Sistema de Irrigação Automático

se baseia Woody Allen RESUMO A área de automação eletrônica é uma das que mais cresce no mundo devido á facilidade e praticidade que causa para os indivíduos, como portões automáticos, luzes de cômodos de uma casa que acendem por um sensor de movimento ou alarmes disparados por presença, etc. Isso e vários outros exemplos existem pelo mundo. Abrangendo também áreas de cultivo florestal para uma irrigação aperfeiçoada e aproveitamento da água, sem excessos ou faltas. A proposta deste trabalho de conclusão de curso é apresentar por meio de prototipação usando a plataforma Arduino, um produto de sistema de irrigação automático para viveiros florestais, onde um sensor higrômetro fará a leitura da umidade do solo necessária para a planta.

Usando uma lógica de programação para que um módulo relé acione uma válvula solenoide para a passagem de água até o momento em que o solo atinja a umidade necessária. Key words: Irrigation, Arduino, ground moisture. LISTA DE TABELAS Tabela 1: Característica Arduino Uno. Tabela 2: Característica Blackboard. LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS V-Volts LCD-Tela de cristal liquido GND-Filtro graduado de densidade neutra VCC-Tensão corrente continua VAC-Voltagem de corrente alternada EEPROM-Memória programável de leitura única apagável. A-Amperes IDE-Ambiente de desenvolvimento integrado USB-Porta universal. Figura 11: Esquema de funcionamento circuito de medição de umidade do solo37 Figura 12: Ilustração do circuito eletrônico do modo manual. Figura 13: Ilustração circuito eletrônico do modo tempo. Figura 14: Sistema completo desenvolvido no aplicativo fritzing. Figura 15: Junpers Macho/Fêmea.

Figura 16: Jumpers Macho/Macho. SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO. DEFINIÇÃO DO PRODUTO. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA. AUTOMAÇÃO ELETRÔNICA. PROTOTIPAÇÃO. DISPLAY LCD. SENSORES. CONSTANTE DIELÉTRICA NO SOLO. VÁLVULA ELÉTRICA SOLENOIDE. BOBINA CILÍNDRICA. USO DO APLICATIVO FRITIZING. MODO PERCEPÇÃO DA UMIDADE DO SOLO. FUNCIONAMENTO MODO MANUAL. FUNCIONAMENTO MODO TEMPO. DESENHO COMPLETO DO SISTEMA. INTERFACE PARA O MODO MANUAL. INTERFACE DO MODO TEMPO. INTERFACE DOS BOTÕES DE FUNÇÕES. INTERFACE DOS LEDS DE CADA MODO DE FUNCIONAMENTO. CIRCUITO DO PROTÓTIPO COMPLETO. Usando conhecimentos estudados no curso de Sistemas de Informação, e a partir de pesquisas na área de eletrônica. Com o Objetivo de desenvolver um protótipo de sistema eletrônico de irrigação para muda florestal que controla o processo de abrir, fechar e a quantidade e horários para irrigação de água foi realizado em uma plataforma de programação denominada como Wiring, com o uso da linguagem C, com o uso mais simplificado, onde um algoritmo inserido na placa eletrônica Black Board define todas as etapas de controle.

Para isso, os objetivos foram o desenvolvimento de um desenho em um software específico, montagem do circuito eletrônico de prototipação, elaborando uma programação para o funcionamento do sistema de irrigação. Com o objetivo de verificar os resultados do sistema de irrigação, foi realizado um teste na empresa Trevo Viveiro Florestal LTDA, fundada e administrada pelo senhor Sérgio Mauro Naconiecni, que possui um sistema de irrigação manual, e o produtor deve averiguar se a irrigação não é mais necessária. A realização desta pesquisa contribuirá para o aprimoramento do sistema, demonstrando como uma irrigação automatizada pode contribuir e muito para diminuir as perdas de mudas produzidas e melhorar o cultivo através do controle da irrigação nas mudas e ainda contribui para uma grande economia de água.

AUTOMAÇÃO ELETRÔNICA Automação eletrônica é uma das áreas que mais cresce no mundo, desde padrões de automação complexos em industrias de todo tipo de produção, até pequenas implementações para facilitar o dia a dia nas residências. Sendo assim, Borges, 2016, diz que automação é um sistema de equipamentos eletrônicos e/ ou mecânicos que controlam seu funcionamento, quase sem a intervenção do homem. Automação é diferente de mecanização. A mecanização consiste no uso de máquinas para substituir o esforço humano, já a automação possibilita fazer um trabalho, por meio de máquinas automatizadas, capazes de se regularem sozinhas. Domótica é um dos grandes exemplos de automação, a instalação de tecnologia em residências com o objetivo de melhorar o cotidiano das pessoas.

De acordo com Mehl (2016), a invenção de transistores e circuitos eletrônicos baseavam-se em válvulas a vácuo que, por serem relativamente grandes, dispensavam maiores preocupações quanto a redução do tamanho da montagem final. Ainda por Mehl (2016), com toda a evolução dos circuitos eletrônicos, as placas de circuito impresso, ao qual, esse termo “circuito impresso” teve início em 1925 em nome de Charles Ducas que propunha depositar uma tinta sobre um substrato isolante. Atualmente, placas de circuitos impressos (PCIs), são amplamente empregados em todos os tipos de equipamentos eletrônicos, principalmente quando se empregam em sua construção de circuitos integrados. Com toda a evolução de placas eletrônicas, em 2005 na cidade de Lvrea na Itália deu-se início ao projeto Arduino, uma placa eletrônica de circuito impresso para prototipação de pequenos e médios projetos, o qual se tornou um hardware livre.

Segundo Monk, 2014: 18 [. Também algumas características melhoradas em comparação com a placa original. Segundo Fábio Souza, 2014: [. a BlackBoard é capaz de fornecer maior corrente em seu pino de alimentação quando comparada para circuitos externos com a placa original, isto no pino 5v e no 3. v. Está placa também possui um led que indica uma ligação invertida na alimentação externa o que não ocorre na Arduino Uno R3. Os geradores nada mais são que baterias, carregadores e fontes de alimentação, possuem dois terminais sendo um positivo e um negativo. O terminal positivo é aquele por onde sai a corrente, e o negativo é por onde entra a corrente. Negri, 2016). Segundo Machado, 2011, a forma mais simples e prática de energizar o Arduino é através do cabo USB.

O cabo que é usado para transferir os dados da placa para o computador e transferir o código fonte do computador para a placa. Gregory, 2014). MEMÓRIA O microcontrolador no Arduino Uno R3 possui uma memória EEPROM, em português memória programável somente para leitura apagável eletricamente. Essa é uma memória que armazena dados mesmo sem alimentação elétrica e esses dados podem ser gravados e apagados, mas essas operações podem ser feitas por um número de vezes limitado, algo entre 100. e 1. de vezes. No exemplo, é utilizado a porta BOTAO (que na verdade é uma constante, definida através da diretiva #define), cujo valor retornado é uma constante, mapeada da seguinte forma:  HIGH, caso a tensão na porta seja 5v;  LOW, caso a tensão na porta seja 0v; 3.

IDE DE PROGRAMAÇÃO O open-source Arduino Software (IDE) torna mais fácil para escrever código e enviá-lo para a placa microcontroladora. Ele roda em sistemas operacionais como o Windows, Mac OS X e Linux. O ambiente é escrito em Java e baseadas em processamento e outros softwares de código aberto. Este software pode ser usado com qualquer placa Arduino. circuitosimpresos. org/wp-content/uploads/2013/04/protoboard. jpg, 2013. RELÉ O relé tem uma longa história através dos tempos, e de sua utilização. Em 1820, Hans Christian Oersted (1777-1851), em uma experiência acidental que demonstrava a circulação da corrente, observou que sempre que se fechava um 25 circuito, a agulha de uma bússola que estava nas proximidades se movia. Relés são componentes úteis quando precisa-se isolar eletronicamente um circuito de controle de um circuito de potência.

Se preciso por exemplo, acender uma lâmpada incandescente (que utiliza corrente alternada), pode-se utilizar um relé. Figura 5: Módulo Relé Fonte: http://blog. filipeflop. com/wp-content/uploads/2013/02/Rele_2_canais_pinagem. Fonte: https://nicegear. co. nz/obj/images/00097-03-L. jpg, 2016 27 3. DISPLAY LCD Já explorados há algum tempo em dispositivos menores, no início da década de 80 as telas de cristal líquido começaram a ser incorporadas aos computadores. SENSORES Na eletrônica, sensor pode ser definido como qualquer equipamento que literalmente pode sentir uma variação do ambiente, 28 [. podendo ela ser algo simples como temperatura ou luminosidade; uma medida um pouco mais complexa como a rotação de um motor ou a distância de um carro até algum obstáculo próximo ou até mesmo eventos distantes do nosso cotidiano como a detecção de partículas subatômicos e radiações cósmicas.

Patsko, 2006). Um sensor nem sempre tem as características elétricas necessárias para ser utilizado em sistema de controle. Normalmente o sinal de saída deve ser manipulado antes de sua leitura no sistema de controle. O maior avanço dessa técnica surgiu após estudos de Topp em 1980, ao aplicarem um sinal de alta frequência em cinco tipos de solo e analisarem os desvios no tempo entre a transmissão e recepção do sinal. Confirmaram que 93 % das variações da constante dielétrica era devido ao conteúdo de água do solo, sugerindo ainda que fatores como temperatura, tipo de solo, densidade do solo e conteúdo de sal tinham efeito insignificante. Em estudos posteriores, foram comparados valores obtidos em diferentes locais, e efetuado também leituras repetidas em um determinado local, verificando-se uma grande correlação entre os resultados quando comparados ao método gravimétrico, podendo assim dizer que o princípio que rege a reflectometria no domínio do tempo permite medição confiável da umidade no solo (Damaceno, 2010).

VÁLVULA ELÉTRICA SOLENOIDE A válvula elétrica solenoide, possui uma abertura para a passagem de água através de uma corrente elétrica que pode ser de 127V ou 220V, também válvulas de 12v, e pode ser ligada através de um módulo relé. Os solenóides são utilizados numa grande quantidade de aplicações na indústria, em eletrodomésticos de todos os tipos, em eletrônica embarcada (automotiva, aeronaútica e náutica) além de muitos outros campos em que a eletrônica esteja presente. br/index. php/como-funciona/3890-mec095, 2016 3. MUDAS FLORESTAIS A região sul do estado do Paraná possui um amplo cultivo de mudas florestais, devido ao grande uso de matéria prima, como a madeira de Pinnus e Eucalipto, e ao uso da folha da Erva Mate para a produção do chimarrão, bebida típica da região sul do Brasil.

Por Dias 2006, na atividade de produção de mudas a estrutura e organização dos viveiros são extremamente importantes para a obtenção de mudas de 31 qualidade, produzindo plantas de espécies adequadas e em quantidade necessária à demanda, respeitando-se a época e destino do plantio. Para isso é extremamente importante planejar corretamente as instalações do viveiro, ter conhecimento suficiente das técnicas para operacionaliza-lo e administra-lo, além de obter excelente qualidade em sua produção e com menor custo possível. O que causa grandes problemas para o cultivo, sendo a irrigação excessiva a grande vilã. Pelo cultivo não possuir um controle de umidade no substrato, o que possivelmente acarreta um volume de porcentagem de água no solo acima do necessário. Assim, ocorrendo o aparecimento de fungos na planta.

Segundo Fernandes, 2011, o sintoma é a lesão necrótica na região do colo da plântula, murchamento, enrolamento e secamento de cotilédones, tombamento de plântulas em reboleira e morte. Causado por ataque dos fungos dos gêneros Cylindrocladium, Fusarium, Phytophthora, Pythium e Rhizoctonia na fase de 32 germinação, destruindo as plântulas; uso de substratos contaminados por fungos de solo; condições de alta umidade no viveiro. NECESSIDADE E SOLUÇÃO Em uma pesquisa de campo na empresa de teste foi percebido através de relatos do proprietário uma necessidade de uma irrigação mais adequada devido ao excesso de água nas plantas no período de inverno que a umidade relativa do ar é muito grande na região, deixando o solo úmido. O que causa o aparecimento de fungos nas folhas deixando as fracas e com crescimento lento.

A solução apresentada a partir dos estudos na área de cultivo e eletrônica seria um sensor que captasse a umidade necessária do solo para que a planta recebesse a quantidade necessária de água sem excessos e faltas. Assim evitando o aparecimento de doenças nas plantas. Outro ponto, é que o profissional poderia se ocupar com outra atividade.  Modifica-se o modo de funcionamento através de botões, cada modo com seu respectivo botão.  Estando no modo manual abre e fecha a válvula solenoide através do mesmo botão que ativa o modo manual.  No modo tempo escolhe-se a hora e minuto desejável que a irrigação permaneça ligada. USO DO APLICATIVO FRITIZING O uso do aplicativo Fritizing, na criação do sistema contribuiu para evitar possíveis danos irreversíveis em todo o projeto.

A partir dos esquemas representados pode-se desenvolver todo o projeto por partes, desde a parte do sensor higrômetro, módulo relé, botões de funcionamento, fios de conexão e leds de indicação de funcionamento, onde cada um foi designado em uma respectiva função. Fonte: Do autor, 2016 5. FUNCIONAMENTO MODO TEMPO O modo tempo funciona a partir de três botões. O primeiro botão aciona o modo tempo de funcionamento, o segundo entra na escolha de hora, que o usuário deseja que a irrigação deve permanecer, um segundo botão indica um total de minutos que o usuário talvez deseje, ao escolher o tempo desejado o primeiro botão também possui a função de ativar a contagem, o funcionamento ocorre por contagem regressiva após a execução inicial.

Figura 13: Ilustração circuito eletrônico do modo tempo. Fonte: Do autor, 2016. jpg, 2016. Figura 16: Jumpers Macho/Macho Fonte: http://www. rocketscream. com/blog/wp-content/uploads/2014/05/PRO-00010-JUMPER-WIRESMALE-MALE-BUNDLE-OF-10. jpg, 2016. Primeiramente, foi adicionado um serial eletrônico ao sensor de umidade do solo, usando dois Junpers F/F com corrente positiva e negativa, para a comunicação com a placa Black Board, assim o serial ligado a placa por conexões GND, VCC e analógica a qual utiliza a entrada da placa A0, ligadas por Junpers M/F. O seguinte processo foi a energização da Protoboard, onde uma linha superior horizontal é negativa (GND) e a inferior positiva (VCC). Para a ligação do módulo relé, foi utilizado três fios M/F, para VCC, GND e por ser um módulo duplo, utilizado apenas uma de suas conexões digitais, ligada ao pino 7 da placa.

A Protoboard recebeu três leds, verde, vermelho e amarelo servindo como indicação de modo de funcionamento ativo. O verde conectado à porta digital 8, o vermelho conectado à porta digital 9 e o amarelo conectado à porta digital 10 da placa, cada um com uma conexão ao GND da Protoboard. O modo manual de funcionamento é acionado pelo segundo botão da esquerda para a direita. É o simples funcionamento de liga e desliga do módulo relé acionando a válvula. O funcionamento ocorre pelo mesmo botão de escolha do modo, o display LCD indica através de uma mensagem se está ligada ou desligada a irrigação. O modo tempo possui escolha de quantas horas e minutos devem ocorrer o funcionamento da irrigação, três botões, onde um ativa o modo de funcionamento de tempo, o segundo botão define a hora, o terceiro botão define o minuto, e o botão que aciona o modo tempo também tem a função de ativar a contagem regressiva da irrigação.

CICLO DE VIDA Por ser um protótipo de sistema eletrônico, não possui tempo determinado de ciclo de vida, pois o uso de protótipo e visto por meio apenas de uma análise para o produto final a ser desenvolvido. INTERFACE PARA O MODO MANUAL A tela do modo manual, indica na primeira linha do Display LCD, através de uma mensagem indicando que o modo manual está ativo. A indicação da segunda linha define se a irrigação está ligada ou não. Figura 21: Tela do modo manual, irrigação ligada Fonte: Do autor, 2015 48 Figura 22: Tela do modo manual, irrigação desligada Fonte: Do autor, 2016 5. INTERFACE DO MODO TEMPO O modo tempo é formado por três interfaces. A primeira indica através de uma mensagem na primeira linha do Display LCD que o modo tempo está ativo.

O led verde indica que o modo sensor está ativo, o led vermelho indica que o modo manual está ativo e o led amarelo indica que o modo tempo está ativo. Figura 26: Leds de funcionamento. Fonte: Do autor, 2016. CIRCUITO DO PROTÓTIPO COMPLETO Nesta etapa, todos os componentes descritos foram montados cada qual em sua respectiva função, com o uso de uma maquete desenvolvida em madeira, para o acoplamento de todos os componentes. Com uso de um recipiente de 5 litros, para o armazenamento da água, no qual a sua parte inferior existe uma saída com uma mangueira de meia polegada para a passagem de água para a irrigação, assim finalizando a parte de desenvolvimento do sistema de irrigação. Pelo teste realizado foi constatado, a partir do modo sensor que capta a umidade do substrato da planta, que a irrigação manual do proprietário mantém a umidade, muito alta, em torno dos 140%, sem um controle, variando para menos ou para mais, pois a partir de estudos realizados neste projeto, indica-se que a umidade necessária e de 90% independente da temperatura ambiente.

Com isso compravase a grande importância na utilização de um controle de umidade do solo. TESTE DO MODO MANUAL O modo manual, é uma função sem controle da umidade do solo, mas teve o correto funcionamento no teste, o qual demonstrou a facilidade de acesso com 55 apenas um botão de funcionamento, que liga e desliga a irrigação, isto é, abrindo e fechando a válvula solenoide e demonstrando no Display LCD se está em funcionamento. TESTE DO MODO TEMPO O último teste foi realizado com o modo tempo, o qual não possui controle de umidade do solo. Foi realizado em segundos de irrigação, primeiro com dez segundos e depois com vinte, ao qual está opção se obtém pelo último botão da esquerda para a direita, apenas para demonstração, pois o aprimoramento do produto será em horas e minutos, logo após foi utilizado o botão de minutos o qual se remete o penúltimo da esquerda para direita, realizado um teste de apenas um minuto.

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