SISTEMA DE IRRIGAÇÃO AUTOMATIZADO UTILIZANDO ..., Notas de aula de Automação

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JOSÉ WILIAN BARBOSA

SISTEMA DE IRRIGAÇÃO AUTOMATIZADO UTILIZANDO

PLATAFORMA ARDUINO.

Assis 2013

JOSÉ WILIAN BARBOSA

SISTEMA DE IRRIGAÇÃO AUTOMATIZADO UTILIZANDO

PLATAFORMA ARDUINO.

Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Instituto Municipal de Ensino Superior de Assis, como requisito do Curso Bacharelado em Ciência da Computação.

Orientador: Prof. Dr. Osmar Aparecido Machado Área de Concentração: Informática

Assis 2013

SISTEMA DE IRRIGAÇÃO AUTOMATIZADO UTILIZANDO

PLATAFORMA ARDUINO.

JOSÉ WILIAN BARBOSA

Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Instituto Municipal de Ensino Superior de Assis, como requisito do Curso Bacharelado em Ciência da Computação, analisado pela seguinte comissão examinadora:

Orientador: Prof. Dr. Osmar Aparecido Machado Analisador: Domingos de Carvalho Villela Junior

Assis 2013

DEDICATÓRIA

Dedico este trabalho a Deus, à minha família e a meus amigos que sempre acreditaram em meu potencial, me deram forças para lutar e coragem para vencer e nunca desistir.

Às vezes, a felicidade demora a chegar, Aí é que a gente não pode deixar de sonhar. Guerreiro não foge da luta, não pode correr. Ninguém vai poder atrasar quem nasceu pra vencer. Na vida é preciso aprender que se colhe o bem que plantar. É Deus quem aponta a estrela que tem que brilhar. (Revelação)

RESUMO

O uso da tecnologia de informação se faz cada vez mais presente no setor agrícola, atualmente estão sendo realizados muitos estudos visando facilitar o manejo e aumentar a produtividade das culturas, o termo atualmente utilizado para denominar o fenômeno da implementação tecnológica no campo é “agricultura de precisão”. A proposta deste trabalho foi a de pesquisar e compreender os conceitos de sistema de irrigação, plataforma arduino e o uso de sensores para o monitoramento de grandezas físicas. Com a intenção de unir os conceitos estudados e desenvolver um protótipo de um sistema de irrigação automatizado utilizando as três tecnologias, podendo assim construir um produto barato, preciso e acessível. Hoje no Brasil existem diversas tecnologias disponíveis voltadas para o meio agrícola, porém são tecnologias caras que necessitam de grande investimento fazendo com que agricultores de pequeno e médio porte não tenham total acesso a essas novas maneiras de trabalho. Recentemente a irrigação vem sendo uma das tecnologias mais utilizadas por agricultores, pois independente da ocorrência de chuvas ou não, garante aos produtores uma safra uniforme e minimizando os riscos de perdas por falta de água. Utilizando as tecnologias estudas foi implementado um protótipo de sistema de irrigação, de forma com que os sensores coletavam as informações do solo que em seguida eram enviadas ao Arduino que por sua vez controlava uma bomba hidráulica responsável por irrigar o solo monitorado pelo sensor. Após alguns testes realizados com o protótipo ficou claro o poder de processamento do Arduino e a precisão na coleta de dados realizada pelo sensor.

Palavras-chave: Arduino; Sistema de irrigação; uso de sensores; irrigação automatizada.

LISTA DE ILUSTRAÇÕES

• Figura 1 - Diagrama de Blocos
• Figura 2 - Arduino Duemilanove (2009)
• Figura 3 - Arduino Mega
• Figura 4 - Arduino Nano
• Figura 5 – Arduino UNO
• Figura 6 - IDE do arduino quando aberto
• Figura 7 - Toolbar
• Figura 8 - Sistema de irrigação convencional por aspersão
• Figura 9 - Irrigação por pivô central
• Figura 10 – Gotejador Individual
• Figura 11- Fita Gotejadora
• Figura 12 - Irrigação por Microaspersão
• Figura 13 - Transformação de grandeza física em sinal elétrico
• Figura 14- Utilização de sensor Digital
• Figura 15 - Gráfico alimentado por um sensor analógico
• Figura 16 - Sensor Moisture
• Figura 17 - Shield Grove
• Figura 18 - Relé GROVE...................................................................................................................
• Figura 19 - Grove - Serial LCD
• Figura 20 - Moto Bomba Sarlo s-140
• Figura 21 - Base Shield Grove conectado ao Arduino UNO R3
• Figura 22 - Portas I / O Shield GROVE
• Figura 23 - Cabos de conexão Grove
• Figura 24 - Esquema de implementação do protótipo
• Figura 25 - Sensor de umidade Moisture conectado ao solo
• Figura 26 - Esboço do Projeto
• Tabela 1- Comparativo entre culturas irrigadas e não irrigadas LISTA DE TABELAS
• Tabela 2 - Gotejamento x Microaspersão
• Tabela 3 - Especificação do Grove - Sensor de Umidade
• Tabela 4 - Características Arduino UNO
• 1. INTRODUCÃO SUMÁRIO
• 1.1 OBJETIVOS
• 1.2 JUSTIFICATIVAS
• 1.3 MOTIVAÇÃO
• 1.4 ESTRUTURAS DO TRABALHO
• 2. INTRODUÇÃO AO ARDUINO
• 2.1 ESTRUTURA DO ARDUINO
• 2.2 A PLATAFORMA ARDUINO
• 2.2.1 O HARDWARE ARDUINO.....................................................................
• 2.2.2 SHIELD
• 2.3 IDE DO ARDUINO
• 2.4 LINGUAGEM DE PROGRAMAÇÃO ARDUINO
• 3. SISTEMA DE IRRIGAÇÃO
• 3.1 MÉTODOS E SISTEMAS DE IRRIGAÇÃO
• 3.2 IRRIGAÇÃO POR ASPERSÃO
• 3.2.1 CONVENCIONAL
• 3.2.2 PIVÔ CENTRAL
• 3.3 IRRIGAÇÃO LOCALIZADA
• 3.3.1 IRRIGAÇÃO POR GOTEJAMENTO
• 3.3.2 IRRIGAÇÃO POR MICROASPERSÃO
• 4. SENSORES
• 4.1 TIPOS DE SENSORES
• 4.1.1 SENSORES DIGITAIS OU DISCRETOS
• 4.1.2 SENSORES ANALÓGICOS
• 5. ESTUDO DE CASO
• 5.1 DEFINIÇÕES DO PROBLEMA
• 5.2 ARQUITETURA DA APLICAÇÃO
• 5.3 ESTRUTURAS DA APLICAÇÃO
• 5.4 METODO DE IRRIGAÇÃO.....................................................................
• 5.5 IMPLEMENTAÇÃO DO PROTOTIPO
• 6. CONCLUSÃO
• REFERÊNCIAS

1. INTRODUCÃO

Hoje em dia é praticamente impossível imaginar uma área em que não seja necessário um apoio tecnológico, seja em âmbito profissional ou pessoal. Quem não investe em tecnologia, pode não evoluir e ficar estacionado no tempo, o que para as instituições comerciais, produtivas ou de prestação de serviços, pode incorrer em prejuízos ou perda de competitividade.

No setor agrícola não poderia ser diferente. Para evoluir e obter bons resultados os agricultores começaram investir e implantar novas tecnologias a fim de melhorar suas lavouras, a qualidade e a produtividade, além de almejarem consequentemente maior produtividade em suas culturas.

O termo atualmente utilizado para denominar o fenômeno da implementação tecnológica no campo é “agricultura de precisão”, uma área ainda recente no Brasil, mas que tem ganhado espaço e volume de negócios bastante significativos nos últimos anos. A agricultura de precisão requer o uso de diversas tecnologias e visam a maximizar a produtividade e reduzir os custos dos processos de produção agrícola.

Percebe-se na atualidade a inserção da tecnologia em diferentes segmentos agrícolas, como por exemplo, na produção de hortaliças, frutas e verduras, que nesse estudo será o ambiente utilizado como objeto de estudo, ou seja, em que se pretende desenvolver um processo automatizado de irrigação.

Conforme salienta Santos (1998, p. 3 ) “Para melhorar a qualidade e a produtividade das plantações em estufa, é necessário monitorar e controlar várias grandezas físicas que interagem entre si”.

Guimarães (2011, p.11) por sua vez afirma que: entre os sistemas de grande importância, se destaca a irrigação, capaz de fornecer um elemento imprescindível para a planta.

Porém, esta tarefa não é tão simples, pois é necessário definir quando irrigar e a quantidade de água que se deve aplicar. A utilização de um sistema de irrigação automatizado reduz não só falhas humanas como também o consumo de insumos e o custo de produção.

1.2. JUSTIFICATIVAS

O desenvolvimento de um sistema de irrigação automatizado utilizando a plataforma Arduino, será de grande utilidade, pois além da facilidade de utilização e acesso a essa tecnologia, possibilita também o desenvolvimento de um sistema preciso e de baixo custo possibilitando aos agricultores de pequeno e grande porte a oportunidade de usufruir dos benefícios do sistema.

Como afirma GUIMARÃES (2011, p. 12).

“A irrigação moderna é bastante avançada e possui variados tipos de automação, entretanto o pequeno e médio agricultor, nem sempre têm total acesso a essas tecnologias, seja por problemas financeiros ou por falta de conhecimento.”.

A criação de um sistema de irrigação automatizado de baixo custo não visa somente à agricultura, todavia casas que possuem jardins, também necessitam de um sistema de irrigação, com a instalação de um sistema similar ao protótipo à ser desenvolvido. Dessa forma os proprietários das casas não terão mais a necessidade e preocupação no manejo de irrigar seus jardins, pois elas poderão ser utilizadas automaticamente por meio de irrigação automatizada.

1.3. MOTIVAÇÃO

Nos últimos anos o uso de sistemas de automação, vem se tornando cada vez mais frequente, aumentando o crescimento do mercado e ampliando as oportunidades de se trabalhar nessa área.

Muitas empresas produzem softwares e hardwares capazes de automatizar e monitorar produções agrícolas, porém, a maioria desses produtos são compostos de sistemas fechados e não fornecem um sistema integrado de modo que se possa adaptar o sistema de acordo com as necessidades de cada usuário. O desenvolvimento de um sistema de irrigação utilizando a plataforma arduino possibilitará o monitoramento automático permitindo que usuários do sistema

não tenham preocupação com os horários e com a quantidade de água a ser aplicada.

1.4. ESTRUTURAS DO TRABALHO

Este trabalho está estruturado nas seguintes partes:

 Capítulo 1 – Introdução: esboça uma visão geral sobre o tema a ser estudado, os objetivos e justificativas do trabalho.  Capítulo 2 – Tecnologia Arduino: mostra a história, exemplos de placas e ambiente de desenvolvimento, possibilita ao leitor saber o que é, como funciona, e onde é possível usar a tecnologia.  Capítulo 3 – Sistemas de Irrigação: descreve o que é um sistema de irrigação mostra exemplos dos mais variados tipos de sistemas.  Capítulo 4 – Sensores: aborda os tipos de sensores, descreve sua estrutura e exemplos práticos de aplicação  Capítulo 5 – Estudo de Caso: coloca em pratica todo o conteúdo estudada, descreve os componentes e tecnologias usadas na construção do protótipo e mostra passo a passo como tudo foi feito.  Capítulo 6 – Conclusão: dia a respeito da conclusão do autor após o termino do estudo e construção do protótipo.

“Em termos práticos, um Arduino e um pequeno computador que você pode programar para processar entradas e saídas entre o dispositivo e os componentes externos conectados a ele. O Arduino é o que chamamos de plataforma de computação física ou embarcada, ou seja, um sistema que pode interagir com seu ambiente por meio de hardware e software.”.

Tanto o hardware quanto o software arduino são de fonte aberta, ou seja, todo seu código e componentes necessários são disponibilizados pela equipe do arduino, podendo ser utilizado por qualquer pessoa e com qualquer propósito.

Através de sensores ligados a seus terminais de entrada, a plataforma arduino é capaz de receber e interpretar variáveis e transformá-las em sinais elétricos, controlando uma variedade de luzes, motores ou outras saídas físicas conectadas ao seu terminal de saída, como pode ser ilustrado na figura 1.

2.2 A PLATAFORMA ARDUINO

A plataforma arduino é dividida em duas partes, descritas por Rodrigues; Sartori; Gouveia (2012), como: a placa Arduino é o hardware é onde se trabalha para construir projetos, é a parte física do arduino. A outra parte é o IDE do arduino, que é um software executado no computador, usado para programar o Arduino, onde é escrito o código na linguagem que o arduino interpreta (RODRIGUES; SARTORI; GOUVEIA, 2012).

Através de uma porta serial ou USB ligada a placa, é feito upload do programa escrito no IDE para a placa, então o arduino executará as instruções interagindo com o que estiver conectado a ele.

Figura 1 - Diagrama de Blocos (Fonte: apostila arduino p.2)

2.2.1 O HARDWARE ARDUINO

Existem inúmeros modelos de placas Arduino, com o passar dos anos as placas foram evoluindo e ficando cada vez mais acessíveis e sofisticadas.

Como é um projeto livre, que dispõe de códigos, projetos, esquemas e etc., a serem livremente utilizados por qualquer pessoa, surgiram muitas outras placas-clones com base no arduino. MCROBERTS (2011).

Nada impede que qualquer pessoa possa criar sua própria placa, para isso basta comprar os componentes apropriados e criar seu arduino em uma matriz de pontos ou uma PCB, placa de circuito impresso. A única restrição imposta pela equipe do arduino é de que não é permitido utilizar o nome “Arduino” para nomear a placa- clone. O nome Arduino é reservado para a placa oficial. Dessa forma apareceram nomes de placas-clone como Freeduino, Roboduino, etc. MCROBERTS (2011).

Em geral a placa arduino é composta por um microprocessador Atmel, um cristal ou oscilador, um regulador de tensão, botão de reset, um plugue de alimentação, pinos conectores, e alguns LEDs para facilitar a verificação do funcionamento, uma porta USB ou serial que permite conectá-lo a um PC para que possa ser feito upload ou a recuperação de dados. A porta USB fornece alimentação enquanto estiver conectado ao computador e a tensão de alimentação quando desconectado pode variar de 7 V a 12 V, graças ao regulador presente na placa. (RODRIGUES; SARTORI; GOUVEIA, 2012).

O Arduino também pode ser estendido utilizando Shields (escudos), que são placas de circuito contendo outros dispositivos (por exemplo, receptores GPS, displays de LCD, módulos de Ethernet etc.), que podem ser conectados ao Arduino para obter funcionalidades adicionais.

Dentre os diversos modelos de Arduino destacam-se as placas arduino Duemilanove (2009), arduino Mega, arduino Nano e arduino Uno.

Arduino Duemilanove: (2009 em italiano) é uma placa baseada no microcontrolador ATmega168 ou ATmega328. Tem 14 pinos de entrada ou saída digital (dos quais seis podem ser utilizados como saídas PWM), 6 entradas analógicas, um oscilador de cristal 16 MHz, controlador USB, uma tomada de