sistema embarcado aplicado ao monitoramento e...

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Faculdade de Ciência e Tecnologia de Montes Claros Thalis Antunes de Souza SISTEMA EMBARCADO APLICADO AO MONITORAMENTO E CONTROLE DE IRRIGAÇÃO ARTIFICIAL EM CONDIÇÕES SE- MIÁRIDAS Montes Claros - MG 2012

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Faculdade de Ciência e Tecnologia de Montes Claros

Thalis Antunes de Souza

SISTEMA EMBARCADO APLICADO AO MONITORAMENTO E

CONTROLE DE IRRIGAÇÃO ARTIFICIAL EM CONDIÇÕES SE-

MIÁRIDAS

Montes Claros - MG

2012

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Thalis Antunes de Souza

SISTEMA EMBARCADO APLICADO AO MONITORAMENTO E CON-

TROLE DE IRRIGAÇÃO ARTIFICIAL EM CONDIÇÕES SEMIÁRIDAS

Projeto de graduação apresentado ao Curso de

Engenharia da Computação da Faculdade de

Ciência e Tecnologia de Montes Claros, como

parte dos requisitos para obtenção do diploma

de Engenheiro da Computação.

Orientador: Prof. Ms. Maurílio José Inácio

Montes Claros - MG

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FUNDAÇÃO EDUCACIONAL MONTES CLAROS

Faculdade de Ciência e Tecnologia de Montes Claros

Thalis Antunes de Souza

SISTEMA EMBARCADO APLICADO AO MONITORAMENTO E CON-

TROLE DE IRRIGAÇÃO ARTIFICIAL EM CONDIÇÕES SEMIÁRIDAS

Este projeto de graduação foi julgado adequado

como parte dos requisitos para a obtenção do

diploma de Engenheiro da Computação apro-

vado pela banca examinadora da Faculdade de

Ciência e Tecnologia de Montes Claros

______________________________________

Prof. Ms. Maurílio José Inácio

Coord. do Curso de Engenharia da Computação

Banca Examinadora

Prof. Ms. Maurílio José Inácio, FACIT / ____________________________

(Orientador)

Prof. Ms. João Carneiro Netto, FACIT ____________________________

Montes Claros, 31 de novembro de 2012

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À minha família por ser sempre o meu porto seguro

dedico este trabalho

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“Eu não estou preocupado com a morte, mas

com a vida, para que ela não seja banal e fútil.

Quando você se for, o que vai deixar?”

Mario Sérgio Cortella

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RESUMO

Este trabalho tem como objetivo o desenvolvimento de um sistema computacional utilizando

técnicas de sistemas embarcados, envolvendo hardware e software, com a capacidade de mo-

nitorar e controlar sistemas de irrigação artificial a fim de auxiliar na tomada de decisão por

parte do produtor rural e ainda minimizar o uso dos recursos naturais e maximizar a produção

de alimentos. Como base do projeto foi desenvolvido um Módulo Central de Controle com

interface Ethernet o qual é responsável por acionar os atuadores, motobomba e válvulas hidráu-

licas, também por receber os dados coletados pelos sensores, trata-los e envia-los para o servi-

dor na nuvem baseado no conceito de Internet das Coisas. Os experimentos em campo foram

realizados em uma plantação de banana-prata na cidade de Janaúba-MG. A coleta dos dados

efetuada periodicamente a cada 15 segundos com envio imediato para o servidor na nuvem via

protocolo TCP/IP mostrou-se eficiente quando a internet esteve funcional. O armazenamento e

geração de gráficos a partir de dados coletados por sensores agregado a programação do acio-

namento de atuadores por horário possibilitam ao gestor da irrigação precisão de onde e quando

irrigar reduzindo assim o desperdiço de recursos, melhorando os ganhos com a produção.

Palavras-Chave: Arduino; COSM; Internet das Coisas; Sistema Embarcado.

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ABSTRACT

This study aims to develop a system using computational techniques embedded systems invol-

ving hardware and software, with the ability to monitor and control systems of artificial irriga-

tion in order to assist in decision making by the farmer while minimizing the use natural resou-

rces and maximize food production. As the basis of the project was developed a Central Control

Module with Ethernet interface which is responsible for triggering the actuators, hydraulic

pump and valves, also receive the data collected by sensors, treats them and sends them to the

server in the cloud-based concept of the Internet of Things. The field trials were conducted on

a banana cultivation in the town of Janaúba-MG. Data collection was performed periodically

every 15 seconds with immediate deployment to the cloud server via TCP / IP protocol was

efficient when the internet was functional. The storage and graphing from aggregate data collec-

ted by sensors to actuators driven programming allows the manager to schedule irrigation pre-

cision when and where to irrigate thus reducing the waste of resources, improving the gains

from production.

Keywords: Arduino; COSM; Internet of Things; Embedded System.

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LISTA DE ILUSTRAÇÕES

Figura 1 - Propriedade Rural .................................................................................................... 24

Figura 2 - Transformador de energia monofásico .................................................................... 25

Figura 3 - Padrão de energia com tarifação noturna ................................................................. 26

Figura 4 - Quadro de acionamento da motobomba .................................................................. 26

Figura 5 - Tubulação e registro de metal .................................................................................. 27

Figura 6 - Poço artesiano com motobomba 8CV ..................................................................... 27

Figura 7 – Gateway .................................................................................................................. 28

Figura 8 - Conexões do Módulo Central de Controle .............................................................. 29

Figura 9 - Pinagem do microcontrolador ATMEGA328p........................................................ 30

Figura 10 - Fluxograma do software ........................................................................................ 31

Figura 11 - Interface Ethernet WIZnet W5100 ........................................................................ 32

Figura 12 – Interface Rádio Frequência Zigbee ....................................................................... 32

Figura 13 - Módulo Central de Controle .................................................................................. 33

Figura 14 – Layout placa de circuito impresso de acionamento de carga ............................... 34

Figura 15 - Layout da placa PCB de acionamento de carga gerado pelo Fritzing ................... 35

Figura 16 - Camada de silk da PCB de acionamento de carga ................................................. 35

Figura 17 - Placa PCB fabricada .............................................................................................. 36

Figura 18 - Caixa proteção hermética....................................................................................... 36

Figura 19 - Componentes eletrônicos ....................................................................................... 37

Figura 20 - Placa PCB fabricada e montada ............................................................................. 37

Figura 21 - Relógio de Tempo Real DS1307 ........................................................................... 38

Figura 22 – Detalhe do Sensor de Temperatura e Umidade ..................................................... 39

Figura 23 - Sensor de Umidade e Temperatura ........................................................................ 39

Figura 24 - Sensor de Umidade Moisture da marca SeeedStudio ............................................ 40

Figura 25 - Detalhe do sensor instalado em um tubo PVC ...................................................... 40

Figura 26 – Cavalete onde foram instalados os sensores de umidade e temperatura ............... 41

Figura 27 - Sensor não intrusivo de corrente SCT-013-000 ..................................................... 42

Figura 28 - Conjunto Motobomba 8cv ..................................................................................... 43

Figura 29 - Sensor de corrente não intrusivo ............................................................................ 44

Figura 30 - Válvula Hidráulica 2" ............................................................................................ 45

Figura 31 - Válvula Solenóide 24 V CA .................................................................................. 45

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Figura 32 - Cavalete com válvula de 2" conectada ao micro tubo ........................................... 46

Figura 33 - Micro tubo, tubulação principal e secundária com mangueiras conectadas do setor

.................................................................................................................................................. 47

Figura 34 - Gráfico gerado pelo COSM com falha no sistema ................................................ 48

Figura 35 - Arduino UNO ........................................................................................................ 49

Figura 36 - Grove-Base Shield V1.2 para Arduino UNO ........................................................ 50

Figura 37 - Testes em Laboratório com sensor de Umidade de Solo ....................................... 50

Figura 38 - Umidade e Temperatura recebidos via serial ......................................................... 51

Figura 39 - Dados enviados por sensores e recebidos pelo COSM .......................................... 52

Figura 40 - Shield com 4 reles .................................................................................................. 53

Figura 41 - Visão interna do Módulo Central de Controle ....................................................... 53

Figura 42 - Casa da Bomba ...................................................................................................... 54

Figura 43 - Corrente da motobomba ........................................................................................ 55

Figura 44 - Instalação cavalete com sensores ........................................................................... 55

Figura 45 - RouterBoard Mikrotik RB433 ............................................................................... 56

Figura 46 - Mapa do COSM ..................................................................................................... 57

Figura 47 - Corrente do Motor - ultimas 6 horas ...................................................................... 57

Figura 48 - Temperatura do ar - ultimas 6 horas ...................................................................... 58

Figura 49 - Umidade relativa do ar - ultimas 6 horas ............................................................... 58

Figura 50 - Umidade do Solo 40cm - ultimas 6 horas .............................................................. 58

Figura 51 - Umidade do Solo 60cm - ultimas 6 horas .............................................................. 59

Figura 52 - Corrente do motobomba - 1 semana ...................................................................... 59

Figura 53 - Temperatura do Ar - 1 semana .............................................................................. 60

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SUMÁRIO

INTRODUÇÃO ........................................................................................................................ 12

CAPÍTULO 1 SISTEMA EMBARCADO ............................................................................... 13

1.1 Sistemas Digitais e Analógicos ..................................................................................... 13

1.2 Comunicação ................................................................................................................. 13

1.2.1 Paralela ............................................................................................................................ 14

1.2.2 Serial ................................................................................................................................ 14

1.2.3 USB ................................................................................................................................. 14

1.2.4 Ethernet ............................................................................................................................ 15

1.3 Memória ........................................................................................................................ 15

1.3.1 ROM .......................................................................................................................... 15

1.3.2 Tipos de ROMs .......................................................................................................... 16

1.3.2.1 ROM programada por máscara .............................................................................. 16

1.3.2.2 ROM programáveis (PROMs) ............................................................................... 16

1.3.2.3 ROM programável e apagável (EPROM) .............................................................. 16

1.3.2.4 PROM apagável eletricamente (EEPROM) ........................................................... 16

1.3.3 Memória Flash ........................................................................................................... 17

1.3.4 Memória RAM ........................................................................................................... 17

1.4 Transistor ....................................................................................................................... 17

1.5 Circuitos Integrados ....................................................................................................... 18

1.6 Circuito Impresso .......................................................................................................... 18

1.7 Microcontroladores ........................................................................................................ 19

1.8 Sistemas Embarcados .................................................................................................... 20

1.9 Computação em Nuvem ................................................................................................ 21

1.10 Internet das Coisas ......................................................................................................... 21

1.10.1 Cosm .......................................................................................................................... 22

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1.11 Irrigação Artificial ......................................................................................................... 22

CAPÍTULO 2 MATERIAIS E MÉTODOS ....................................................................... 24

2.1 Módulo central de controle ............................................................................................ 28

2.1.1 Microcontrolador ....................................................................................................... 30

2.1.1.1 Programação ........................................................................................................... 30

2.1.2 Interface Ethernet ....................................................................................................... 32

2.1.3 Interface Rádio Frequência ........................................................................................ 32

2.1.4 Fonte de Alimentação ................................................................................................ 33

2.1.5 Caixa de proteção ....................................................................................................... 33

2.1.6 Circuito acionamento de carga................................................................................... 34

2.1.7 Custos ......................................................................................................................... 36

2.2 Relógio de Tempo Real ................................................................................................. 38

2.3 Sensores ......................................................................................................................... 38

2.3.1 Sensor de Umidade Relativa e Temperatura do Ar ................................................... 38

2.3.2 Sensor de Umidade do Solo ....................................................................................... 40

2.3.3 Sensor de Corrente Elétrica ....................................................................................... 42

2.4 Conjunto Motor-bomba Submersa ................................................................................ 42

2.5 Válvula hidráulica.......................................................................................................... 44

2.6 Repositório nas Nuvens ................................................................................................. 47

CAPÍTULO 3 RESULTADOS: APRESENTAÇÃO, ANÁLISE E DISCUSSÃO ........... 49

3.1 Avaliação de Laboratório .............................................................................................. 49

3.1.1 Testes com Shield ...................................................................................................... 49

3.1.2 Testes com Protótipo ................................................................................................. 53

3.2 Avaliação de Campo ...................................................................................................... 54

4 CONSIDERAÇÕES FINAIS ............................................................................................ 61

REFERÊNCIAS ....................................................................................................................... 63

APÊNDICE A – CÓDIGO FONTE DO MÓDULO CENTRAL DE CONTROLE ................ 67

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INTRODUÇÃO

Os sistemas computacionais são utilizados para resolver problemas em muitos setores da

indústria, sobretudo principalmente como computador de uso geral. Com o avanço dos estudos

do uso de computadores em aplicações específicas onde geralmente seu uso desempenha uma

função crítica, surge uma nova linha de pesquisas chamada de sistemas embarcados, onde o

conceito básico é ter uma unidade processadora executando um software específico desenvol-

vido para executar uma aplicação com garantia de alta disponibilidade de uso por grande perí-

odo de tempo.

O setor da agroindústria brasileiro destaca-se em números de produção de alimentos, prin-

cipalmente devido aos grandes produtores que são detentores de recursos financeiros e tecno-

logia para produzir em larga escala. Pensando nos pequenos produtores rurais das regiões se-

miáridas que dependem da pequena produção para subsistência da sua família e que quando

possível, a plantação é irrigada através de poços artesianos, estes produtores não conseguem ter

acesso à tecnologia para auxiliá-los no manejo deste recurso tão escasso, a água.

Este trabalho consiste no desenvolvimento de uma solução de baixo custo que possa au-

xiliar a tomada de decisão do produtor rural, ou do seu consultor, de como gerir seus recursos

hídricos da melhor forma possível. Foram feitas pesquisas bibliográficas e entrevistas com pro-

fissionais da área de agroindústria para conseguir formatar uma possível solução para o pro-

blema de gestão da água, definidas as principais necessidades de um produtor rural de pequeno

porte que são as seguintes: controlar atuadores tais como motobomba e válvulas hidráulicas,

monitorar a corrente na motobomba, monitorar a umidade do solo, além de monitorar a umidade

relativa e temperatura do ar. Foi encontrado no mercado local um controlador capaz de acionar

a motobomba e válvulas solenoides com horário programado, sem conexão para sensores ou

interface ethernet, por R$ 580,00.

A partir dessa pesquisa, foi desenvolvido o projeto de um sistema capaz de controla os

atuadores propostos e armazenar os dados dos sensores em um servidor na nuvem via internet.

Podem-se citar como principais vantagens de implantação deste projeto: uso consciente da

água; redução dos custos de energia elétrica; o monitoramento preciso do consumo de energia

elétrica, umidade relativa e temperatura do ar. Os dados coletados e armazenados podem ser

analisados por profissionais da área, para permitir uma tomada de decisão mais eficaz.

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CAPÍTULO 1 SISTEMA EMBARCADO

1.1 Sistemas Digitais e Analógicos

Um sistema digital é a combinação de dispositivos projetados para manipular informa-

ções lógicas ou quantidades físicas que são representadas no formato digital. Esses dispositivos

são, na maioria das vezes, eletrônicos (TOCCI, 2007). Um sistema analógico contém disposi-

tivos que manipulam quantidades físicas que são representadas na forma analógica (TOCCI,

2007).

Os dados do mundo real, geralmente, são dados analógicos como por exemplo à tempe-

ratura, luminosidade, pressão, entre outros. Para que possamos trabalhar com dados do mundo

real precisamos convertê-los de analógico para digital e vice versa. A conversão analógico-

digital é o processo que possibilita a representação de sinais analógicos no mundo digital. Desta

forma é possível utilizar os dados extraídos do mundo real para cálculos ou operar seus valores

(OLIVEIRA, 2006). Um conversor analógico-digital é um bloco com uma entrada analógica e

uma saída digital de N bits que possui a função de digitalizar o sinal analógico (NICOLOSI,

2006).

O conversor analógico-digital (A/D) está presente internamente nos processadores e con-

troladores de sinais digitais e alguns microcontroladores, mas também existem circuitos inte-

grados dedicados a este fim (OLIVEIRA, 2006). Um termo utilizado para caracterizar um A/D

é o seu número de bits, que coincide com o número de bits da palavra digital e que especifica a

resolução dos conversores (NICOLOSI, 2006).

1.2 Comunicação

O termo comunicação, geralmente está relacionado com computadores pessoais, ou seja,

realizar uma comunicação entre o sistema embarcado e o computador (OLIVEIRA, 2006), com

o avanço no uso de novos equipamentos eletroeletrônicos como Tablets e Smartphones temos

uma maior flexibilidade nas aplicações, uma vez que estes dispositivos tem maior interação

com interface homem-máquina (IHM) uma vez que possuem interfaces intuitivas. Por mais

complicado e diversificado que seja o método de integração de um dispositivo eletrônico com

um computador, ele não passa de um caminho de dados que envia e recebe bits (OLIVEIRA,

2006).

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Uma das operações mais comuns que ocorrem em qualquer sistema digital é a transmissão

da informação de um lugar para outro. A informação é transmitida em formato binário e, geral-

mente, é representada por tensões na saída de um circuito transmissor que está conectado à

entrada de um circuito receptor (TOCCI, 2007).

1.2.1 Paralela

A comunicação paralela é designada deste modo pela sua forma de transferência de dados.

São oito bits (um byte) independentes, ou seja, existem oito pinos para o envio destes simulta-

neamente (OLIVEIRA, 2006). A porta de comunicação paralela foi muita utilizada em micro-

computadores para comunicação com impressoras. A transmissão de um dado binário de um

ponto para outro de um sistema digital pode ser feita mais rapidamente por meio do formato

paralelo, pois todos os bits são transmitidos simultaneamente (TOCCI, 2007).

1.2.2 Serial

A comunicação serial consiste no envio de bits de formato serial, como uma fila, um atrás

do outro, por uma única via. Ele possui dois canais de transferência de dados, um para envio

(Tx) e o de recebimento (Rx) (OLIVEIRA, 2006). Segundo Tocci (2007), a transmissão de

dados serial é mais lento que o paralelo pois transmite um bit de cada vez, por outro lado o

formato paralelo requer mais linhas de sinais, interligando o transmissor e o receptor de dados

binários. Para efetuar a comunicação serial é necessário um cabo crossover onde o pino de

transmissão (Tx) de um dispositivo for conectado ao pino de recepção (Rx) do outro dispositivo

e vice e versa.

1.2.3 USB

A comunicação através do Universal Serial Bus (USB) surgiu da necessidade de se ter

uma porta de comunicação universal para vários tipos de dispositivos. A comunicação USB

acontece sempre entre dois dispositivos, o Host e a Aplicação. O primeiro é responsável por

detectar a inserção ou remoção de algum dispositivo (Aplicação) (OLIVEIRA, 2006). Os cabos

e conectores USB possuem quatro fios condutores, dois para alimentação e dois para transmis-

são de dados (OLIVEIRA, 2006).

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1.2.4 Ethernet

O Ethernet é um padrão que define como os dados serão transmitidos fisicamente através

dos cabos da rede (TORRES, 2001). É o Ethernet quem encapsula os dados a serem transmiti-

dos em pequenos pacotes para poder ser transmitido pela rede. Quando se fala em Ethernet,

vem uma associação direta com Internet. O que é algo natural, pois a Ethernet faz parte de uma

das camadas de Internet (OLIVIERA, 2006).

A Ethernet define a camada inferior do protocolo TCP/IP, por isso ela define a parte

física: o cabeamento e os sinais elétricos, e na camada de enlace indica o formato de pacotes e

os protocolos (OLIVEIRA, 2006). A interface de comunicação Ethernet pode vir encapsulada

em um circuito integrado dedicado para o controle, podendo ser facilmente encontrado no mer-

cado.

1.3 Memória

Segundo Tocci (2007), quando um componente, dispositivo ou circuito recebe um dado

na entrada ele muda a saída de alguma forma, em resposta ao dado de entrada. Quando o sinal

de entrada é removido a saída volta ao estado original. Um exemplo de componente eletrônico

sem memória é o resistor, pois a sua saída depende da entrada naquele instante, enquanto o

capacitor pode ser um exemplo de componente eletrônico com memória uma vez que a sua

saída depende não só da sua entrada, mas também do seu estado anterior.

Os dispositivos e circuitos de memória desempenham um papel importante nos sistemas

digitais porque proveem um meio de armazenamento, temporário ou permanente, de um nú-

mero binário (TOCCI, 2007).

1.3.1 ROM

A memória apenas de leitura é um tipo de memória semicondutora projetada para manter

os dados que são permanentes ou que não mudam frequentemente. Durante operações normais,

nenhum dado novo pode ser escrito na ROM, mas os dados podem ser lidos dela (TOCCI,

2007).

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Visto que todas ROMs são não voláteis, esses programas não são perdidos quando a ener-

gia elétrica é desligada (TOCCI, 2007).

1.3.2 Tipos de ROMs

1.3.2.1 ROM programada por máscara

Segundo Tocci (2007), a ROM programada por máscara tem suas informações armaze-

nadas ao mesmo tempo em que o circuito integrado é fabricado. As informações são armaze-

nadas conectando ou desconectando a fonte de um transistor à coluna de saída. As ROMs pro-

gramadas por máscara são normalmente conhecidas por ROMs, mas também podem ser cha-

madas em algumas literaturas por MROMs.

1.3.2.2 ROM programáveis (PROMs)

Segundo Tocci (2007), uma vez programada, a PROM será semelhante a uma MROM,

que não pode ser apagada e reprogramada. Assim, se o programa na PROM estiver errado ou

tiver de ser alterada, essa PROM terá que ser “jogada fora”.

1.3.2.3 ROM programável e apagável (EPROM)

Segundo Tocci (2007), uma EPROM pode ser programada pelo usuário e também pode

ser apagada e reprogramada quantas vezes for desejado. Uma vez programada, a EPROM é

uma memória não volátil que mantém indefinidamente os dados armazenados. As maiores des-

vantagem das EPROMs são que ela tem de ser removida do seu circuito para serem apagadas e

reprogramadas; a operação de apagamento apaga todo o chip, e o processo de apagamento e

reprogramação pode gastar 20 minutos ou mais.

1.3.2.4 PROM apagável eletricamente (EEPROM)

Segundo Tocci (2007), as desvantagens da EPROM foram superadas pelo desenvolvi-

mento da PROM apagável eletricamente (EEPROM) como um aperfeiçoamento da EPROM.

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A principal diferença é que a EEPROM pode ser apagada eletricamente, sendo possível apagar

e programar no próprio circuito (ou seja, sem uma fonte de luz ultravioleta e sem uma unidade

especial programadora de PROM). Outra vantagem da EEPROM sobre a EPROM é sua capa-

cidade de apagar e reescrever bytes individual e eletricamente na matriz de memória.

1.3.3 Memória Flash

Estruturalmente, uma célula de memória flash é semelhante à célula com um único tran-

sistor da EPROM, apenas um pouco maior. O custo da memória flash é consideravelmente

menor do que o da EEPROM (TOCCI, 2007). As memórias flash são amplamente utilizadas

em pen drivers e cartões de memória de celulares e câmeras digitais.

1.3.4 Memória RAM

De acordo com Tocci (2007), as memórias de acesso direto (RAM) são utilizadas em

computadores para armazenamento temporário de programas e dados. Os conteúdos de diversos

endereços da RAM são lidos e escritos conforme o computador executa o programa. Isso requer

que os ciclos de leitura e escrita sejam rápidos para que a RAM não torne lenta a operação do

computador.

A principal desvantagem das RAMs é que elas são voláteis e perdem todas as informações

armazenadas se a alimentação for interrompida ou desligada. Naturalmente, a principal vanta-

gem da RAM é que ela pode ser escrita e lida rapidamente com a mesma facilidade.

1.4 Transistor

Considerado uma das maiores invenções do século passado, o transistor foi idealizado

pelos pesquisadores da Bell Lab´s em dezembro de 1947 (OLIVEIRA, 2006). É um dispositivo

cuja resistência interna pode variar em função do sinal de entrada. Essa variação de resistência

torna possível regular a corrente que circula pelo circuito em que se encontra conectado (AL-

GULO DEL OTERO, 1993). Oliveira (2006), destaca como vantagens em relação às válvulas

o tamanho reduzido; não é necessário vácuo, grades, nem invólucro de vidro; de ação instantâ-

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nea, não gera ruídos nem atraso por aquecimento; os transistores também funcionam como co-

mutadores (chaves), sem atrasos devido ao funcionamento mecânico, o que acontece com os

relés.

1.5 Circuitos Integrados

Após a invenção dos transistores, as implementações de circuitos digitais tornavam-se

cada vez mais complexas. Com isso veio à necessidade de reduzir a eletrônica envolvida, e

desta forma surgiu outra invenção, o circuito integrado (CI) (OLIVEIRA, 2006). Os circuitos

integrados são geralmente compostos de um chip de silício, uma caixa de plástico, terminais de

conexão, uma fenda e um ponto para indicar o ponto onde se encontra o terminal de número

um.

Antes da existência dos CI, todas as conexões de circuito eram feitas a partir de um com-

ponente discreto (transistor, diodo, resistor, etc.) para outro. Agora a maioria das conexões é

feita internamente aos CI, onde elas estão protegidas de problemas físicos (TOCCI, 2007).

Os circuitos integrados possuem diversos formatos na indústria eletrônica, denominados

de encapsulamentos, devido aos diversos processos de fabricação. Às vezes eles são projetados

para otimizar o espaço, para facilitar a montagem ou em razão dos custos (OLIVEIRA, 2006).

1.6 Circuito Impresso

Os circuitos impressos foram criados para unir de forma permanente e eficiente os circui-

tos integrados aos diversos outros componentes de um circuito eletrônico (OLIVEIRA, 2006).

O circuito impresso pode ser fabricado com diversos materiais, mas basicamente é uma placa

não condutora com uma ou mais camadas de cobre onde são desenhadas as trilhas por onde

passam os sinais elétricos. Para produção manual existem placas de um ou dois lados de cobre

onde através de vários processos pode-se desenhar o layout do circuito e com componentes

químicos é efetuada a retirada do cobre excedente, deixando apenas as trilhas.

Existem vários softwares para ajudar no processo de criação das placas de circuito im-

presso (do inglês Printed Circuit Board - PCB), onde pode se efetuar a montagem do esquemá-

tico, a simulação do mesmo e após isto a geração do layout do circuito impresso.

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1.7 Microcontroladores

Em poucas palavras, poderíamos definir o microcontrolador como um “pequeno” com-

ponente eletrônico, dotado de uma “inteligência” programável, utilizado no controle de proces-

sos lógicos (SOUZA, 2003).

Segundo Silva (2006), microcontrolador é um circuito integrado programável que contém

todos componentes de um computador como CPU (unidade central de processamento), memó-

ria para armazenar programas, memória de trabalho, portas de entrada e saídas, sistema de con-

trole de tempo interno e externo, conversores analógico digital, porta de comunicação serial e

outros. Fontes (2003) reforça que o fato de microcontroladores incorporarem na própria Uni-

dade Central de Processamento (CPU) alguns elementos periféricos, tais como: contadores,

portas de entrada e saída, conversores analógico-digitais, portas de comunicação serial síncrona

e assíncrona, e dispositivos para a supervisão de sua operação (watchdog).

Segundo Oliveira (2006), os microcontroladores, em geral, possuem todos os periféricos

necessários num único chip. Seu tamanho também é muito pequeno, mesmo contendo vários

periféricos como: memórias, barramentos, timer´s, portas de comunicação, conversores de sinal

analógico para digital, etc. Eles possuem desempenho menor que os microprocessadores, mas

são ideais em aplicações que necessitam de menores dimensões, tempo e custo.

Fontes (2003) afirma que os microcontroladores são unidades de processamento digitais,

ideais para aplicações localizadas e são projetados de tal forma que são capazes de proporcionar

a solução para uma vasta quantidade de problemas realizando as operações lógicas e aritméticas

necessárias. São dispositivos eletrônicos praticamente autônomos necessitando de um número

mínimo de dispositivos periféricos para realizar suas tarefas.

Os processadores operam sobre dados que adquiridos através de portas de entrada analó-

gicas ou digitais e fornecem os sinais de saída correspondentes através de outras portas digitais

ou analógicas (FONTES, 2003). Estas portas são terminais e variam de um microcontrolador

para outro, podendo ser entrada ou saída (I/O) digitais ou entrada ou saída (I/O) analógica.

Segundo Silva (2006), o grande desenvolvimento de tecnologias nas áreas de automação

e robótica deve-se aos microcontroladores e processadores digitais de sinais (DSP), executando

um software escrito para uma determinada finalidade, sendo extremamente robusto, baratos e

confiáveis.

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1.8 Sistemas Embarcados

Os sistemas embarcados estão em toda parte e presente no cotidiano das pessoas

(AGUIAR, 2011). Com a evolução da tecnologia e capacidade de miniaturização os sistemas

embarcados serão cada vez mais utilizados, segundo a companhia de pesquisa internacional

(IDC, 2011), este mercado representa hoje um trilhão de dólares, número que dobrará até 2015,

chegando a dois trilhões de dólares e para suprir este mercado serão necessários 14,5 bilhões

de microprocessadores. Também segundo (IDC, 2011) os principais mercados são de comuni-

cações, computação, consumo, energia, saúde, industrial e transporte. Apontam também como

principais arquiteturas as seguintes: ARM, MIPS, IBM Power Arquiteture e x86.

Marwedel (2011) cita várias áreas e exemplos de uso para sistemas embarcados, como

em automóveis onde o controle de air bag, controle do motor, anti-braking systems (ABS),

controle de estabilidade (ESP) e outros equipamentos de segurança, ar condicionado, sistema

GPS, alarmes e muito mais. Marwedel (2011) destaca também o uso de sistemas embarcados

para redução de impacto ambiental. Outros setores que também são lembrados por Marwedel

(2011) são o da aviação, ferroviário, telecomunicações, saúde, segurança, eletrônicos, indús-

trias, edifícios inteligentes, logística, robótica e aplicações militares.

Existem computadores de propósito geral e de propósito específico. Como a própria

nomenclatura sugere, os computadores de propósito geral são projetados e desenvol-

vidos para que qualquer tipo de tarefa possa ser executada nele com algum desempe-

nho mínimo garantido. Já os computadores de propósito específico, também, como a

nomenclatura esclarece, são pensados e implementados para um fim específico, ou

seja, para aquele objetivo, possivelmente seu desempenho (do ponto de vista compu-

tacional e energético) seja maior do que o oferecido por um computador de propósito

geral (AGUIAR, 2011, p. 113).

Segundo Aguiar (2011), os Sistemas Embarcados (SE) realizam um conjunto de tarefas

pré-definidas e, geralmente, contêm requisitos específicos a serem atendidos. Sendo assim con-

siderado computador de propósito específico. Em grande parte dos casos, esses sistemas pos-

suem restrições bastante severas quanto ao tamanho físico do dispositivo final, ao custo e ao

consumo de energia (AGUIAR, 2011).

O hardware refere-se aos elementos eletrônicos, mecânicos e magnéticos com os quais o

computador é fabricado. O software refere-se à totalidade dos programas e dos sistemas de

programação utilizados por um computador (TOCCI, 1983).

Os sistemas embarcados são compostos por uma unidade de processamento, que é um

circuito integrado, fixado a um circuito impresso (OLIVEIRA, 2006). Podem ser definidos

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como sistemas que possuem uma capacidade de processamento de informações vinda de um

software que está sendo processado internamente nesta unidade (OLIVEIRA, 2006).

Segundo Oliveira (2006), um sistema embarcado é uma “caixa” com componentes ele-

trônicos cujo entendimento facilita muito o desenvolvimento de aplicações. Outro conceito per-

tinente a sistemas embarcados foi que eles podem ser definidos como sistemas que possuem

uma capacidade de processamento de informações vinda de um software que está sendo pro-

cessada internamente nessa unidade, por isso a denominação sistemas embarcado. Sistemas

Embarcados são baseados em microcontroladores e conforme Souza (2003) é utilizado em mui-

tos equipamentos de nosso uso diário, tais como: eletrodomésticos, alarmes, celulares e brin-

quedos, entre outros.

1.9 Computação em Nuvem

Conforme Sousa (2009), serviços essenciais ao ser humano tais como água, eletricidade,

telefone e gás tem uma infraestrutura de distribuição que nos permite utilizar a qualquer mo-

mento e de forma transparente estes serviços, pagando apenas pelo consumido. Este mesmo

conceito está sendo aplicado no ramo da informática com o avanço do termo Computação em

Nuvem (do inglês Cloud Computing).

Na computação em nuvem, os recursos de TI são fornecidos como um serviço, permitindo

aos usuários acessarem os serviços sem a necessidade de conhecimento sobre a tecnologia uti-

lizada (SOUSA, 2009). A exemplo do que acontece com os serviços essenciais, como água e

eletricidade, os serviços de Computação em Nuvem também são cobrados como um serviço e

por demanda, em alguns casos são gratuitos.

1.10 Internet das Coisas

Segundo Doukas (2012), existem várias definições para Internet das Coisas (do inglês

Internet of Things - IoT) onde alguns dizem que é a internet onde as “coisas” comunicam-se

entre si, dizem até que IoT é um potencial integrante da internet do futuro. A inclusão de dis-

positivos físicos e aparelhos eletrônicos na internet trazem consigo inúmeras possibilidades de

novas aplicações, as quais podem utilizar as informações e serviços desses dispositivos com

diferentes propósitos (FRANÇA, 2011).

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1.10.1 Cosm

Segundo Doukas (2012), o Cosm (anteriormente conhecido como Pachube) foi um dos

primeiros serviços baseados em computação na nuvem utilizada para armazenar dados de sen-

sores. Doukas (2012) também destaca o fato do Cosm fornece uma interface entre aplicativo e

programação (do inglês Application Programming Interface – API) capaz do envio diretamente

dos dados do sensor para o seu ambiente web permitindo a visualização dos dados em formato

de gráfico.

1.11 Irrigação Artificial

Segundo Rebouças Neto (2010), a irrigação é um dos tratos culturais que mais influencia

a produção agrícola. Entretanto, para o sucesso econômico dessa atividade é necessário identi-

ficar quando, quanto e como irrigar. A definição do momento certo de irrigar, além de propor-

cionar melhor distribuição no uso da água, poderá ter como resultado, um aumento de produti-

vidade das culturas. Dessa forma, deve-se procurar o melhor critério para proporcionar melhor

eficiência de aplicação de água para não ocorrer desperdício, pois a eficiência de uso da água é

um parâmetro importante na seleção de métodos de aplicação e manejo da água de irrigação e

indica qual a combinação que leva à maior produção com o menor consumo.

A demanda sazonal de água de uma cultura é a quantidade de água que a mesma utiliza

durante o seu ciclo. Este valor não é fixo, variando entre regiões de climas diferentes. Em regi-

ões mais quentes, como o semiárido, normalmente requerem mais agua. (PERES, 2011).

De acordo com Cruz (2009), As atividades de produção e manejo, em propriedades rurais,

vêm demandando cada vez mais soluções de alta tecnologia. A utilização de uma rede de sen-

sores sem fio (RSSF) permite automatizar a coleta de informações ambientais como tempera-

tura e umidade do ar que são parâmetros fundamentais para o gerenciamento de armazenagem

de grãos em silos ou mesmo o monitoramento da umidade do solo para auxiliar nas tomadas de

decisões de quando e quanto irrigar.

Solenoides são dispositivos eletromecânicos baseados no deslocamento causado pela

ação de um campo magnético gerado por uma bobina e são muito utilizados na construção de

outros dispositivos, como é o caso de válvulas para controle de fluidos (SILVA, 2002).

Válvula de controle elétrico, cuja abertura ou fechamento é controlado por uma vál-

vula solenóide, ativada por corrente elétrica ou por pulsos elétricos. Normalmente a

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tensão de acionamento dos solenóides é de 24 volts, apresentando uma corrente de

atracação e outra de retenção, que variam em função do fabricante, válvula de controle

hidráulico que tem sua abertura ou fechamento a partir de um comando de pressão,

conduzidos por tubos de controle, de um centro de controle remoto, válvula regula-

dora de pressão que mantém a pressão de saída constante, independentemente da flu-

tuação da pressão de entrada e/ou da vazão. Em geral os controladores apresentam

uma fonte de alimentação de 110 ou 220 Volts, com saída para as válvulas de 24 volts,

possuem de 2 a 4 programas independentes, programação dos dias da semana, 3 a 16

horários de partida ("start"), tempo programado em minutos e horas, mantém a hora,

data e programação em caso de queda de energia utilizando pilha alcalina 9 volts,

programação individual semi-automática ou manual e admitem o acoplamento de sen-

sor de chuva, ou outros sensores de controle da irrigação. Vários são os fabricantes

destes controladores (SUZUKI et al., 2010).

Para grandes áreas irrigadas com pouca disponibilidade de mão de obra ou mesmo a ne-

cessidade de se realizar irrigações noturnas, é essencial a implantação e o uso de dispositivos

que permitam a automação dos sistemas de irrigação (REBOUÇAS NETO, 2010). Sistemas

embarcados são utilizados com esta finalidade de permitir a automação de sistemas de irrigação,

não só no quesito de abertura e fechamento de válvulas quanto ao repositório de dados de sen-

sores.

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CAPÍTULO 2 MATERIAIS E MÉTODOS

O sistema de irrigação foi desenvolvido baseado em uma pesquisa de campo realizada

em uma pequena propriedade rural de 386.700 metros quadrados, localizada a nove quilômetros

do centro da cidade de Janaúba, Norte de Minas Gerais. Com uma área plantada de 27.342

metros quadrados de “banana-prata” (Musa sapientum). A Figura 1 é uma imagem de satélite

onde ilustra a propriedade rural onde ocorreu o desenvolvimento da pesquisa. Nesta proprie-

dade havia a necessidade de gestão dos recursos hídricos de forma automatizada, uma vez que

a mesma era feita de forma manual. Para o levantamento dos requisitos foram feitas entrevistas

com o proprietário e funcionário da propriedade rural, um engenheiro agrónomo e um projetista

de sistemas de irrigação de uma empresa de Montes Claros também foram entrevistados.

Figura 1 - Propriedade Rural

Fonte: Google Earth (2012)

A fim de analisar a estrutura atual do sistema foram efetuadas diversas visitas em campo,

onde foram observados alguns pontos principais, como o transformador de energia monofásico

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de 25 kVA (Figura 2), e o padrão de energia com tarifação noturna (Figura 3) onde a energia

tem tarifação reduzida entre os horários de 21:30 e 6:00. Observa-se que o acionamento da

motobomba é feito através de um circuito acoplador já existente conforme Figura 4.

Figura 2 - Transformador de energia monofásico

Fonte: o autor

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Figura 3 - Padrão de energia com tarifação noturna

Fonte: o autor

Figura 4 - Quadro de acionamento da motobomba

Fonte: o autor

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A tubulação de metal, Figura 5, existente com tempo de uso superior a 20 anos com aci-

onamento manual através de registros proporcionava um grande desperdício de agua, pressão

do sistema, bem como muita mão de obra para abertura e fechamento dos registros nos horários

com tarifação de energia de menor valor.

Figura 5 - Tubulação e registro de metal

Fonte: o autor

Foi realizada uma em alteração a tubulação de metal por uma que proporcionasse menor

desperdício de agua e pressão do sistema, parte da mesma foi trocada por uma tubulação de

PVC, como pode ser observado no ponto de saída do poço artesiano, Figura 6.

Figura 6 - Poço artesiano com motobomba 8CV

Fonte: o autor

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A partir do levantamento dos requisitos foi efetuada uma pesquisa de mercado para co-

nhecer as opções existentes para suprir esta necessidade de monitoramento e controle do sis-

tema remotamente com baixo custo. A conclusão desta pesquisa foi que não existe uma opção

no mercado nacional que dê uma flexibilidade com várias interfaces de comunicação. As op-

ções importadas tem um custo elevado e falta de suporte em idioma português. Com base neste

resultado foram selecionados os componentes eletrônicos para o desenvolvimento do sistema

de irrigação a fim de suprir os requisitos com baixo custo e utilizando técnicas de desenvolvi-

mento de sistemas embarcados.

O projeto consistiu em duas etapas principais o desenvolvimento do Hardware e o desen-

volvimento do Software. Os recursos utilizados em cada uma das etapas serão detalhados ao

longo deste capítulo.

2.1 Módulo central de controle

O gateway, Figura 7, é responsável por converter os dados analógicos, coletados por

sensores, em dados digitais que por sua vez serão tratados e utilizados para tomada de decisão

de quando acionar seus atuadores: válvulas solenoide e motobomba. Para que haja comunicação

via internet este módulo possui um componente Ethernet que é responsável pela comunicação

utilizando o protocolo TCP/IP. Para expansão futura o mesmo possui conexão para módulo de

Rede de Sensores Sem Fio (RSSF) possibilitando integração com outros dispositivos com co-

municação sem fio.

Figura 7 – Gateway

Fonte: o autor

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O item central do módulo central é o microcontrolador, onde são conectados os sensores,

atuadores, relógio de tempo real e interface controladora ethernet, conforme Figura 8. Os sen-

sores são conectados através de entradas digitais ou analógicas, dependendo da especificação

dos sensores. Os atuadores são conectados a saídas digitais, necessitando de um circuito aco-

plador para as válvulas e motobomba. O relógio de tempo real (do inglês Real Time Clock –

RTC), responsável por fornecer a hora correta para o microcontrolador, comunica-se com atra-

vés do barramento serial I²C (do inglês Inter-Integrated Circuit). O controlador ethernet comu-

nica-se com o microcontrolador através do protocolo SPI (do inglês Serial Peripheral Interface)

e com a internet através do protocolo TCP/IP com conector RJ-45.

Figura 8 - Conexões do Módulo Central de Controle

Fonte: o autor

Microcontrolador

Rele1

Rele2

Rele3

Rele4

Rele5

Rele6

Rele6co

Controlador

Ethernet

Corrente

Umidade

Ar

Temperatura

Ar

Umidade

Solo 40cm

Umidade

Solo 60cm

Saída digital

Atuadores

Sensores

Entrada Analógica

Entrada digital Comunicação I²C

Comunicação SPI

Gateway

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2.1.1 Microcontrolador

O microcontrolador utilizado foi o modelo Atmega328p do fabricante Atmel (ATMEL,

2009), um componente de alto desempenho e baixo consumo de energia. O microcontrolador

escolhido atende a necessidade de portas de entrada e saída para conexão dos sensores, atuado-

res, interface ethernet e módulo de RF. A pinagem do processador pode ser observada na Figura

9.

O Atmega328p tem como principais características: Arquitetura RISC (do inglês Reduced

instruction set computing), conjunto de 131 instruções, tensão de alimentação entre 1.8 e 5.5v,

temperatura de operação de -40ºC e 80ºC, seis canais PWM, barramento de dados de 8 bit,

frequência de 20MHz, memória do programa de até 32KB, RAM dos dados de 2KB.

Figura 9 - Pinagem do microcontrolador ATMEGA328p

Fonte: ATMEGA (2009, p. 2)

2.1.1.1 Programação

A programação do microcontrolador Atmega328p é feita com o auxílio de um Ambiente

Integrado de Desenvolvimento (do inglês Integrated Development Environment – IDE) Ar-

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duino IDE versão 1.0.1 que é um software livre, utilizando a linguagem de programação base-

ada em C/C++ Wiring (ARDUINO, 2012). O principal critério de escolha da IDE foi o grande

número de bibliotecas gratuitas encontradas para a mesma.

O código fonte depois de compilado pela IDE é responsável pelo funcionamento do mi-

crocontrolador nas diversas funções, que são as seguintes: inicializar os reles, inicializar os

sensores, inicializar o módulo ethernet, inicializar o servidor HTTP (do inglês Hypertext Trans-

fer Protocol), ler os dados dos sensores, enviar para o servidor na nuvem, verificar qual estado

dos reles e o horário de atuação dos mesmos e atuar nos reles, como ilustra a Figura 10. As

funções de inicialização são executadas apenas na inicialização do equipamento, enquanto as

outras funções são executadas repetidamente enquanto ligado.

Figura 10 - Fluxograma do software

Fonte: o autor

InicializarReles

InicializarSensores

InicializarEthernet

InicializarServidorHttp

LerSensores

EnviarCosm

VerificarReles

AtuarReles

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2.1.2 Interface Ethernet

A interface ethernet utilizada é a W5100 da marca WIZnet, Figura 11, onde tem como

principais características a faixa de operação entre 3,3 e 5V, suporte de até quatro sockets si-

multâneos, compatibilidade com 10/100Mbps de velocidade e suporta protocolo TCP/IP (WIZ-

NET,2011).

Figura 11 - Interface Ethernet WIZnet W5100

Fonte: WIZNET (2012)

2.1.3 Interface Rádio Frequência

De forma a viabilizar uma aplicação futura, o módulo central de controle possui interface de

rádio frequência Xbee S2 (Figura 12) da marca Digi International que utiliza protocolo de co-

municação o ZigBee e tem como principais especificações: alimentação de 3.3V, potência de

2mW, frequência de funcionamento de 2.4GHz, seis conversores analógico-digital, oito pinos

de entrada-saída, comandos de configuração AT ou API, criptografia de 128-bit e conexão de

antena externa através de conector SMA, onde o raio de atuação de funcionamento dependerá

da antena utilizada.

Figura 12 – Interface Rádio Frequência Zigbee

Fonte: o autor

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2.1.4 Fonte de Alimentação

O Módulo Central de Controle foi desenvolvido para ser alimentado com tensões entre 5

e 12 Volts com corrente continua (CC), sendo que a fonte é composta basicamente de um regu-

lador de tensão de 5V modelo 78M05, um regulador de tensão 3,3V modelo AMS1117.

2.1.5 Caixa de proteção

A montagem do Módulo Central de Controle (Figura 13) deu-se em uma caixa hermética

da marca Steck (STECK, 2012), para facilitar a conexão com a rede ethernet foi inserido um

conector key stone fêmea RJ-45, também um conector do mesmo tipo foi utilizado para a en-

trada dos dados dos sensores do cavalete. As saídas dos relés foram conectadas a cabos tipo PP

de medida 1,5 mm², onde o rele1 está conectado ao circuito de acionamento da moto-bomba e

os reles dois ao cinco conectados cada um a uma válvula solenoide.

Figura 13 - Módulo Central de Controle

Fonte: o autor

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2.1.6 Circuito acionamento de carga

O acionamento dos atuadores é efetuado através de um circuito composto basicamente

por transistores BJT BC337, responsável pelo acoplamento da carga necessária para colocá-lo

o relé em modo fechado que por sua vez irá acionar o circuito da motobomba ou as válvulas

solenoides, dependendo da sua configuração. O layout da placa de circuito impresso foi desen-

volvido no software livre de CAD Fritzing (FRITZING, 2012), conforme Figura 14.

Figura 14 – Layout placa de circuito impresso de acionamento de carga

Fonte: o autor

O desenvolvimento da PCB de acionamento de carga deu-se através da técnica de trans-

ferência térmica no qual consiste na impressão do arquivo gerado pelo Fritzing (Figura 15) em

uma folha de papel couchê 160 gramas com uma impressora laser, a transferência do conteúdo

impresso para a placa de fibra de vidro com uma camada de cobre é feita com o auxílio de um

aquecedor, também utilizando este mesmo processo são transferidas as informações extras so-

bre a PCB gerada pelo Fritzing com o nome de silk (Figura 16).

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Figura 15 - Layout da placa PCB de acionamento de carga gerado pelo Fritzing

Fonte: o autor

Figura 16 - Camada de silk da PCB de acionamento de carga

Fonte: o autor

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2.1.7 Custos

O custo de produção do Módulo Central de Controle (Figura 20) desmembra-se basica-

mente em quatro itens principais que são: placa PCB, gateway, componentes eletrônicos e caixa

de proteção. A placa PCB (Figura 17) foi fabricada por DFRobot (2012) a um custo de R$

21,60, o gateway foi adquirido na DFRobot (2012) por R$ 115,70, os componentes eletrônicos

(Figura 19) foram adquiridos na Paresteck (2012) por R$ 19,70 e a caixa de proteção (Figura

18) adquirida por R$ 12,00. Totalizando R$ 169,00.

Figura 17 - Placa PCB fabricada

Fonte: o autor

Figura 18 - Caixa proteção hermética

Fonte: o autor

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Figura 19 - Componentes eletrônicos

Fonte: o autor

Figura 20 - Placa PCB fabricada e montada

Fonte: o autor

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2.2 Relógio de Tempo Real

O componente eletrônico DS1307 (Figura 21) é um relógio de tempo real (RTC) de baixa

potência podendo ser alimentado apenas com uma simples bateria de 3 V com autonomia de

anos (DALLAS, 2008). Este componente é conectado ao Módulo de Controle Central através

do protocolo de comunicação I²C para fornecer data e hora certa, o relógio não para de funcionar

mesmo com falta de energia, pois o mesmo depende apenas da bateria própria.

Figura 21 - Relógio de Tempo Real DS1307

Fonte: o autor

2.3 Sensores

Para medição dos dados reais, analógicos, e conversão para dados computáveis, digitais,

foram utilizados alguns sensores para medir as seguintes grandezas: umidade relativa e tempe-

ratura do ar, umidade do solo e corrente do motor. Nesta seção será abordado cada um dos

sensores.

2.3.1 Sensor de Umidade Relativa e Temperatura do Ar

Foi utilizado como sensor de temperatura e umidade relativa do ar o componente eletrô-

nico RHT03 (Figura 22) do fabricante Maxdêtect que tem como principais características: ali-

mentação entre 3,3 e 6 V, capacidade de medição de temperaturas entre -40 a 80ºC com precisão

de +/- 0.5ºC, medição de umidade entre 5 e 99% com precisão de +/- 2% e um tempo de resposta

entre 6 e 20 segundos (MAXDÊTECT, 2012).

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Este sensor envia os dados para o Módulo Central de Controle através de dados digitais,

não sendo necessário à conversão analógico-digital dos dados adquiridos.

Figura 22 – Detalhe do Sensor de Temperatura e Umidade

Fonte: o autor

O sensor de Temperatura e Umidade foi montado dentro de um tubo de cloreto de polivi-

nila (PCV) de 40mm a fim de protegê-lo das intempéries do tempo e garantir o funcionamento

do mesmo, como pode ser observado na Figura 23.

Figura 23 - Sensor de Umidade e Temperatura

Fonte: o autor

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2.3.2 Sensor de Umidade do Solo

O sensor de umidade do solo utilizado foi o Moisture (Figura 24) do fabricante SeeedS-

tudio, o mesmo possui como características principais a dimensão de 2x6cm, funcionamento

com alimentação entre 3,3 e 5 Volts e consumo de 35mA (SEEEDSTUDIO, 2012). A conexão

do sensor ao Módulo Central de Controle deu-se através de um conversor Analógico / Digital

(A/D), retornando assim um valor entre 0 e 1023 onde 0 é o menos úmido e 1023 o mais úmido.

Devido o sensor não ser totalmente resistente à água, ele foi instalado em um tubo de PVC antes

de ser enterrado, como mostra a Figura 25.

Figura 24 - Sensor de Umidade Moisture da marca SeeedStudio

Fonte: o autor

Figura 25 - Detalhe do sensor instalado em um tubo PVC

Fonte: o autor

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Os sensores foram dispostos em um cavalete de forma que um sensor de umidade do solo

ficasse a 60 cm de profundidade, o outro a 40 cm de profundidade e o sensor de umidade e

temperatura do ar ficasse a 110 cm acima do solo, conforme mostra a Figura 26. A conexão

entre o cavalete e o Módulo Central de Controle foi efetuado através de um cabo de rede UTP

com quatro pares trançados.

Figura 26 – Cavalete onde foram instalados os sensores de umidade e temperatura

Fonte: o autor

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2.3.3 Sensor de Corrente Elétrica

Um ponto importante do funcionamento do sistema é o monitoramento do consumo de

corrente elétrica pelo conjunto motor-bomba, para isto foi utilizado um transformador de cor-

rente não intrusivo modelo SCT-013-000 (Figura 27) do fabricante chinês YHDC que tem como

característica principal transformar uma corrente de até 100 amperes para uma corrente de

33mA (SEEEDSTUDIO, 2011). O sensor é conectado ao Módulo Central de Controle onde lê

os dados e converte para a unidade de medida Amperes.

Figura 27 - Sensor não intrusivo de corrente SCT-013-000

Fonte: SEEEDSTUDIO (2011)

2.4 Conjunto Motor-bomba Submersa

O conjunto motobomba utilizado no poço artesiano foi o modelo 610/008/e + R16i-07

(Figura 28) da marca Leão onde o motor possui oito cavalos de potência, monofásico e conjunto

bombeador de sete estágios (LEAO, 2012). A mesma está instalada a 63 metros de profundi-

dade no poço tubular, bombeando água diretamente para o sistema de irrigação, sem outra

bomba auxiliar.

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Figura 28 - Conjunto Motobomba 8cv

Fonte: LEAO (2012)

O conjunto da moto-bomba possui um circuito elétrico com função de acionamento e

proteção, este circuito não foi alterado por estar em perfeito funcionamento, apenas foi inserido

o sensor não intrusivo de corrente qual é capaz de estimar a corrente que está passando por um

determinado condutor sem necessidade de ligar em série com o circuito, como podemos obser-

var sua conexão na Figura 29.

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Figura 29 - Sensor de corrente não intrusivo

Fonte: o autor

2.5 Válvula hidráulica

O fluxo da água na tubulação é liberado ou restrito através de válvulas hidráulicas de duas

polegadas (Figura 30) onde o fluxo de água é normalmente aberto, ou seja, quando desligada,

o fluxo de água está liberado. Através de um orifício de cor cinza na parte superior o líquido

entra, aumentando a pressão interna e como consequência o diafragma corta o fluxo de água

pela válvula.

Para enviar o fluido até o diafragma da válvula hidráulica foi utilizado uma válvula sole-

nóide modelo S-390-3-D da marca Bermad, Figura 31, com acionamento elétrico com tensão

de 24 V de corrente alternada (CA), esta válvula funciona no modo normalmente aberta, onde

quando estiver sem alimentação elétrica o fluxo de água está liberado, por sua vez a válvula

hidráulica estará aberta (BERMAD, 2012). A válvula possui três conexões para micro tubos,

onde um deles é ligado na válvula hidráulica, outra é ligada no sistema hidráulico central e o

terceiro é o retorno do liquido da válvula hidráulica e deve ser descartado quando o solenoide

estiver desligado.

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Figura 30 - Válvula Hidráulica 2"

Fonte: o autor

Figura 31 - Válvula Solenóide 24 V CA

Fonte: o autor

A montagem da válvula hidráulica no campo foi efetuada em um cavalete a 60cm do solo

a fim de facilitar manutenção e evitar danos à mesma, como pode ser observado na Figura 32.

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Figura 32 - Cavalete com válvula de 2" conectada ao micro tubo

Fonte: o autor

A tubulação de metal foi substituída por de PVC enterrada a 60 cm (Figura 33) de pro-

fundidade com o intuito de aumentar a durabilidade do mesmo e evitar acidentes durante o

manejo da cultura. O micro tubo, responsável pela transmissão do fluido da válvula solenoide

até a válvula hidráulica localizada no setor que deverá ser irrigado, é enterrado juntamente com

a tubulação principal e a tubulação secundária, onde, na secundária estão conectadas as man-

gueiras que distribuem a água que irá irrigar por micro aspersão a cultura desejada, a Figura 33

mostra bem o micro tubo, tubulação principal e tubulação secundária com as mangueiras de

saída para os micro aspersores, respectivamente da esquerda para direita.

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Figura 33 - Micro tubo, tubulação principal e secundária com mangueiras conectadas do setor

Fonte: o autor

2.6 Repositório nas Nuvens

Os dados adquiridos através dos sensores são enviadas e armazenados em um servidor

COSM, onde os dados são enviados a cada 15 segundos e são armazenados para análise poste-

rior através de gráficos que podem conter períodos das últimas seis horas, um dia, uma semana,

30 dias ou três meses (COSM, 2012).

O envio dos dados é feito utilizando uma biblioteca disponibilizada pelo site COSM, esta

biblioteca é responsável pela comunicação entre o sistema Arduino e a API da COSM, utili-

zando apenas uma chave (do inglês key) de segurança, o número do feed (coleção de dados de

um ambiente) e o ID do ambiente a ser armazenado, conforme pode ser observado no Apêndice

A.

Neste projeto monitorou-se com cinco grandezas: corrente do motor, temperatura do Ar,

umidade do ar, umidade do solo a 40 cm e umidade do solo a 60 cm. Os dados são armazenados

em um Feed público de ID 66879 e pode ser acessado gratuitamente pelo link:

https://cosm.com/feeds/66879. Cada uma das cinco grandezas é enviada pelo Arduino para o

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COSM como dados sem unidade, a configuração da unidade é feita no ambiente web do COSM

pelo usuário administrador do feed.

O COSM gera gráficos de forma contínua, mesmo que os dados sejam recebidos de forma

discreta, o período entre duas amostras reais é mostrado por uma reta, em caso de instabilidade

no sistema o gráfico irá aparecer uma reta onde não se consegue selecionar o ponto sem amos-

tras com o mouse, como pode ser observado na Figura 34.

Figura 34 - Gráfico gerado pelo COSM com falha no sistema

Fonte: o autor

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CAPÍTULO 3 RESULTADOS: APRESENTAÇÃO, ANÁLISE E DISCUSSÃO

A avaliação do trabalho em questão foi dividida em duas etapas a fim de conseguir o

melhor resultado no menor tempo possível: Avaliação de Laboratório e Avaliação de Campo.

3.1 Avaliação de Laboratório

No ambiente de laboratório foram efetuados testes dos sensores e atuadores. Com o au-

xílio de uma placa primeiramente de um kit de desenvolvimento Arduino UNO e em um se-

gundo momento com a concepção de um protótipo.

3.1.1 Testes com Shield

A fim de reduzir o tempo de desenvolvimento foi utilizado o Arduino UNO (Figura 35),

baseado no mesmo microcontrolador do nosso Módulo Central de Controle, com um Shield

Grove (Figura 36) da marca SeeedStudio a qual tem como principal funcionalidade a fácil co-

nexão dos terminais do Arduino Uno com os sensores utilizados neste projeto, bem como o

RTC utilizado.

Figura 35 - Arduino UNO

Fonte: o autor

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Figura 36 - Grove-Base Shield V1.2 para Arduino UNO

Fonte: o autor

Figura 37 - Testes em Laboratório com sensor de Umidade de Solo

Fonte: o autor

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Efetuaram-se primeiros testes com os sensores de umidade e temperatura do ar enviando

os dados via serial para um computador que por sua vez monitora os dados recebidos, mos-

trando-os (Figura 38), os dados foram coletados, enviados e mostrados sem perdas ou distor-

ções.

Figura 38 - Umidade e Temperatura recebidos via serial

Fonte: o autor

Nos testes de envio dos dados para o servidor na nuvem utilizou-se uma API disponibili-

zada gratuitamente pelo COSM (COSM, 2012), onde a função de envio dos dados coletados e

enviados através da serial para o computador foi alterada para enviar para o COSM utilizando

os seguintes parâmetros de configuração: chave de segurança e ID. Dados foram coletados,

enviados para o COSM sem falhas. Os gráficos foram gerados de forma precisa e de claro

entendimento, como mostra a Figura 39, onde temos o período de 24 horas e o valor atual de

temperatura e umidade do ar.

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Figura 39 - Dados enviados por sensores e recebidos pelo COSM

Fonte: o autor

Os testes com sensores mostraram-se satisfatórios no objetivo do trabalho, onde a princi-

pal preocupação é a leitura dos dados, tratamento e envio para o servidor na nuvem.

Para testes com os atuadores, válvulas solenoides e moto-bomba, foi utilizado um Shield

com quatro relés (Figura 40) que necessita de uma fonte externa de nove Volts (CC) para fun-

cionar corretamente, esta placa é capaz de acionar cargas de até três ampères com 120 volts.

Válvulas solenoides foram conectas ao relé do shield que por sua fez foi ligado ao Arduino

UNO com um software embarcado no qual acionava um relé de cada vez, com um intervalo de

1 segundo entre o acionamento de cada. Em laboratório não foram efetuados testes com acio-

namento de válvulas hidráulicas e a motobomba, devido à logística dos mesmos, tais testes

somente serão efetuados na avaliação em campo. Os atuadores responderam bem aos testes,

sem falhas.

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Figura 40 - Shield com 4 reles

Fonte: o autor

3.1.2 Testes com Protótipo

A partir dos resultados dos testes com os shield’s foi desenvolvido um protótipo, cujo

layout da PCI foi desenvolvido no software Fritzing. A confecção da PCB foi feita através do

processo de transferência termina e a montagem do protótipo feito de forma manual em uma

caixa hermética com o auxílio de furadeira, como pode ser observado na Figura 41. Os primei-

ros gráficos com dados foram enviados com sucesso pelo protótipo para o servidor COSM, o

acionamento dos relés ocorreu corretamente sem falhas.

Figura 41 - Visão interna do Módulo Central de Controle

Fonte: o autor

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3.2 Avaliação de Campo

O Módulo Central de Controle foi instalado no campo na mesma “casa da bomba” já

existente para abrigar o quadro de comando da motobomba (Figura 42). Um relé do Módulo

Central foi conectado a uma válvula solenoide, alimentada por uma fonte de 24 V, uma das

conexões da válvula solenoide foi conectada diretamente a saída de água da motobomba, outra

conectada a válvula hidráulica e a terceira conexão está ligada a uma saída de retorno da água,

todas utilizando microtubos. O acionamento da válvula ocorreu de maneira correta, sem falhas.

Apenas uma válvula hidráulica foi instalada na propriedade, outras válvulas serão instaladas

em um momento futuro.

O circuito de acionamento da motobomba foi conectado a outro relé do Módulo Central,

ligando assim a motobomba no horário programado pelo produtor ou técnico responsável. O

funcionamento da mesma pode ser observado através de gráficos gerados pelo COSM com a

corrente de funcionamento da motobomba em função do tempo, como mostra a Figura 43, pe-

ríodo amostrado é entre 14:04:49 do dia 5 de dezembro de 2012 e 15:04:49 do dia 06 de de-

zembro de 2012, podemos observar que a motobomba estava ligada com um consumo médio

de 17,07 ampères entre o período de 22:30:00 e 1:00:00.

Figura 42 - Casa da Bomba

Fonte: o autor

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Figura 43 - Corrente da motobomba

Fonte: o autor

Com o auxílio do gráfico da corrente da motobomba é possível analisar o bom funciona-

mento da mesma, uma vez que o aumento da corrente pode indicar algum problema no funcio-

namento, como falta de água no poço artesiano entre outros.

O cavalete com os sensores foi instalado entre dois pés de banana distantes 45 metros da

casa da bomba, para isto foi cavado um buraco de 60x30cm, conforme Figura 44.

Figura 44 - Instalação cavalete com sensores

Fonte: o autor

Para conectar-se a internet foi utilizada uma estrutura já existente composta de uma an-

tena de 5.8 GHz com ganho de 22dBi e uma RouterBoard Mikrotik RB433 (Figura 45) (MI-

KROTIK, 2012), que recebe o sinal da rede internet de um provedor de acesso local e redistribui

dentro da propriedade, a RB433 é responsável por fazer o Network Address Translation (NAT)

bem como seu servidor de Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP).

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Figura 45 - RouterBoard Mikrotik RB433

Fonte: o autor

O sistema foi instalado no dia 12 de outubro de 2012 por tempo indeterminado para co-

letar dados dos sensores e enviar para o servidor COSM, que por sua vez armazena os dados

para análise posterior. Os dados são enviados a cada 15 segundos para o Feed ID número 66879

que estar configurado com a latitude e longitude do local de instalação, com esta localização o

COSM mostra a propriedade no mapa do sistema utilizando uma API do Google Maps (COSM,

2012), conforme Figura 46.

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Figura 46 - Mapa do COSM

Fonte: o autor

O COSM gera gráfico automaticamente das últimas 6 horas de funcionamento do sistema,

mas podendo ser mudado para o último dia, semana, mês ou últimos três meses. Analisando os

gráficos gerados das últimas 6 horas podemos observar na Figura 47 que às 16:00 o motobomba

foi desligado e que anteriormente a este horário estava consumindo 17,45 amperes.

Figura 47 - Corrente do Motor - ultimas 6 horas

Fonte: o autor

Nas Figura 48 e Figura 49 podemos observar que neste caso específico a temperatura do

ar e umidade relativa do ar estão relacionadas, também que neste período das últimas 6 horas

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os valores da temperatura ficaram entre 29,1ºC e 40,7ºC e a umidade relativa do ar ficou entre

15,5% e 39,4%.

Figura 48 - Temperatura do ar - ultimas 6 horas

Fonte: o autor

Figura 49 - Umidade relativa do ar - ultimas 6 horas

Fonte: o autor

As Figura 50 e Figura 51 mostram os gráficos dos valores coletados pelos sensores de

umidade do solo a 40 e 60 cm de profundidade, nestes dois sensores vemos que não houve

grandes mudanças levando em consideração que a unidade de medida varia entre 0 e 1023.

Figura 50 - Umidade do Solo 40cm - ultimas 6 horas

Fonte: o autor

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Figura 51 - Umidade do Solo 60cm - ultimas 6 horas

Fonte: o autor

Os dados enviados pelos sensores foram armazenados de forma satisfatória pelo servidor

COSM, bem como os gráficos são gerados de forma clara e com possível interação com o

mouse podendo conferir o valor do sensor em determinado ponto no tempo.

Analisando gráficos com períodos maiores como o amostrado pela Figura 52, podem-se

interpretar erradamente os dados, pois o motor não ficou ligado entre às 22:00 do dia

25/10/2012 até o dia 29/10/2012 consumindo uma corrente próxima de 17 amperes. Obser-

vando o gráfico da Figura percebemos que entre pouco mais das 22:00 do dia 25/10/2012 e 8:00

do dia 29/10/2012 o COSM não armazenou nenhum dado por um problema na rede internet do

local.

Figura 52 - Corrente do motobomba - 1 semana

Fonte: o autor

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Figura 53 - Temperatura do Ar - 1 semana

Fonte: o autor

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4 CONSIDERAÇÕES FINAIS

Este trabalho teve como foco principal propor uma solução para um problema de diversos

produtores rurais, o controle e gerenciamento de como e quando irrigar suas plantações. Como

local de experimento utilizou-se uma plantação de banana na cidade de Janaúba pela facilidade

de contato e flexibilidade concedida pelo proprietário. O principal problema apontado pelo pro-

dutor o controle manual de qual setor da plantação deveria ser irrigado e em que horário, uma

vez que a irrigação é feita entre o horário das 21:30 às 6:00 por questões de custo de energia

elétrica. Para solução deste problema utilizamos uma solução de fácil acesso no mercado naci-

onal, o uso de válvulas hidráulicas acionadas através de válvulas solenoide. Estas válvulas so-

lenoides normalmente são controladas por equipamentos capazes de aciona-las no horário pro-

gramado.

O Módulo Central de Controle proposto neste trabalho possui capacidade não só de con-

trolar as válvulas e motobomba com horário programado, mas também de receber e armazenar

dados de sensores, como corrente da motobomba, umidade e temperatura do ar, em um servidor

na nuvem. Uma vez os dados armazenados e os gráficos gerados o profissional responsável, ou

até mesmo o produtor rural, podem utilizá-los para auxiliar na tomada de decisão de quando e

como irrigar as plantações.

O presente trabalho utilizou-se de técnicas de desenvolvimento de sistemas embarcados,

desmembrando-se em eletrônica, programação de microcontroladores e programação web para

assim atingir o objetivo proposto.

O desenvolvimento dividiu-se em duas etapas principais a avaliação em laboratório e a

avaliação em campo. O uso da plataforma Arduino Uno e Shield’s prontos e a divisão do projeto

em módulos acelerou a conclusão da primeira etapa em laboratório sem muitas surpresas, en-

tretanto sem efetuar testes com as válvulas hidráulicas e motobomba. A segunda etapa consistiu

de avaliação em campo com sensores e atuadores, em situação real de funcionamento na pro-

priedade rural, já com válvula hidráulica e motobomba. Esta etapa serviu para provar que as

hipóteses do bom funcionamento do sistema são verdadeiras salvo algumas alterações a serem

efetuadas no futuro para melhorar a estabilidade do sistema quanto à conexão da internet no

local.

Outro ponto apontado pelo trabalho solução proposta e são os custos de produção do

Módulo Central de Controle, ficando com um custo total de componentes eletrônicos, placa

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PCB e caixa proteção na ordem de R$ 169,00, estando excluso deste valor custos com monta-

gem e instalação do sistema, ficando abaixo do valor de R$ 580,00 do controlador encontrado

em lojas do mercado local.

Como trabalhos futuros são principalmente incluir uma memória flash para armazenar os

dados lidos a partir dos sensores, minimizando assim perdas de dados em casos de instabilidade

da conexão da internet. Também como trabalhos futuros destaca-se o acréscimo de atuadores e

sensores compatíveis com o protocolo de rede de sensores sem fio ZigBee. Pensando em locais

onde não possui estrutura de internet, pode-se também acrescentar modem GPRS ao sistema.

Outro trabalho futuro relevante é estudar outros serviços baseados em IoT para migrar o sistema

para o mesmo, por conter maiores funcionalidades e flexibilidade. Também pode-se estudar a

implementação de um sistema operacional de tempo rela. Algoritmos de detecção de falhas

pode trazer maior confiabilidade ao uso da motobomba. Outro trabalho futuro é o desenvolvi-

mento de uma interface homem máquina (IHM) para disponibilizar um uso intuitivo.

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TOCCI, Ronald J.; WIDMER, Neal S.; MOSS, Gregory L.. Sistemas Digitais: princípios e

aplicações. 10 ed. – São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2007. 804p.

TORRES, Gabriel. Redes de Computadores: Curso Completo. Rio de Janeiro: Axcel Books,

2001. 644p.

WIZNET. W5100 Datasheet: Version 1.2.4. 2011. Disponível em: <http://www.wiz-

net.co.kr/UpLoad_Files/ReferenceFiles/W5100_Datasheet_v1.2.4.pdf>. Acessado em 10 jun.

2012.

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WIZNET. TCP/IP Chip W5100. 2012. Disponível em: <http://www.wiznet.co.kr/Ad-

min_Root/UpLoad_Files/ProductImgs/Dtl_1011_20101026200428.jpg>. Acessado em 10

jun. 2012.

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APÊNDICE A – CÓDIGO FONTE DO MÓDULO CENTRAL DE CONTROLE

#include <DHT22.h> //Biblioteca utilizada pelo sensor DHT22

#include <dht11.h> //Biblioteca utilizada pelo sensor DHT11

#include <OneWire.h> //Biblioteca utilizada pelo sensor DB18B20

#include <DallasTemperature.h> //Biblioteca utilizada pelo sensor DB18B20

#include "EmonLib.h" // Biblioteca utilizada pelo sensor CT

#include <SPI.h> //Biblioteca necessaria para funcionamento da Ethernet

#include <Ethernet.h> //Biblioteca de comunicação TCP/IP

#include <HttpClient.h>

#include <Cosm.h>

#include <Reles.h>

// Definição dos pinos do microcontrolador no qual é

// responsavel por acionar seu respectivo rele

#define Rele1Pin 3

#define Rele2Pin 4

#define Rele3Pin 5

#define Rele4Pin 6

#define Rele5Pin 7

// Definição do pino do microcontrolador no qual estar

// conectado o sensor de Humidade e Temperatura DHT22

// localizado no cavalete.

#define UmidadeTemperaturaArPin A1

// Instancia o objeto para leitura do dado do sensor.

DHT22 UmidadeTemperaturaAr(UmidadeTemperaturaArPin);

// Definição dos pinos do microcontrolador no qual

// estão conectados os sensores de umidade do solo

#define UmidadeSolo40cm A2

#define UmidadeSolo60cm A3

// Definição do pino do microcontrolador no qual estar

// conectado o sensor de Humidade e Temperatura DHT22

// localizado no cavalete.

#define UmidadeTemperaturaAr2Pin A7

// Instancia o objeto para leitura do dado do sensor.

dht11 UmidadeTemperaturaAr2;

// Sensor de temperatura do solo (DB18B20) conectado

// ao pino do microcontrolador

#define ONE_WIRE_BUS 9

#define TEMPERATURE_PRECISION 9

// Define o pino no qual o sensor CT estar conectado

// ao microcontrolador

#define CTPin A6

EnergyMonitor emon1;

// Your Cosm key to let you upload data

char cosmKey[] = "digiteaquisuakey";

//Determina o nome das variaveis a serem armazenadas, não podendo con-

ter caracteres especiais como espaco

char TemperaturaArId[] = "TemperaturaAr";

char UmidadeArId[] = "UmidadeAr";

char UmidadeSolo40cmId[] = "UmidadeSolo40cm";

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char UmidadeSolo60cmId[] = "UmidadeSolo60cm";

char TemperaturaAr2Id[] = "TemperaturaSistema";

char UmidadeAr2Id[] = "UmidadeSistema";

char TemperaturaSolo40cmId[] = "TemperaturaSolo40cm";

char CorrenteMotorId[] = "CorrenteMotor";

CosmDatastream datastreams[] = {

CosmDatastream(TemperaturaArId, strlen(TemperaturaArId), DATAS-

TREAM_FLOAT),

CosmDatastream(UmidadeArId, strlen(UmidadeArId), DATASTREAM_FLOAT),

CosmDatastream(UmidadeSolo40cmId, strlen(UmidadeSolo40cmId), DATAS-

TREAM_FLOAT),

CosmDatastream(UmidadeSolo60cmId, strlen(UmidadeSolo60cmId), DATAS-

TREAM_FLOAT),

CosmDatastream(CorrenteMotorId, strlen(CorrenteMotorId), DATAS-

TREAM_FLOAT)

};

// Finally, wrap the datastreams into a feed

CosmFeed feed(66879, datastreams, 5 /* number of datastreams */);

EthernetClient clientEthernetCosm;

CosmClient cosmclient(clientEthernetCosm);

// -------------------------------------------

// --------- Funções do serviço HTTP ---------

// -------------------------------------------

EthernetServer server(80); // Inicializa um servidor TCP/IP na porta

// 80 com IP automatico

String readString;

// -------------------------------------------

//look on the back of your ethernet shield, it may have a stic-

ker with a mac address.

byte mac[] = { 0x00, 0xAA, 0x02 , 0xCC, 0xBB , 0xDE };

IPAddress ip(192,168,24, 2);

void setup()

{

Serial.begin(9600);

IniciarReles();

IniciarSensores();

IniciarEthernet();

IniciarServidorHttp();

Serial.println("Setup");

}

void loop()

{

// delay(2000);

// ServidorHttp();

LerSensores();

EnviarCOSM();

VerificarReles();

AtuarReles();

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}

// -------------------------------------------

// --------- Funções do serviço HTTP ---------

// -------------------------------------------

void IniciarServidorHttp()

{

server.begin();

}

// -------------------------------------------

// ----------- Funções dos reles -------------

// -------------------------------------------

//Função de inicialização dos reles.

void IniciarReles()

{

// Determina que os pinos são de saida digital

pinMode(Rele1Pin,OUTPUT);

pinMode(Rele2Pin,OUTPUT);

pinMode(Rele3Pin,OUTPUT);

pinMode(Rele4Pin,OUTPUT);

pinMode(Rele5Pin,OUTPUT);

// Escreve nível baixo nos pinos definidos

digitalWrite(Rele1Pin,LOW);

digitalWrite(Rele2Pin,LOW);

digitalWrite(Rele3Pin,LOW);

digitalWrite(Rele4Pin,LOW);

digitalWrite(Rele5Pin,LOW);

Serial.println("InciarReles");

}

// -------------------------------------------

// ---------- Funções dos Sensores -----------

// -------------------------------------------

// Variaveis utilizadas para armazenar o tempo

// entre execuções da leitura dos sensores

// gravados em milisegundos.

unsigned long sensoresTempoAtual;

unsigned long sensoresTempoLoop;

// Variavel onde será armazenadas as grandezas

// coletadas pelos sensores:

// { UmidadeTemperaturaAr, UmidadeSolo40cm,

// UmidadeSolo60cm, UmidadeTemperaturaAr2,

// TemperaturaSolo40cm }

float Sensores[8];

float SensoresMedia[8];

// Setup a oneWire instance to communicate with any OneWire devi-

ces (not just Maxim/Dallas temperature ICs)

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OneWire oneWire(ONE_WIRE_BUS);

// Pass our oneWire reference to Dallas Temperature.

DallasTemperature sensorDB18B20(&oneWire);

int numberOfDevices; // Number of temperature devices found

DeviceAddress tempDeviceAddress; // We'll use this variable to store a

found device address

// Função de inicialização dos sensores

void IniciarSensores()

{

// Armazena na variavel sensoresTempoAtual

// o valor retornado pela função millis()

sensoresTempoAtual = millis();

sensoresTempoLoop = sensoresTempoAtual;

emon1.current(CTPin, 30.0);

Serial.println("InciarSensores");

}

// Função de verificação do tempo e leitura dos

// sensores.

void LerSensores()

{

sensoresTempoAtual = millis();

if ( sensoresTempoAtual >= ( sensoresTempoLoop + 2000))

{

// Leitura do sensor Umidade e Temperatura do Ar (Cavalete)

UmidadeTemperaturaAr.readData();

Sensores[0] = UmidadeTemperaturaAr.getTemperatureC();

Sensores[1] = UmidadeTemperaturaAr.getHumidity();

// Leitura do sensor Umidade do solo (40cm)

Sensores[2] = analogRead(UmidadeSolo40cm);

Sensores[3] = analogRead(UmidadeSolo60cm);

// Leitura do sensor Umidade e Temperatura do Ar (Sistema)

UmidadeTemperaturaAr2.read(UmidadeTemperaturaAr2Pin);

Sensores[4] = ((float)UmidadeTemperaturaAr2.humidity);

Sensores[5] = ((float)UmidadeTemperaturaAr2.temperature);

// Leitura do sensor CT

Sensores[7] = emon1.calcIrms(1480);

sensoresTempoLoop = sensoresTempoAtual;

}

}

// -------------------------------------------

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// ---------- Funções da Ethernet ------------

// -------------------------------------------

// Variaveis utilizadas para armazenar o tempo

// entre execuções da leitura dos sensores

// gravados em milisegundos.

unsigned long cosmTempoAtual;

unsigned long cosmTempoLoop;

void IniciarEthernet()

{

if (Ethernet.begin(mac) == 0)

{

Ethernet.begin(mac,ip);

}

// Armazena na variavel sensoresTempoAtual

// o valor retornado pela função millis()

cosmTempoAtual = millis();

cosmTempoLoop = cosmTempoAtual;

Serial.println("InciarEthernet");

}

void EnviarCOSM()

{

cosmTempoAtual = millis();

if ( cosmTempoAtual >= ( cosmTempoLoop + 15000))

{

datastreams[0].setFloat(Sensores[0]);

datastreams[1].setFloat(Sensores[1]);

datastreams[2].setFloat(Sensores[2]);

datastreams[3].setFloat(Sensores[3]);

datastreams[4].setFloat(Sensores[7]);

int ret = cosmclient.put(feed, cosmKey);

Serial.print("cosmclient.put returned ");

Serial.println(ret);

cosmTempoLoop = cosmTempoAtual;

}

}