Universidade Tecnológica Federal do Paraná - UTFPR

Departamento Acadêmico de Informática - DAINF

Departamento Acadêmico de Eletrônica - DAELN

Engenharia de ComputaçãoOficina de Integração 3 (IF66J) – S71 – 2014/2

Relatório TécnicoSistema de coleta de informações

individualizadas por plantas em estufas

Juan P. Marcula – juan.marcula@gmail.com

Laudelino Adão Junior – laudelino@alunos.utfpr.edu.br

Vanessa B. Wrenzinski – vanessabw@gmail.com

Fevereiro de 2015

Resumo

Este projeto trata-se do desenvolvimento de um sistema de monitora-mento e coleta de informações para estufas. Com o objetivo de fornecerinformações que auxiliem a se ter uma aproximação do habitat naturaldas plantas quando cultivadas em ambientes confinados. São monitora-das características tais como a temperatura e umidade do ar e do subs-trato de cultivo. São utilizados três conjuntos de sensores conectados aum sistema embarcado que, por fim, se comunicam via Wi-Fi com umaestação base. A estação base é um computador contendo o software de-senvolvido. Esse tem em seu banco de dados diferentes espécies de orquí-deas, tais como as características ideais para o ambiente de cultivo delas.Também é permitido que o usuário adicione e modifique novas espécies.Dessa forma, a partir dos dados coletados e processados, o software geraum relatório comparativo dos dados coletados e as necessidades da espé-cie, permitindo que o usuário possa tomar as decisões apropriadas.

1 Introdução

O cultivo de plantas é uma atividade que requer esforços constantes para man-ter o ambiente de cultivo próximo aos habitats naturais das espécies. O cul-tivo protegido é um recente e importante recurso agrícola a permitir o aumentoda produção, devido à sua habilidade de observar e levar a patamares ideais ascondições nutricionais e ambientais para maximizar a produção. Essas mesmasafirmações são verdadeiras para patógenos, já que com o controle do ambientepode-se encontrar pontos onde as condições favoreçam a produção e venham aimpedir a propagação de doenças, fungos e outros fatores que venham a ser uminconveniente [1].

No decorrer desse texto, o exemplo do cultivo de orquídeas será usado paraelucidar as capacidades do sistema, no entanto, o seu uso não está restrito a

1

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orquídeas. Qualquer tipo de planta que se tenha interesse em obter informaçõesa respeito de sua condição individual pode ser objeto do projeto.

Controlar as condições do ambiente em que uma orquídea está inserida éessencial para um cultivo bem sucedido. Em seu ambiente natural, orquídeasnão crescem diretamente no substrato, mas em árvores e galhos, onde ela ab-sorve qualquer quantidade de água e ar disponível, assim orquídeas têm habili-dades naturais de adaptação [8] e, para se criar uma atmosfera similar a naturalquando cultivadas em diferentes ambientes, o controle de determinadas condi-ções se torna essencial.

Orquídeas exigem umidade relativa do ar mínima de 50%, o que muitos am-bientes fechados não oferecem, tornando o controle de tal variável essencial. Osubstrato em que a orquídea encontra-se não deve estar encharcado, mas simapenas úmido. A temperatura ideal do ambiente varia de acordo com a espéciede orquídea, a exemplo; a Phalaenopsis tem seu melhor crescimento em tempe-raturas entre 12o Celsius a 26o Celsius [8].

O sistema desenvolvido nesse projeto é capaz de monitorar as seguintes ca-racterísticas de ambientes para o cultivo de orquídeas: temperatura e umidadedo substrato e temperatura e umidade do ar. Utilizando-se de sensores especí-ficos para a aquisição dessas características e um sistema embarcado para con-trole e coordenação dos mesmos. O sistema embarcado comunica-se com umaestação base, que possui o software destinado à apresentação dos resultadosao usuário. Com três módulos, sendo cada um composto por um conjunto desensores e um sistema multi-controlado, é possível analisar as características doambiente em diferentes pontos da estufa e comunicar à estação base.

2 Cultivo de Orquídeas

O cultivo de orquídeas em estufas é um trabalho que requer uma minuciosaaproximação de seus habitats naturais. Para isso, é necessário atentar a fatorescomo temperatura e umidade do substrato e do ar. Entretanto, tais fatores cos-tumam variar entre as diferentes espécies de orquídeas, o que torna necessárioum tratamento diferenciado baseado nos requerimentos de cada espécie. A ta-bela 1 fornecida pelo New York Botanical Garden [4] especifica os parâmetrosideais para o cultivo de diversas espécies de orquídeas.

A tabela 1 apresenta valores para umidade e temperatura do ar e, como ci-tado, o substrato não deve estar encharcado [8]. O sensor de temperatura dosubstrato pode parecer irrelevante no contexto apresentado. No entanto, a in-formação da umidade do substrato pode ser influenciada pela temperatura am-biente, o que pode causar um falso efeito de seca, assim é usada a aquisição datemperatura do substrato como complemento à aquisição da umidade do subs-trato.

O uso de sensores para captar as características do ambiente torna o cultivomais sustentável e eficiente, além de facilitar a manutenção das espécies. Os

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Tabela 1: Variação de Temperatura e porcentagem de umidade para diferentes espéciesde orquídeas [4].

Orchids by

Genus

Winter Night

GrowingTemperature

Summer Day

GrowingTemperature

Light Growing

Preference

Relative

HumidityPreference

WARM WARM

Phalaenopsis 65 to 70o 90o Max. Low 50 to 60%

Doritis 65 to 70o 90o Max. Low 50 to 60%

Vanda 65 to 70o 90o Max. High 70%

INTERMEDIATE INTERMEDIATE

Paphilopedilum55 to 60o 80 to 85o Max. Low 50 to 60%

Oncidium 55 to 60o 80 to 85o Max. Medium 50 to 60%

Miltonia 55 to 60o 80 to 85o Max. Medium 70%

Cattleya 55 to 60o 80 to 85o Max. High 70%

Dendrobium 55 to 60o 80 to 85o Max. High 70%

COOL COOL

Odontoglossum50o 65 to 70o Max. Medium 50%

Cymbidium 50o 60 to 65o Max. High 50%

dados, tais como temperatura e umidade, são mais precisos quando coletadosem mais de um ponto, pois permitem determinar os locais e a quantidade deinsumos que devem ser aplicados, visando a adequação à cada caso [3].

3 Características do Sistema

3.1 Escalabilidade e Flexibilidade

Como dito anteriormente, o sistema possui uma estação base responsável porarmazenar os valores enviados por todos os módulos utilizados. É possível tam-bém adicionar vários módulos, o que torna o sistema escalável. Há também aopção de se reutilizar um mesmo módulo em locais e situações diferentes. Essacapacidade que um mesmo módulo tem de obter dados de diferentes regiões ouplantas, em diferentes tempos, torna o sistema flexível.

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3.2 Atuação Individual e em Conjunto

O sistema como um todo é constituído por uma estação base, que no caso é ocomputador, e os módulos, que são os sistemas embarcados e se comunicamcom a estação base. Cada módulo opera individualmente e o sistema pode con-tar com um ou mais módulos.

É vantajoso utilizar mais de um módulo visto que, ao coletar os dados dediferentes pontos do ambiente, o usuário pode tomar decisões comparando di-ferentes regiões e ainda ter uma noção maior sobre as características da estufacomo um todo. Ou seja, quando o usuário recebe informações de um único mó-dulo, esses dados servem basicamente para indicar a necessidade de irrigaçãode uma planta ou pequena região.

Já com a utilização de múltiplos módulos, é possível observar como os ou-tros se comportam e verificar a necessidade de modificar os aspectos físicos, taiscomo a falta ou excesso de exposição à luz, o posicionamento do sistema de irri-gação, a proximidade de outras plantas, a presença de sombra em determinadoshorários do dia, entre outros fatores.

3.3 Consumo Energético

O consumo de energia dos módulos depende da forma que o usuário pretendeempregar o sistema. O software permite que o usuário escolha de quanto emquanto tempo os valores devem ser atualizados no sistema. Para a configuraçãoda taxa de atualização, o usuário pode considerar fatores como a estrutura físicado ambiente, o sistema de irrigação utilizado, as condições climáticas da cidade,entre outras. Esse recurso garante ao usuário a autonomia de controlar o con-sumo energético do sistema, podendo diminuí-lo em momentos ou épocas doano onde há uma maior estabilidade climática.

4 Arquitetura

4.1 Controle e Compartilhamento

O sistema embarcado utilizado para controle e compartilhamento dos dadosadquiridos pelos sensores é o LaunchPad CC3200 da Texas Instruments. Eleconsiste em um microcontrolador, um subsistema Wi-Fi dedicado e um subsis-tema de gestão de energia. O microcontrolador contém um ARM® Cortex®-M4Core em uma frequência de 80 MHz, memória RAM de 256KB, 4 conversoresanalógicos-digital (ADCs) com resolução de 12-Bit e 27 pinos GPIO. O seu sub-sistema Wi-Fi consiste de um Wi-Fi Internet-On-a-Chip e uma unidade micro-controladora dedicada, ou seja, não há gasto de processamento com os proto-colos Wi-Fi e de Internet no microcontrolador principal. O LaunchPad pode serprogramado através de dois ambientes: CCS e Energia, sendo usado o segundopara desenvolver o projeto devido à similaridade e compatibilidade com o Ar-

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duino. O Energia possui exemplos prontos e pode ser facilmente utilizado paraaplicação sem fio. Logo, devido à possibilidade de comunicação sem fio do sis-tema embarcado, é possível realizar a comunicação entre ele e a estação baseutilizando TCP/IP. Quanto ao consumo, os subsistemas de energia do Launch-Pad permitem a alimentação utilizando duas pilhas do tipo AA [6].

O papel do sistema embarcado é receber os dados dos sensores, sejam elesanalógicos ou digitais, processar esses dados em valores de temperatura e umi-dade (no caso desse projeto) e enviá-los através da comunicação Wi-Fi para aestação base. Os dados dos sensores de umidade e temperatura do ar, DHT11,são enviados para o controlador através de sua entrada digital. Esses dados sãointerpretados pelo sistema embarcado e convertidos em uma temperatura emgraus Celsius e porcentagem de umidade do ar [5].

Os dados de temperatura do substrato são obtidos também pela entrada di-gital e convertidos tanto para Celsius como para fahrenheit, porém só utiliza-mos a função que emprega os graus Celsius. O sensor de umidade do substratoé o único sensor que usa a entrada analógica para se comunicar com o sistemaembarcado e necessita de um divisor de tensão para reduzir sua tensão para osvalores até 1.46V, que é o aceitável para o LaunchPad.

4.2 Aquisição de Dados

Cada módulo possui três sensores: o primeiro é o sensor de umidade e tempe-ratura do ar, DTH11 da D-Robotics UK [10]. Estes valores são importantes parao sistema, já que a umidade e a temperatura do ambiente podem ser diferentesdas encontradas no substrato devido à presença de outras plantas que mantéma umidade do ambiente ou devido à presença de irrigação direta no substrato. Osegundo sensor é o de temperatura do substrato, DS18B20 da Maxim [7]. Por sera prova de água, o sensor pode ser colocado em contato direto com o substratotanto úmido quanto seco, obtendo a temperatura de onde está inserido e a enviapara o microcontrolador. Esse dado é utilizado para se obter uma temperaturada orquídea visto que ela pode modificar-se de acordo com a temperatura doambiente ou devido à alta exposição ao sol.

O terceiro e ultimo sensor, SEN92355P da Seedstudio [9] é um sensor de umi-dade do substrato, que é composto por dois eletrodos conectados ao substratoque mede a resistência do substrato. A partir desse valor e da calibração dossensores é possível obter-se a porcentagem de umidade do substrato. Esse dadoinfluencia em diversos fatores: com ele pode-se observar desde uma falha nosistema de irrigação a um mau posicionamento dos irrigadores.

4.3 Gerenciamento e Visualização

O software atribuído à estação base é um servidor TCP no qual os sistemas em-barcados se conectam para enviarem os dados e parâmetros aferidos. Depoisde recebidos, esses dados são organizados e classificados de acordo com o am-

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biente no qual foram coletados. Cada ambiente representa uma planta ou umaregião, possuindo, portanto, um nome e uma identificação. Essa identificação éimportante para que, no caso de se transferir um módulo para outro ambiente,os dados anteriormente coletados sejam preservados e os novos dados sejamseparados dos anteriores. Além disso, cada sistema embarcado possui um iden-tificador e informações sobre suas próprias características, tais como IP, MACAddress, uma breve descrição (caso o usuário ache necessário), o tempo entrecada atualização e o perfil com o qual serão comparados os valores.

Como o software possui uma funcionalidade que disponibiliza a adição denovos perfis de orquídeas, foi necessário adicionar um banco de dados desti-nado a armazenar estes perfis.

5 Sensores

5.1 Aquisição de Temperatura do Solo

O sensor térmico DS18B20 produzido pela Maxim é um termômetro digital quefornece temperaturas em graus Celsius de 9-bits a 12-bits. O sensor possui qua-tro pinos e usa o protocolo 1-Wire para comunicação com o mundo externo, ouseja, apenas um de seus pinos é utilizado para a comunicação [7].

O DS18B20 é especificado para adquirir temperaturas de -55o Celsius a +125o

Celsius. Sua precisão é de ± 0.5o Celsius no intervalo de -10o Celsius a +85o Cel-sius. Um fator crucial do DS18B20 é o fato de ser à prova d’água, o que é essen-cial para o sistema, já que o mesmo estará constantemente envolto de água.

5.1.1 Interfaceamento

A figura 1 mostra o interfaceamento entre o CC3200 e o DS18B20. Um resistorde Pull-Up, com valor de 5kΩ, é usado conectado entre a alimentação e o canalde dados.

Figura 1: Circuito para o interfaceamento entre CC3200 e o sensor DS18B20.

É interessante salientar que o DS18B20 poderia ser interfaceado sem a ne-cessidade de uma fonte externa. Ele apresenta a possibilidade de operar nomodo parasita de energia, onde ele "rouba", usa e armazena energia da liga-ção de dados quando ela está em modo ativo. Essa opção, no entanto exige o

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acréscimo de um transistor [7].

5.2 Aquisição de Temperatura do Ar

O DHT11 da DFRobot é usado para aquisição da temperatura do ar. O DHT11possui dois sensores internos distintos: um componente resistivo para a aqui-sição de umidade do ar e um componente NTC (Negative Temperature Coeffi-cient) para a aquisição da temperatura do ar. Além dos dois sensores internos,o DHT11 possui um microcontrolador de 8-bits. Cada DHT11 é calibrado emlaboratório e os coeficientes de calibração são armazenados na memória do mi-crocontrolador. O DHT11 tem interface de comunicação através de uma únicalinha de transmissão e usando um padrão proprietário de comunicação [10].

O DHT11 realiza aquisição de temperaturas no intervalo de 0o Celsius a 50o

Celsius. A resolução para a aquisição de temperaturas do DHT11 é de 1o Celsius.A precisão mínima é de ± 1o Celsius e a máxima é de ± 2o Celsius. O tempo deresposta para as medições varia no intervalo de 6 segundos a 30 segundos [10].

5.2.1 Interfaceamento

O interfaceamento entre o CC3200 e o DHT11 é feito como mostra a figura 2.Para a conexão, o fornecedor recomenda o uso de um resistor de Pull-Up, entrea alimentação e o canal de dados, com valor de 5kΩ quando os cabos utilizadossão menores que 20 metros. O mesmo circuito é usado para 5.4 Aquisição deUmidade do Ar já que o DHT11 é responsável por ambas as funções.

Figura 2: Circuito para o interfaceamento entre CC3200 e o sensor DHT11.

5.3 Aquisição de Umidade do Solo

Diferente dos outros sensores, o SEN92355P possui uma saída analógica. Cadauma de suas extremidades corresponde a um polo (Vcc e GND) e o espaço entreeles a resistência. Assim, dependendo da consistência do substrato o valor daresistência lido se altera [9].

Fatores como quantidade de minerais, atividade biológica e a presença deágua influenciam diretamente no valor apresentado pelo sensor, sendo a água oprincipal indicador [2].

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Sensores como o SEN92355P podem ser facilmente reproduzidos utilizandopedaços de metal polarizados e medindo a queda de tensão entre eles. A grandediferença entre os sensores feitos em casa e o SEN92355P é a sua durabilidade.Um Problema frequente de tal tipo de sensor é a corrosão e oxidação. Por estarconstantemente úmido, quando não encharcado, seus polos metálicos sofremuma degradação e sua vida não é muito longa. O SEN92355P é um sensor prepa-rado para tal e, portanto possui uma vida útil maior. A figura 3 mostra o sensorSEN92355P.

Figura 3: SEN92355P - Sensor de Umidade do substrato [9].

Sendo o SEN92355P um sensor analógico, para se obter um valor apresen-tável de suas leituras a equação 1 foi utilizada, onde valor ar e valor água sãoconstantes obtidas através da calibração individual de cada sensor.

Umi d ade(%) =(−(valor obti do)+ (valor ar )

(valor ar )− (valor ág ua)

)∗100 (1)

5.4 Aquisição de Umidade do Ar

O mesmo DHT11, usado para a aquisição da temperatura do ar, é usado nova-mente para a aquisição da umidade do ar. A umidade pode ser adquirida emum intervalo de 20% a 90% de umidade relativa do ar com resolução de 1% emCNTP (Condições Naturais de Temperatura e Pressão). O intervalo de funcio-namento do sensor de umidade do DHT11 varia de acordo com a temperatura.Nos pontos extremos de temperatura que podem ser medidas pelo sensor, 0o

Celsius e 50o Celsius, o intervalo é de 30% a 90% de umidade relativa e de 20% e80% de umidade relativa, respectivamente. A repetitividade do sensor é de 1%,enquanto sua exatidão varia tipicamente ± 4% em CNTP e no intervalo de 0o

Celsius a 50o Celsius a máxima variação da exatidão é de ± 5%. A histerese dosensor tem valor típico de ± 1% de umidade relativa do ar, enquanto sua estabi-lidade de medidas típicas é de ± 1% de umidade relativa do ar ao ano [10].

O tempo para resposta das medições está no intervalo de 6 segundos a 15segundos, tendo como valor típico 10 segundos em CNTP e com movimentaçãodo ar igual a 1 m/s [10].

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6 Comunicação

A comunicação entre o sistema embarcado e o computador ocorre via Wi-Fi.Para possibilitar essa comunicação, o sistema embarcado e o computador têmque estar conectados na mesma rede Wi-Fi. Depois de conectados, a comunica-ção entre eles é através de TCP/IP. A figura 4 mostra o fluxo de troca de mensa-gens entre estação base e sistema embarcado. Cada passo e mensagem trocadasão detalhadas em seguida.

Figura 4: Fluxo de comunicação.

1. A estação base cria um servidor TCP para recebimento de clientes;2. Assim que recebe um novo cliente, a estação base cria um thread para o

cliente permitindo, assim, que seja possível receber dados múltiplos cli-entes ao mesmo tempo;

3. O sistema embarcado conecta-se à rede e ao servidor TCP;4. O sistema embarcado envia uma mensagem do tipo 1 com seu MAC Ad-

dress (Figura 5).

Figura 5: Estrutura e exemplo de uma mensagem do tipo 1.

5. Ao receber uma mensagem do tipo 1, a estação base busca em seu bancode dados qual o Ambiente ativo, visto que somente um Ambiente podeficar ativo por MAC Address;

6. A estação base armazena então o IP do cliente e envia o ID do ambienteno qual vai ser armazenado o dado e em quanto tempo o dado deve serretornado. Essa mensagem é considerada do tipo 2 (Figura 6).

7. Quando o sistema embarcado recebe uma mensagem do tipo 2, ele aguardao tempo decidido, coleta os dados e os envia para a estação base juntocom o ID do ambiente e o período esperado para coletar a informação.

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Figura 6: Estrutura e exemplo de uma mensagem do tipo 2.

Essa mensagem é do tipo 3 (Figura 7). Após o envio dessa mensagem oprocesso se inicia novamente.

Figura 7: Estrutura e exemplo de uma mensagem do tipo 3.

7 Apresentação ao Usuário

O software possui uma interface principal, como pode ser observado na figura8, que mostra os dados do ambiente selecionado e apresenta três partes:

1. Um painel lateral onde é realizada a escolha de qual ambiente se quer queos dados sejam apresentados e um botão de configurações onde é possívelmodificar as configurações dos sensores e os perfis de uso, como será vistona próxima interface.

2. Os dados atuais são apresentados em elementos gráficos de fácil visualiza-ção. Os gráficos em forma de velocímetro representam a umidade, sendoa faixa azul a zona aceitável para o perfil. Os termômetros representama temperatura do substrato e do ar, respectivamente, e a cor deles indicase estão dentro ou fora do perfil (sendo vermelho fora e azul dentro). Otermômetro apresenta também riscos na margem direita, que indicam oinício ou fim de uma zona (zona aceitável ou não aceitável).

3. A terceira parte possui uma caixa de seleção pra escolher qual dado ousuário gostaria de ver no histórico dos valores. O gráfico possui três li-nhas, a de mínimo na cor verde, a de máximo na cor vermelha, e os valo-res medidos na cor azul. O espaço de tempo no gráfico está em amostrase é definido pelo usuário na próxima tela.

Selecionando o botão “Opções”, o usuário verá uma segunda tela, como podeser observado na figura 9. A tela apresenta duas partes, uma lista na lateral di-reita e os dados no centro:

1. A lista na lateral direita representa os módulos e os ambientes salvos nobanco de dados. Os módulos são os sistemas embarcados que estão como funcionamento ativo. Isso quer dizer que seus dados estão atualizados.Já os ambientes salvos são módulos que foram desativados, o que querdizer que os seus dados anteriores continuam armazenados, no entantonão são mais recebidas novas atualizações, já que o módulo ligado a esteambiente não se encontra mais ativo.

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Figura 8: Tela de apresentação dos dados.

2. Os campos de ações inicialmente não são editáveis, pois servem para ousuário visualizar os dados do módulo atual. Caso o usuário pressione obotão “Editar”, alguns campos se tornam editáveis. Os campos não edi-táveis são o Id do ambiente, visto que o sistema atribui um novo Id auto-maticamente para um novo ambiente; o MAC Address, pois cada sistemaembarcado possui seu próprio MAC Address, que não é possível modifi-car; e o IP, devido ao fato do nosso software automaticamente atribuir umIP.

Os campos editáveis são o nome do ambiente ou da planta para o usuárioidentificar de forma mais fácil o sensor, pois, quando um usuário muda um am-biente para inativo, o software cria um novo ambiente ativo para aquele sistemaembarcado. Na descrição o usuário pode escrever sobre o ambiente ou a plantaa fim de identificar seu posicionamento. Podem ser colocadas as coordenadasgeográficas, além de alguma observação. Por exemplo, no caso de uma estufa,pode se dividir a estufa por quadrantes ou bancadas e esses dados podem serarmazenados na descrição. Existe também um campo para o usuário escolher ointervalo com o qual os dados são atualizados, podendo variar de dias a segun-dos, dependendo da aplicação.

Na escolha do perfil é possível escolher um dos perfis pré-carregados deorquídeas, que obtivemos através do artigo do New York Botanical Garden [4],ou criar seu próprio perfil. Para isso, o usuário deve clicar em ”Criar perfil”. Apósterminar as edições, há um botão para salvar os dados modificados e outro paravoltar caso queira descartar as modificações.

Ao escolher a opção criar um novo perfil, uma nova janela será aberta, comopode ser observado na figura 10. A janela possui duas partes, uma com a lista dePerfis e outra com os dados do perfil selecionado:

1. A lista de Perfis possui alguns perfis de orquídeas pré-carregados que nãosão editáveis, mas podem ser visualizados; um botão para adicionar novos

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Figura 9: Tela de apresentação dos Detalhes de Sensores da Orquídea.

Figura 10: Tela de apresentação do Perfil.

perfis e um pra excluir algum dos perfis criado pelo usuário, sendo que aoadicionar um novo perfil, ele aparece com o nome de “Novo” e são abertosos “dados” para o usuário modificar suas informações.

2. As informações editáveis são: “Nome do perfil”, sendo que o nome dosperfis já cadastrados são as espécies de orquídeas. Novos perfis tem comoo nome “Novo” que, preferencialmente, deve ser modificado pelo usuárioa fim de identifica-lo no futuro. Os outros campos editáveis são os parâ-metros de mínimo e máximo de cada dado coletado pelos módulos. Sãoeles: Umidade do ar; Umidade do substrato; Temperatura do Ar; Tem-peratura do substrato. Após digitar os dados seleciona-se o botão salvarpara os dados serem salvos no banco de dados e ficarem disponíveis nosoftware.

8 Resultados

Os módulos captam dados de temperatura e umidade do ar e do substrato e osenviam para o computador. Os dados são então armazenados, comparados epodem auxiliar o usuário a tomar decisões. Pode-se utilizar os perfis (espécies)de plantas para se ter um padrão de comparação na tomada de decisões.

Alguns exemplos importantes de decisões que podem ser tomadas são: ir-

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rigar as plantas, expor ao sol, mudar sua posição, modificar a proximidade doirrigador, mudar a temperatura em caso de um ambiente controlado com aque-cedores.

Os dados coletados são umidade do ar; temperatura do substrato; tempera-tura e umidade do ar. A seguir são descritos três experimentos, um para cadasensor, a fim de se observar seu comportamento em situações nas quais eles so-frem modificações significativas. Essas experiências têm por finalidade verificarcomo os sensores funcionam em três cenários hipotéticos, nos quais os valoresdos sensores sofrem uma grande variação em um curto intervalo de tempo.

Figura 11: Tela do software com as medições de umidade do substrato.

O primeiro experimento serve para validar os dados do sensor de umidadedo substrato. Com este propósito, utilizou-se a quantidade de uma xícara deterra com uma colher de café com água a cada 30 segundos e colocamos o sis-tema para coletar e enviar dados a cada 10 segundos. Os resultados estão apre-sentados na figura 11. Pode ser observado no gráfico o histórico de medidas.É possível observar que o aumento da umidade do substrato não foi constantedevido à adição de água não ser homogênea em toda a amostra. Apesar disso,é possível notar a variação crescente conforme se adiciona água até o últimoperíodo amostrado em que a terra se encontra encharcada.

Para que o segundo sensor consiga validar os dados referentes à temperaturado substrato, coloca-se o DS18B20, que é a prova de água, dentro de um copo eadiciona-se água quente. Também foram coletados dados a cada 30 segundose os resultados podem ser observados na figura 12. No gráfico da temperaturado substrato, pode-se observar a temperatura ambiente no início da amostra-gem. Quando a água quente é adicionada ao copo, nota-se que a temperaturaaumenta muito rápido. Nas outras amostras os valores de temperatura vão de-caindo lentamente. Como último resultado, pode-se observar que a tempera-tura da água estava em 39ºC. Esse dado pode ser observado nos dados atuais.

Para validar os dados do terceiro sensor, que mede a temperatura e umidade

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Figura 12: Tela do software com as medições de temperatura do substrato.

Figura 13: Tela do software com as medições de umidade do ar.

do ar, foi colocado o sensor dentro do banheiro durante um banho. Como a tem-peratura não se altera facilmente, as amostras são coletadas em intervalos de 30segundos. Obteve-se o que se pode observar na figura 13, que os dados obtidosnesse experimento indicam uma elevação no nível de umidade do ambiente nodecorrer do tempo. A mudança é pequena, porem perceptível ao comparar oinício e o fim do gráfico.

9 Conclusão

Com o objetivo de criar um sistema de monitoramento e apoio na tomada dedecisões destinado a estufas para o cultivo de orquídeas, esse projeto abrange ouso de 3 sensores. Um deles mede a temperatura do substrato, o segundo medea umidade do substrato, e o outro afere ambas as temperatura e umidade do ar.O sistema desenvolvido é capaz de medir esses fatores e comunicar os dados ao

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computador.O software desenvolvido mostra ao usuário os dados aferidos e é capaz de

auxiliar na tomada de decisões. Para isso, foram cadastrados perfis de espéciesde orquídeas com suas respectivas necessidades, de forma que o software apre-sente ao usuário os valores ideais de temperatura e umidade do substrato e doar.

Ao utilizar o sistema desenvolvido, o usuário não precisa entender dos as-suntos abrangidos nesse projeto. Isso porque o software tem uma interface sim-ples e intuitiva, apresentando apenas os dados referentes às orquídeas. Por nãorequerer informações técnicas, o sistema pode ser facilmente administrado emantido.

Além de servir para o monitoramento de estufas para orquídeas, o sistemapode ser adaptado para cuidar de outros tipos de estufas e, até, pequenas plan-tações, desde que a distância entre os sensores e a estação base seja compatíveiscom a distância máxima alcançada pela rede Wi-Fi.

Referências

[1] João Batista Vida et al. Manejo de doenças de plantas em cultivo protegido.Fitopatologia Brasileira, 29:1034–43, 2004.

[2] Mariangela Hungria et al. Qualidade do solo. Arquivos Embrapa Agrope-cuária Oeste/Emprapa Soja, Folder 15/2013, 2013.

[3] R.A.Viscarra Rossel et al. Proximal soil sensing. Progress In Soil Science,2010.

[4] The New York Botanical Garden. http://www.nybg.org/gardens/home-gardening/tips/orchid-cultural-requirements.php.

[5] Texas Instruments. http://energia.nu/pin-maps/guide_cc3200launchpad/.

[6] Texas Instruments. Cc3200 simplelink wi-fi and internet-of-things solu-tion, a single-chip wireless mcu. 2013.

[7] Maxim Integrated. Ds18b20 programmable resolution 1-wire digital ther-mometer. 2007.

[8] Terry Ploughman. Understanding Orchids: The Gardner’s Complete Guideto Growing, Drying and selling Orchids. 2007.

[9] RobotShop. http://www.robotshop.com/media/files/pdf/grove-moisture-sensor-sen92355p.pdf.

[10] D-Robotics UK. Dht11 humidity temperature sensor. 2010.