SISTEMA EMBARCADO APLICADO AO MONITORAMENTO E CONTROLE DE IRRIGAÇÃO ARTIFICIAL EM CONDIÇÕES SE- MIÁRIDAS

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1 Faculdade de Ciência e Tecnologia de Montes Claros Thalis Antunes de Souza SISTEMA EMBARCADO APLICADO AO MONITORAMENTO E CONTROLE DE IRRIGAÇÃO ARTIFICIAL EM CONDIÇÕES SE- MIÁRIDAS Montes Claros - MG 2012

2 Thalis Antunes de Souza SISTEMA EMBARCADO APLICADO AO MONITORAMENTO E CON- TROLE DE IRRIGAÇÃO ARTIFICIAL EM CONDIÇÕES SEMIÁRIDAS Projeto de graduação apresentado ao Curso de Engenharia da Computação da Faculdade de Ciência e Tecnologia de Montes Claros, como parte dos requisitos para obtenção do diploma de Engenheiro da Computação. Orientador: Prof. Ms. Maurílio José Inácio Montes Claros - MG

3 FUNDAÇÃO EDUCACIONAL MONTES CLAROS Faculdade de Ciência e Tecnologia de Montes Claros Thalis Antunes de Souza SISTEMA EMBARCADO APLICADO AO MONITORAMENTO E CON- TROLE DE IRRIGAÇÃO ARTIFICIAL EM CONDIÇÕES SEMIÁRIDAS Este projeto de graduação foi julgado adequado como parte dos requisitos para a obtenção do diploma de Engenheiro da Computação aprovado pela banca examinadora da Faculdade de Ciência e Tecnologia de Montes Claros Prof. Ms. Maurílio José Inácio Coord. do Curso de Engenharia da Computação Banca Examinadora Prof. Ms. Maurílio José Inácio, FACIT / (Orientador) Prof. Ms. João Carneiro Netto, FACIT Montes Claros, 31 de novembro de 2012

4 À minha família por ser sempre o meu porto seguro dedico este trabalho

5 Eu não estou preocupado com a morte, mas com a vida, para que ela não seja banal e fútil. Quando você se for, o que vai deixar? Mario Sérgio Cortella

6 RESUMO Este trabalho tem como objetivo o desenvolvimento de um sistema computacional utilizando técnicas de sistemas embarcados, envolvendo hardware e software, com a capacidade de monitorar e controlar sistemas de irrigação artificial a fim de auxiliar na tomada de decisão por parte do produtor rural e ainda minimizar o uso dos recursos naturais e maximizar a produção de alimentos. Como base do projeto foi desenvolvido um Módulo Central de Controle com interface Ethernet o qual é responsável por acionar os atuadores, motobomba e válvulas hidráulicas, também por receber os dados coletados pelos sensores, trata-los e envia-los para o servidor na nuvem baseado no conceito de Internet das Coisas. Os experimentos em campo foram realizados em uma plantação de banana-prata na cidade de Janaúba-MG. A coleta dos dados efetuada periodicamente a cada 15 segundos com envio imediato para o servidor na nuvem via protocolo TCP/IP mostrou-se eficiente quando a internet esteve funcional. O armazenamento e geração de gráficos a partir de dados coletados por sensores agregado a programação do acionamento de atuadores por horário possibilitam ao gestor da irrigação precisão de onde e quando irrigar reduzindo assim o desperdiço de recursos, melhorando os ganhos com a produção. Palavras-Chave: Arduino; COSM; Internet das Coisas; Sistema Embarcado.

7 ABSTRACT This study aims to develop a system using computational techniques embedded systems involving hardware and software, with the ability to monitor and control systems of artificial irrigation in order to assist in decision making by the farmer while minimizing the use natural resources and maximize food production. As the basis of the project was developed a Central Control Module with Ethernet interface which is responsible for triggering the actuators, hydraulic pump and valves, also receive the data collected by sensors, treats them and sends them to the server in the cloud-based concept of the Internet of Things. The field trials were conducted on a banana cultivation in the town of Janaúba-MG. Data collection was performed periodically every 15 seconds with immediate deployment to the cloud server via TCP / IP protocol was efficient when the internet was functional. The storage and graphing from aggregate data collected by sensors to actuators driven programming allows the manager to schedule irrigation precision when and where to irrigate thus reducing the waste of resources, improving the gains from production. Keywords: Arduino; COSM; Internet of Things; Embedded System.

8 LISTA DE ILUSTRAÇÕES Figura 1 - Propriedade Rural Figura 2 - Transformador de energia monofásico Figura 3 - Padrão de energia com tarifação noturna Figura 4 - Quadro de acionamento da motobomba Figura 5 - Tubulação e registro de metal Figura 6 - Poço artesiano com motobomba 8CV Figura 7 Gateway Figura 8 - Conexões do Módulo Central de Controle Figura 9 - Pinagem do microcontrolador ATMEGA328p Figura 10 - Fluxograma do software Figura 11 - Interface Ethernet WIZnet W Figura 12 Interface Rádio Frequência Zigbee Figura 13 - Módulo Central de Controle Figura 14 Layout placa de circuito impresso de acionamento de carga Figura 15 - Layout da placa PCB de acionamento de carga gerado pelo Fritzing Figura 16 - Camada de silk da PCB de acionamento de carga Figura 17 - Placa PCB fabricada Figura 18 - Caixa proteção hermética Figura 19 - Componentes eletrônicos Figura 20 - Placa PCB fabricada e montada Figura 21 - Relógio de Tempo Real DS Figura 22 Detalhe do Sensor de Temperatura e Umidade Figura 23 - Sensor de Umidade e Temperatura Figura 24 - Sensor de Umidade Moisture da marca SeeedStudio Figura 25 - Detalhe do sensor instalado em um tubo PVC Figura 26 Cavalete onde foram instalados os sensores de umidade e temperatura Figura 27 - Sensor não intrusivo de corrente SCT Figura 28 - Conjunto Motobomba 8cv Figura 29 - Sensor de corrente não intrusivo Figura 30 - Válvula Hidráulica 2" Figura 31 - Válvula Solenóide 24 V CA... 45

9 Figura 32 - Cavalete com válvula de 2" conectada ao micro tubo Figura 33 - Micro tubo, tubulação principal e secundária com mangueiras conectadas do setor Figura 34 - Gráfico gerado pelo COSM com falha no sistema Figura 35 - Arduino UNO Figura 36 - Grove-Base Shield V1.2 para Arduino UNO Figura 37 - Testes em Laboratório com sensor de Umidade de Solo Figura 38 - Umidade e Temperatura recebidos via serial Figura 39 - Dados enviados por sensores e recebidos pelo COSM Figura 40 - Shield com 4 reles Figura 41 - Visão interna do Módulo Central de Controle Figura 42 - Casa da Bomba Figura 43 - Corrente da motobomba Figura 44 - Instalação cavalete com sensores Figura 45 - RouterBoard Mikrotik RB Figura 46 - Mapa do COSM Figura 47 - Corrente do Motor - ultimas 6 horas Figura 48 - Temperatura do ar - ultimas 6 horas Figura 49 - Umidade relativa do ar - ultimas 6 horas Figura 50 - Umidade do Solo 40cm - ultimas 6 horas Figura 51 - Umidade do Solo 60cm - ultimas 6 horas Figura 52 - Corrente do motobomba - 1 semana Figura 53 - Temperatura do Ar - 1 semana... 60

10 SUMÁRIO INTRODUÇÃO CAPÍTULO 1 SISTEMA EMBARCADO Sistemas Digitais e Analógicos Comunicação Paralela Serial USB Ethernet Memória ROM Tipos de ROMs ROM programada por máscara ROM programáveis (PROMs) ROM programável e apagável (EPROM) PROM apagável eletricamente (EEPROM) Memória Flash Memória RAM Transistor Circuitos Integrados Circuito Impresso Microcontroladores Sistemas Embarcados Computação em Nuvem Internet das Coisas Cosm... 22

11 1.11 Irrigação Artificial CAPÍTULO 2 MATERIAIS E MÉTODOS Módulo central de controle Microcontrolador Programação Interface Ethernet Interface Rádio Frequência Fonte de Alimentação Caixa de proteção Circuito acionamento de carga Custos Relógio de Tempo Real Sensores Sensor de Umidade Relativa e Temperatura do Ar Sensor de Umidade do Solo Sensor de Corrente Elétrica Conjunto Motor-bomba Submersa Válvula hidráulica Repositório nas Nuvens CAPÍTULO 3 RESULTADOS: APRESENTAÇÃO, ANÁLISE E DISCUSSÃO Avaliação de Laboratório Testes com Shield Testes com Protótipo Avaliação de Campo CONSIDERAÇÕES FINAIS REFERÊNCIAS APÊNDICE A CÓDIGO FONTE DO MÓDULO CENTRAL DE CONTROLE... 67

12 INTRODUÇÃO Os sistemas computacionais são utilizados para resolver problemas em muitos setores da indústria, sobretudo principalmente como computador de uso geral. Com o avanço dos estudos do uso de computadores em aplicações específicas onde geralmente seu uso desempenha uma função crítica, surge uma nova linha de pesquisas chamada de sistemas embarcados, onde o conceito básico é ter uma unidade processadora executando um software específico desenvolvido para executar uma aplicação com garantia de alta disponibilidade de uso por grande período de tempo. O setor da agroindústria brasileiro destaca-se em números de produção de alimentos, principalmente devido aos grandes produtores que são detentores de recursos financeiros e tecnologia para produzir em larga escala. Pensando nos pequenos produtores rurais das regiões semiáridas que dependem da pequena produção para subsistência da sua família e que quando possível, a plantação é irrigada através de poços artesianos, estes produtores não conseguem ter acesso à tecnologia para auxiliá-los no manejo deste recurso tão escasso, a água. Este trabalho consiste no desenvolvimento de uma solução de baixo custo que possa auxiliar a tomada de decisão do produtor rural, ou do seu consultor, de como gerir seus recursos hídricos da melhor forma possível. Foram feitas pesquisas bibliográficas e entrevistas com profissionais da área de agroindústria para conseguir formatar uma possível solução para o problema de gestão da água, definidas as principais necessidades de um produtor rural de pequeno porte que são as seguintes: controlar atuadores tais como motobomba e válvulas hidráulicas, monitorar a corrente na motobomba, monitorar a umidade do solo, além de monitorar a umidade relativa e temperatura do ar. Foi encontrado no mercado local um controlador capaz de acionar a motobomba e válvulas solenoides com horário programado, sem conexão para sensores ou interface ethernet, por R$ 580,00. A partir dessa pesquisa, foi desenvolvido o projeto de um sistema capaz de controla os atuadores propostos e armazenar os dados dos sensores em um servidor na nuvem via internet. Podem-se citar como principais vantagens de implantação deste projeto: uso consciente da água; redução dos custos de energia elétrica; o monitoramento preciso do consumo de energia elétrica, umidade relativa e temperatura do ar. Os dados coletados e armazenados podem ser analisados por profissionais da área, para permitir uma tomada de decisão mais eficaz.

13 CAPÍTULO 1 SISTEMA EMBARCADO 1.1 Sistemas Digitais e Analógicos Um sistema digital é a combinação de dispositivos projetados para manipular informações lógicas ou quantidades físicas que são representadas no formato digital. Esses dispositivos são, na maioria das vezes, eletrônicos (TOCCI, 2007). Um sistema analógico contém dispositivos que manipulam quantidades físicas que são representadas na forma analógica (TOCCI, 2007). Os dados do mundo real, geralmente, são dados analógicos como por exemplo à temperatura, luminosidade, pressão, entre outros. Para que possamos trabalhar com dados do mundo real precisamos convertê-los de analógico para digital e vice versa. A conversão analógicodigital é o processo que possibilita a representação de sinais analógicos no mundo digital. Desta forma é possível utilizar os dados extraídos do mundo real para cálculos ou operar seus valores (OLIVEIRA, 2006). Um conversor analógico-digital é um bloco com uma entrada analógica e uma saída digital de N bits que possui a função de digitalizar o sinal analógico (NICOLOSI, 2006). O conversor analógico-digital (A/D) está presente internamente nos processadores e controladores de sinais digitais e alguns microcontroladores, mas também existem circuitos integrados dedicados a este fim (OLIVEIRA, 2006). Um termo utilizado para caracterizar um A/D é o seu número de bits, que coincide com o número de bits da palavra digital e que especifica a resolução dos conversores (NICOLOSI, 2006). 1.2 Comunicação O termo comunicação, geralmente está relacionado com computadores pessoais, ou seja, realizar uma comunicação entre o sistema embarcado e o computador (OLIVEIRA, 2006), com o avanço no uso de novos equipamentos eletroeletrônicos como Tablets e Smartphones temos uma maior flexibilidade nas aplicações, uma vez que estes dispositivos tem maior interação com interface homem-máquina (IHM) uma vez que possuem interfaces intuitivas. Por mais complicado e diversificado que seja o método de integração de um dispositivo eletrônico com um computador, ele não passa de um caminho de dados que envia e recebe bits (OLIVEIRA, 2006).

14 Uma das operações mais comuns que ocorrem em qualquer sistema digital é a transmissão da informação de um lugar para outro. A informação é transmitida em formato binário e, geralmente, é representada por tensões na saída de um circuito transmissor que está conectado à entrada de um circuito receptor (TOCCI, 2007) Paralela A comunicação paralela é designada deste modo pela sua forma de transferência de dados. São oito bits (um byte) independentes, ou seja, existem oito pinos para o envio destes simultaneamente (OLIVEIRA, 2006). A porta de comunicação paralela foi muita utilizada em microcomputadores para comunicação com impressoras. A transmissão de um dado binário de um ponto para outro de um sistema digital pode ser feita mais rapidamente por meio do formato paralelo, pois todos os bits são transmitidos simultaneamente (TOCCI, 2007) Serial A comunicação serial consiste no envio de bits de formato serial, como uma fila, um atrás do outro, por uma única via. Ele possui dois canais de transferência de dados, um para envio (Tx) e o de recebimento (Rx) (OLIVEIRA, 2006). Segundo Tocci (2007), a transmissão de dados serial é mais lento que o paralelo pois transmite um bit de cada vez, por outro lado o formato paralelo requer mais linhas de sinais, interligando o transmissor e o receptor de dados binários. Para efetuar a comunicação serial é necessário um cabo crossover onde o pino de transmissão (Tx) de um dispositivo for conectado ao pino de recepção (Rx) do outro dispositivo e vice e versa USB A comunicação através do Universal Serial Bus (USB) surgiu da necessidade de se ter uma porta de comunicação universal para vários tipos de dispositivos. A comunicação USB acontece sempre entre dois dispositivos, o Host e a Aplicação. O primeiro é responsável por detectar a inserção ou remoção de algum dispositivo (Aplicação) (OLIVEIRA, 2006). Os cabos e conectores USB possuem quatro fios condutores, dois para alimentação e dois para transmissão de dados (OLIVEIRA, 2006).

15 1.2.4 Ethernet O Ethernet é um padrão que define como os dados serão transmitidos fisicamente através dos cabos da rede (TORRES, 2001). É o Ethernet quem encapsula os dados a serem transmitidos em pequenos pacotes para poder ser transmitido pela rede. Quando se fala em Ethernet, vem uma associação direta com Internet. O que é algo natural, pois a Ethernet faz parte de uma das camadas de Internet (OLIVIERA, 2006). A Ethernet define a camada inferior do protocolo TCP/IP, por isso ela define a parte física: o cabeamento e os sinais elétricos, e na camada de enlace indica o formato de pacotes e os protocolos (OLIVEIRA, 2006). A interface de comunicação Ethernet pode vir encapsulada em um circuito integrado dedicado para o controle, podendo ser facilmente encontrado no mercado. 1.3 Memória Segundo Tocci (2007), quando um componente, dispositivo ou circuito recebe um dado na entrada ele muda a saída de alguma forma, em resposta ao dado de entrada. Quando o sinal de entrada é removido a saída volta ao estado original. Um exemplo de componente eletrônico sem memória é o resistor, pois a sua saída depende da entrada naquele instante, enquanto o capacitor pode ser um exemplo de componente eletrônico com memória uma vez que a sua saída depende não só da sua entrada, mas também do seu estado anterior. Os dispositivos e circuitos de memória desempenham um papel importante nos sistemas digitais porque proveem um meio de armazenamento, temporário ou permanente, de um número binário (TOCCI, 2007) ROM A memória apenas de leitura é um tipo de memória semicondutora projetada para manter os dados que são permanentes ou que não mudam frequentemente. Durante operações normais, nenhum dado novo pode ser escrito na ROM, mas os dados podem ser lidos dela (TOCCI, 2007).

16 Visto que todas ROMs são não voláteis, esses programas não são perdidos quando a energia elétrica é desligada (TOCCI, 2007) Tipos de ROMs ROM programada por máscara Segundo Tocci (2007), a ROM programada por máscara tem suas informações armazenadas ao mesmo tempo em que o circuito integrado é fabricado. As informações são armazenadas conectando ou desconectando a fonte de um transistor à coluna de saída. As ROMs programadas por máscara são normalmente conhecidas por ROMs, mas também podem ser chamadas em algumas literaturas por MROMs ROM programáveis (PROMs) Segundo Tocci (2007), uma vez programada, a PROM será semelhante a uma MROM, que não pode ser apagada e reprogramada. Assim, se o programa na PROM estiver errado ou tiver de ser alterada, essa PROM terá que ser jogada fora ROM programável e apagável (EPROM) Segundo Tocci (2007), uma EPROM pode ser programada pelo usuário e também pode ser apagada e reprogramada quantas vezes for desejado. Uma vez programada, a EPROM é uma memória não volátil que mantém indefinidamente os dados armazenados. As maiores desvantagem das EPROMs são que ela tem de ser removida do seu circuito para serem apagadas e reprogramadas; a operação de apagamento apaga todo o chip, e o processo de apagamento e reprogramação pode gastar 20 minutos ou mais PROM apagável eletricamente (EEPROM) Segundo Tocci (2007), as desvantagens da EPROM foram superadas pelo desenvolvimento da PROM apagável eletricamente (EEPROM) como um aperfeiçoamento da EPROM.

17 A principal diferença é que a EEPROM pode ser apagada eletricamente, sendo possível apagar e programar no próprio circuito (ou seja, sem uma fonte de luz ultravioleta e sem uma unidade especial programadora de PROM). Outra vantagem da EEPROM sobre a EPROM é sua capacidade de apagar e reescrever bytes individual e eletricamente na matriz de memória Memória Flash Estruturalmente, uma célula de memória flash é semelhante à célula com um único transistor da EPROM, apenas um pouco maior. O custo da memória flash é consideravelmente menor do que o da EEPROM (TOCCI, 2007). As memórias flash são amplamente utilizadas em pen drivers e cartões de memória de celulares e câmeras digitais Memória RAM De acordo com Tocci (2007), as memórias de acesso direto (RAM) são utilizadas em computadores para armazenamento temporário de programas e dados. Os conteúdos de diversos endereços da RAM são lidos e escritos conforme o computador executa o programa. Isso requer que os ciclos de leitura e escrita sejam rápidos para que a RAM não torne lenta a operação do computador. A principal desvantagem das RAMs é que elas são voláteis e perdem todas as informações armazenadas se a alimentação for interrompida ou desligada. Naturalmente, a principal vantagem da RAM é que ela pode ser escrita e lida rapidamente com a mesma facilidade. 1.4 Transistor Considerado uma das maiores invenções do século passado, o transistor foi idealizado pelos pesquisadores da Bell Lab s em dezembro de 1947 (OLIVEIRA, 2006). É um dispositivo cuja resistência interna pode variar em função do sinal de entrada. Essa variação de resistência torna possível regular a corrente que circula pelo circuito em que se encontra conectado (AL- GULO DEL OTERO, 1993). Oliveira (2006), destaca como vantagens em relação às válvulas o tamanho reduzido; não é necessário vácuo, grades, nem invólucro de vidro; de ação instantâ-

18 nea, não gera ruídos nem atraso por aquecimento; os transistores também funcionam como comutadores (chaves), sem atrasos devido ao funcionamento mecânico, o que acontece com os relés. 1.5 Circuitos Integrados Após a invenção dos transistores, as implementações de circuitos digitais tornavam-se cada vez mais complexas. Com isso veio à necessidade de reduzir a eletrônica envolvida, e desta forma surgiu outra invenção, o circuito integrado (CI) (OLIVEIRA, 2006). Os circuitos integrados são geralmente compostos de um chip de silício, uma caixa de plástico, terminais de conexão, uma fenda e um ponto para indicar o ponto onde se encontra o terminal de número um. Antes da existência dos CI, todas as conexões de circuito eram feitas a partir de um componente discreto (transistor, diodo, resistor, etc.) para outro. Agora a maioria das conexões é feita internamente aos CI, onde elas estão protegidas de problemas físicos (TOCCI, 2007). Os circuitos integrados possuem diversos formatos na indústria eletrônica, denominados de encapsulamentos, devido aos diversos processos de fabricação. Às vezes eles são projetados para otimizar o espaço, para facilitar a montagem ou em razão dos custos (OLIVEIRA, 2006). 1.6 Circuito Impresso Os circuitos impressos foram criados para unir de forma permanente e eficiente os circuitos integrados aos diversos outros componentes de um circuito eletrônico (OLIVEIRA, 2006). O circuito impresso pode ser fabricado com diversos materiais, mas basicamente é uma placa não condutora com uma ou mais camadas de cobre onde são desenhadas as trilhas por onde passam os sinais elétricos. Para produção manual existem placas de um ou dois lados de cobre onde através de vários processos pode-se desenhar o layout do circuito e com componentes químicos é efetuada a retirada do cobre excedente, deixando apenas as trilhas. Existem vários softwares para ajudar no processo de criação das placas de circuito impresso (do inglês Printed Circuit Board - PCB), onde pode se efetuar a montagem do esquemático, a simulação do mesmo e após isto a geração do layout do circuito impresso.

19 1.7 Microcontroladores Em poucas palavras, poderíamos definir o microcontrolador como um pequeno componente eletrônico, dotado de uma inteligência programável, utilizado no controle de processos lógicos (SOUZA, 2003). Segundo Silva (2006), microcontrolador é um circuito integrado programável que contém todos componentes de um computador como CPU (unidade central de processamento), memória para armazenar programas, memória de trabalho, portas de entrada e saídas, sistema de controle de tempo interno e externo, conversores analógico digital, porta de comunicação serial e outros. Fontes (2003) reforça que o fato de microcontroladores incorporarem na própria Unidade Central de Processamento (CPU) alguns elementos periféricos, tais como: contadores, portas de entrada e saída, conversores analógico-digitais, portas de comunicação serial síncrona e assíncrona, e dispositivos para a supervisão de sua operação (watchdog). Segundo Oliveira (2006), os microcontroladores, em geral, possuem todos os periféricos necessários num único chip. Seu tamanho também é muito pequeno, mesmo contendo vários periféricos como: memórias, barramentos, timer s, portas de comunicação, conversores de sinal analógico para digital, etc. Eles possuem desempenho menor que os microprocessadores, mas são ideais em aplicações que necessitam de menores dimensões, tempo e custo. Fontes (2003) afirma que os microcontroladores são unidades de processamento digitais, ideais para aplicações localizadas e são projetados de tal forma que são capazes de proporcionar a solução para uma vasta quantidade de problemas realizando as operações lógicas e aritméticas necessárias. São dispositivos eletrônicos praticamente autônomos necessitando de um número mínimo de dispositivos periféricos para realizar suas tarefas. Os processadores operam sobre dados que adquiridos através de portas de entrada analógicas ou digitais e fornecem os sinais de saída correspondentes através de outras portas digitais ou analógicas (FONTES, 2003). Estas portas são terminais e variam de um microcontrolador para outro, podendo ser entrada ou saída (I/O) digitais ou entrada ou saída (I/O) analógica. Segundo Silva (2006), o grande desenvolvimento de tecnologias nas áreas de automação e robótica deve-se aos microcontroladores e processadores digitais de sinais (DSP), executando um software escrito para uma determinada finalidade, sendo extremamente robusto, baratos e confiáveis.

20 1.8 Sistemas Embarcados Os sistemas embarcados estão em toda parte e presente no cotidiano das pessoas (AGUIAR, 2011). Com a evolução da tecnologia e capacidade de miniaturização os sistemas embarcados serão cada vez mais utilizados, segundo a companhia de pesquisa internacional (IDC, 2011), este mercado representa hoje um trilhão de dólares, número que dobrará até 2015, chegando a dois trilhões de dólares e para suprir este mercado serão necessários 14,5 bilhões de microprocessadores. Também segundo (IDC, 2011) os principais mercados são de comunicações, computação, consumo, energia, saúde, industrial e transporte. Apontam também como principais arquiteturas as seguintes: ARM, MIPS, IBM Power Arquiteture e x86. Marwedel (2011) cita várias áreas e exemplos de uso para sistemas embarcados, como em automóveis onde o controle de air bag, controle do motor, anti-braking systems (ABS), controle de estabilidade (ESP) e outros equipamentos de segurança, ar condicionado, sistema GPS, alarmes e muito mais. Marwedel (2011) destaca também o uso de sistemas embarcados para redução de impacto ambiental. Outros setores que também são lembrados por Marwedel (2011) são o da aviação, ferroviário, telecomunicações, saúde, segurança, eletrônicos, indústrias, edifícios inteligentes, logística, robótica e aplicações militares. Existem computadores de propósito geral e de propósito específico. Como a própria nomenclatura sugere, os computadores de propósito geral são projetados e desenvolvidos para que qualquer tipo de tarefa possa ser executada nele com algum desempenho mínimo garantido. Já os computadores de propósito específico, também, como a nomenclatura esclarece, são pensados e implementados para um fim específico, ou seja, para aquele objetivo, possivelmente seu desempenho (do ponto de vista computacional e energético) seja maior do que o oferecido por um computador de propósito geral (AGUIAR, 2011, p. 113). Segundo Aguiar (2011), os Sistemas Embarcados (SE) realizam um conjunto de tarefas pré-definidas e, geralmente, contêm requisitos específicos a serem atendidos. Sendo assim considerado computador de propósito específico. Em grande parte dos casos, esses sistemas possuem restrições bastante severas quanto ao tamanho físico do dispositivo final, ao custo e ao consumo de energia (AGUIAR, 2011). O hardware refere-se aos elementos eletrônicos, mecânicos e magnéticos com os quais o computador é fabricado. O software refere-se à totalidade dos programas e dos sistemas de programação utilizados por um computador (TOCCI, 1983). Os sistemas embarcados são compostos por uma unidade de processamento, que é um circuito integrado, fixado a um circuito impresso (OLIVEIRA, 2006). Podem ser definidos

21 como sistemas que possuem uma capacidade de processamento de informações vinda de um software que está sendo processado internamente nesta unidade (OLIVEIRA, 2006). Segundo Oliveira (2006), um sistema embarcado é uma caixa com componentes eletrônicos cujo entendimento facilita muito o desenvolvimento de aplicações. Outro conceito pertinente a sistemas embarcados foi que eles podem ser definidos como sistemas que possuem uma capacidade de processamento de informações vinda de um software que está sendo processada internamente nessa unidade, por isso a denominação sistemas embarcado. Sistemas Embarcados são baseados em microcontroladores e conforme Souza (2003) é utilizado em muitos equipamentos de nosso uso diário, tais como: eletrodomésticos, alarmes, celulares e brinquedos, entre outros. 1.9 Computação em Nuvem Conforme Sousa (2009), serviços essenciais ao ser humano tais como água, eletricidade, telefone e gás tem uma infraestrutura de distribuição que nos permite utilizar a qualquer momento e de forma transparente estes serviços, pagando apenas pelo consumido. Este mesmo conceito está sendo aplicado no ramo da informática com o avanço do termo Computação em Nuvem (do inglês Cloud Computing). Na computação em nuvem, os recursos de TI são fornecidos como um serviço, permitindo aos usuários acessarem os serviços sem a necessidade de conhecimento sobre a tecnologia utilizada (SOUSA, 2009). A exemplo do que acontece com os serviços essenciais, como água e eletricidade, os serviços de Computação em Nuvem também são cobrados como um serviço e por demanda, em alguns casos são gratuitos Internet das Coisas Segundo Doukas (2012), existem várias definições para Internet das Coisas (do inglês Internet of Things - IoT) onde alguns dizem que é a internet onde as coisas comunicam-se entre si, dizem até que IoT é um potencial integrante da internet do futuro. A inclusão de dispositivos físicos e aparelhos eletrônicos na internet trazem consigo inúmeras possibilidades de novas aplicações, as quais podem utilizar as informações e serviços desses dispositivos com diferentes propósitos (FRANÇA, 2011).

22 Cosm Segundo Doukas (2012), o Cosm (anteriormente conhecido como Pachube) foi um dos primeiros serviços baseados em computação na nuvem utilizada para armazenar dados de sensores. Doukas (2012) também destaca o fato do Cosm fornece uma interface entre aplicativo e programação (do inglês Application Programming Interface API) capaz do envio diretamente dos dados do sensor para o seu ambiente web permitindo a visualização dos dados em formato de gráfico Irrigação Artificial Segundo Rebouças Neto (2010), a irrigação é um dos tratos culturais que mais influencia a produção agrícola. Entretanto, para o sucesso econômico dessa atividade é necessário identificar quando, quanto e como irrigar. A definição do momento certo de irrigar, além de proporcionar melhor distribuição no uso da água, poderá ter como resultado, um aumento de produtividade das culturas. Dessa forma, deve-se procurar o melhor critério para proporcionar melhor eficiência de aplicação de água para não ocorrer desperdício, pois a eficiência de uso da água é um parâmetro importante na seleção de métodos de aplicação e manejo da água de irrigação e indica qual a combinação que leva à maior produção com o menor consumo. A demanda sazonal de água de uma cultura é a quantidade de água que a mesma utiliza durante o seu ciclo. Este valor não é fixo, variando entre regiões de climas diferentes. Em regiões mais quentes, como o semiárido, normalmente requerem mais agua. (PERES, 2011). De acordo com Cruz (2009), As atividades de produção e manejo, em propriedades rurais, vêm demandando cada vez mais soluções de alta tecnologia. A utilização de uma rede de sensores sem fio (RSSF) permite automatizar a coleta de informações ambientais como temperatura e umidade do ar que são parâmetros fundamentais para o gerenciamento de armazenagem de grãos em silos ou mesmo o monitoramento da umidade do solo para auxiliar nas tomadas de decisões de quando e quanto irrigar. Solenoides são dispositivos eletromecânicos baseados no deslocamento causado pela ação de um campo magnético gerado por uma bobina e são muito utilizados na construção de outros dispositivos, como é o caso de válvulas para controle de fluidos (SILVA, 2002). Válvula de controle elétrico, cuja abertura ou fechamento é controlado por uma válvula solenóide, ativada por corrente elétrica ou por pulsos elétricos. Normalmente a

23 tensão de acionamento dos solenóides é de 24 volts, apresentando uma corrente de atracação e outra de retenção, que variam em função do fabricante, válvula de controle hidráulico que tem sua abertura ou fechamento a partir de um comando de pressão, conduzidos por tubos de controle, de um centro de controle remoto, válvula reguladora de pressão que mantém a pressão de saída constante, independentemente da flutuação da pressão de entrada e/ou da vazão. Em geral os controladores apresentam uma fonte de alimentação de 110 ou 220 Volts, com saída para as válvulas de 24 volts, possuem de 2 a 4 programas independentes, programação dos dias da semana, 3 a 16 horários de partida ("start"), tempo programado em minutos e horas, mantém a hora, data e programação em caso de queda de energia utilizando pilha alcalina 9 volts, programação individual semi-automática ou manual e admitem o acoplamento de sensor de chuva, ou outros sensores de controle da irrigação. Vários são os fabricantes destes controladores (SUZUKI et al., 2010). Para grandes áreas irrigadas com pouca disponibilidade de mão de obra ou mesmo a necessidade de se realizar irrigações noturnas, é essencial a implantação e o uso de dispositivos que permitam a automação dos sistemas de irrigação (REBOUÇAS NETO, 2010). Sistemas embarcados são utilizados com esta finalidade de permitir a automação de sistemas de irrigação, não só no quesito de abertura e fechamento de válvulas quanto ao repositório de dados de sensores.

24 CAPÍTULO 2 MATERIAIS E MÉTODOS O sistema de irrigação foi desenvolvido baseado em uma pesquisa de campo realizada em uma pequena propriedade rural de metros quadrados, localizada a nove quilômetros do centro da cidade de Janaúba, Norte de Minas Gerais. Com uma área plantada de metros quadrados de banana-prata (Musa sapientum). A Figura 1 é uma imagem de satélite onde ilustra a propriedade rural onde ocorreu o desenvolvimento da pesquisa. Nesta propriedade havia a necessidade de gestão dos recursos hídricos de forma automatizada, uma vez que a mesma era feita de forma manual. Para o levantamento dos requisitos foram feitas entrevistas com o proprietário e funcionário da propriedade rural, um engenheiro agrónomo e um projetista de sistemas de irrigação de uma empresa de Montes Claros também foram entrevistados. Figura 1 - Propriedade Rural Fonte: Google Earth (2012) A fim de analisar a estrutura atual do sistema foram efetuadas diversas visitas em campo, onde foram observados alguns pontos principais, como o transformador de energia monofásico

25 de 25 kva (Figura 2), e o padrão de energia com tarifação noturna (Figura 3) onde a energia tem tarifação reduzida entre os horários de 21:30 e 6:00. Observa-se que o acionamento da motobomba é feito através de um circuito acoplador já existente conforme Figura 4. Figura 2 - Transformador de energia monofásico

26 Figura 3 - Padrão de energia com tarifação noturna Figura 4 - Quadro de acionamento da motobomba

27 A tubulação de metal, Figura 5, existente com tempo de uso superior a 20 anos com acionamento manual através de registros proporcionava um grande desperdício de agua, pressão do sistema, bem como muita mão de obra para abertura e fechamento dos registros nos horários com tarifação de energia de menor valor. Figura 5 - Tubulação e registro de metal Foi realizada uma em alteração a tubulação de metal por uma que proporcionasse menor desperdício de agua e pressão do sistema, parte da mesma foi trocada por uma tubulação de PVC, como pode ser observado no ponto de saída do poço artesiano, Figura 6. Figura 6 - Poço artesiano com motobomba 8CV

28 A partir do levantamento dos requisitos foi efetuada uma pesquisa de mercado para conhecer as opções existentes para suprir esta necessidade de monitoramento e controle do sistema remotamente com baixo custo. A conclusão desta pesquisa foi que não existe uma opção no mercado nacional que dê uma flexibilidade com várias interfaces de comunicação. As opções importadas tem um custo elevado e falta de suporte em idioma português. Com base neste resultado foram selecionados os componentes eletrônicos para o desenvolvimento do sistema de irrigação a fim de suprir os requisitos com baixo custo e utilizando técnicas de desenvolvimento de sistemas embarcados. O projeto consistiu em duas etapas principais o desenvolvimento do Hardware e o desenvolvimento do Software. Os recursos utilizados em cada uma das etapas serão detalhados ao longo deste capítulo. 2.1 Módulo central de controle O gateway, Figura 7, é responsável por converter os dados analógicos, coletados por sensores, em dados digitais que por sua vez serão tratados e utilizados para tomada de decisão de quando acionar seus atuadores: válvulas solenoide e motobomba. Para que haja comunicação via internet este módulo possui um componente Ethernet que é responsável pela comunicação utilizando o protocolo TCP/IP. Para expansão futura o mesmo possui conexão para módulo de Rede de Sensores Sem Fio (RSSF) possibilitando integração com outros dispositivos com comunicação sem fio. Figura 7 Gateway

29 O item central do módulo central é o microcontrolador, onde são conectados os sensores, atuadores, relógio de tempo real e interface controladora ethernet, conforme Figura 8. Os sensores são conectados através de entradas digitais ou analógicas, dependendo da especificação dos sensores. Os atuadores são conectados a saídas digitais, necessitando de um circuito acoplador para as válvulas e motobomba. O relógio de tempo real (do inglês Real Time Clock RTC), responsável por fornecer a hora correta para o microcontrolador, comunica-se com através do barramento serial I²C (do inglês Inter-Integrated Circuit). O controlador ethernet comunica-se com o microcontrolador através do protocolo SPI (do inglês Serial Peripheral Interface) e com a internet através do protocolo TCP/IP com conector RJ-45. Atuadores Rele1 Rele6co Sensores Corrente Rele2 Rele3 Rele4 Rele5 Rele6 Gateway Microcontrolador Controlador Ethernet Umidade Ar Temperatura Ar Umidade Solo 40cm Umidade Solo 60cm Saída digital Comunicação I²C Comunicação SPI Entrada digital Entrada Analógica Figura 8 - Conexões do Módulo Central de Controle

30 2.1.1 Microcontrolador O microcontrolador utilizado foi o modelo Atmega328p do fabricante Atmel (ATMEL, 2009), um componente de alto desempenho e baixo consumo de energia. O microcontrolador escolhido atende a necessidade de portas de entrada e saída para conexão dos sensores, atuadores, interface ethernet e módulo de RF. A pinagem do processador pode ser observada na Figura 9. O Atmega328p tem como principais características: Arquitetura RISC (do inglês Reduced instruction set computing), conjunto de 131 instruções, tensão de alimentação entre 1.8 e 5.5v, temperatura de operação de -40ºC e 80ºC, seis canais PWM, barramento de dados de 8 bit, frequência de 20MHz, memória do programa de até 32KB, RAM dos dados de 2KB. Figura 9 - Pinagem do microcontrolador ATMEGA328p Fonte: ATMEGA (2009, p. 2) Programação A programação do microcontrolador Atmega328p é feita com o auxílio de um Ambiente Integrado de Desenvolvimento (do inglês Integrated Development Environment IDE) Ar-

31 duino IDE versão que é um software livre, utilizando a linguagem de programação baseada em C/C++ Wiring (ARDUINO, 2012). O principal critério de escolha da IDE foi o grande número de bibliotecas gratuitas encontradas para a mesma. O código fonte depois de compilado pela IDE é responsável pelo funcionamento do microcontrolador nas diversas funções, que são as seguintes: inicializar os reles, inicializar os sensores, inicializar o módulo ethernet, inicializar o servidor HTTP (do inglês Hypertext Transfer Protocol), ler os dados dos sensores, enviar para o servidor na nuvem, verificar qual estado dos reles e o horário de atuação dos mesmos e atuar nos reles, como ilustra a Figura 10. As funções de inicialização são executadas apenas na inicialização do equipamento, enquanto as outras funções são executadas repetidamente enquanto ligado. InicializarReles InicializarSensores InicializarEthernet InicializarServidorHttp LerSensores EnviarCosm VerificarReles AtuarReles Figura 10 - Fluxograma do software

32 2.1.2 Interface Ethernet A interface ethernet utilizada é a W5100 da marca WIZnet, Figura 11, onde tem como principais características a faixa de operação entre 3,3 e 5V, suporte de até quatro sockets simultâneos, compatibilidade com 10/100Mbps de velocidade e suporta protocolo TCP/IP (WIZ- NET,2011). Figura 11 - Interface Ethernet WIZnet W5100 Fonte: WIZNET (2012) Interface Rádio Frequência De forma a viabilizar uma aplicação futura, o módulo central de controle possui interface de rádio frequência Xbee S2 (Figura 12) da marca Digi International que utiliza protocolo de comunicação o ZigBee e tem como principais especificações: alimentação de 3.3V, potência de 2mW, frequência de funcionamento de 2.4GHz, seis conversores analógico-digital, oito pinos de entrada-saída, comandos de configuração AT ou API, criptografia de 128-bit e conexão de antena externa através de conector SMA, onde o raio de atuação de funcionamento dependerá da antena utilizada. Figura 12 Interface Rádio Frequência Zigbee

33 2.1.4 Fonte de Alimentação O Módulo Central de Controle foi desenvolvido para ser alimentado com tensões entre 5 e 12 Volts com corrente continua (CC), sendo que a fonte é composta basicamente de um regulador de tensão de 5V modelo 78M05, um regulador de tensão 3,3V modelo AMS Caixa de proteção A montagem do Módulo Central de Controle (Figura 13) deu-se em uma caixa hermética da marca Steck (STECK, 2012), para facilitar a conexão com a rede ethernet foi inserido um conector key stone fêmea RJ-45, também um conector do mesmo tipo foi utilizado para a entrada dos dados dos sensores do cavalete. As saídas dos relés foram conectadas a cabos tipo PP de medida 1,5 mm², onde o rele1 está conectado ao circuito de acionamento da moto-bomba e os reles dois ao cinco conectados cada um a uma válvula solenoide. Figura 13 - Módulo Central de Controle

34 2.1.6 Circuito acionamento de carga O acionamento dos atuadores é efetuado através de um circuito composto basicamente por transistores BJT BC337, responsável pelo acoplamento da carga necessária para colocá-lo o relé em modo fechado que por sua vez irá acionar o circuito da motobomba ou as válvulas solenoides, dependendo da sua configuração. O layout da placa de circuito impresso foi desenvolvido no software livre de CAD Fritzing (FRITZING, 2012), conforme Figura 14. Figura 14 Layout placa de circuito impresso de acionamento de carga O desenvolvimento da PCB de acionamento de carga deu-se através da técnica de transferência térmica no qual consiste na impressão do arquivo gerado pelo Fritzing (Figura 15) em uma folha de papel couchê 160 gramas com uma impressora laser, a transferência do conteúdo impresso para a placa de fibra de vidro com uma camada de cobre é feita com o auxílio de um aquecedor, também utilizando este mesmo processo são transferidas as informações extras sobre a PCB gerada pelo Fritzing com o nome de silk (Figura 16).

35 Figura 15 - Layout da placa PCB de acionamento de carga gerado pelo Fritzing Figura 16 - Camada de silk da PCB de acionamento de carga

36 2.1.7 Custos O custo de produção do Módulo Central de Controle (Figura 20) desmembra-se basicamente em quatro itens principais que são: placa PCB, gateway, componentes eletrônicos e caixa de proteção. A placa PCB (Figura 17) foi fabricada por DFRobot (2012) a um custo de R$ 21,60, o gateway foi adquirido na DFRobot (2012) por R$ 115,70, os componentes eletrônicos (Figura 19) foram adquiridos na Paresteck (2012) por R$ 19,70 e a caixa de proteção (Figura 18) adquirida por R$ 12,00. Totalizando R$ 169,00. Figura 17 - Placa PCB fabricada Figura 18 - Caixa proteção hermética

37 Figura 19 - Componentes eletrônicos Figura 20 - Placa PCB fabricada e montada

38 2.2 Relógio de Tempo Real O componente eletrônico DS1307 (Figura 21) é um relógio de tempo real (RTC) de baixa potência podendo ser alimentado apenas com uma simples bateria de 3 V com autonomia de anos (DALLAS, 2008). Este componente é conectado ao Módulo de Controle Central através do protocolo de comunicação I²C para fornecer data e hora certa, o relógio não para de funcionar mesmo com falta de energia, pois o mesmo depende apenas da bateria própria. 2.3 Sensores Figura 21 - Relógio de Tempo Real DS1307 Para medição dos dados reais, analógicos, e conversão para dados computáveis, digitais, foram utilizados alguns sensores para medir as seguintes grandezas: umidade relativa e temperatura do ar, umidade do solo e corrente do motor. Nesta seção será abordado cada um dos sensores Sensor de Umidade Relativa e Temperatura do Ar Foi utilizado como sensor de temperatura e umidade relativa do ar o componente eletrônico RHT03 (Figura 22) do fabricante Maxdêtect que tem como principais características: alimentação entre 3,3 e 6 V, capacidade de medição de temperaturas entre -40 a 80ºC com precisão de +/- 0.5ºC, medição de umidade entre 5 e 99% com precisão de +/- 2% e um tempo de resposta entre 6 e 20 segundos (MAXDÊTECT, 2012).

39 Este sensor envia os dados para o Módulo Central de Controle através de dados digitais, não sendo necessário à conversão analógico-digital dos dados adquiridos. Figura 22 Detalhe do Sensor de Temperatura e Umidade O sensor de Temperatura e Umidade foi montado dentro de um tubo de cloreto de polivinila (PCV) de 40mm a fim de protegê-lo das intempéries do tempo e garantir o funcionamento do mesmo, como pode ser observado na Figura 23. Figura 23 - Sensor de Umidade e Temperatura

40 2.3.2 Sensor de Umidade do Solo O sensor de umidade do solo utilizado foi o Moisture (Figura 24) do fabricante SeeedStudio, o mesmo possui como características principais a dimensão de 2x6cm, funcionamento com alimentação entre 3,3 e 5 Volts e consumo de 35mA (SEEEDSTUDIO, 2012). A conexão do sensor ao Módulo Central de Controle deu-se através de um conversor Analógico / Digital (A/D), retornando assim um valor entre 0 e 1023 onde 0 é o menos úmido e 1023 o mais úmido. Devido o sensor não ser totalmente resistente à água, ele foi instalado em um tubo de PVC antes de ser enterrado, como mostra a Figura 25. Figura 24 - Sensor de Umidade Moisture da marca SeeedStudio Figura 25 - Detalhe do sensor instalado em um tubo PVC

41 Os sensores foram dispostos em um cavalete de forma que um sensor de umidade do solo ficasse a 60 cm de profundidade, o outro a 40 cm de profundidade e o sensor de umidade e temperatura do ar ficasse a 110 cm acima do solo, conforme mostra a Figura 26. A conexão entre o cavalete e o Módulo Central de Controle foi efetuado através de um cabo de rede UTP com quatro pares trançados. Figura 26 Cavalete onde foram instalados os sensores de umidade e temperatura

42 2.3.3 Sensor de Corrente Elétrica Um ponto importante do funcionamento do sistema é o monitoramento do consumo de corrente elétrica pelo conjunto motor-bomba, para isto foi utilizado um transformador de corrente não intrusivo modelo SCT (Figura 27) do fabricante chinês YHDC que tem como característica principal transformar uma corrente de até 100 amperes para uma corrente de 33mA (SEEEDSTUDIO, 2011). O sensor é conectado ao Módulo Central de Controle onde lê os dados e converte para a unidade de medida Amperes. Figura 27 - Sensor não intrusivo de corrente SCT Fonte: SEEEDSTUDIO (2011) 2.4 Conjunto Motor-bomba Submersa O conjunto motobomba utilizado no poço artesiano foi o modelo 610/008/e + R16i-07 (Figura 28) da marca Leão onde o motor possui oito cavalos de potência, monofásico e conjunto bombeador de sete estágios (LEAO, 2012). A mesma está instalada a 63 metros de profundidade no poço tubular, bombeando água diretamente para o sistema de irrigação, sem outra bomba auxiliar.

43 Figura 28 - Conjunto Motobomba 8cv Fonte: LEAO (2012) O conjunto da moto-bomba possui um circuito elétrico com função de acionamento e proteção, este circuito não foi alterado por estar em perfeito funcionamento, apenas foi inserido o sensor não intrusivo de corrente qual é capaz de estimar a corrente que está passando por um determinado condutor sem necessidade de ligar em série com o circuito, como podemos observar sua conexão na Figura 29.

44 Figura 29 - Sensor de corrente não intrusivo 2.5 Válvula hidráulica O fluxo da água na tubulação é liberado ou restrito através de válvulas hidráulicas de duas polegadas (Figura 30) onde o fluxo de água é normalmente aberto, ou seja, quando desligada, o fluxo de água está liberado. Através de um orifício de cor cinza na parte superior o líquido entra, aumentando a pressão interna e como consequência o diafragma corta o fluxo de água pela válvula. Para enviar o fluido até o diafragma da válvula hidráulica foi utilizado uma válvula solenóide modelo S D da marca Bermad, Figura 31, com acionamento elétrico com tensão de 24 V de corrente alternada (CA), esta válvula funciona no modo normalmente aberta, onde quando estiver sem alimentação elétrica o fluxo de água está liberado, por sua vez a válvula hidráulica estará aberta (BERMAD, 2012). A válvula possui três conexões para micro tubos, onde um deles é ligado na válvula hidráulica, outra é ligada no sistema hidráulico central e o terceiro é o retorno do liquido da válvula hidráulica e deve ser descartado quando o solenoide estiver desligado.

45 Figura 30 - Válvula Hidráulica 2" Figura 31 - Válvula Solenóide 24 V CA A montagem da válvula hidráulica no campo foi efetuada em um cavalete a 60cm do solo a fim de facilitar manutenção e evitar danos à mesma, como pode ser observado na Figura 32.

46 Figura 32 - Cavalete com válvula de 2" conectada ao micro tubo A tubulação de metal foi substituída por de PVC enterrada a 60 cm (Figura 33) de profundidade com o intuito de aumentar a durabilidade do mesmo e evitar acidentes durante o manejo da cultura. O micro tubo, responsável pela transmissão do fluido da válvula solenoide até a válvula hidráulica localizada no setor que deverá ser irrigado, é enterrado juntamente com a tubulação principal e a tubulação secundária, onde, na secundária estão conectadas as mangueiras que distribuem a água que irá irrigar por micro aspersão a cultura desejada, a Figura 33 mostra bem o micro tubo, tubulação principal e tubulação secundária com as mangueiras de saída para os micro aspersores, respectivamente da esquerda para direita.

47 Figura 33 - Micro tubo, tubulação principal e secundária com mangueiras conectadas do setor 2.6 Repositório nas Nuvens Os dados adquiridos através dos sensores são enviadas e armazenados em um servidor COSM, onde os dados são enviados a cada 15 segundos e são armazenados para análise posterior através de gráficos que podem conter períodos das últimas seis horas, um dia, uma semana, 30 dias ou três meses (COSM, 2012). O envio dos dados é feito utilizando uma biblioteca disponibilizada pelo site COSM, esta biblioteca é responsável pela comunicação entre o sistema Arduino e a API da COSM, utilizando apenas uma chave (do inglês key) de segurança, o número do feed (coleção de dados de um ambiente) e o ID do ambiente a ser armazenado, conforme pode ser observado no Apêndice A. Neste projeto monitorou-se com cinco grandezas: corrente do motor, temperatura do Ar, umidade do ar, umidade do solo a 40 cm e umidade do solo a 60 cm. Os dados são armazenados em um Feed público de ID e pode ser acessado gratuitamente pelo link: Cada uma das cinco grandezas é enviada pelo Arduino para o

48 COSM como dados sem unidade, a configuração da unidade é feita no ambiente web do COSM pelo usuário administrador do feed. O COSM gera gráficos de forma contínua, mesmo que os dados sejam recebidos de forma discreta, o período entre duas amostras reais é mostrado por uma reta, em caso de instabilidade no sistema o gráfico irá aparecer uma reta onde não se consegue selecionar o ponto sem amostras com o mouse, como pode ser observado na Figura 34. Figura 34 - Gráfico gerado pelo COSM com falha no sistema

49 CAPÍTULO 3 RESULTADOS: APRESENTAÇÃO, ANÁLISE E DISCUSSÃO A avaliação do trabalho em questão foi dividida em duas etapas a fim de conseguir o melhor resultado no menor tempo possível: Avaliação de Laboratório e Avaliação de Campo. 3.1 Avaliação de Laboratório No ambiente de laboratório foram efetuados testes dos sensores e atuadores. Com o auxílio de uma placa primeiramente de um kit de desenvolvimento Arduino UNO e em um segundo momento com a concepção de um protótipo Testes com Shield A fim de reduzir o tempo de desenvolvimento foi utilizado o Arduino UNO (Figura 35), baseado no mesmo microcontrolador do nosso Módulo Central de Controle, com um Shield Grove (Figura 36) da marca SeeedStudio a qual tem como principal funcionalidade a fácil conexão dos terminais do Arduino Uno com os sensores utilizados neste projeto, bem como o RTC utilizado. Figura 35 - Arduino UNO

50 Figura 36 - Grove-Base Shield V1.2 para Arduino UNO Figura 37 - Testes em Laboratório com sensor de Umidade de Solo

51 Efetuaram-se primeiros testes com os sensores de umidade e temperatura do ar enviando os dados via serial para um computador que por sua vez monitora os dados recebidos, mostrando-os (Figura 38), os dados foram coletados, enviados e mostrados sem perdas ou distorções. Figura 38 - Umidade e Temperatura recebidos via serial Nos testes de envio dos dados para o servidor na nuvem utilizou-se uma API disponibilizada gratuitamente pelo COSM (COSM, 2012), onde a função de envio dos dados coletados e enviados através da serial para o computador foi alterada para enviar para o COSM utilizando os seguintes parâmetros de configuração: chave de segurança e ID. Dados foram coletados, enviados para o COSM sem falhas. Os gráficos foram gerados de forma precisa e de claro entendimento, como mostra a Figura 39, onde temos o período de 24 horas e o valor atual de temperatura e umidade do ar.