Desenvolvimento de uma rede de sensores sem fio aplicada no monitoramento da variabilidade térmica em casas de vegetação

Abstract

Este é um trabalho de tecnologia computacional aplicada na área agrícola, cujo objetivo principal do trabalho é desenvolver uma rede de sensores sem fio, que envolve aspectos de software e hardware, para o monitoramento térmico no interior de uma casa de vegetação. Além da rede propriamente dita, o trabalho também inclui a sua aplicação no levantamento quantitativo da variabilidade térmica na casa de vegetação o que pode ser aplicado em diversas atividades agrícolas a serem desenvolvidas no interior da estrutura. A proposta é que a rede desenvolvida seja de fácil implementação e manuseio, com baixo custo, e que use técnicas computacionais eficientes a fim de permitir a sua fácil adaptação a diferentes necessidades das pesquisas. As redes de sensores sem fios dependem fundamentalmente de estruturas chamadas de nós de sensoriamento, que são responsáveis pelas medições de um parâmetro físico e também pela troca de informações via rádio. No presente e trabalho, o nó de sensoriamento desenvolvido é constituído pelo módulo de rádio XBee Pro S2B; por um módulo de processamento Arduino Nano e por sensores de temperatura modelo LM35. O processador de cada nó de sensoriamento da rede desenvolvida executa um programa que faz a captura dos dados dos sensores de temperatura e os enviam por rádio à um computador onde existe um software que também foi desenvolvido no presente trabalho com o objetivo de receber, separar e gravar os dados de uma rede de sensores sem fio para o monitoramento térmico em casas de vegetação. Cada nó de sensoriamento possui capacidade de ser conectado a até 8 sensores LM35. Na análise térmica, foram distribuídos dois nós de sensoriamento e um total de 15 sensores distribuídos sistematicamente no interior de uma casa de vegetação do tipo teto em arco com dimensões de 8 X 16 metros localizada em Garça – SP. Os sensores foram corrigidos e instalados numa altura de 1,70 metros avaliando o comportamento, variação, e a variabilidade espacial da temperatura do ar no interior da estrutura. Foi avaliado também a distribuição espacial da evapotranspiração de referência utilizando a metodologia proposta por Hargreaves-Samani, que leva em consideração os valores de temperatura diária e radiação solar no topo da atmosfera. A avaliação dos dados mostra que o comportamento da temperatura do ar no interior da casa de vegetação sofreu variações significativas tanto em termos espaciais quanto temporais, evidenciando que o microclima neste ambiente é dinâmico, podendo modificar conforme a localização do sensor e hora do dia, sendo que as maiores variações térmicas ocorreram no período que varia das 8:00 às 14:00 horas. Com esta análise também é possível fazer um cálculo da evapotranspiração no interior da casa de vegetação, o que compõe no sistema desenvolvido uma ferramenta eficaz para a irrigação de precisão. A análise dos dados permite concluir que o sistema desenvolvido atendeu de maneira satisfatória o objetivo proposto, sendo uma importante ferramenta no monitoramento de parâmetros físicos à distância e em tempo real. O emprego desta tecnologia facilita a aquisição de dados e a tomada de decisão em cultivos agrícolas.

This work presents the use of computer technology applied in agricultural systems, which involves aspects of software and hardware for thermal monitoring inside a greenhouse. It includes detailed analyses of the thermal variability in the greenhouse, which can be used in various agricultural activities implemented within the structure. The work also includes de design of a wireless sensor network with main features are easy implementation, low cost, and efficient use of computational techniques to allow easy adaptation to new different needs of research. Wireless sensor networks depend of a structure called sensor node, which are responsible for measuring a physical parameter and by wireless information exchange. In this work, the sensing node was designed with a radio module XBee Pro S2B; an Arduino Nano by a processing module; and the LM35 temperature sensor. The sensor nodes processor runs a program that makes the capture of data from temperature sensors and sends them by radio to a computer where a software which was also developed in this work and aim to receive, separate and record data from a wireless sensor network for monitoring the air temperature inside greenhouses. Each sensor node has the ability to be connected to up to eight LM35 sensors. In greenhouse thermal analysis, they were distributed in two sensing nodes connected to 15 sensors systematically distributed into the greenhouse with dimensions of 8 x 16 meters located in Garça – SP, Brazil. The sensors were fixed and installed at a height of 1.70 meters evaluating the behavior variation and spatial variation of the air temperature inside the structure. It was also evaluated the spatial distribution of reference evapotranspiration using the methodology proposed by Hargreaves-Samani, which takes into account the daily temperatures and solar radiation in the top of the atmosphere. The temperature data analyses shows that the air temperature presents significant variations in spatial and temporal terms, showing that the microclimate in this environment is dynamic and can change as the sensor location and time of day with the greatest temperature changes occurred in the period ranging from 8:00AM to 2:00PM. This analysis is also possible to make a calculation of evapotranspiration inside the greenhouse, which makes up the system developed an effective tool for precision irrigation. The data analysis shows that the system developed satisfactorily met the proposed objective, being an important tool in monitoring physical parameters remotely and in real time. The use of this technology facilitates data acquisition and decision making in agricultural crops.