APLICAÇÃO E DESENVOLVIMENTO DE UM SISTEMA DE TELEMETRIA À ESTAÇÕES METEOROLÓGICAS Hans R. ZIMERMANN, Débora R. ROBERTI, Josué M. SEHNEM. 1 Introdução A telemetria é uma técnica na qual uma medição realizada em objeto de estudo é transmitida para uma estação onde os dados são gravados e podem ser analisados. Na análise micrometeorológica, a qualidade dos dados coletados é fundamental para o entendimento preciso dos fenômenos observados. As lacunas sem dados são bastante prejudiciais a esta análise, principalmente no caso de investigação dos fluxos superficiais em áreas agrícolas, pois cada ciclo de cultura ocorre apenas uma vez por ano. As maiores dificuldades para obtenção de dados sem interrupção são queda no abastecimento elétrico e falhas nos equipamentos ou possíveis falhas de configuração. Os intervalos sem dados são potencializados por não existir um monitoramento constante e pela distância dos sítios que dificulta a detecção rápida de tais problemas, uma vez que as torres são verificadas apenas nas visitas periódicas para coleta de dados e manutenção que geram custos relativamente altos. Com a expansão da rede de telefonia móvel e redução do custo dos serviços de transmissão de dados é possível a criação de um sistema de telemetria de baixo custo com cobertura na maioria dos sítios de coleta. 2 Materiais e métodos No desenvolvimento do sistema de telemetria buscou-se uma solução que agregasse baixo custo, eficiência e facilidade de implementação. A tecnologia de telefonia móvel GSM foi a que se enquadrou melhor nestas características, por ser uma rede bastante ampla, com velocidades de transmissão de dados razoável e cujos custos de transmissão de dados e equipamentos é relativamente baixo. A tecnologia GSM conta com dois principais serviços para transmissão de dados o SMS (Short Message Service) e GPRS/EDGE que são serviços de acesso a Web via TCP/IP. A segunda alternativa se mostrou mais eficiente em todos os aspectos além da facilidade
de implementação, não depende de estação GSM no servidor para recebimento de dados. Para comunicação de dados foi usado um modem itech G-24 baseado no módulo GSM Motorola G-24, o modelo foi escolhido por contar com porta de comunicação serial RS-232, que simplifica o desenvolvimento de interface entre os diferentes dispositivos, e ser uma solução brasileira de baixo custo. O controle do envio de dados e do modem foi realizado pelo mesmo dispositivo de armazenamento e leitura dos sensores um dataloggers Campbell Scientific CR1000, que permite tal tarefa por ser programável e ter comunicação serial do mesmo padrão do modem. O datalogger em questão possui um sistema próprio para o envio de dados via GSM, porém o sistema funciona exclusivamente no datalogger não permitindo a expansão para outros sistemas de controle. O sistema lógico de controle do modem teve como objetivos principais a estabilidade e confiabilidade, então foi desenvolvido um sistema que conseguisse lidar com instabilidades na rede e problemas no servidor e no qual fosse possível a recuperação dos dados em caso de queda do sistema, com a telemetria o armazenamento de dados não dependeria mais da memória do datalogger, mas da capacidade de transmissão da rede, o que possibilitaria o aumento na frequência de armazenamento dos dados lidos. O servidor de recebimento de dados é baseado em GNU Linux e desenvolvido em PHP, o sistema além de gravar os dados em um banco de dados conta com a geração dinâmica de gráficos e estatísticas sobre as condições atmosféricas atuais nos sítios de coleta. O sistema do servidor tem comunicação direta com o modem para controle do sucesso de envio dos dados. A armazenagem dos dados lidos é feita à 0,1Hz e o envio é feito em pacotes contendo 5 min de dados. O principal problema no envio de dados observado em testes no laboratório é devido a instabilidade da rede em horários de pico, para contornar o problema usou-se um algoritmo para controle do envio de dados. Após o acumulo de um pacote de dados este é salvo em uma tabela para o envio, é realizada então uma tentativa de envio, caso o servidor receba os dados ele envia uma resposta ao sistema (callback) que elimina o dado da tabela. O sistema permite também coleta
manual em caso de falha de comunicação, mantendo os dados na memória por mais de 80h. 3 Análises de resultados O sistema foi instalado com sucesso no dia 01 de dezembro de 2011 na localidade de São Roque em Nova Roma do Sul no Rio Grande do Sul. A comunicação de dados permanece estável até esta data. Na instalação do sistema optou-se pelo uso de um painel solar em conjunto com o sistema, mesmo este tendo alimentação elétrica, pelo fato de o painel solar ter apresentado maior estabilidade em experiências anteriores, em outros sítios de coleta, e para simulação do comportamento deste sistema em sítios sem o abastecimento de energia. Mesmo com a estabilidade do sistema foram realizadas pequenas atualizações no software para maior eficiência no envio de dados. Não houveram grandes lacunas no decorrer do tempo, exceto em manutenções de rotina e atualização de software com duração de cerca de 1h. Nos horários de pico a rede apresentou instabilidade devido à sobrecarga, criando lacunas e atrasos momentâneos no envio de dados, porem todas as situações foram contornadas no decorrer da madrugada com a rede menos congestionada. Durante o período de monitoramento notou-se uma anomalia nos dados enviados pela torre a partir da noite do dia 5 de Fevereiro de 2012 foi então realizada uma visita para manutenção da torre. Por meio de medidas realizadas na tensão dos sensores percebeu-se que o termohigrômetro apresentava níveis de tensão e variação desta incompatíveis, e que a retirada do sensor estabilizava os demais dados. Optou-se pela substituição do termohigrômetro. A manutenção terminou às 12h e 30 min do dia 8 de Fevereiro de 2012. O evento ocasionou perda de dados de cerca de três dias. Caso não estivesse implementada a telemetria o tempo para percepção dos erros e manutenção seria de pelo menos 25 dias até a próxima visita de coleta de dados. Os dados de telemetria podem ser acessados pelo endereço http://climars.com.br que gera gráficos com estatísticas horárias, diárias, mensais e anuais além de fornecer os dados coletados sendo atualizados a cada 5 minutos. Os usuários do portal podem além de visualizar os dados baixar e imprimir os gráficos
gerados pelo sistema. Além da visualização de dados o sistema conta com sistema de logbook onde são descritas as atividades realizadas em campo nas manutenções de rotina, e também possíveis erros nos dados ou sensores. Figura 1 - Gráficos gerados pelo sistema, disponíveis em climars.com.br. A figura 1 apresenta alguns dos gráficos gerados automaticamente com os dados recebidos, o sistema é autônomo, e além dos gráficos gera indicadores das condições atuais, e tabelas com as máximas e mínimas diárias. Pretende-se desenvolver um sistema autônomo, que não dependa do tipo de datalogger, onde os dados sejam recebidos de qualquer interface RS232 e que caso necessário permita que seja feito controle remoto da estação. Pretende-se incluir além do controle do envio de dados GSM uma interface de armazenamento de baixo custo. 4 Conclusões O sistema se mostrou bastante vantajoso se comparado às coletas manuais e teve o comportamento esperado, permanecendo estável durante todo o período de
implantação, permitindo inclusive a detecção de falhas nos sensores e a rápida manutenção da torre. Apesar do comportamento instável da rede em alguns períodos ele se mostrou bastante eficiente no envio dos dados posteriormente. Levando em consideração o comportamento do sistema percebe-se a possibilidade de aumentar a frequência do envio dos dados sem grandes mudanças no algoritmo, entretanto isto aumentaria o tempo de recuperação dos períodos de estabilidade da rede e diminuiria o tempo de armazenamento para coleta manual dos dados em caso de queda do sistema de telemetria. O sistema do servidor se apresenta bastante estável, apesar de ainda não estar completamente desenvolvido possui um sistema eficiente para geração de gráficos e intuitivo. Referências GSM ASSOCIATION. GSM. Disponível em: <http://www.gsm.org/aboutus/gsmtechnology/gsm> GSM ASSOCIATION. GPRS. Disponível em: <http://www.gsm.org/aboutus/gsmtechnology/gprs> GSM ASSOCIATION. EDGE. Disponível em: <http://www.gsm.org/aboutus/gsmtechnology/edge> CAMPBELL SCIENTIFIC. CR1000 Measurement and Control System Overview. Disponível em: <http://s.campbellsci.com/documents/us/manuals/cr1000-ov.pdf>