DESENVOLVIMENTO DE PROTÓTIPO AUTOMATIZADO PARA O CULTIVO PROTEGIDO DE HORTALIÇAS Carvalho, Renon Steinbach 1 ; Hoffmann, Ane Fernanda 2 ; Fiamoncini, Gabriel 3 ; Neto, João Vieira 4 1,2,3 Instituto Federal de Santa Catarina, Rio do Sul/SC; 4 Epagri/Estação Experimental, Ituporanga/SC INTRODUÇÃO As estufas são estruturas que tem por intuito propiciar um microclima favorável para o desenvolvimento de culturas. É utilizada desde o século XVII permitindo o cultivo de plantas que normalmente não se adaptariam a determinadas condições edafoclimáticas de algumas regiões (LITJENS). Desde o seu surgimento, as técnicas e estruturas das estufas vêm evoluindo. Sabe-se que atualmente as pesquisas são voltadas na sua maioria para a automação dos processos de controle do plantio, além da utilização de métodos e equipamentos capazes de manipular variáveis climáticas. No Brasil, na última década se tem evoluído constantemente acerca do desenvolvimento tecnológico voltado para a agricultura. Propiciando um aumento significativo no desenvolvimento de trabalhos científicos que relacionam duas áreas distintas: a agricultura e a tecnologia. A agricultura na região do Alto Vale do Itajaí é caracterizada pelo modelo de agricultura familiar, o que propicia uma menor renda quando comparado com grandes produtores rurais. Que mesmo com o incentivo e a crescente modernização da agricultura acabam não tendo a mesma rentabilidade das grandes propriedades. Apesar de estufas automatizadas não serem necessariamente uma novidade, sendo utilizadas em alguns locais, tais estufas tendem a ter um preço elevado que, por conseguinte impede o pequeno e médio produtor de implementá-las. 1 Mestre em Engenharia Mecânica; professor do Instituto Federal Catarinense. E-mail: renon@ifc-riodosul.edu.br 2 Graduando em Engenharia Agronômica, Instituto Federal Catarinense. E-mail: f ernanda.hoffman@hotmail.com 3 Graduando em Ciência da Computação, Instituto Federal Catarinense. E-mail: biel.fiamoncini@gmail.com 4 Doutor em Agronomia, UFSM, Epagri/Estação Exp. de Ituporanga. E-mail: joaovieira.agronomia@gmail.com Trabalho financiado com apoio IFC e EPAGRI
Neste projeto, se buscou a implementação de um protótipo de uma estufa inteligente, que tenha baixo custo e que possa ser gerenciada remotamente através da web, visando também a possibilidade de aplicação em estufas de tamanho convencional. O trabalho foi dividido em dois tópicos principais: implementação física, à qual se remete a fabricação do protótipo de estufa, instalação dos sensores e controlador dentre outros, e implementação do Software, à qual se refere à programação do controlador, a implementação do software supervisório, configuração da rede dentre outros. MATERIAL E MÉTODOS O trabalho foi desenvolvido na cidade de Rio do Sul (SC), no Instituto Federal Catarinense Campus Rio do Sul, unidade urbana, utilizando a cultura do alface. Implementação Física Consiste na confecção do protótipo da estufa, seguido pela implementação dos sensores, controlador e demais equipamentos. Micro-controlador Foi utilizado o modelo Arduíno Uno, o qual possui um preço relativamente baixo, possui 14 pinos de sinal digital e 6 pinos de sinal analógico. Figura 1: Arduino. Como por padrão esta placa não tem suporte para conexão à internet, utilizando-se também o Shield Ethernet, a qual é acoplada em cima do arduino e adiciona o suporte a conexão Ethernet ao arduino. Conexão requerida devido aos requisitos de software empregados no projeto, como a utilização do software supervisório ScadaBR e a implementação de uma interface web para o gerenciamento remoto da estufa. Sensores Foram utilizados dois sensores de Umidade/Temperatura DHT11, três sensores de umidade do solo Moisure e ainda um sensor de Luminosidade. Sensor DHT11 2
É um sensor que mensura duas variáveis simultaneamente: Temperatura e Umidade, sendo de baixo custo e facilmente encontrado no mercado. Utilizando sinal analógico, a leitura tem uma faixa de precisão de 2 graus para a temperatura e 5% para a umidade, permitindo medir a temperatura entre 0 e 50 C e a umidade entre 20% e 90%. Esse sensor tem por intuito mensurar a umidade e a temperatura para a detecção de níveis insatisfatórios nestas variáveis, para posterior controle destes níveis mantendo o ambiente interno da estufa sempre com temperatura e umidade no nível adequado. Um segundo sensor do mesmo modelo foi implantado na parte externa da estufa, para se obter o comparativo entre os parâmetros anteriormente mencionados da parte externa e a interna. Soil Moisture Sensor Esse sensor possibilita a mensuração da incidência de luminosidade no local, usado no projeto para manter os índices de luminosidade controlados, uma vez que este fator interfere diretamente no crescimento da planta. Figura 2: Sensores: a) DHT11; b) Soil Moisture; c) LDR. Demais Periféricos Além dos sensores e da placa controladora utilizamos também outros itens que fazem parte do sistema de controle da estufa: lâmpadas, coolers e bomba d água. As lâmpadas são responsáveis por manter o índice de luminosidade mais elevado em períodos de necessidade, além de atuar no controle da temperatura interna. Já os coolers são responsáveis pela ventilação interna da estufa, auxiliando também no equilíbrio da temperatura. Por fim, a bomba d água é responsável pela irrigação das plantas. Figura 3: Protótipo da estufa. 3
Implementação do Software O desenvolvimento do software foi essencial para o devido funcionamento da estufa, dessa forma foi utilizado o software supervisório ScadaBR como controlador, e implementado no arduíno a programação necessária para a comunicação com o ScadaBR. O ScadaBR se mostrou robusto, porém um pouco complexo, devido a inexistência de uma documentação e a principal fonte sobre a utilização deste é o fórum do ScadaBR. Esse software apresenta várias facilidades, como a geração de gráficos, criação de telas de visualização e fácil comunicação com os dispositivos. O código empregado no arduíno possui duas funções principais: a leitura dos estados dos periféricos, sendo enviado ao ScadaBR, e a aplicação de acionamento de determinado dispositivos, conforme leitura da resposta do ScadaBR. Dessa forma o acionamento dos periféricos está no ScadaBR e não no arduíno. Figura 4: IDE Arduíno. Para o utilizador final, foi inicialmente implementado uma página simples em php que reúne as informações e as ações essenciais ao manejo da estufa, ocultando assim as peculiaridades técnicas pertencentes a interface do ScadaBR. Figura 5: Página do Sistema de Monitoramento. 4
RESULTADOS E DISCUSSÃO O projeto se mostrou viável, mesmo sendo encontrado algumas dificuldades, quanto a calibração dos sensores Moisture e na aprendizagem da utilização do software ScadaBR, porém o objetivo essencial do projeto foi alcançado. O controle das variáveis apresentada se mostrou satisfatório para o cultivo de teste realizado, a qual realizou-se o plantio de mudas de alface, sendo mantido os níveis medianos da temperatura, umidade e luminosidade, exigidos pela cultura. CONCLUSÕES O desenvolvimento de estufas automatizadas é uma idéia importante de ser posta em prática, e que resulta em economia de recursos, tanto ambientais quanto humano. O protótipo nos mostrou que o desenvolvimento de uma estufa acessível é possível, se tornando uma alternativa viável para a elaboração de trabalhos futuros visando a adaptação do modelo empregado em uma estufa de tamanho real, bem como o aprimoramento da interface do usuário via web. Este trabalho mostra-se multidisciplinar, envolvendo desde aspectos agrícolas, da eletrônica e informática. REFERÊNCIAS PHP. Sitio oficial da linguagem PHP. Disponível em: <http://php.net/>, Acesso em 20 jun 2014. ARDUINO. Sitio oficial da IDE Arduino. Disponível em: <http://www.arduino.cc/>, Acesso em 20 jun 2014. LITJENS, O. J. Automação de estufas agrícolas utilizando sensoriamento remoto e o protocolo Zigbee. TCC (Engenharia Elétrica), Escola de Engenharia de São Carlos, USP, São Carlos, 2009. 5