Sensor para monitoramento de umidade do solo utilizando energia solar

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  1. 1. SENSOR PARA MONITORAMENTO DE UMIDADE DO SOLO UTILIZANDO ENERGIA SOLAR Matheus Souza de Carvalho Orientador: Luis Rodolfo Rebouas Coutinho Bacharelado em Engenharia de Software Trabalho de Concluso de Curso
  2. 2. Roteiro Introduo Objetivo Trabalhos Relacionados Fundamentao Terica Procedimentos Metodolgicos Resultados Trabalhos Futuros Referncias
  3. 3. Introduo Agricultura 70% Indstria 20% Domstico 10% Consumo de gua no mundo em 2012
  4. 4. Introduo Sensores para Agricultura de Preciso Monitores de Produo Sensores de Campo Sensores de Solo Propriedades Alvo - Textura - Umidade - Nutrientes - pH - Compactao Sensores de Planta Propriedades Alvo - Deficincias - Stress Estacionrios e outros sensores Sistemas de Sensoriamento Remoto Adaptado de: http://www.regional.org.au/au/asa/2004/symposia/4/3/217_dobermanna.htm
  5. 5. Objetivo Desenvolver um prottipo plug-and-play controlado via comunicao sem fio, que fornea informaes sobre a umidade do solo, alimentado por energia solar e com um baixo custo de produo.
  6. 6. Trabalho Relacionados HANGGORO, Aji et al. Green house monitoring and controlling using Android mobile application. In: QiR (Quality in Research), 2013 International Conference on. IEEE, 2013. p. 79-85. SILVA, D. et al. Controle automtico da umidade do solo com energia solar para pequenos produtores. In: Embrapa Pantanal- Artigo em anais de congresso (ALICE). In: SIMPSIO SOBRE RECURSOS NATURAIS E SOCIOECONMICOS DO PANTANAL, 6.; EVENTO DE INICIAO CIENTFICA DO PANTANAL, 1., 2013, Corumb, MS. Desafios e solues para o Pantanal: resumos. Corumb: Embrapa Pantanal, 2013.
  7. 7. Sensor de Umidade do Solo
  8. 8. Fundamentao Terica Sensor de umidade do solo Categorias de mtodos para medio de umidade do solo Mtodos Diretos Mtodos Indiretos
  9. 9. Fundamentao Terica Sensor de umidade do solo Categorias de mtodos para medio de umidade do solo Mtodos Diretos Mtodos Indiretos
  10. 10. Sensor um dispositivo que gera uma grandeza no domnio da eletricidade que pode ser utilizada como medida de um parmetro fsico, qumico ou biolgico. No caso do sensor de umidade, informaes de grandezas no domnio da eletricidade representam a medida de umidade no solo. (DE SOUZA MENDES, 2006, p.27).
  11. 11. Fundamentao Terica Sensor de umidade do solo Sensor de umidade do solo Capacitivo Resistivo Outros
  12. 12. Fundamentao Terica Sensor de umidade do solo Sensor capacitivo de umidade do solo http://www.decagon.com.br/solos/sensores-umidade/ec-5/ Decagon EC-5
  13. 13. Fundamentao Terica Sensor de umidade do solo Sensor resistivo de umidade do solo http://pt.aliexpress.com/item/Soil-Hygrometer-Humidity-Detection-Module-Moisture-Water-Sensor-for-Arduino/32590228315.html FC-28 + mdulo
  14. 14. Fundamentao Terica Sensor de umidade do solo Sensor Capacitivo Maior Preciso Maior Proteo Corroso Sensor Resistivo Menor CustoX
  15. 15. Fundamentao Terica Sensor de umidade do solo Sensor Capacitivo Maior Preciso Maior Proteo Corroso Sensor Resistivo Menor CustoX
  16. 16. Processo de Desenvolvimento de Sistemas Embarcados
  17. 17. Viso geral do processo de desenvolvimento de sistemas embarcados
  18. 18. Definio de Subsistemas Procedimentos Metodolgicos Processo de desenvolvimento de sistemas embarcados
  19. 19. Desenvolver Subsistema Procedimentos Metodolgicos Processo de desenvolvimento de sistemas embarcados
  20. 20. Integrao de Subsistemas Procedimentos Metodolgicos Processo de desenvolvimento de sistemas embarcados
  21. 21. Procedimentos Metodolgicos Projetar o circuito eltrico do prottipo. Analisar e selecionar os componentes e peas para a construo do prottipo Desenvolver o firmware para o microcontrolador. Desenvolver a aplicao para comunicao com o prottipo. Testar e acompanhar o prottipo em execuo. Analisar e avaliar os resultados obtidos nos testes.
  22. 22. Procedimentos Metodolgicos Projetar o circuito eltrico do prottipo. Analisar e selecionar os componentes e peas para a construo do prottipo Desenvolver o firmware para o microcontrolador. Desenvolver a aplicao para comunicao com o prottipo. Testar e acompanhar o prottipo em execuo. Analisar e avaliar os resultados obtidos nos testes.
  23. 23. Procedimentos Metodolgicos Identificao de subsistemas Subsistemas so mdulos de hardware com finalidades especficas que integram todo o sistema embarcado. Fonte de energia (Painel fotovoltaico + Super capacitor) Sensor resistivo de umidade do solo Microcontrolador Dispositivo de comunicao wireless
  24. 24. Dispositivo de comunicao wireless
  25. 25. Procedimentos Metodolgicos Subsistemas > Dispositivo de comunicao wireless o subsistema responsvel por efetuar a comunicao sem fio entre o microcontrolador e outro dispositivo que se comunique com o seu semelhante presente no prottipo. Aplicao requisitante genrica
  26. 26. Procedimentos Metodolgicos Subsistemas > Dispositivo de comunicao wireless > Bluetooth O dispositivo Bluetooth, que foi primeiramente selecionado, permite conexo ponto-a-ponto, tendo sua comunicao ilustrada abaixo.
  27. 27. Procedimentos Metodolgicos Subsistemas > Dispositivo de comunicao wireless > NRF24L01 O dispositivo NRF24L01, que est presente no prottipo final, permite conexo de mltiplos dispositivos na mesma rede. A ilustrao da comunicao abaixo demonstra o caso de teste abordado pelo trabalho. Transmissor Receptor
  28. 28. Procedimentos Metodolgicos Subsistemas > Dispositivo de comunicao wireless > Comparativo Comparativo entre os dispositivos wireless utilizados. Dispositivo wireless Consumo com tenso de 3.3V Custo mdio de aquisio NRF24L01 12mA Entre R$7,00 e R$11,00 Bluetooth 50mA Entre R$22,00 e R$30,00
  29. 29. Microcontrolador
  30. 30. Procedimentos Metodolgicos Subsistemas > Microcontrolador Microcontrolador o subsistema responsvel por coordenar todos os mdulos de hardware do prottipo, exceto o subsistema gerenciador de energia. Para este trabalho, foi utilizado o ATMega328P, que tem como sua fabricante a ATMEL. Seu custo mdio no mercado se encontra entre R$11,00 e R$16,00.
  31. 31. Gerenciador de Energia (Painel Fotovoltaico + Super Capacitor)
  32. 32. Procedimentos Metodolgicos Subsistemas > Gerenciador de energia Subsistema responsvel por prover e gerenciar a energia utilizada pelos demais subsistemas. Prottipo
  33. 33. Procedimentos Metodolgicos Subsistemas > Gerenciador de energia Subsistema responsvel por prover e gerenciar a energia utilizada pelos demais subsistemas. Prottipo
  34. 34. Procedimentos Metodolgicos Subsistemas > Gerenciador de energia Diagrama esquemtico
  35. 35. Procedimentos Metodolgicos Subsistemas > Gerenciador de energia Componente Custo mdio de aquisio (un) R1 R$0,50 R2 R$0,05 D1 R$0,50 D2 R$0,50 Q1 R$0,30 U3 R$4,00 U4 R$3,00 C1 Entre R$4,00 e R$8,00 Painel Solar Entre R$20,00 e R$30,00
  36. 36. Procedimentos Metodolgicos Projetar circuito eltrico final do prottipo
  37. 37. Procedimentos Metodolgicos Projetar o circuito eltrico do prottipo. Analisar e selecionar os componentes e peas para a construo do prottipo Desenvolver o firmware para o microcontrolador. Desenvolver a aplicao para comunicao com o prottipo. Testar e acompanhar o prottipo em execuo. Analisar e avaliar os resultados obtidos nos testes.
  38. 38. Procedimentos Metodolgicos Analisar e selecionar os componentes e peas para a construo do prottipo Relao entre componentes adaptados e componentes ideais. Identificador do componente Componente Adaptado Componente Ideal Q1 BC557 BS250P, ZVP2106A D1 e D2 1N4148 1N5817, BAT42
  39. 39. Procedimentos Metodolgicos Projetar o circuito eltrico do prottipo. Analisar e selecionar os componentes e peas para a construo do prottipo Desenvolver o firmware para o microcontrolador. Desenvolver a aplicao para comunicao com o prottipo. Testar e acompanhar o prottipo em execuo. Analisar e avaliar os resultados obtidos nos testes.
  40. 40. Procedimentos Metodolgicos Desenvolver o firmware para o microcontrolador Desenvolvido utilizando a plataforma Arduino, juntamente com o gravador de firmware USBASP 2.0, para microcontroladores AVR ATMEL.
  41. 41. Procedimentos Metodolgicos Desenvolver o firmware para o microcontrolador Diagrama de mquina de estado
  42. 42. Procedimentos Metodolgicos Desenvolver o firmware para o microcontrolador Diagrama de comunicao
  43. 43. Procedimentos Metodolgicos Projetar o circuito eltrico do prottipo. Analisar e selecionar os componentes e peas para a construo do prottipo Desenvolver o firmware para o microcontrolador. Desenvolver a aplicao para comunicao com o prottipo. Testar e acompanhar o prottipo em execuo. Analisar e avaliar os resultados obtidos nos testes.
  44. 44. Procedimentos Metodolgicos Projetar o circuito eltrico do prottipo. Analisar e selecionar os componentes e peas para a construo do prottipo Desenvolver o firmware para o microcontrolador. Desenvolver a aplicao para comunicao com o prottipo. Testar e acompanhar o prottipo em execuo. Analisar e avaliar os resultados obtidos nos testes.
  45. 45. Procedimentos Metodolgicos Testar e acompanhar o prottipo em execuo
  46. 46. Resultados O subsistema gerenciador de energia forneceu energia suficiente para a alimentao do prottipo entre s 08:00 e s 16:00. O super capacitor demorou um pouco mais de 1 minuto para atingir sua carga completa. Com a interrupo do fornecimento de energia pelo painel solar e o super capacitor totalmente carregado, o prottipo consumiu toda a energia armazenada em um pouco mais de 1 minuto. O subsistema gerenciador de energia foi substitudo por 2 pilhas AA de 1.5V cada. O prottipo demorou cerca de 19h para drenar a energia pro