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Marcelo Aparecido Cardoso
002200600866 – 10º semestre
CONTROLE AUTOMATIZADO PARA
AMBIENTES PROTEGIDOS
Itatiba
2010
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Marcelo Aparecido Cardoso
002200600866 – 10º semestre
CONTROLE AUTOMATIZADO PARA AMBIENTES
PROTEGIDOS
Monografia apresentada à disciplina Trabalho de Conclusão de Curso, do Curso de Engenharia de Computação da Universidade São Francisco, sob a orientação do Prof. Dr. Claudio Kiyoshi Umezu, como exigência parcial para conclusão do curso de graduação.
Itatiba
2010
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AGRADECIMENTOS
Agradeço em primeiro lugar a Deus, que me deu sabedoria para chegar a universidade e
chegar ao final desse curso, superando as dificuldades encontradas ao longo do curso.
A realização deste trabalho só foi possível graças a inúmeras pessoas, principalmente
aos meus pais, Lourival e Maria Luiza que em todos os momentos souberam compreender e
motivar-me durante toda a graduação para que mais essa etapa fosse vencida. Aos meus
amigos, que sempre me deram apoio e entusiasmo nos momentos difíceis. Aqui deixo um
agradecimento diferenciado ao meu amigo Rildo que me ajudou muito na leitura, revisão e
formatação desse trabalho. À minha esposa, Maria Cláudia que contribuiu de maneira ímpar,
me dirigindo palavras de conforto nos momentos difíceis e que também revisou esse trabalho.
E a todos manifesto aqui a minha gratidão. E de modo particular me refiro ao prof. Cláudio
Kiyoshi Umezu pela sua tão importante orientação e disposição constante em todos os
momentos da realização deste trabalho, proporcionando-me grande estímulo e motivação para
realização do mesmo. Agradeço também, aos professores do curso de Engenharia de
Computação, alguns hoje nem mais presentes no corpo docente desta Universidade, porém
foram de grande contribuição para o meu crescimento intelectual e pessoal.
Enfim, a todas as pessoas que direta ou indiretamente compartilharam informações úteis
que colaboraram para a elaboração deste trabalho.
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CARDOSO, Marcelo Aparecido. Controle Automatizado para Ambientes Protegidos. 2010. 42f. Trabalho de Conclusão de curso – Curso de Engenharia de Computação da Unidade Acadêmica da Área de Exatas da Universidade São Francisco, Itatiba.
RESUMO A automação nos dias atuais vem de encontro à crescente demanda por mercadorias (industriais e também oriundas do campo). Aos produtores rurais foi dado o desafio de buscar a automação de seus recursos para, desta forma, obter melhores resultados de seu trabalho, oferecendo aos consumidores produtos com qualidade e cuidados diferenciados. Além do que, automatizar processos pode significar um meio bastante importante para redução de custos com mão-de-obra, e deixar tais processos padronizados. O desenvolvimento de ambientes protegidos é, dessa forma, imensamente oportuno para que o agricultor possa ter o maior aproveitamento e lucratividade possíveis em seu trabalho durante todo o ano. Segundo Cermeño (1990), a produtividade dentro do ambiente protegido pode ser de duas a três vezes maiores que as observadas no campo e ainda com qualidade superior. A automação de ambientes protegidos proporciona a manutenção das características próximas do ideal para cada espécie. Entre os fatores possíveis de serem controlados em um ambiente protegido, destacam-se: controle de iluminação, ventilação, temperatura, umidade do ar e irrigação, aos quais, se restringe este trabalho, ao escopo de temperatura, iluminação e irrigação. No projeto foram utilizados, de maneira sucinta, um simulador de um controlador lógico programável (CLP) e um computador do tipo notebook. A confiabilidade, precisão e aspectos construtivos são de fundamental importância para o controle de ambientes protegidos. A princípio, a automação deste trabalho é voltada para o campo, mas os conceitos podem ser aplicados, em qualquer ambiente. Palavras-chave: CLP, AUTOMAÇÃO, AMBIENTES PROTEGIDOS.
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ABSTRACT
These days, the automation comes from meeting the growing demand for goods (industrial and also coming from the field). To farmers was given the challenge of seeking to automate their resources to thus obtain an optimization of their work, providing consumers with quality products and special care. In addition, automate processes can mean a fairly significant reduction in the expenses for manpower, and leave these standard processes. The development of protected environments heated is thus hugely desirable for the farmer to have the greatest possible recovery and profitability in their work throughout the year. According Cermeño (1990), productivity within the greenhouse can be two to three times higher than those observed in the field and also with superior quality. The automation of air conditioned environments contributes to the maintenance of the characteristics of the ideal for each species. Among the factors to be checked in a protected environment, include: control of lighting, ventilation, temperature, humidity and irrigation, to whom this work is restricted, the scope of temperature, control of lighting and irrigation. In the design of environmental control are used, succinctly, a simulator of a programmable logic controller (PLC) and a notebook computer. The reliability, accuracy and constructive aspects are of fundamental importance for the control of greenhouse environment. In principle, automation of this work is focused on the field, but the concepts can be applied in any environment. Key words: PLC, AUTOMATION, PROTECT ENVIRONMENT.
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SÚMARIO
LISTA DE SIGLAS.........................................................................................................viii
LISTA DE FIGURAS........................................................................................................ix
1 Introdução.................................................................................................................... 10
1.1 Objetivos .............................................................................................................. 11
2 Controle em ambientes protegidos................................................................................ 12
2.1 Temperatura ......................................................................................................... 12
2.2 Umidade............................................................................................................... 13
2.3 Foto-período......................................................................................................... 14
2.4 Ventilação ............................................................................................................ 16
2.5 Irrigação ............................................................................................................... 17
2.5.1 Benefícios do sistema de irrigação ................................................................ 17
3 Controlador lógico programável ................................................................................... 18
3.1 Funcionamento do CLP ........................................................................................ 19
3.2 Fundamentos da programação LADDER.............................................................. 21
4 Sensores ....................................................................................................................... 23
4.1 Sensores de temperatura ....................................................................................... 23
4.1.1 Sensor de temperatura de precisão LM35...................................................... 23
4.1.2 Aplicações usuais do sensor LM35 ............................................................... 24
4.2 Sensor de umidade (ar) ......................................................................................... 25
4.3 Sensor de umidade no solo ................................................................................... 26
4.4 Sensor de luminosidade ........................................................................................ 27
4.4.1 Constituição do LDR e suas aplicações ......................................................... 27
4.4.2 Características do LDR ................................................................................. 27
5 Metodologia ................................................................................................................. 29
5.1 Materiais utilizados .............................................................................................. 29
5.2 Escolha do modelo utilizado ................................................................................. 29
5.3 Blocos lógicos utilizados ...................................................................................... 30
5.3.1 Temporizador ............................................................................................... 30
5.3.2 Relógio de tempo real ................................................................................... 31
5.3.3 Contador....................................................................................................... 31
5.3.4 Comparador analógico .................................................................................. 32
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5.4 Funcionamento do sistema de iluminação ............................................................. 33
5.5 Funcionamento do sistema de ventilação .............................................................. 34
5.6 Funcionamento do sistema de irrigação ................................................................ 35
6 Resultados e Discussão................................................................................................. 37
6.1 Sistema de iluminação .......................................................................................... 37
6.2 Sistema de ventilação ........................................................................................... 40
6.3 Sistema de irrigação.............................................................................................. 41
6.4 Memória utilizada pelo CLIC 02........................................................................... 42
6.5 Testes realizados................................................................................................... 42
7 Conclusão .................................................................................................................... 44
8 Bibliografia .................................................................................................................. 45
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LISTA DE SIGLAS
ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas
A/D – Analógico/Digital
C – Contador
CPU – Central Processing Unit
G – Analogic comparator
I/O – Input/Output
KW/m – Kilo-Watt/metro
LDR – Light Dependent Resistor
mV – mili-Volt
NEMA – National Electrical Manufactures Association
NTC – Negative Temperature Coefficient
PTC – Positive Temperature Coefficient
Q – Saída digital
RS-232 – Recommended Standard- 232
T – Temporizador
V – Volt
WEG – Fabricante
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Lista de figuras
Figura 1. Estrutura básica de funcionamento de um CLP...................................................... 19
Figura 2. Ciclo de processamento de um CLP ..................................................................... 21
Figura 3. Esquema de um sistema CLP ................................................................................ 22
Figura 4. Sensor de temperatura ........................................................................................... 25
Figura 5. Sensor eletrônico de umidade (fabricante T&S)..................................................... 26
Figura 6. Esquema de funcionamento dos sensores de irrigação .......................................... 26
Figura 7. Sensor LDR - (a) simbologia e (b) constituição ..................................................... 28
Figura 8. Esquema de um temporizador ............................................................................... 30
Figura 9. Funcionamento do Temporizador modo 1 ............................................................. 30
Figura 10. Exemplo de funcionamento do Relógio de Tempo Real no modo 1 ..................... 31
Figura 11. Bloco explicativo sobre o contador...................................................................... 32
Figura 12. Exemplo de utilização do contador ...................................................................... 32
Figura 13. Exemplo de utilização do contador ...................................................................... 33
Figura 14. Fluxograma do Sistema de Iluminação ................................................................ 34
Figura 15. Fluxograma de funcionamento do sistema de ventilação...................................... 35
Figura 16. Fluxograma de funcionamento do sistema de ventilação...................................... 36
Figura 17. Primeira parte da linguagem LADDER do sistema de iluminação ........................ 37
Figura 18. Segunda parte da linguagem LADDER referente ao sistema de iluminação.......... 38
Figura 19. Linguagem LADDER referente ao sistema de ventilação .................................... 40
Figura 20. Linguagem LADDER referente ao sistema de irrigação ....................................... 41
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1 INTRODUÇÃO
Cada vez mais se torna imprescindível, para a manutenção da vida humana um bom
relacionamento com os elementos naturais. Aos produtores rurais foi dado o desafio de buscar
a automação de seus recursos para, desta forma, obter uma otimização de seu trabalho,
oferecendo aos consumidores produtos com qualidade e cuidados diferenciados, além de obter
custos reduzidos tanto para o cliente quanto para si.
O agricultor, desejando maximizar os efeitos positivos para sua produção, decidiu
verificar em qual época do ano sua plantação apresentava maior qualidade. Observou-se desta
maneira, que a quantidade e a excelência do que era produzido estavam diretamente
associados ao clima, temperatura e luminosidade do ambiente, estando este último fator
ligado diretamente ao tamanho final de algumas espécies, como por exemplo, o
chrysanthemum (crisântemo). Algumas variáveis que podem ser controladas em um ambiente
protegido são: radiação solar, ventilação, temperatura ambiente, umidade do ar e irrigação.
É baseando-se neste conceito que vários estudiosos sentiram a necessidade de
desenvolver equipamentos voltados para a agricultura, que pudessem facilitar a vida dos
produtores e trazer benefícios para as lavouras.
A temperatura influi no desenvolvimento vegetativo, no florescimento, na frutificação, na
formação das partes tuberosas ou bulbosas, bem como na produção de sementes. Cada espécie
botânica possui sua própria faixa de temperatura favorável à germinação, ao crescimento e
outras atividades fisiológicas (FONTES, 2003).
O desenvolvimento de estufas automatizadas é, dessa forma, imensamente oportuno para
que o agricultor possa ter o maior aproveitamento e lucratividade possíveis em seu trabalho
durante todo o ano. Segundo CERMEÑO (1990), a produtividade dentro do ambiente
protegido pode ser de duas a três vezes maiores que as observadas no campo e ainda com
qualidade superior.
A automação de ambientes protegidos vem justamente de encontro à característica de
cada planta em se desenvolver melhor em determinadas circunstâncias, proporcionando às
mesmas ambientes bem próximos do ideal para aquela determinada espécie, isso, sem citar as
sementes e plantas que não estão ligadas somente à questão de melhoria de produtividade,
mas à de existência, em nível comercial, ficando dependente desses ambientes para sua
germinação e conseqüentemente seu cultivo.
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A segunda etapa (plantio), às vezes não depende do ambiente protegido diretamente, mas
indiretamente, já que a primeira (germinação das sementes) depende. O exemplo disso é a
germinação satisfatória das sementes de lisianthus (flores decorativas) encontradas no
mercado brasileiro e que precisam que a fase de germinação seja feita na maior parte do ano
em ambientes com controles automatizados, para garantir assim, parâmetros adequados ao seu
desenvolvimento.
Neste trabalho, destacou-se o interesse em controlar a luminosidade artificial (adequada
às plantas que necessitam de foto-período adicional para obterem um tamanho comercial
adequado), temperatura ambiente e controle de irrigação, sendo esses controles realizados em
um ambiente simulado.
No projeto de controle de iluminação foi utilizado um simulador, que é idêntico ao micro
controlador Clic-02 da WEG, utilizado na prática para o desenvolvimento dos sistemas de
controles. Este simulador foi instalado em um computador, onde foi realizada toda a
programação necessária para o controle, bem como sua simulação via software.
1.1 Objetivos
A elaboração deste projeto teve como objetivo o desenvolvimento do controle de
iluminação, temperatura e irrigação em um ambiente protegido. Esta implementação é
interessante para se obter o maior aproveitamento do trabalho desenvolvido nestes ambientes
por parte dos produtores rurais e encontrar, de acordo com as condições ambientais próximas
do ideal, uma ótima qualidade na produção efetuada nessas estruturas, bem como redução de
custos com utilização de forma mais racional de energia elétrica. O uso racional de energia
têm sido alvo de muita atenção não só no Brasil, mas no mundo, sendo às vezes limitador até
do crescimento de países.
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2 CONTROLE EM AMBIENTES PROTEGIDOS
O desenvolvimento adequado e a qualidade da produção em ambientes protegidos estão
diretamente ligado a alguns fatores principais como:
Temperatura;
Umidade;
Foto-período;
Ventilação;
Irrigação.
Assim sendo, a automação de alguns ambientes, como estufas, tornam o controle desses
fatores possíveis, sempre com auxílio de tecnologia e da computação. Nos tópicos a seguir
serão descritas as influências causadas por estes fatores.
2.1 Temperatura
A temperatura é um fator agrometeorológico que exerce influência sobre as seguintes
funções vitais das plantas: germinação, transpiração, respiração, fotossíntese, crescimento,
floração e frutificação (NELSON, 1991).
Todas as culturas possuem uma faixa de temperatura na qual elas se desenvolvem. Fora
dessa faixa a cultura definha chegando até a morrer. A temperatura pode ser utilizada como
um controlador de crescimento da cultura, podendo acelerar ou retardar, dependendo da
política adotada.
O manejo da temperatura do ambiente protegido começa pela escolha do tipo de
ambiente a ser utilizado, que está relacionado ao tipo de planta que vai se cultivar. Cada
planta possui uma necessidade fisiológica diferente de temperatura, a qual pode não ser
atingida em função do tipo de ambiente utilizado.
Segundo SIGRIMIS (2000), pesquisas na área de horticultura indicam que o
desenvolvimento e crescimento da maioria das plantas respondem positivamente se expostos
a uma temperatura média durante um determinado período.
O controle da temperatura pode ser obtido através de sensores e controladores de
temperatura que atuam sobre o equipamento de aquecimento ou resfriamento, de acordo com
cada caso.
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Controladores comerciais são baseados em termostatos ou controladores eletrônicos.
Como não é possível manter constantes a temperatura e umidade relativa interna de uma
estufa, a estratégia é possibilitar sempre uma variação dentro de uma faixa de controle
desejável, pois as plantas toleram algumas variações, sendo que o mais importante é manter
condições ambientais internas favoráveis pelo: controle da temperatura – resfriamento através
de ventilação natural, ventilação mecânica/ventiladores, sombra/cortina “telas de
sombreamento” - cortina plástica + faixa de alumínio, resfriamento evaporativo.
Em relação à temperatura da planta, esta é influenciada pela troca de energia radiante,
transferência de calor convectivo e evaporação da umidade das superfícies das plantas. Muitos
dos dados relatando a temperatura de crescimento das plantas referem-se, preferencialmente, à
temperatura do ar e não à temperatura da folha da planta. Isto tem uma justificativa coerente,
pois a temperatura do ar é um componente normal da informação dos postos meteorológicos,
enquanto a temperatura das folhas é um parâmetro difícil de ser medido e, uma só folha não
representaria a média de uma planta, muito menos a de uma plantação (ALDRICH, 1986).
A afinidade entre a temperatura e o crescimento das plantas é muito complexa, uma vez
que a temperatura é um fator que auxilia no controle das reações dos vários processos
metabólicos que promovem o crescimento e a reprodução das plantas. Diferentes processos
fisiológicos podem ter diferentes temperaturas ótimas para se processarem. Desta forma, a
temperatura ótima para um determinado processo não será a mesma para outro.
2.2 Umidade
Os valores de umidade relativa do ar no interior das estufas variam de maneira bastante
acentuada e estão diretamente relacionados aos valores de temperatura do ar. Sendo assim,
para um mesmo conteúdo de vapor d’água no ar, a umidade relativa é inversamente
proporcional à temperatura (Seemann, 1979 e Prados, 1986). Desta maneira, no período
diurno, com o aumento da temperatura, a umidade relativa diminui no interior da estufa,
tornando-se pouco inferior à observada externamente. Todavia, à noite, a umidade relativa
aumenta muito, chegando quase sempre a 100% logo antes do nascer do sol, isso se deve à
queda acentuada de temperatura verificada no interior da estufa e a retenção de vapor d’água
pela cobertura (Tanaka & Genta,1982).
“A umidade em ambientes protegidos existe sob duas formas: vapor d'água
e evapotranspiração. O vapor d'água é resultante do resfriamento, até atingir
o ponto de orvalho. A formação do orvalho na superfície das folhas e na face
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interna da superfície da cobertura é bastante comum em estufas e propicia
condições favoráveis a infecção por patógenos.”
(GUISELINI, p.77 2002).
O conteúdo de vapor d’água do ar no interior da estufa é também muito influenciado pela
evapotranspiração, que aumenta a tensão de vapor d’água do ar no ambiente (Prados, 1986).
A pequena permeabilidade do filme plástico ao vapor d’água (18 g.m dia a 38º e 90% de
umidade relativa) somado à baixa renovação do ar interno provoca um acúmulo de vapor
d’água, difícil de ser removido (Robledo & Martin, 1981; Bailey, 1985). Sistemas de
ventilação eficientes são necessários para a remoção deste vapor d’água (Seemann, 1979).
Farias et al (1993) relata que no início do seu experimento, considerando que a cultura
está no início do seu desenvolvimento, os resultados internos de umidade relativa do ar foram
menores aos observados externamente, ocorrendo, em seguida, um período de equilíbrio entre
os dois ambientes. Após o surgimento da sétima folha da planta, os resultados internos
mostraram-se superiores aos observados externamente. Neste intervalo, a cultura muito
desenvolvida liberou maior volume de água pela transpiração e, também, pela maior
freqüência de irrigação (devido ao maior consumo de água pela cultura), proporcionando um
aumento da tensão de vapor d’água interna e, por conseqüência, da umidade do ar no interior
da estufa pela pequena renovação da massa de ar.
A ocorrência de menores valores de umidade relativa no interior da estufa pode ser
explicada, segundo Martinez Garcia (1986), devido a íntima relação desta com a temperatura
do ar, cujos maiores valores são atingidos, em geral, no período diurno, permitindo maior
tensão de saturação de vapor d’água do ar. Como a estufa fica aberta durante o dia, a tensão
de vapor d’água interna não fica muito acima da constatada externamente, tendendo a
equilibrar- se, propiciando então menor valor de umidade relativa no interior da estufa, devido
apenas a maior temperatura e tensão de saturação internamente (Farias et al, 1993.)
O controle da umidade do ar exige a utilização de equipamentos especiais, por exemplo,
pad-fan. O alto teor de umidade afeta substancialmente o estado fito-sanitário das plantas,
especialmente com relação a ataques de fungos e bactérias patogênicas.
2.3 Foto-período
A luz é considerada como fator primordial de regulação do crescimento e
desenvolvimento das plantas. Segundo GAUDREAU et al. (1994), a utilização de condições
de iluminação intensa propiciou uma alta produtividade em vegetais adultos em várias casas
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de vegetação. No balanço térmico de uma casa de vegetação deve-se considerar a energia
proveniente da radiação solar global que penetra dentro da casa de vegetação e as perdas de
energia devido à transmissividade da cobertura plástica à radiação emitida pelo solo e plantas,
assim como as perdas por condução e convecção.
As melhores técnicas de condicionamento de micro-clima de ambientes protegidos são
aquelas que atuam na redução da carga térmica decorrente da incidência de radiação solar,
sem prejudicar o desenvolvimento da planta. Desta forma, é necessário estudar e conhecer
melhor as necessidades ou capacidades das culturas no que se refere ao aproveitamento da
radiação solar (MONTEIRO et al. apud COSTA, 2004).
ALDRICH (1986) comenta que a luz visível é a energia radiante de comprimento de
onda no espectro entre 390 e 700nm, o qual estimula a visão humana. Esta luz é essencial
para o desenvolvimento das plantas, uma vez que as plantas verdes dependem da energia do
fluxo radiante para promoverem seu crescimento. As 26 respostas das plantas frente à
radiação são influenciadas pela intensidade, duração e distribuição espectral da luz. As três
regiões do espectro solar, de qualquer modo, afetam o crescimento das plantas: a radiação
ultravioleta (290-390nm), a visível (390-700nm) e a infravermelha (700-4000nm). A radiação
ultravioleta é geralmente prejudicial ao crescimento da planta. A fotossíntese, conversão de
radiação em energia química, só se procede na luz visível, principalmente com os
comprimentos de ondas vermelho e azul.
A mudança de estágio de desenvolvimento vegetativo para o reprodutivo, em muitas
plantas, é controlada pelo comprimento de onda vermelho (660nm) e o infravermelho
(730nm) da cadeia de energia. A intensidade de luz é a variável mais importante e a mais
crítica que influencia a fotossíntese (ALDRICH, 1986). Segundo o mesmo autor, o termo foto
morfogênese é o efeito da luz, independente da fotossíntese, sobre o crescimento,
desenvolvimento, diferenciação e reprodução das plantas.
Existe um ponto, chamado ponto de compensação, que independe do envolvimento e da
absorção do dióxido de carbono e é alcançado pelas plantas quando a energia da luz absorvida
para a fotossíntese é igual à energia usada na respiração. Este ponto varia entre as espécies,
tornando uma dificuldade para estabelecer os níveis ótimos de intensidade de luz para as
plantas.
A luz, a movimentação de ar, a temperatura e umidade relativa, são processos físicos que
influenciam o balanço térmico entre a planta e o seu meio ambiente. Um exemplo de
quantidade de foto-período: o crisântemo, segundo J. Vilaça (sem data), gosta de sol
abundante durante todo o ano, seu foto-período no primeiro mês, para que atinja um bom
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tamanho comercial é de aproximadamente quatorze horas, sendo alcançado tal quantidade de
luz através do uso de um sistema artificial de iluminação.
2.4 Ventilação
A ventilação é fundamental para o controle da temperatura e umidade do ar interna da
estufa e para isso existem diversos métodos utilizados, mas sem dúvida a maneira mais
econômica e mais utilizada é a ventilação natural, que utiliza dispositivos que nem sempre
garantem a troca de ar necessária, nestes casos, Berninger (1989) recomenda o uso de
extratores de ar.
A ventilação deste ambiente é fundamental por três razões básicas: assegura uma taxa
mínima de CO2 para vegetação, evita o excesso de umidade bem como o calor excessivo
durante o dia. Obviamente a maneira mais econômica de realizar a troca de ar no interior das
estufas é através da ventilação natural, para tal pode-se empregar dispositivos estáticos de
abertura das paredes ou laterais das mesmas por meio de comandos manuais ou mecânicos.
Entretanto nem sempre estes dispositivos asseguram a renovação de ar necessária, sendo
necessário, como já citado anteriormente, o uso de extratores de ar (Berninger, 1989).
A capacidade de ventilação da estufa pode ser avaliada através do número de renovações
de volume de ar que é renovado por unidade de tempo. Neste sentido é importante a
quantificação deste parâmetro. A bibliografia a respeito do assunto indica que esta tentativa é
difícil e complexa (Monteiro Camacho et al, 1992; Matallana Gonzales & Marfa Pages,
1980), ficando evidente a necessidade de contar sempre com informações locais, de maneira
individual para cada estufa estudada.
Berninger (1989) e Kittas (1986) recomendam para regiões mediterrâneas que a
eficiência de mecanismos de ventilação seja baseada em número de renovação de ar entre 30 e
60 trocas de ar por hora, de acordo com a dimensão da estufa.
Anton Vallejo et al (1992), utilizando em zonas de clima úmido sistemas de ventilação
com capacidade de 40 renovações de ar por hora, para uma radiação de 800kw/m2 obtiveram
uma diferença de temperatura interna da estufa com relação ao exterior de aproximadamente
4ºC, sem uso de umedecimento. Quando o umedecimento foi utilizado, a temperatura interna
foi igual à externa. Neste caso, a redução de temperatura foi alcançada combinando a
nebulização com o sistema de ventilação utilizando bicos de aspersão com vazão de 4,5 a 6,5
L/h de água evaporada com distribuição de um bico por 10m2.
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O efeito da redução da temperatura média do ar no ambiente protegido causado pela
abertura de janela zenital foi maior com a menor abertura das cortinas laterais devido ao
processo convectivo ou “efeito termo-sifão”. A distribuição da temperatura média do ar com
as cortinas abertas a 3 metros de altura praticamente não foi modificada pela cortina zenital,
principalmente quando a velocidade do vento externo era elevada.
2.5 Irrigação
A motivação principal para o uso de um sistema de irrigação é a economia de mão- de-
obra, melhorias consideráveis na produtividade, diminuição considerável de desperdício e
com isso preservação do meio ambiente, já que a água é de extrema importância para tal meio
(ambiente), para os seres (humanos e animais) e plantas que nele vivem.
Essa tecnologia, aliada a métodos práticos de uso, desenvolvidos com exclusividade,
resultam em equipamentos extremamente práticos, fáceis de usar, precisos e robustos que
tornam o saber quando e quanto irrigar uma atividade simples e precisa. Mantendo assim uma
faixa de umidade controlada e ideal para o desenvolvimento das culturas.
Tal inovação (tecnologia) vem sendo muito utilizada em grandes empresas agrícolas e de
ramos distintos como produção de flores, produção de mudas de eucalipto, cultivo em
ambiente protegido com substratos, etc.
“Essa tecnologia, monitora a disponibilidade de água no solo ou substrato
junto das raízes das plantas, oferecendo uma metodologia eficiente e
confiável para o manejo da irrigação”. (Hidrosense, 2008. Disponível em:
www.hidrosense.com.br. Acesso em 01.06.2010).
2.5.1 Benefícios do sistema de irrigação
Os benefícios de sistema de irrigação são: aumento de qualidade e produtividade da
cultura devido a um melhor enraizamento e equilíbrio nutricional, melhorando a exploração
dos recursos de água e nutrientes pela planta, melhoria da fitossanidade da planta por menor
incidência de fungos e bactérias na planta e no solo e pela maior imunidade da planta; menor
gasto com insumos como água, energia, fertilizantes e defensivos. Em média 30% de redução.
E aumento da vida útil do sistema de irrigação por reduzir seu tempo de operação
(www.hidrosense.com.br. Acesso em 01.06.2010).
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3 CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMÁVEL
O Controlador Lógico Programável (CLP) surgiu na década de 60, porém ainda existem
muitas empresas do ramo da indústria de automação que possuem pouca experiência com
eles. A grande vantagem desse dispositivo está na possibilidade de reprogramação sem
necessidade de realizar modificações de hardware. Mas o que impulsionou a saída da
automação das indústrias para os prédios e residências foi a popularização e o
desenvolvimento dos computadores pessoais. De fato, atualmente o que se busca é a
conectividade entre os diversos dispositivos que integram um sistema automatizado e os
computadores pessoais.
A grande vantagem dos controladores programáveis é a possibilidade de
reprogramação, motivo pelo qual substituíram os tradicionais painéis de controle a relês.
Esses painéis necessitavam de modificações na fiação cada vez que se mudava o projeto, o
que muitas vezes era inviável, tornando-se mais barato simplesmente substituir todo painel
por um novo. Os CLPs permitiram transferir as modificações de hardware em modificações
no software.
A General Motors, em meados de 1969, iniciou o desenvolvimento dos primeiros
controladores baseados na especificação resumida a seguir:
Facilidade de programação;
Facilidade de manutenção com conceito plug-in;
Alta confiabilidade;
Dimensões menores que painéis de relês, para redução de custos;
Envio de dados para processamento centralizado;
Preço competitivo;
Expansão em módulos;
Mínimo de 4000 palavras na memória.
A partir da década de 70, com a inclusão de microprocessadores dentro dos controladores,
eles passaram a se chamar de Controladores Programáveis. Dez anos à frente, na década de
80, suas funções foram aperfeiçoadas e passaram a utilizar a rede de comunicação de dados.
(MORAIS e CASTRUCCI, 2001).
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De acordo com (NATALE, 2004), o CLP é um computador com as mesmas
características conhecidas do computador pessoal, porém, é utilizado em uma aplicação
dedicada. Segundo a ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas), o CLP é um
equipamento eletrônico digital com hardware e software compatíveis com aplicações
industriais.
O NEMA (National Electrical Manufactures Association), considera o CLP um aparelho
eletrônico digital que utiliza uma memória programável para armazenar internamente
instruções e para implementar funções específicas, tais como lógica, sequênciamento,
temporização, contagem e aritmética, controlando, por meio de módulos de entradas e saídas,
vários tipos de máquinas ou processos.
De forma geral, os CLPs são equipamentos eletrônicos de última geração, utilizados em
sistemas de automação flexível. Estes permitem desenvolver e alterar facilmente à lógica para
acionamento das saídas em função das entradas. Desta forma, podem-se utilizar inúmeros
pontos de entrada de sinal para controlar pontos de saída de sinal (cargas).
3.1 Funcionamento do CLP
O funcionamento de um CLP corresponde a três etapas distintas, as quais são: entradas,
processamento e saídas. Essas etapas são ilustradas na Figura 1 (SILVA FILHO, 2000). Com
essa finalidade o CLP possui uma arquitetura bastante conhecida baseada em micro
controladores e microprocessadores. Veja na ilustração da Figura 1.
Figura 1. Estrutura básica de funcionamento de um CLP
O hardware de um CLP é formado por três unidades distintas, as quais são: fonte de
alimentação, CPU (Unidade Central de Processamento e interfaces de entrada e saídas ou I/O)
e interfaces de I/O. Cada unidade que compõe um CLP é responsável pelo seu funcionamento.
20
Fonte de Alimentação: Normalmente a alimentação de energia do CLP utiliza uma
fonte chaveada e uma única tensão de saída de 24V. Esse valor já é utilizado com a
finalidade de alimentar os módulos de entrada e saída de dados e a CPU ao mesmo
tempo. Outra característica importante é que normalmente as máquinas industriais,
funcionam com essa tensão por serem bem menos suscetíveis a ruídos. Outro ponto
destacável, é que essa tensão já é compatível com o sistema de comunicação RS-232.
Interfaces de I/O: As entradas e saídas de um CLP podem ser divididas em duas
categorias: as analógicas e as digitais.
Existem diversos tipos de módulos de entrada e saída que se adaptam as necessidades do
sistema a ser controlado. Os módulos de entrada e saídas são compostos de grupos de bits,
associados em conjuntos de 8 bits (1 byte) ou conjuntos de 16 bits, de acordo com o tipo de
CPU.
As entradas analógicas são referentes aos dispositivos que trabalham com grandezas
analógicas, como por exemplo, temperatura, umidade relativa, pressão, entre outras. Para que
a CPU trabalhe com esses valores analógicos é necessário que essas entradas sejam
convertidas usando conversores A/D (Analógico para Digital).
Operacionalmente, a CPU lê os dados de entradas dos dispositivos de campo através dos
módulos de entrada, e então executa, ou realiza os controles de programa que tinham sido
armazenados na memória. Os programas normalmente são escritos na linguagem LADDER,
que se assemelha muito a um esquema elétrico baseado em relês.
Os programas são colocados na memória da CPU em forma de operações lógicas,
aritméticas, etc. Baseado nesses programas o CLP escreve ou atualiza o estado das saídas
atuando nos dispositivos de campo (cargas). Este processo, conhecido como ciclo de
operação, continua na mesma seqüência sem interrupções. A Figura 2 ilustra o ciclo de
operação de um CLP (SILVA FILHO, 2000).
21
Figura 2. Ciclo de processamento de um CLP
3.2 Fundamentos da programação LADDER
A linguagem LADDER é usada para programar CLPs. Diferentes de linguagens de
programação comuns, LADDER é uma linguagem gráfica. Essencialmente representando
redes de conexões de relés, temporizadores, contadores, comutadores, sinais de relógio, linhas
de comunicação, operações de comparação, cálculos de valores para variáveis, operações de
conversão, etc. Mesmo tendo sido a primeira linguagem destinada especificamente à
programação de CLPs, a linguagem LADDER mantém-se ainda como a mais utilizada,
estando presente praticamente em todos os CLPs disponíveis no mercado. Por ser uma
linguagem gráfica, baseada em símbolos semelhantes aos encontrados nos esquemas elétricos
(contatos e bobinas), as possíveis diferenças existentes entre os fabricantes de CLPs, quanto à
representação das instruções, são facilmente assimiladas pelos usuários.
Na Figura 3 é apresentado um exemplo do esquema conceitual de um sistema CLP. As
entradas físicas reais estão fixadas a um módulo de entrada (esquerda) enquanto as saídas
estão fixadas a um módulo de saída (direita). No centro, vê-se a representação lógica que a
CPU deve processar, na linguagem LADDER. Neste caso, se o Input 1 (interruptor
normalmente aberto) for fechado, a Output 1 (campainha) é ligada. Observe a Figura 3
ilustrada.
22
Figura 3. Esquema de um sistema CLP
O nome LADDER deve-se à representação da linguagem se parecer com uma escada
(LADDER), na qual duas barras verticais paralelas são interligadas pela Lógica de Controle,
formando os degraus (rungs) da escada. Portanto, a cada lógica de controle existente no
programa de aplicação dá-se o nome de rung, a qual é composta por colunas e linhas.
A quantidade de colunas e linhas, ou elementos e associações, que cada rung pode
conter é determinada pelo fabricante do CLP, podendo variar conforme a CPU utilizada. Em
geral, este limite não representa uma preocupação ao usuário durante o desenvolvimento do
programa de aplicação, pois os softwares de programação indicam se tal quantidade foi
ultrapassada, por meio de erro durante a compilação do programa de aplicação.
23
4 SENSORES
Sensores são dispositivos que mudam seu comportamento sob a ação de uma grandeza
física, podendo fornecer direta ou indiretamente um sinal que indica esta grandeza. Quando
operam diretamente, convertendo uma forma de energia em outra, são chamados transdutores
(BEZERRA, 2004).
A tecnologia dos sensores é um fator importante para o projeto de sistemas de controles
de estufa, na prática. A precisão e sensibilidade de um sistema de controle são limitadas pela
precisão e sensibilidade dos sensores utilizados. De nada adianta um sistema de controle
possuir uma taxa de amostragem muito maior que o tempo de resposta do sensor, pois as
leituras serão redundantes.
Outro fator limitante é a resolução do sensor. Se ela não for compatível com a resolução
do sistema, ela estará limitada pelo pior caso. O sistema de controle todo estará limitado a
esse tempo de resposta e a essa resolução (CANSADO, 2000).
4.1 Sensores de temperatura
Existem no mercado, hoje em dia, diversos tipos de sensores de temperatura, que vão
desde os NTCs, PTCs, diodos até os mais variados tipos de termopares, dentre outros. Porém,
estima-se que talvez nenhum dos citados anteriormente seja de tão simples manuseio e exija
tão poucos aparatos eletrônicos para que o seu funcionamento, quanto o modelo LM35. Seu
circuito usual é bastante simples, necessitando apenas do sensor propriamente dito, um
sistema amplificador de sinal e de uma interface que realize a leitura do sinal amplificado,
quem sabe até mostrando um valor de temperatura diretamente em um visor ou display ou até
mesmo disparando algum elemento eletrônico como, por exemplo, um transistor quando a
situação for apropriada (CRESPI, sem data).
4.1.1 Sensor de temperatura de precisão LM35
O sensor LM35 é um sensor de precisão, fabricado pela National Semiconductor, que
apresenta uma saída de tensão linear relativa à temperatura em que ele se encontra no
momento. É alimentado por uma tensão de 4 a 20Vdc e terra, fornecendo em sua saída um
sinal de 10mV para cada grau Celsius de temperatura. Sendo assim, apresenta uma boa
24
vantagem com relação aos demais sensores de temperatura calibrados em “Kelvin”, não
necessitando nenhuma subtração de variáveis para que se obtenha uma escala de temperatura
em graus Celsius.
O LM35 não necessita de qualquer calibração externa ou “trimming” para fornecer
com exatidão, valores de temperatura com variações de ¾ºC ou até mesmo ¼ºC dentro da
faixa de temperatura de –55ºC à 150ºC. Este sensor tem saída com baixa impedância, tensão
linear e calibração inerente precisa, fazendo com que o interfaceamento de leitura seja
especificamente simples, barateando todo o sistema em função disto (CRESPI, sem data).
Este sensor pode ser alimentado com alimentação simples ou simétrica, dependendo
do que se desejar como sinal de saída, mas independentemente disso, a saída continuará sendo
de 10mV/ºC. Ele drena apenas 60µA para estas alimentações, sendo assim seu auto-
aquecimento é de aproximadamente 0,1 ºC ao ar livre (CRESPI, sem data).
O sensor LM35 é apresentado com vários tipos de encapsulamentos, sendo o mais
comum o TO-92, que mais se parece com um transistor, e oferece ótima relação custo-
benefício, por ser o mais barato dos modelos e propiciar a mesma precisão dos demais. A
grande diversidade de encapsulamentos se dá devido à alta gama de aplicações deste
integrado (CRESPI, sem data).
4.1.2 Aplicações usuais do sensor LM35
O sensor LM35 pode ser facilmente utilizado, da mesma maneira que qualquer outro
sensor de temperatura, colando-o sobre a superfície que se deseja medir a temperatura. Sua
temperatura estará em torno de 0,01ºC abaixo da temperatura da superfície que se encontra
colado, pressupondo que a temperatura da superfície seja a mesma que a temperatura do ar
que se encontra ao redor desse ambiente. Se a temperatura do ar fosse muito mais elevada ou
mais baixa do que a temperatura da superfície, a temperatura real do LM35 estaria em uma
temperatura intermediária entre a temperatura de superfície e a temperatura do ar (CRESPI,
sem data).
Esta regra se aplica especialmente para o encapsulamento do tipo TO-92 (plástico),
onde as ligações de cobre são o trajeto térmico principal para carregar o calor através do
dispositivo, fazendo com que a temperatura fique mais próxima da temperatura do ar do que
da superfície em que se encontra colado. Para amenizar este problema, é necessário que a
fiação que ligará o LM35 esteja presa juntamente a superfície de interesse, para que ambas as
partes estejam praticamente sempre na mesma temperatura. A maneira mais fácil de fazer isto
25
é fixar os fios e o próprio LM35 com um leve revestimento de cola epóxi à superfície de
interesse. Assim, o LM35 e seus condutores não estarão em contato com o ar, logo, a
temperatura do ar não afetará na medição do integrado (CRESPI, sem data).
Algumas aplicações para o LM35:
Termômetros para câmeras frias, incubadoras, etc;
Controles de temperatura de máquinas;
Aquisição de dados para pesquisas;
Proteção para dispositivos industriais (motores, inversores, fontes).
A Figura 4 é uma foto ilustrativa de um sensor de temperatura.
Figura 4. Sensor de temperatura
4.2 Sensor de umidade (ar)
Características desejáveis de um sensor de umidade:
Alta sensibilidade;
Resposta rápida;
Baixo custo;
Tamanho reduzido;
Histerese mínima;
Baixa deriva térmica;
Estabilidade no longo prazo;
Durabilidade;
Reprodutibilidade;
Resistência contra contaminantes.
26
A Figura 5 ilustra um sensor de umidade (ar) convencional:
Figura 5. Sensor eletrônico de umidade (fabricante T&S)
4.3 Sensor de umidade no solo
Diferentemente dos tensiômetros, estes sensores não usam água e sim ar na cavidade da
cápsula cerâmica, isentando-o de manutenção, além de não perder a calibração. Grande
facilidade de entendimento na operação e no ajuste do tempo de irrigação (lâmina de
irrigação) de forma precisa, sem a necessidade da curva de retenção de água do solo, cálculos
ou tabelas aproximativas. A instalação dos sensores é extremamente simples e sem a
necessidade de técnicas ou ferramentas especiais. Pode ser instalado em qualquer
profundidade e qualquer tipo de solo ou substrato, assim como mostrado na Figura 6.
Figura 6. Esquema de funcionamento dos sensores de irrigação
27
4.4 Sensor de luminosidade
O LDR (Light Dependent Resistor), ou simplesmente, resistor dependente de luz, possui
a interessante característica de ser um componente cuja resistência elétrica diminui quando
sobre ele incide energia luminosa. Isto possibilita a utilização deste componente para
desenvolver um sensor que é ativado (ou desativado) quando sobre ele incidir energia
luminosa.
A resistência do LDR varia de forma inversamente proporcional à quantidade de luz incidente
sobre ele, isto é, enquanto o feixe de luz estiver incidindo, o LDR oferece uma resistência
muito baixa. Quando este feixe é cortado, sua resistência aumenta.
4.4.1 Constituição do LDR e suas aplicações
O LDR é composto de um material semicondutor, o sulfeto de cádmio, CdS, ou o
sulfeto de chumbo. O processo de construção de um LDR consiste na conexão do material
fotossensível com os terminais, sendo que uma fina camada é exposta à incidência luminosa
externa.
Com o LDR pode-se fazer o controle automático de porta, alarme contra ladrão,
controle de iluminação (no caso desse trabalho), contagem industrial, todos estes foto
controlados para a operação de um relé.
4.4.2 Características do LDR
Também chamado de célula fotocondutiva, ou ainda de foto-resistência, o LDR é um
dispositivo semicondutor de dois terminais, cuja resistência varia linearmente com a
intensidade de luz incidente, obedecendo à equação R=C.L.a, onde L é a luminosidade em
Luz, C e a são constantes dependentes do processo de fabricação e material utilizado.
Como já mencionado anteriormente o LDR tem sua resistência diminuída ao ser
iluminado. A energia luminosa desloca elétrons da camada de valência para a de condução
(mais longe do núcleo), aumentando o número destes, diminuindo a resistência.
Conforme aumenta a quantidade de luz incidente no LDR, um número maior de
elétrons na estrutura tem também seu nível de energia aumentado, devido à aquisição de
energia entregue pelos fótons. O resultado é o aumento de elétrons livres e elétrons
fracamente presos ao núcleo. A Figura 7 ilustra um sensor do tipo LDR.
28
(a)
(b)
Figura 7. Sensor LDR - (a) simbologia e (b) constituição
29
5 METODOLOGIA
Parte deste projeto foi realizado na Universidade São Francisco, Campus Itatiba, visando
a obtenção do controle de temperatura, irrigação e do sistema de luminosidade, deixando este
último mais “inteligente”. Utilizou-se um simulador do Controlador Lógico Programável
(CLP) modelo Clic02 Edit, fabricado pela Weg.
Para iniciar o desenvolvimento do estudo conceitual sobre controle automático de
iluminação em ambientes protegidos foram utilizadas as referências bibliográficas
inicialmente levantadas e apresentadas em um plano inicial, posteriormente segui-se o
desenvolvimento da teoria referente ao tema abordado e em seguida, implementação do
software de controle (CLP). O trabalho foi desenvolvido simulando-se os sensores
responsáveis pelo controle do ambiente protegido, ligados ao CLP.
5.1 Materiais utilizados
Para o desenvolvimento do projeto foram utilizados o simulador Clic02 Edit, versão
3.3.100303, devidamente instalado em um microcomputador do tipo notebook, com Sistema
Operacional Windows 7 Professional, da Microsoft.
5.2 Escolha do modelo utilizado
Na plataforma de simulação, o modelo utilizado foi o CLW-02/20HR-D, tendo sido
escolhido com base na própria necessidade que o sistema simulado impôs, que dentre outras,
pode-se destacar a necessidade de entradas analógicas. O modelo utilizado possui quatro
entradas analógicas, podendo as mesmas serem usadas, eventualmente como entradas digitais,
mas esse não é o caso desse trabalho.
Outras especificações do modelo são: tensão de alimentação de 24V, oito entradas
digitais ( mais quatro entradas analógicas, totalizando doze entradas), tensão das entradas
digitais de 24V, oito saídas digitais, Relógio de Tempo Real (RTC), e duas entradas rápidas
de 1kHz, consumo de corrente de 130mA à 148mA (com todas as entradas desacionadas e
acionadas, respectivamente), e consumo de 3.2 W de potência.
30
5.3 Blocos lógicos utilizados
5.3.1 Temporizador
Esse bloco lógico tem a função de temporizar um período de tempo. Pode-se escolher os
modos de acordo com a aplicação desejada, no caso deste trabalho foi utilizado o modo
1(retardo na desergenização), no qual, a partir do momento que a entrada é acionada conta o
tempo e aciona o contato do temporizador, ficando acionada enquanto a entrada estiver
acionada. Na Figura 8 é mostrado um esquema desse dispositivo.
Figura 8. Esquema de um temporizador
O gráfico mostrado na Figura 9 é um exemplo do funcionamento do seu
funcionamento do temporizador.
Figura 9. Funcionamento do Temporizador modo 1
31
5.3.2 Relógio de tempo real
O bloco RTC (Relógio de Tempo Real) aciona ou desaciona saída conforme relógio de
tempo real ou calendário perpétuo dependendo do escolhido. Aqui foi feito uso do modo 1,
que atua todos os dias da semana conforme dia e hora programados conforme ilustração da
Figura 10.
Figura 10. Exemplo de funcionamento do Relógio de Tempo Real no modo 1
5.3.3 Contador
Responsável por efetuar contagens, este componente foi empregado, com a finalidade de
contar as horas de iluminação recebida por uma eventual planta. Utilizou-se o contador modo
3. Seu funcionamento é o mesmo do Contador Modo 1, porém após desergenização mantém o
valor da contagem após uma queda de energia. Ao atingir o valor ajustado, aciona a saída,
permanecendo esta ligada até ser acionado o reset, ou invertido o sentido da contagem quando
atingir o valor ajustado, a contagem pára. Quando o sentido da contagem for decrescente, a
saída irá acionar ao atingir o valor zero. Se o sentido da contagem for invertido antes de
chegar ao valor setado vai decrementar do valor que estava. Veja o exemplo ilustrado na
Figuras 11 e 12.
32
Figura 11. Bloco explicativo sobre o contador
Figura 12. Exemplo de utilização do contador
5.3.4 Comparador analógico
Bloco lógico que compara duas entradas analógicas, como mostrado na Figura 13.
33
Figura 13. Exemplo de utilização do contador
5.4 Funcionamento do sistema de iluminação
O sistema de iluminação será acionado em dias com luminosidade menor que quatorze
horas, durante o primeiro mês de transplante.
Explicação do sistema de iluminação complementar ao foto–período: o LDR é entrada
para um temporizador, que como o nome sugere, irá temporizar a quantidade de luz natural
recebida pela planta durante todo o dia, sendo sua saída uma entrada que incrementa um
contador de hora, isso ocorre até não haver mais luz natural incidindo sobre o LDR.
Imediatamente após o desativamento do LDR inicia-se a contagem de tempo em um segundo
timer, que conta quarenta e cinco minutos e sua saída é entrada para um comparador que faz a
comparação do valor que foi atualizado pelo contador durante o foto-período, se o tempo for
menor que quatorze horas, o comparador envia um pulso de clock simultâneo para o sistema
de iluminação e para um terceiro timer, de quinze minutos, sendo a saída desse último saída
entrada de realimentação para o sistema de iluminação fazendo com que o mesmo fique ativo
por quinze minutos, após esse tempo o sistema artificial é desligado, automaticamente o timer
de quarenta e cinco minutos é ativado novamente e repetindo esse processo até o sistema de
iluminação atingir o valor previamente setado no comparador (quatorze horas). Mesmo após
o sistema complementar a luz faltante, o timer de quarenta e cinco minutos continua a contar,
34
mas o comparador a partir de então, sendo sua condição de saída não verdadeira, impossibilita
a ativação do sistema, que obviamente não incrementa mais o contador de hora.
Existe também um relógio de tempo real que reseta o contador todos os dias às seis
horas da manhã, para garantir o funcionamento correto do sistema. O contador também é
diferenciado, não perdendo o valor que está sendo atualizado durante o dia em uma eventual
queda de energia elétrica. O fluxograma de funcionamento do sistema de iluminação
encontra-se na Figura 14.
Início
Luz no LDR
Aciona Timer de hora.
Contadorde horas
A saída do timer incrementa o contador Sim
Verifica até não haver luz no LDR
Aciona Timer de 45 minutos
Não
Aciona TimerDe15 minutos
Verifica Comparador(<14horas)
Não
Aciona Sist.Iluminação
Sim
Uma hora de luz artificial equivale a uma hora.
Figura 14. Fluxograma do Sistema de Iluminação
5.5 Funcionamento do sistema de ventilação
O sistema de ventilação entra em funcionamento quando a temperatura atingir mais de
vinte e oito graus de temperatura. O sistema, assim como o de iluminação tem uma entrada
analógica, que representa um sensor de temperatura. Entrando em funcionamento levando em
consideração o sensor de temperatura, mas não só ele, para que o mesmo seja acionado
(sistema de ventilação) também é necessário que o sensor LDR esteja ativo, ou seja, a
ventilação é acionada somente no período diurno. Outra restrição a sua ativação é quando o
sistema de irrigação estiver ativo. Uma vez acionado, o sistema permanece ativo por um
tempo, a ser calculado de acordo com o tamanho do ambiente e capacidade do sistema de
extração de ar utilizado. Após tempo necessário à realização da troca de ar no ambiente o
sistema extrator é desativado por um tempo. Depois desse tempo, são feitas novas
35
verificações, para ver se é preciso acionar o sistema de ventilação novamente. Segue o
fluxograma de seu funcionamento na Figura 15.
Início
Temperatura>=28•C
Luz no LDR
Aciona Sistema De Ventilaçãopor ‘x’ tempo
Sim
Não
Sistema deIrrigaçãoInativo
Não Sim
Sim
Não
Figura 15. Fluxograma de funcionamento do sistema de ventilação
5.6 Funcionamento do sistema de irrigação
Situações onde o sistema de irrigação será acionado requisitado: durante o dia, pois é
nesse período que a planta tem uma maior necessidade de hidratação e para evitar a queima de
lâmpadas (ligadas no período noturno), já que em vários sistemas de irrigação, a mesma é
feita de maneira aérea. Além do mais a noite a umidade dentro do ambiente é bastante alta,
não necessitando assim de oferta artificial de água. Também não pode ser esquecido o fato de
que o motor (de irrigação) faz determinado barulho e poderia causar desconforto para algum
vizinho se ligado à noite, por exemplo.
O sistema não deverá ser acionado nas horas mais quentes do dia (entre onze horas da
manhã e três da tarde), pois pode causar de cozimento das raízes da planta, já que a água
fornecida tende a encontrar um solo bastante aquecido, mesmo que o sensor de umidade de
solo indique deficiência de água nesse período, evitando assim, eventuais danos à planta
devido às altas temperaturas alcançadas nesse horário.
Quem garantirá que isso ocorra de maneira correta são os RTCs (Relógios de Tempo
Real) que compõem a programação do sistema juntamente é claro com o sensor de umidade,
como já mencionado. Verifique o fluxograma de seu funcionamento na Figura 16.
36
Início
Deficiência de água < que ‘x’%
Não
Luz no LDR
Sim
Não Verifica seHorário
Permitido
Sim
Não
Aciona Sistema De Irrigaçãopor ‘y’ tempo
Sim
Figura 16. Fluxograma de funcionamento do sistema de ventilação
37
6 RESULTADOS E DISCUSSÃO
6.1 Sistema de iluminação
As Figuras 17 e 18 apresentam as telas da linguagem LADDER referentes à iluminação.
Figura 17. Primeira parte da linguagem LADDER do sistema de iluminação
38
Figura 18. Segunda parte da linguagem LADDER referente ao sistema de iluminação
Na linha 02 da lógica, o LDR é representado pela entrada analógica I9, que é entrada
para um temporizador modo 1, que quando a entrada é acionada conta o tempo e aciona o
contato do temporizador (ficando acionado de zero à dez segundos, que na verdade
representam uma hora em um sistema real, claro que o valor pode ser ajustado conforme a
necessidade) enquanto a entrada estiver acionada. A entrada T01, normalmente fechada, é
utilizada apenas para zerar o timer toda vez que o mesmo atingir o valor máximo ao qual foi
programado.
Na seqüência, na linha 4, há um Relógio de Tempo Real (RTC) 01 que, no caso deste
desenvolvimento envia, um pulso para o contador da linha 06 zerar todos os dias às seis horas
da manhã.
Na linha 06, como citado anteriormente, se trata de um contador modo 3, que conta as
‘horas’ enviadas pelo timer (T) 01. Sua contagem limite não precisa ser programada já que,
quem irá resetá – lo será o RTC 01.
39
A linha 07 trata-se de uma entrada alternativa de incrementação do contador C01, que é
a saída do timer 03, ligada como lógica “ou” na entrada do contador 01, representando que
C01 será incrementado também pelo sistema artificial.
A linha 08 é a entrada R01 (saída do relógio de tempo real), de reset para Contador (C)
01.
Na décima linha da lógica a entrada i09 normalmente fechada é entrada para o timer
(T)02, que por sua vez, será requisitado sua temporização toda vez que essa condição for
alcançada, ou seja, a inatividade do sensor LDR.
Na próxima linha, 12, T02 é entrada para o comparador analógico (G) 01, que após a
contagem de quarenta e cinco minutos realizada por T02, compara como o nome sugere, se a
quantidade de luz recebida pela planta durante o dia foi igual ao tempo setado no comparador,
se menor, sua saída serve como entrada (linha14) para o sistema de iluminação (Q01), que
depois de ligado é alimentado por quinze minutos pela entrada T03 (linha15). Quando o valor
comparado for maior que o valor carregado no comparador, a lógica não permite mais que o
mesmo seja acionado naquele dia.
A entrada normalmente aberta Q01 (saída do sistema de iluminação), na linha 17, serve
de entrada para inicializar a contagem de tempo do timer (T) 03, que é o que mantém o
sistema ligado por quinze minutos.
40
6.2 Sistema de ventilação
A Figura 19 mostra a tela da linguagem LADDER referente à ventilação.
Figura 19. Linguagem LADDER referente ao sistema de ventilação
Na linha 20 da lógica, o sensor de temperatura é representado pela entrada analógica
I0A que é entrada para um comparador de entrada analógica (G02), que tem sua saída
acionada se a temperatura indicada pelo sensor for maior a 28ºC, ou qualquer outro valor
setado no mesmo.
A linha 22 é a combinação da entrada T04, que representa o tempo necessário para
realizar a troca de ar em um ambiente, essa entrada (T04) é exclusivamente ativa quando a
temperatura ultrapassa o valor carregado no comparador, da entradaI09, que indica período
diurno e também pela entrada q03 normalmente negada, que informa ao sistema (ventilação)
que o mesmo só deverá ser acionado quando o sistema de irrigação estiver desligado.
41
A saída do comparador G02 ativa o timer (T) 04, linha 24, representando um tempo
necessário para realizar a troca de ar de um ambiente. Esse timer é o tempo que o sistema
(ventilação) permanecerá acionado.
6.3 Sistema de irrigação
A Figura 20 mostra a tela da linguagem LADDER referente á irrigação.
Figura 20. Linguagem LADDER referente ao sistema de irrigação
Na linha 27 da lógica, o Relógio de Tempo Real (RTC) 02 é alimentado pelo sistema
geral, é ele juntamente com o RTC 03 (linha29), que garantirão que o sistema de irrigação
funcione em horários favoráveis à planta.
A linha 31 apresenta que a combinação das entradas T05 e Q04 acionam o sistema de
irrigação.
As linhas 33 e 34 setadas em uma saída Q04, representam os horários permitidos para
funcionamento do sistema de irrigação.
42
Combinando as entradas Q04 (linha 36), com a necessidade de água do sensor de
umidade do solo, representado pela entrada analógica I0B ativa-se o timer (T) 05, que conta o
tempo que a irrigação ficará ativa. O sistema fornece um pouco de água para a planta,
”espera” um pouco (para dar tempo de a água penetrar o solo) e torna a verificar se existe
necessidade de água pela planta, evitando assim deixar o solo encharcado (caso fornecesse
água até que sensor enviasse informação que não necessita-se mais de água).
6.4 Memória utilizada pelo CLIC 02
Para fazer o cálculo da porcentagem da memória utilizada pelo programa utiliza-se a
capacidade /espaço livre (1200) fornecido pelo programa inicialmente antes do começo da
programação comparando tal capacidade a cem por cento. Subtrai-se da capacidade total a
capacidade atual indicada pelo software após o término do programa em questão, aplicando-se
em uma fórmula matemática temos:
Capacidade utilizada = (Espaço livre inicial-Espaço livre final)/(Capacidade inicial/100%);
Capacidade utilizada = (1200-1132)/(1200/100%);
Capacidade utilizada = 5,6667%.
6.5 Testes realizados
Foram realizados testes dos mais variados no sistema para verificar se o mesmo estava
funcionando de maneira correta.
Primeiramente abriu-se o programa, então ativou-se a função run, feito isso o programa
começou a executar. Então acionou-se a entrada analógica que representa o LDR começando
a ser temporizado o tempo pelo timer (T)01, dessa maneira, enquanto o LDR não for
desligado será incrementado o contador (C) 01, de hora em hora, como o esperado até que a
entrada analógica seja desativada.
No momento em que ocorre a inativação do LDR iniciou-se a contagem de tempo por
um segundo temporizador (T02), que contou de zero à quarenta e cinco minutos de tempo que
a planta venha a ficar sem luz, quando T02 chegou ao final da contagem sua saída foi entrada
para um comparador que verificou se seria realmente necessário a ativação do sistema de
iluminação artificial e por quanto tempo, sendo positivo sua comparação, complementou a luz
natural artificialmente até obter-se o tempo desejado. Tendo-se obtido o tempo desejado o
comparador não deixou que o sistema artificial continuasse a ligar, ocorrendo apenas
43
verificações do sistema até o mesmo ser reinicializado no outro dia às seis horas da manhã.
Este teste funcionou muito bem.
Levando em consideração ainda, exclusivamente, o sistema de iluminação, ativou-se o
modo run para ver o funcionamento do sistema sem a ativação da entrada analógica, nesse
caso como o esperado, o sistema começou com T02 ativo, simulando como se o sistema
tivesse sido iniciado à noite. Nesse caso, o sistema foi complementando a luz durante o
período noturno até conseguir realizar toda a compensação da luz faltante ou o sistema ser
reiniciado às seis da manhã. Este teste foi realizado com sucesso.
Outro teste que foi realizado é se o sensor LDR fosse ligado à tarde, mas o sistema se
comportou muito bem mais uma vez.
Nos testes realizados com a parte relacionada ao sistema de ventilação, o sensor que
representa a temperatura (I0A) foi acionado durante o dia, ou seja, quando o LDR estava ativo
e quando o sistema de irrigação não estava ligado, situação em que o sistema de ventilação foi
acionado sem problemas.
Quando tentou-se acionar o mesmo (sistema de ventilação) com o LDR inativo ou
sistema de irrigação ativo o mesmo não funcionou, como esperado (já que à noite, de maneira
geral não há necessidade de ventilação artificial, e nem quando a irrigação estiver ativa, pois
esta última por si só já consegue baixar um pouco a temperatura, não esquecendo-se também
dos sistemas aéreos de irrigação onde seria ainda menos viável a ativação da ventilação).
Não podem ser esquecidos os testes realizados com o sistema de irrigação. Quando
acionou-se o sensor através da entrada analógica indicando deficiência de água e a entrada de
horário permitido era verdadeira, o sistema foi ativado com sucesso. Mas quando tentou-se
acionar o mesmo fora do período ideal de irrigação a lógica and não deixou que o mesmo
fosse ativado. Mais uma vez o sistema se mostrou eficiente.
Quando foram acionados os três sistemas simultaneamente, observou-se que, o sistema
como um todo funcionou como se estivesse sido colocado em funcionamento cada sistema
separadamente, ou seja, os sistemas trabalharam muito bem juntos, alcançando-se os
resultados esperados pelo mesmo.
44
7 CONCLUSÃO
Conclui-se, então, que as propostas inicialmente colocadas foram desenvolvidas com
sucesso, pois, após implementação à nível de software do programa em linguagem LADDER,
quando foram colocados os sistemas de iluminação, ventilação e irrigação todos juntos para
funcionar simultaneamente, todos trabalharam integradamente sem que um prejudicasse o
outro.
Como trabalho futuro sugere-se a implementação real do ambiente simulado em um
protótipo ou preferencialmente em um ambiente real para, dessa maneira, verificar-se na
prática o funcionamento do sistema, realizando testes com plantas e registrar dados dos
resultados.
Para tal, pode-se utilizar dos sensores mencionados em uma escala maior de acordo com
o tamanho do ambiente que se deseja automatizar, efetuando a média ponderada dos
resultados dos sensores para que seja possível, através de um número maior de amostras obter
resultados ainda mais precisos.
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8 BIBLIOGRAFIA
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