AVALIAÇÃO DO SENSOR DHT11 - MEDIDAS DE TEMPERATURA E UMIDADE RELATIVA DO AR

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1 22 a 24 de Outubro de 204, Botucatu São Paulo, Brasil AVALIAÇÃO DO SENSOR DHT - MEDIDAS DE TEMPERATURA E UMIDADE RELATIVA DO AR Arilson J. Oliveira Júnior, Tiago A. Vicentin 2, Antonio R. Cunha 3, Mestrando do Programa de Energia na Agricultura, Faculdade de Ciências Agronômicas UNESP, Campus de Botucatu-SP, arilsonjr@outlook.com 2 Mestrando do Programa de Energia na Agricultura, Faculdade de Ciências Agronômicas UNESP, Campus de Botucatu-SP. 3 Engenheiro Agrônomo Dr., Faculdade de Ciências Agronômicas UNESP, Campus de Botucatu-SP INTRODUÇÃO O uso de sensores elétricos é muito comum em pesquisas nos dias atuais, principalmente àquelas que envolvem dados meteorológicos. Os sensores elétricos de temperatura transformam a grandeza física de temperatura do ar em sinais elétricos em forma de tensão ou resistência elétrica. Especificamente, o sensor modelo DHT faz a leitura em tempo real da temperatura e umidade relativa do ar, tendo como característica a técnica de aquisição de sinal digital, e a possibilidade de comunicação com microcontroladores de 8-bits de alta performance (D-ROBOTICS, 204). Este sensor trabalha com um componente de medida de umidade relativa do tipo resistivo e um componente de medida de temperatura do tipo NTC (Negative Temperature Coefficiente). A grande vantagem do sensor DHT é sua fácil comunicação com microcontroladores do tipo Arduino uma plataforma eletrônica de código aberto, baseado em hardware e software (ARDUINO, 204). Com este tipo de microcontrolador é possível implementar soluções de coleta, armazenamento e transmissão de dados de forma simples e com baixo custo. Apesar da crescente utilização desta tecnologia aliada ao sensor DHT em projetos de automação e de tratamento simples de dados meteorológicos, como os de temperatura e umidade relativa do ar, não há trabalhos que avaliam o desempenho deste sensor em relação a um padrão, o termo-higrômetro Vaisala HMPC, utilizado amplamente em monitoramento ambiental e pesquisas científicas com medidas acuradas. Atualmente trabalhos científicos destacam o baixo custo de sistemas baseados em Arduino e a característica de código aberto open-source hardware and software (Faugel e Bobkov, 203; Kornuta, Nipper e Dixon, 203; Bonarini et al., 204). Também é considerado o potencial de processamento e comunicação do microcontrolador, destacando-se a capacidade de desenvolvimento de sistemas

2 22 a 24 de Outubro de 204, Botucatu São Paulo, Brasil inteligentes e de tecnologias embarcadas (Ortega-zamorano et al., 204; Lian, Hsiao e Sung, 203; Souvignet et al., 204; Sahlabadi et al., 203). Desta forma, este trabalho teve como objetivo avaliar a acuracidade e resolução das medidas de temperatura e umidade relativa do ar obtidas a partir de sensor modelo DHT. 2 MATERIAL E MÉTODOS As medições foram realizadas em uma sala com a temperatura do ar controlada a 25 ºC, pertencente ao Departamento de Solos e Recursos Ambientais da Faculdade de Ciências Agronômicas/UNESP, Campus de Botucatu, estado de São Paulo. Foram utilizados dois sensores modelo DHT e um termo-higrômetro Vaisala HMPC (Figura ). Figura : Sensores DHT (Sensor (A), Sensor 2 (B)) e Vaisala HMPC (C). O sensor modelo DHT mede temperatura (T DHT, ºC) entre 0 ºC e 50 ºC, com acurácia de ±2 ºC, e umidade relativa (UR DHT, %) entre 20 e 95%, com acurácia de ±5% (D-ROBOTICS, 204). O sensor modelo DHT tem por características elétricas tensão entre 3 e 5,5 V, operando em 5 V a uma temperatura de 25 ºC. Na Figura 2 é exibido o esquema de aplicação do sensor modelo DHT (D-ROBOTICS, 204). Figura 2: Esquema de ligação sensor modelo DHT

3 22 a 24 de Outubro de 204, Botucatu São Paulo, Brasil Em que: MCU - Micro-computer Unit - unidade de microcomputador. O termo-higrômetro Vaisala HMPC mede temperatura (T HMPC, ºC) entre -40 ºC e 60 ºC, com acurácia de ±0,4 ºC, e umidade relativa (UR HMPC, %) entre 0 e 00%, com acurácia de ±3% (CSI, 9-999). Efetuou-se a coleta e armazenamento das medidas de temperatura e umidade relativa do ar durante um período contínuo de 7,5 horas a cada minuto. As medidas dos sensores DHT foram coletadas e armazenadas na própria interface de desenvolvimento do microcontrolador Arduino, enquanto que as medidas do termohigrômetro Vaisala HMC foram coletadas e armazenadas por um sistema de aquisição de dados automáticos - micrologger modelo CR23X (CAMPBELL SCI, ). As comparações entre os valores de temperatura e/ou umidade relativa do ar obtidos pelos dois sensores DHT em relação ao sensor padrão Vaisala HMC foram feitas por meio de plotagem de série temporal e pela análise das medidas pelo teste t ao nível de 5% de significância. Foram utilizados para as análises os softwares Minitab v6 (MINITAB, 204) e Origin v6.0 (ORIGINLAB, 204). 3 RESULTADOS E DISCUSSÕES A partir de uma amostra de 448 valores de temperatura e umidade relativa do ar obtidos a cada minuto, a temperatura do ar (T) medida pelos sensores DHT apresentou variação média de ±2 ºC em relação ao termo-higrômetro Vaisala HMPC, conforme especificações técnicas de resolução do sensor. As medidas de umidade relativa do ar também mantiveram uma variação média de ±5%. Além das diferenças de temperatura e umidade relativa do ar em relação ao termo-higrômetro Vaisala HMPC, as medidas dos sensores DHT também apresentaram diferenças entre si (Tabela ). Tabela : Médias, intervalos de confiança e desvios-padrão de temperatura (T, C) e umidade relativa do ar (UR, %) obtidos pelos sensores DHT e Vaisala HMPC. Botucatu, SP, 204. Sensor Tamanho (N) T (ºC) UR (%) Média IC s Média IC s DHT_S ,0 c 0, 0,6 49,0 C 0,2 2,0

4 22 a 24 de Outubro de 204, Botucatu São Paulo, Brasil DHT_S , b 0, 0,8 50,8 B 0,2 2,5 HMPC ,5 a 0, 0,7 53,2 A 0,2 2,5 Valores médios seguidos da mesma letra na coluna não diferem entre si ao nível de 5% pelo teste t. IC = intervalo de confiança; s = desvio padrão. Na Figura 3 são exibidos os resultados da plotagem de série temporal das medidas de temperatura do ar dos sensores DHT e do termo-higrômetro Vaisala HMPC. Figura 3: Plotagem dos valores de temperatura do ar a partir dos sensores DHT (Sensor (A), Sensor 2 (B)) e do termo-higrômetro Vaisala HMPC (C). Botucatu, SP, 204. Time Series Plot of TDHT_S Time Series Plot of TDHT_S TDHT_S TDHT_S (A) (B) 28 Time Series Plot of THMPC 27 THMPC (C) Observa-se que as medidas de temperatura do ar obtidas pelos dois sensores DHT não apresentaram padrão de sensibilidade adequado, visto suas limitações em medições de temperatura do ar com variação maior que ±2 ºC. Quando comparados graficamente com o termo-higrômetro Vaisala HMPC, que tem uma resolução de ± 0,4 ºC, nota-se que as medidas do sensor DHT não possuem um nível adequado de resolução. De igual modo às medidas de temperatura do ar, também foi realizado a plotagem de série temporal para a umidade relativa do ar (Figura 4).

5 22 a 24 de Outubro de 204, Botucatu São Paulo, Brasil Figura 4: Plotagem dos valores de umidade relativa do ar a partir dos sensores DHT (Sensor (A), Sensor 2 (B)) e do termo-higrômetro Vaisala HMPC (C). Botucatu, SP, 204. Time Series Plot of URDHT_S Time Series Plot of URDHT_S2 57, ,0 56 URDHT_S 52,5 50,0 47,5 URDHT_S , (A) (B) Time Series Plot of URHMPC 62,5 60,0 URHMPC 57,5 55,0 52,5 50,0 35 (C) No caso das medidas de umidade relativa do ar, o comportamento da curva dos sensores DHT foi semelhante em relação ao termo-higrômetro Vaisala HMPC (Figura 4), mas, no entanto, os sensores DHT não apresentaram uma resolução adequada para este tipo de análise em relação ao termo-higrômetro Vaisala HMPC. Assim, devido às limitações do sensor DHT, este não deve ser utilizado para fins de pesquisa em monitoramentos ambientais, pois é cego abaixo de 0 ºC e acima de 50 ºC, além de ter sua resolução limitada a um valor alto ( ±2 ºC), o que o deixa pouco sensível a variações de 0,5 ºC de temperatura do ar. Com relação à umidade relativa do ar, é cego abaixo de 20% e acima de 95%, com uma resolução limitada a um valor alto (5%), deixando-o pouco sensível a variações menores. Vale ressaltar que, em monitoramento ambiental, é comum nos períodos secos do ano ocorrer umidade relativa do ar abaixo de 20%, e em períodos úmidos umidade relativa do ar acima de 95%.

6 22 a 24 de Outubro de 204, Botucatu São Paulo, Brasil 4 CONCLUSÕES O sensor DHT não é recomendado para fins de pesquisa em monitoramentos ambientais devido às suas limitações de faixa de operação e resolução para temperatura e umidade relativa do ar. 5 REFERÊNCIAS ARDUINO. Introduction. Disponível em: < Acessado em: 20 ago BONARINI, A. et al. R2P: An open source hardware and software modular approach to robot prototyping. Robotics And Autonomous Systems, [S.L], v. 62, p , 204. CAMPBELL SCI. CR23X Micrologger: operator s manual. Revision: 0/98. Logan, Utah: Copyright, CAMPBELL SCI. HMPC: temperature and relative humidity probe. Revision: 4/99. Logan, Utah: Copyright, D-ROBOTICS. DHT Humidity and Temperature Sensor Disponível em: < Acesso em: 4 jul FAUGEL, H.; BOBKOV, V. Open source hard- and software: Using Arduino boards to keep old hardware running. Fusion Engineering And Design, [S.L], v. 88, p , 8 fev KORNUTA, J. A.; NIPPER, M. E.; DIXON, J. B. Low-cost microcontroller platform for studying lymphatic biomechanics in vitro. Journal Of Biomechanics, [S.L], v. 46, p.83-86, 203. LIAN, K.; HSIAO, S.; SUNG, W. Intelligent multi-sensor control system based on innovative technology integration via ZigBee and Wi-Fi networks. Journal Of Network And Computer Applications, [S.L], v. 36, p , 203. MINITAB. Minitab Statistical Software. Disponível em: < Acesso em: 20 ago ORTEGA-ZAMORANO, F. et al. Smart sensor/actuator node reprogramming in changing environments using a neural network model. Engineering Applications Of Artificial Intelligence, [S.L], v. 30, p.79-88, 204. ORIGINLAB. Origin. Disponível em: < Acesso em: 20 ago SAHLABADI, M. et al. Heterogeneous Hierarchical Coloured Petri Net Software/Hardware Architectural View of Embedded System based on System Behaviours. In: INTERNATIONAL CONFERENCE ON ELECTRICAL ENGINEERING AND INFORMATICS, 4., 203, Malaysia. Proceedings.... Malaysia: Universiti Kebangsaan Malaysia, 203. v., p SOUVIGNET, T. et al. Case study: From embedded system analysis to embedded system based investigator tools. Digital Investigation, [S.L], p.-6, 204. Agradecimentos Os autores agradecem ao programa de Energia na Agricultura e ao Departamento de Solos e Recursos Ambientais - FCA/UNESP, pela disponibilidade do local e dos equipamentos necessários para a realização deste trabalho.