Baixe Automatização de Irrigação em Agricultura: Sistema de Controle de Umidade do Solo e outras Manuais, Projetos, Pesquisas em PDF para Microcontroladores, somente na Docsity!
SISTEMA DE IRRIGAÇÃO COM MICROCONTROLADOR
Claúdio Santos^1 ; Guilherme Furini^2
Reinaldo Mendes^3 ; Stéfano Santos^4 ; Esdras de Oliveira^5 (Orientador)
Centro Universitário de Belo Horizonte, Belo Horizonte, MG
(^1) [email protected]; 2 [email protected]; 3 reynaldo- [email protected]; 4 [email protected];^5 [email protected]
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Resumo: O objetivo principal do projeto foi desenvolver um sistema de irrigação automatizado que pudesse agregar várias tecnologias e colocasse em prática o conhecimento adquirido ate a presente data do curso, com o objetivo de tornar a vida do pequeno agricultor mais simples e contribuísse para o uso mais racional da água. O sistema usa um sensor de umidade do solo que capta essa umidade e é capaz de dizer se o solo está seco ou molhado, fazendo com que o mesmo só seja irrigado caso necessite realmente de água. Para desenvolvimento do projeto usou-se um Micro controlador ATmega328P e a programação utilizada foi C Palavras Chave: Micro controlador, sensor de umidade do solo, irrigação. Abstract: The main objective of the project was to develop an automated irrigation system that could aggregate multiple technologies and put into practice the knowledge acquired up to the date of the course, with the aim of making life simpler small farmers and contribute to the use more rational water. The system uses a sensor that captures soil moisture and that moisture is able to tell if the soil is dry or wet, causing it to be irrigated only if really need water. To develop the project used an ATmega328P and Micro controller programming used was C Key words: Micro Controller sensor, soil moisture, irrigation.
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1 INTRODUÇÃO
Durante muitos anos a população vem usando os recursos naturais de maneira desgovernada e sem se preocupar com as consequências que podem ocorrer ao meio ambiente devido a esse mau uso. Entretanto, nos últimos anos a Terra vem dando sinais de que é preciso fazer alguma coisa para garantir a qualidade de vida dessa geração e principalmente das gerações seguintes. Atualmente, a população tem se deparado com o desenvolvimento sustentável, que de maneira simplificada é o desenvolvimento capaz de suprir as necessidades da geração atual, sem comprometer a capacidade de atender as necessidades das gerações futuras, ou seja, é o desenvolvimento atual preservando os recursos para as gerações futuras. Com base no exposto acima, a população da terra tem
que despertar a consciência e buscar soluções que auxiliem na preservação dos recursos naturais, ou seja, procurar meios sustentáveis de se desenvolver em todos os setores da sociedade. Pensando nisso, é correto dizer que a água é o bem mais valioso da terra e, portanto, necessita de uma atenção especial. Logo, encontrar soluções que racionalizem o uso da água, ou que pelo menos amenizem o uso descontrolado da mesma é de fundamental importância para essa geração, garantindo assim, o futuro das próximas gerações. A agricultura tem crescido bastante e devido aos longos períodos de seca durante o ano, a tentativa de suprir a falta de chuva e garantir um produto de melhor qualidade tem feito com que o uso de métodos de irrigação sejam cada vez mais difundidos nos meios rurais, necessitando assim de uma atenção especial nesse setor de desenvolvimento, pois grande quantidade de água pode ser desperdiçada se não houver um controle mais adequado no uso dessa água. Os métodos convencionais de irrigação sugerem que o sistema seja regulado de modo a atender às alterações climáticas com base, apenas, nas estações do ano. Ora, em se tratando de Brasil, a premissa utilizada por esses métodos é falha, uma vez que é característico o clima tropical brasileiro, certa irregularidade nas temperaturas e volume de chuvas nas diferentes estações do ano. Sendo estas, também, bastante irregulares. Nesse sentido, este projeto visa criar um sistema de irrigação que possa monitorar o solo por sensores e irriga-lo automaticamente. É importante ressaltar que para cada tipo de plantação é necessário um estudo minucioso, pois o nível de umidade pode variar dependendo do tipo de solo e outros fatores relevantes. Entretanto, o projeto não aborda esses temas, uma vez que o mesmo é de cunho acadêmico e foca simplesmente no funcionamento entre o sensor e microcontrolador usando para isso um mesmo tipo de solo e condições ideais para a simulação do sistema.
2 – Processos de Irrigação do Solo
Denomina-se irrigação o conjunto de técnicas destinadas a deslocar a água no tempo ou no espaço para modificar as possibilidades agrícolas de cada região. A irrigação visa corrigir a distribuição natural das chuvas. Existem basicamente quatro métodos irrigação: superfície, localizada, aspersão, sub irrigação, dos quais cada método pode ter dois ou mais tipos de sistemas de irrigação. Método de irrigação por superfície: Nesse método, a distribuição se dá por gravidade através da superfície do solo. Para isto, é exigida uma condição superficial adequada do solo, de modo a proporcionar um escoamento contínuo sem causar erosão. Método de irrigação localizada: No método de irrigação localizada, a água é, em geral, aplicada em apenas uma fração do sistema radicular das plantas, empregando-se emissores pontuais (gotejadores), lineares (tubo poroso ou “tripa”) ou superficiais (microaspersores). Método de irrigação por subirrigação: Na subirrigação, o lençol freático é mantido a uma certa profundidade, capaz de permitir um fluxo de água adequado à zona radicular da cultura. Geralmente está associado a um sistema de drenagem subsuperficial. Havendo condições satisfatórias, pode-se constituir no método de menor custo. Método de irrigação por aspersão: Nesse método, a água é lançada através de jatos que caem sobre a plantação na forma de chuva.
Arduino é uma placa de controle de entrada de dados (IN), como sensores, e saída de dados (OUT), como motores e leds, com cristal oscilador de 16 Mhz, um regulador de tensão de 5 V, botão de reset, plugue de alimentação, pinos conectores, e alguns LEDs para facilitar a verificação do funcionamento. A porta USB já 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. No Arduino, informações ou ordens são transmitidas de um computador para a placa através de Bluetooth, wireless, USB, infravermelho, etc. Essas informações devem ser traduzidas utilizando a linguagem Wiring baseada em C/C++. O motivos para utilização Arduino são: Baixo Custo Software para várias plataformas - Microsoft Windows, Mac OS X e Linux. Linguagem simples - Os desenvolvedores do Arduino tentam manter sua linguagem fácil de usar para iniciantes, mas flexível o bastante para usuários avançados.
3.1.1.2 Interface
A programação do microcontrolador foi feita na linguagem C/C++, utilizando-se o ambiente Arduino 1.0.4, de domínio público, onde é possível a inserção de novas funções, bibliotecas, além de modificações nas bibliotecas pré-desenvolvidas, de acordo com as necessidades do projeto. O ambiente de programação Arduino é de fácil utilização. Dentro da IDE (Integrated Development Environment), é possível compilar um programa e gerar um arquivo executável, que será transferido para o microcontrolador por meio de um cabo USB. O programa desenvolvido irá funcionar da seguinte forma:
3.1.2 Sensor de Umidade do Solo
Um dos tipos de sensores para efetuar a medição da umidade do solo é o Grove Moisture (ilustrado na Figura 1), que mede o índice de água no solo onde está inserido, mesmo que essa não seja uma medição de extrema precisão. Esse sensor é constituído por duas sondas revestidas com uma camada de ouro para adiar a deterioração devido à oxidação. O Grove vem acompanhado de um módulo para a sua conexão com o microcontrolador Arduino. Ele mede o teor de água presente no solo através do princípio da resistência elétrica, onde uma corrente é aplicada nas suas sondas e, dependendo da dificuldade (resistência) que essa corrente encontrar no solo, o valor da quantidade de água varia. A tensão de entrada desse sensor é entre 3.3 e 5V e o resultado da sua medição (sinal de saída) é dado em resistência elétrica (Ω) – quanto maior for o valor) – quanto maior for o valor de resistência obtido, mais seco estará o solo, já que a água é boa condutora de eletricidade.
Especificações: Tensão de operacional: 3.3v ou 5v Tensão do sinal de saída: 0~4,2v Corrente: 35mA Pinagem: Saída analógica (cabo azul) GND - terra (cabo preto) Alimetação (cabo vermelho)
3.1.3 Relé de acionamento da bomba
Os Motores de Passo sao dispositivos eletromecânicos que convertem pulsos elétricos em movimentos mecânicos que geram variações angulares discretas. O rotor ou eixo de um motor de passo é rotacionado em pequenos incrementos angulares, denominados “passos”, quando pulsos elétricos são aplicados em uma determinada sequencia nos terminais deste. A rotação de tais motores e diretamente relacionada aos impulsos elétricos que são recebi- dos, bem como a sequencia a qual tais pulsos são aplicados reflete diretamente na direção a qual o motor gira. A velocidade que o rotor gira e dada pela frequência de pulsos recebidos e o tamanho do angulo rotacionado é diretamente relacionado com o numero de pulsos aplicados.
3.1.4 Relé de acionamento da bomba
O módulo relé é utilizado para acionar cargas elétricas de maior potencia a partir de uma baixa tensão de 5V liberadas pelo Arduino. Ao ser liberado pelo Arduino, essa tensão alimentará contatos específicos do modulo rele, este irá fechar o seu contato normalmente aberto acionando outros componentes de maior tensão, como no caso, motores de sucção, ventiladores e luzes. O módulo relé em questão tem capacidade de alimentar uma carga de até 10 A, em 125 VAC, 250 VAC ou 30 VDC. Leds indicadores mostram o estado do relé (ligado/desligado) em cada canal. O módulo já contém todo o circuito de proteção para evitar danos ao microcontrolador, e possui baixa corrente de operação. ESPECIFICAÇÕES MÓDULO RELÉ 5V: Tensão de operação : 5 VDC Modelo Relé : SRD-05VDC-SL-C Permite controlar cargas de até 220VAC Nível de sinal dos pinos IN1 e IN2 : 5 VDC Corrente de operação : 15 ~ 20 mA Tempo de resposta : 5 ~ 10 ms Dimensões reduzidas : 51 x 38 x 20 mm Pelas especificações do relé o mais viável seria utilizar um motor de 1/2CV em 220V por possuir uma corrente nominal de 4,9 a 6,2A, o que atenderia a necessidade inicial do protótipo.
4 Implementação do Protótipo
5 Testes e Resultados
