Desenvolvimento de um sistema de irrigação automático

Desenvolvimento de um sistema de
irrigação automático
Orientador: Rodrigo Grassi Martins
Coorientador: Rodrigo do Prado Costa
Alunos:
Daruick Fagundes da Silva Cunha
Gabriel Resende Miranda
Marcossuel Leal de Assis
Matheus Machado De Araújo
Introdução
Na agricultura irrigada é necessária uma utilização criteriosa e precisa da água
afim de otimizar a produção, melhorar a qualidade final do produto e utilizar
adequadamente os recursos hídricos e energéticos[1]. São necessários
critérios de manejo para a aplicação de água em quantidades compatíveis com
as necessidades de consumo da cultura.
Uma maneira de garantir que os critérios de manejo sejam respeitados e
simplificar o processo de manejo da irrigação consiste na utilização de um
sistema automático de controle. Um sistema de controle consiste em
subsistemas ou processos reunidos com o propósito de controlar as saídas do
processo[2]. No caso dos sistemas de irrigação, essa saída consiste na
quantidade de água a ser utilizada na irrigação.
Justificativa
Para realizar o controle de uma irrigação automatizada, é necessária a
construção de um sensor para detectar a umidade no solo. Vários sensores
podem ser utilizados para esse propósito, como, por exemplo, tensiômetros[3].
Objetivo Geral
Este trabalho tem como objetivo construir um sistema de irrigação que seja
capaz de captar parâmetros de interesse no manejo e controlar os elementos
de irrigação, como, por exemplo, bombas de água e válvulas, de maneira
automatizada.
Metodologia
Para desenvolver o sistema será utilizada a estrutura do diagrama de blocos da
Figura 1. Um computador de pequena capacidade utilizado em sistemas
embarcados (Microcontrolador) será utilizado para realizar o controle de
irrigação. Ele irá medir a umidade do solo através de sensores desenvolvidos
no projeto e irá acionar as bombas ou válvulas que liberam o fluxo de água. Um
painel solar será utilizado para fornecer energia elétrica ao sistema principal,
com exceção das bombas e válvulas que necessitam de grande quantidade de
energia, superiores à capacidade do painel solar. Um display de caracteres
também será incluído para permitir ao operador visualizar a umidade do solo e
o estado de acionamento das bombas e válvulas utilizadas.
Figura 1 – Diagrama de blocos do sistema
Resultados Obtidos
Um protótipo do sistema em escala menor foi desenvolvido em laboratório. A
Figura 2 ilustra o sistema desenvolvido até o momento. Foi utilizado uma
bomba de carro para simular a bomba utilizada no processo de irrigação, uma
placa Arduino com um microcontrolador AVR e um protótipo do sensor de
umidade do solo encontra-se montado no protoboard.
Figura 2 – Protótipo desenvolvido
Um sensor de umidade do solo foi construído. Esse sensor se baseia na
variação da resistência elétrica entre dois pontos do solo de acordo com a
quantidade de água presente. Quanto maior a quantidade de água, menor é a
resistência elétrica entre dois pontos do solo. Essa resistência elétrica é
conectada na base de um transistor, controlando a corrente de emissor do
mesmo. Um outro resistor fixo é colocado no coletor de forma a gerar uma
tensão que é proporcional à resistência elétrica entre os dois pontos do solo
que é medida pelo microcontrolador através de um conversor analógico-digital.
Um programa no microcontrolador recebe o valor da umidade do solo e toma a
decisão de acionar a bomba de água. A bomba é acionada através de um relé
que fecha o circuito de alimentação da bomba. O microcontrolador continua
monitorando a umidade e encerra o processo quando a umidade do solo
desejada seja atingida. O microcontrolador fornece ainda informações sobre a
umidade do solo e o estado de acionamento da bomba através de um display
de caracteres conectado ao sistema.
Nos testes realizados em laboratório, pode-se verificar o funcionamento do
acionamento para diferentes níveis de umidade do solo. Inicialmente simulouse a variação da umidade através de um potenciômetro para validar o
algoritmo. Testes realizados com uma pequena amostra do solo foram capazes
de demonstrar que o sistema é capaz de automatizar o processo de irrigação.
Entretanto, o projeto deve evoluir, implementando o sensor e o sistema em
placas de circuito impresso específicas e adicionando o sistema de
alimentação com os painéis solares.
Conclusão
Um sistema de irrigação automatizado traz uma série de benefícios como a
diminuição de erros de operação, economia de energia e recursos hídricos e
melhorias na produção e qualidade final. Este trabalho demonstrou que através
de um sistema computacional barato é possível automatizar o processo de
irrigação.
Bibliografia
[1]
Sousa, M.c.B.A.d., et al. (2011) "Manejo da irrigação na cafeicultura
irrigada por pivô central nas regiões norte do Espírito Santo e extremo
sul da Bahia" Bioscience Journal, v. 27, n. 4 p. 581-590.
[2]
Nise, N.S., Engenharia de Sistemas de Controle, 3 ed. Rio de Janeiro,
RJ: LTC, 2002.
[3]
Queiroz, T.M.D., et al. (2005) "Avaliação de sistema alternativo de
automação da irrigação do feijoeiro em casa de vegetação" Revista
Engenharia Agrícola, v. 25, n. 3 p. 632-641.