funcionalidade do protótipo e validar seu desempenho, foram adotados os seguintes procedimentos:
a) Instalação do sistema operacional: Inicialmente, foi feita a instalação do sistema operacional no Raspberry, instalação e atualização dos pacotes e bibliotecas, além de preparar o dispositivo para integração com os módulos e sensores.
b) Habilitação de comunicações SSH e VNC: Em seguida, foi feita a habilitação dos protocolos SSH e VNC para permitir a comunicação remota com o Raspberry Pi.
c) Preparação e integração do Arduino com o Raspberry Pi: Posteriormente, foi feita a instalação da IDE do Arduino Uno e a gravação do código necessário para obtenção dos dados de umidade do solo.
d) Conexão dos módulos e sensores: Logo após, foi feita a conexão entre o Arduino, o Raspberry, o sensor DHT22, o sensor de umidade do solo e o módulo relé.
Figura 1- Esquemático de conexão dos componentes.
e) Criação dos gráficos de temperatura e umidade: Para a visualização das medições de temperatura e umidade obtidas usando o sensor DHT22, foi criado um fluxo no Node-RED, permitindo a apresentação por meio de gráficos. As devidas configurações para permitir o acionamento do cooler de acordo com uma temperatura de referência, também foram feitas.
f) Criação do gráfico de umidade do solo: Para a visualização das medições de umidade do solo obtidas usando o sensor de umidade do solo, foi criado um fluxo no Node-RED, permitindo a apresentação por meio de gráficos. Foi feita também a adição de um campo de texto no dashboard gerado, para visualização do status de umidade do solo e as devidas configurações para permitir o acionamento da bomba de água de acordo com o status de referência.
g) Montagem do protótipo: Por fim, para fazer a validação do sistema, fez-se a montagem do protótipo para simular um ambiente real de estufa. Para isso foi utilizada uma estrutura plástica capaz de sustentar e separar o hardware utilizado do ambiente interno da estufa.
Figura 2 - Vista frontal com destaque do LED indicador de umidade
Figura 3 - Vista lateral com destaque do sensor dht22 e do reservatório de água
Figura 4 - Vista lateral com destaque do cooler
Resultados
Os testes realizados no protótipo demonstraram a eficácia na coleta de dados e no controle automatizado do ambiente da estufa, podendo assim atender às necessidades de pequenos produtores.
O Node-RED mostrou-se uma plataforma altamente intuitiva e eficaz para a criação de fluxos que integram os sensores e atuadores. A interface gráfica simplificou a visualização das variáveis ambientais, permitindo o monitoramento dos dados de temperatura e umidade em tempo real através de gráficos interativos.
Por meio da visualização no Node-RED (Figura 5) foi feita a validação dos dados coletados, o que mostrou as variações de temperatura e umidade ao longo do tempo. Os gráficos gerados pelo sistema permitiram acompanhar em tempo real as condições dentro da estufa e ajustar as ações automáticas conforme necessário. No entanto, a precisão dos sensores poderia ser melhorada com calibrações mais rigorosas, especialmente em ambientes onde grandes variações de temperatura e umidade são esperadas.
Figura 5 - Dashboard criado no Node-RED para visualização das medições.
O protótipo foi desenvolvido com componentes de baixo custo, como o Raspberry Pi e o Arduino, o que permitiu a criação de uma solução acessível para pequenos agricultores. Porém, a escalabilidade do projeto pode ser limitada pela capacidade do hardware escolhido. A modularidade do projeto, no entanto, permite que novos sensores ou dispositivos sejam integrados de forma relativamente simples, embora isso possa aumentar o custo total.
Conclusão
Os testes realizados no protótipo demonstraram a eficácia na coleta de dados e no controle automatizado do ambiente da estufa, podendo assim atender às necessidades de pequenos produtores.
Apesar dos resultados satisfatórios, há espaço para melhorias no trabalho desenvolvido. A implementação de um controle PID no Node-RED pode otimizar o funcionamento dos atuadores, proporcionando uma resposta mais suave e precisa. Além disso, a robustez do sistema pode ser aprimorada para garantir maior confiabilidade em operações prolongadas e minimizar interferências na comunicação serial. A escalabilidade do projeto também pode ser explorada, adaptando-o para estufas de maior porte ou integrando novos sensores e funcionalidades.
Outra melhoria significativa seria a integração de um banco de dados, como o MySQL, ao Node-RED. Isso permitiria o armazenamento estruturado dos dados coletados, viabilizando o acesso remoto e histórico das informações da estufa. Com a adoção de um banco de dados, o sistema poderia ser acessado e monitorado por múltiplos dispositivos remotamente, proporcionando maior flexibilidade e controle para o usuário, além de facilitar a análise de dados a longo prazo.
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