LABSIS
2020
Autores:
Sérgio Silva (1060423)
1060423@isep.ipp.pt
Ana Castedo (1171363)
1171363@isep.ipp.pt
As inovações tecnológicas atuais têm vindo a procurar tratar e controlar grandezas físicas que façam parte integrante do dia-a-dia. Os circuitos controladores de temperatura, de humidade e de luz, entre outros, são recorrentemente usados neste sentido. Um dos setores em que é mais visível a utilização simultânea de vários sensores é a agricultura. Desempenhando um papel fundamental no mundo, esta é a fonte principal de alimentos, fibras e matérias-primas para energia. De acordo com a Joint Research Center[1], em 2015, 2 biliões de hectares são ocupados com terras agrícolas (correspondente a 14% de toda a superfície terrestre não coberta por gelo) e outros 3,7 biliões com pastagens (correspondente a 26% da superfície terrestre não coberta de gelo). O setor agrícola é, assim, um dos setores mais importantes no mundo e com mais impacto no dia a dia.
O controlo cada vez mais rigoroso e completo da agricultura fez emergir um novo conceito: a agricultura de precisão. Com a emergência climática e económica existente, padrões climatéricos cada vez mais imprevisíveis, temperaturas cada vez mais extremas, necessidade de maior competitividade, as redes de sensores e as estufas garantem que as culturas possam ser controláveis e economicamente rentáveis.
A agricultura de precisão procura combinar as novas tecnologias com os conhecimentos de uma agricultura industrial mais madura [2]. A precisão tecnológica de redes de sensores e recolha de dados físicos, aliada às práticas agrícolas de séculos, permite entendermos, na prática, o conceito de agricultura de precisão.
Uma das melhores maneiras de estabelecer condições ótimas é o desenvolvimento de modelos para o controlo interno do ambiente, criando um ambiente fechado: estufa. A regulação de cada uma das variáveis que influenciam o ambiente interno de uma estufa é um procedimento dinâmico, que combina processos físicos e de transferência de massa[3]. Para além da vantagem do controlo,, as estufas são infinitamente personalizáveis, podendo adicionar-se múltiplos sensores e expandir o tamanho de acordo com as necessidade de cada produtor. [4] No que respeita às várias configurações possíveis, ainda que todas diferentes, existem alguns pontos base que, usualmente, estão presentes nestas: sensores de temperatura e sensores de humidade. Na verdade, o que faz com que as estufas se distingam, a partir deste ponto, é a forma como atuam sobre a informação obtida pelos sensores (e, obviamente, a inclusão de mais sensores e funcionalidades).
Temperatura
Começando por estudar a temperatura, é importante referir que, de todas as variáveis meteorológicas, esta é reconhecida como o fator mais significativo para influenciar o desenvolvimento de uma planta (formação de folhas, antese, frutificação) [5]. As plantas crescem sob a influência da radiação, realizando o processo de fotossíntese. Além disso, a temperatura influencia a velocidade de produção de açúcar pela fotossíntese e, portanto, a radiação e a temperatura têm de estar em equilíbrio. Assim, em condições diurnas, é necessário manter a temperatura num nível elevado. Em condições noturnas, as plantas não estão ativas, não sendo necessário manter uma temperatura tão elevada [6].
Os sensores de temperatura permitem conhecer a temperatura do meio ambiente e, posteriormente, controlar esse mesmo ambiente com propósitos muito específicos. Existem sensores com saída resistiva, com saída em tensão, com ou sem condicionamento de sinal, entre outros. A absorção de radiação eleva a temperatura do sensor que, por sua vez, altera alguns parâmetros dependentes da temperatura, como a resistividade elétrica, o potencial de contacto, a polarização espontânea. Os materiais dos sensores térmicos podem envolver um termopar, um termistor, materiais dielétricos e piroelétricos.[7]
Num projeto que pretenda controlar grandezas físicas, existem duas fases fundamentais: a escolha do sensor e escolha do atuador. Assim, no que respeita ao mercado de sensores de temperatura, estudamos sensores não resistivos e resistivos. Os RTD (Resistance Temperature Detectors) utilizam, usualmente, platina e, apesar de mais estáveis do que outros sensores resistivos, podem sobreaquecer com mais facilidade e serem difíceis de aplicar em conceitos mais complexos. Os CIS (Circuitos Integrados) já possuem recursos que permitem obter uma resposta linear a partir do sensor implicando, para isso, a existência de condicionamento do sinal e incluindo uma eletrónica mais avançada (“smart”). Os Pares Termoelétricos permitem medições de temperaturas muito elevadas e baseiam-se na diferença de temperatura entre dois metais que gera uma tensão proporcional a essa temperatura.[8] Uma vez que são utilizados metais, por norma, são dispositivos que abrangem grandes variações de temperatura, isto é, conseguem ler valores muito elevados de temperatura, negativos e positivos, tendo uma sensibilidade muito reduzida devido a este fator. No que respeita aos sensores resistivos, realizámos o levantamento de dois tipos e três modelos distintos: NTC Thermistors (modelo NTCLE100E3103) e PTC Thermistors (modelos B59052D1060A040, B59950C0080A070). A principal diferença entre os dois tipos de sensores referidos prende-se com o facto de os primeiros sensores terem uma correlação negativa entre a temperatura e a respetiva resistência e os segundos terem uma correlação positiva entre as duas grandezas (aumentando a temperatura, aumenta a resistência).[9][10] Os termístores PTC têm, ainda, por padrão, uma temperatura de referência extremamente elevada. Esta característica torna-los ideais para sistemas de deteção de temperatura excessiva. Os termístores NTC são semicondutores sensíveis à temperatura, que exibem uma grande variação da resistência elétrica. Devido a esta característica, pode-se afirmar que, de uma maneira geral, são sensores muito sensíveis uma vez que uma pequena variação de temperatura provoca uma grande variação de resistência. Este tipo de sensores pode ainda ser utilizado em proteções contra sobrecarga.
No presente estudo, com base no objetivo definido e nas condicionantes económicas e disponibilidade de fornecimento, a escolha baseou-se entre os sensores NTC, os PTC e os Termopares. Tendo em conta o calendário do projeto, interessava que o sensor escolhido tivesse o condicionamento de sinal já integrado. Assim, verificamos que existem hipóteses de circuitos já com o condicionamento de sinal incluído, encontrando um sensor NTC 10K com circuito de condicionamento de sinal acoplado. Com efeito, a empresa Dallas Semiconductor Corp criou um protocolo denomidado OneWire que consiste numa comunicação em sistema de barramento e com a grande vantagem de utilizar apenas o cabo de dados e de GND. No caso de se utilizar mais do que um dispositivo simultaneamente, cria-se um esquema de endereçamento de cada um dos dispositivos (tendo cada um destes um endereço de 64 bits). No caso da temperatura, o sensor ds18b20, à prova de água, está preparado para este protocolo e a conversão de temperatura é feita a partir de software desenvolvido pela Dallas.
Relativamente aos atuadores, existem várias hipóteses que são utilizadas já em estufas reais: ventilação assistida com um ou mais sistemas de ventilação, abertura automática da estufa [4], ar condicionado, entre outras. Para o projeto, as possibilidades que entendemos viáveis foram as duas primeiras. Assim, estudamos estas duas de forma mais detalhada.
A ventilação assistida implica a utilização de uma ou mais ventoinhas que, à medida que se recolhe a informação relativa à temperatura, ajustam a sua velocidade (e, no caso de fecharem, a abertura) às necessidades da cultura. O controlo das ventoinhas pode ser feito de forma linear (isto é, à medida que a temperatura sobe, a velocidade aumenta linearmente) ou de forma não linear (com o controlo, por exemplo, PI ou PID). A complexidade é, naturalmente, maior no caso do controlo não linear. No entanto, em termos de estabilização de temperatura, os controlos PI e PID são mais fiáveis e eficientes. Adicionalmente, tendo mais do que uma ventilação, pode decidir-se, por exemplo, aproveitar a frente mais ventosa para acionar a ventilação ou, noutro caso, abrir a ventilação num lado e ativar as resistências térmicas do outro para reduzir a humidade[4]. O tipo de ventoinha pode variar desde a mais básica (ventoinha semelhante à de refrigeração de computadores) até ventoinhas com possibilidade de encerramento total de entrada de ar. Já o aquecimento pode realizar-se atuando sobre resistências térmicas, por exemplo.
A abertura automática da estufa implica a utilização de motores e portas/janelas/paredes móveis. A entrada de ar é difícil de controlar pelo que a monitorização da temperatura deve ser menos espaçada no tempo, ainda que sempre sujeita a mais erros. Em termos económicos, esta opção é mais dispendiosa porque implica a alteração da estrutura física da estufa para uma estrutura dinâmica.
Humidade
A água é um recurso natural de enorme valor económico, ambiental e social. Sendo fundamental à subsistência da vida na Terra, cerca de 97,5% da água existente no mundo e´ salgada. Essa água não é indicada para consumo direto nem para irrigação de plantas. Dos restantes 2,5% de água doce, a maior parte (69%) é de difícil acesso, 30% são águas subterrâneas e apenas 1% encontra-se nos rios. Assim, é imperativo fazer uma boa gestão da água no dia-a-dia. [11] A redução do desperdício de água e a gestão precisa da sua quantidade no contexto agrícola não só garante uma preservação dos meio naturais como, ainda, garante um desenvolvimento mais eficaz das culturas.
A invenção do primeiro sensor de humidade foi atribuída a Leonardo da Vinci. O seu projeto consistia numa balança onde em um dos seus lados havia uma bucha de algodão contrabalançada com um peso. Quando o algodão absorvia o vapor da água do meio um desequilíbrio acontecia e a determinação da humidade era feita.[12] A medida da humidade relativa de um meio não pode ser feita de maneira direta, mas a variação da concentração de vapor de água no meio provoca efeitos em alguns materiais (propriedades elétricas, deformação mecânica, entre outras). É através desses efeitos que se determina o valor da humidade relativa.[12]
O vapor de água é um dos fatores mais importantes numa estufa. Com efeito, vapor a mais pode implicar uma maior propagação de doenças e a diminuição da transpiração. Por outro lado, o excesso de humidade pode levar a um stress hídrico que pode levar ao fecho dos estomas (que previnem a perda de água) levando a uma menor atividade fotossintática e, consequentemente, a um menor desenvolvimento.[13] No entanto, o controlo da humidade no ar não é fácil. Na verdade, esta está inversamente correlacionada com a temperatura13]. Tendo em conta esta dependência, e reforçando a ideia de que os atuadores no controlo da humidade e da temperatura são os mesmos, o controlo da temperatura torna-se o principal controlo para um efetivo controlo da humidade do ar.
Relativamente à humidade no solo, esta também influencia diretamente o desenvolvimento das culturas. O solo é o meio natural para o desenvolvimento das plantas terrestres e as transferências de água exercem uma influência determinante sobre as condições e os ritmos de crescimento das plantas e afetam a sua evolução e as suas características. [14] Tendo em conta que cada organismo tem uma exigência de nível de humidade distinta, o controlo da humidade deve ser ajustada aos valores ótimos relativamente aos organismos que se pretendam desenvolver.
O controlo da humidade implica a recolha dos valores no ambiente a controlar e, posteriormente, a ativação de atuadores. Existem vários sensores de humidade disponíveis que, à semelhança dos sensores de temperatura, podem ser resistivos, capacitivos e térmicos. Os sensores resistivos utilizam iões de sal para medir a impedância dos átomos. À medida que a humidade altera, a resistência dos elétrodos altera também.[15] No que respeita aos sensores capacitivos, estes medem a humidade relativa colocando uma fina linha de óxido metálico entre dois elétrodos. A capacidade elétrica do óxido altera com a alteração da humidade relativa. Estes sensores são lineares e conseguem medir a humidade relativa em toda a escala (de 0% até 100%), fazendo com que sejam adequados a ambientes com grandes regulações de temperatura. No entanto, implicam circuitos complexos e calibrações regulares.[15] Por fim, os sensores térmicos conduzem a eletricidade baseados na humidade do ar circundante e são compostos por dois sensores: um enclausurado em nitrogénio seco e outro em contacto com o ar. A diferença entre os dois permite determinar a humidade relativa.[15]
Depois de avaliada a humidade, existem várias formas de atuar sobre os dados. No caso de medições de humidade no solo, pode-se criar um sistema de rega autónomo que regule a quantidade de água a colocar no solo (por meio de um motor e de um relé). Secar o solo poderá implicar aquecê-lo internamente ou aquecer a temperatura do ar (já que a temperatura está inversamente ligada à humidade). Se pretendemos controlar a humidade no ar, podemos aquecer a estufa e, simultaneamente, ligar a ventilação (para secar o ar) ou aquecer uma resistência e deixar que esta evapore alguma água com a estufa fechada (para aumentar a humidade). [4]
Os atuadores agora aprofundados foram de medição relativa de humidade no ar e no solo. Nos primeiros sensores (medidos no ar) existem diversas ofertas que permitem ter sensores mais pequenos ou maiores, capacitivos ou resistivos. Da análise que fizemos, não existem sensores já com um condicionamento de sinal integrado que permita descomplicar a já referida tarefa de calibração. No entanto, os resultados da humidade no solo, não sendo lineares, são mais facilmente calibrados porque a variação da humidade no solo é menos abrupta e, consequentemente, mais fácil de controlar.
Microcontrolador
Pretendendo recolher os dados e atuar numa estufa de forma remota, tornam-se necessários componentes que permitam o processamento da informação autonomamente e respetivo envio dos dados por redes sem fios. Para processamento das instruções, existem inúmeras famílias de microcontroladores (µCs) que se podem utilizar: PIC (Programmable Inteligence Computer), Infineon, AVR Atmegas, entre outros.
No que respeita aos PICs, estes podem ser de 8, 16 ou 32 bits, têm uma arquitetura Harvard, o barramento de dados é sempre de 8 bits e o de instruções pode variar entre 12, 14 ou 16 bits. O set de instruções é de apenas 35 instruções pelo que, apesar mais fácil utilização, obriga à criação de mais funções do que noutros µCs. [16]
Os Infineon, à semelhança dos PICs, também podem ser de 8, 16 ou 32 bits. Estes µCs estão vocacionados para o setor automóvel e industrial. Uma ferramenta gratuita (DAVE3) de geração de auto código permite o rápido desenvolvimento de projetos complexos.[17]
Por uma questão de conveniência, no caso dos Atmegas, iremos particularizar o estudo no microcontrolador AVR Atnega328p (visto ser o microprocessador com maior facilidade de aquisição). O Atmega328p é um µC de chip único e de arquitetura RISC (Reduced Instruction Set Computer) da Atmel. Com um baixo nível de complexidade, este µC não tem micro-programação pelo que a programação é realizada diretamente pelo hardware. A arquitetura é de alto desempenho, baixo consumo e está otimizada para compiladores C. [18][19] No que respeita a outras características do Atmega328p, destacam-se: 23 pinos programáveis, 3 temporizadores (um de 16-bit e dois de 8-bit), 6 canais PWM, 6 canais analógicos para o ADC de 10-bit, interrupções e 1 oscilador interno calibrado.[19] Para uma ligação rápida entre o Atmega e o PC, existem circuitos integrados específicos. O Arduíno Uno contém o necessário para suportar o µC, bastando conectá-lo a um computador com um cabo USB ou ligá-lo com um adaptador de CA-CC ou bateria. "Uno" foi o nome escolhido para marcar o lançamento do Arduíno Software (IDE) 1.0. A placa Uno e a versão 1.0 do Arduíno Software (IDE) evoluíram para versões mais recentes, sendo a Uno a primeira de uma série de placas USB Arduíno.[20]
Módulo Wifi
As exigências da agricultura de precisão incluem a expectativa de um controlo remoto das grandezas recebidas pelos sensores. A oferta em termos de módulos Wifi é cada vez maior pelo que, de forma a estreitar a pesquisa, iremos concentrar-nos nos módulos ESP. Estes módulos são amplamente utilizados no mercado, tendo ofertas de baixo custo e sendo versáteis para várias soluções tecnológicas. Das várias séries existentes, destacam-se as séries ESP8266 e ESP32.
O Módulo ESP8266 é uma placa eletrónica que foi especialmente desenvolvida para que se possa conectar o microcontrolador a uma conexão Wi-Fi de forma fácil, eficaz e a um baixo preço. Adicionalmente, tendo um microprocessador integrado, pode configurar-se para que crie uma rede wireless (funcionando como hotspot) e seja um servidor web onde nos ligamos com o nosso smartphone. Possibilita, ainda, ter os dois modos em simultâneo, ou seja, ligar-se a uma rede web e ele próprio disponibilizar uma rede wireless. Na prática, o Módulo ESP8266 é utilizado para ligar o protótipo a uma rede de dados sem fios, onde é possível a troca de informação entre o microcontrolador e a base de dados. A comunicação do módulo com o microcontrolador é feita via serial, ligados ao RX/TX do módulo ESP8266, que é configurado através de comandos AT.[21] Para facilitar a conexão, é utilizado o Adaptador Wi-Fi ESP-01 que já possui o conversor de nível e pode ser ligado diretamente na breadboard.
O módulo ESP32 foi lançado em 6 de setembro de 2016 e é o sucessor do ESP8266. Assim como outros controladores, o ESP32 também tem um microprocessador integrado. Entre as diferenças que os dois módulos referidos têm, destaca-se a possibilidade deste ter ligação bluetooth. Sendo open source,estes módulos são de fácil programação.[22]
Página WEB e controlo remoto
A criação de uma página WEB complementa todo um projeto que se quer acessível em qualquer local. O objetivo da página não deve ser apenas o de consultar valores atuais mas também o de controlar esses dados (para podermos considerar que o projeto se torna totalmente autónomo). Para a implementação de páginas web existem linguagens universalmente utilizadas tais como PHP e HTML. Podem, ainda, ser usados modelos de arquitetura de software como o REST e linguagens mais recentes como Python. No entanto, por uma questão de tempo, existem plataformas que permitem de forma mais rápida e intuitiva criar as páginas em questão. Uma das plataformas open source é a WordPress. É construída em PHP e MySQL e licenciada sob a GPLv2. Mais de 30% de todos os sites da web escolhem esta plataforma, tendo em conta que oferece a oportunidade de se criar e partilhar indiscriminadamente. O WordPress adequa-se ao conceito desenvolvido para este estudo, tendo uma vasta comunidade a contribuir para o mesmo e sendo usado tanto em projetos de voluntariado ou académicos, como em grandes projetos empresariais (caso da LOG ou da Automatic). Pessoas com uma experiência limitada em tecnologia podem usá-lo "out of the box", e pessoas mais experientes em tecnologia podem personalizá-lo de maneiras notáveis. [23] A principal desvantagem é a área de ação estar limitada pelas tabelas de base da plataforma.
Por fim, o controlo dos dados implica a utilização de uma base de dados. No caso da WordPress, a base de dados tem por base a tecnologia do MySQL e é gerida a partir do myphpadmin.
O projeto apresentado tem como objetivo último o controlo autónomo de uma estufa, admitindo-o como base para um Sistema de Agricultura de Precisão. Este sistema inclui um sistema de controlo de temperatura e de humidade com possibilidades de controlo via WEB. Numa primeira fase, o diagrama de blocos da figura 1 reflete o princípio base do controlo de uma qualquer grandeza.
Tendo como referência este primeiro princípio, procurou-se criar um sistema (juntando o hardware ao software) que cumprisse os seguintes requisitos: - lesse e processasse a informação da temperatura (de acordo com limites definidos via WEB) - lesse e processasse a informação da humidade (de acordo com limite definido via WEB) - tivesse um LED de presença a piscar a 1Hz
A utilização de um site WEB para a leitura de valores e envio de informações para o microcontrolador implicou ainda a criação de um site que: - lesse valores do microcontrolador - permitisse a entrada de valores e posterior envio destes para o microcontrolador - alojasse em tabela várias medições de temperatura e humidade da estufa
Assim, em termos esquemáticos, a figura 2 ilustra o sistema criado.
No que respeita ao fluxograma, este tem duas fases distintas: A primeira engloba todo o controlo e envio de valores; a segunda engloba os processamentos aquando da interrupção de um segundo. Assim, as figuras 3 e 4 apresentam estas duas fases, respetivamente.
Para a implementação do projeto, o hardware necessário resumiu-se a: - ESP32; - Sensor ds18b20; - 1 x Resistência 4k7; - 1 x Resistência 220 Ohms; - Resistência de aquecimento plana; - Ventoinha 4-wire; - Breadboard; - Regulador de tensão (3.3V – 5V); - 2 transformadores (um 8V, um 12V); - Led branco; - Bomba de água; - Relé; - Sensor de humidade; - Caixa PVC perfurada;
O esquema das ligações pode ser consultado na figura 5
Figura 5 - Esquema Eletrico
O hardware utilizado na versão final não foi o escolhido inicialmente. Com efeito, e como será referenciado nos resultados/discussão, a primeira versão do projeto utilizava o Atmega328 ao invés do ESP32. No entanto, por questões de comunicação wifi, foi necessário alterar o microcontrolador apresentando-se, aqui, a versão final do projeto.
Um exemplo de um PCB para este projeto (com um ESP32-WROOVER) apresenta-se, igualmente, de seguida.
Figura 6 - PCB
No que respeita ao software, este acabou por ser a parte mais complexa de todo o projeto. O facto de se procurar criar uma comunicação bidirecional com um site WEB e controlar os atuadores com um controlo do tipo PI, implicou uma exploração de soluções que fez com que fossem utilizadas várias linguagens e técnicas de recolha e processamento de dados.
Começando pela questão do processamento da temperatura, este foi realizado a partir do protocolo 1-Wire (OneWire). Com este protocolo, foi possível obter a conversão da resistência do sensor NTC 10K para graus centígrados. Esta conversão obrigou a utilização de código específico criado pela empresa que desenvolveu o protocolo de comunicação (Dallas Corp). O processamento da humidade implicou a criação de uma regressão linear a fim de se conseguir obter uma correlação fiável entre a resistência do sensor e a humidade do solo.
Figura 7 - Codigo de aquisição de temperatura e humidade
O processamento da humidade implicou a criação de uma regressão linear a fim de se conseguir obter uma correlação fiável entre a resistência do sensor e a humidade do solo.
Estas duas grandezas não foram apenas processadas pelo microcontrolador. Na verdade, a obtenção dos valores pelo microcontrolador é apenas uma parte ínfima de todo o trabalho associado ao processamento adequado destes valores. Assim, foi necessário criar uma comunicação bidirecional com um site previamente criado (a criação do site será explicada ainda neste capítulo) e garantir que os valores atuais fossem passados para o site (de forma a que se possa controlar a temperatura e humidade periodicamente) e que, do site, fossem enviadas informações sobre a temperatura máxima e mínima pretendida e, ainda, a humidade ideal. Para que a comunicação fosse possível, foi necessário configurar o ESP32. O código que permite o envio e receção dos valores está presente nas figuras 8 e 9.
Figuras 8 e 9 - Envio e recepção de valores do site web
Depois de recebidas as temperaturas máxima e mínima, o microcontrolador processa a informação e compara com a temperatura atual. No caso desta ser mais baixa do que o pretendido, ativa o aquecimento da estufa utilizando o princípio de um controlador PI. Neste sentido, a rapidez do aquecimento é ajustada de acordo com a diferença entre a temperatura ideal e a temperatura atual (quanto maior for a diferença, mais rápido aquece). Na eventualidade da temperatura da estufa estar acima do valor máximo recebido pelo site, a ventoinha é acionada com o mesmo princípio dos controladores PI. O controlo PI obrigou a um estudo prévio da constante de tempo do sistema para uma estimativa dos valores das constantes do controlador. O processamento do controlador foi feito dentro da interrupção de 1 segundo de forma a controlar-se a propagação do erro e garantiu-se, ainda, que os valores máximos e mínimos do PWM associado À ventoinha fossem 255 e 0, respetivamente.
O processamento da humidade é realizado de forma diferente da temperatura. Tendo em conta que a humidade diminui com o tempo (na ausência de água), apenas existe um atuador no caso de a humidade pretendida pelo utilizador ser superior à da estufa nesse momento. Nesse caso, um relé liga, momentaneamente, a bomba de água e a terra é regada. Tendo em conta que a humidade não é alterada instantaneamente, a nova leitura da humidade é feita com um espaçamento suficiente para se avaliar a necessidade de mais água.
Para o controlo do Led a piscar a 1Hz (e para utilizar o 1 segundo como base temporal do código), foi necessário definir uma interrupção com linguagem ESP. Ao contrário do Atmega, o ESP não tem portos pelo que o código apresentado na figura 10 é o código definido para ESP32.
Figura 10 - Código interrupção 1 Hz
Apresentam-se, de seguida, oso resultados do projeto. Nos vídeos 1 e 2, respetivamente, é possível ver-se o controlo da ventoinha (a partir da aplicação para android) e o controlo da humidade (também a partir da mesma aplicação). Esta aplicação APK (criada a partir de um tutorial e que complementa o site WEB), permite a leitura dos valores atuais da estufa, consultar uma base de dados com todos os valores lidos anteriormente (de tamanho customizado), o controlo pelo utilizador (que pode definir qual a temperatura máxima, mínima e humidade ideal), o download da versão final do código e do relatório em pdf (a ser disponibilizado depois da avaliação final) e, por fim, consultar os contactos dos autores.
https://drive.google.com/drive/folders/1IzRFdqr6x9_JCLXbhuoRjAb7NKTgHjqc?fbclid=IwAR2Y9GQZrHWnusnqlOanHODnSlBizLmvJVwPRSI471_hMriU2IOxukOy0Ac
Os resultados obtidos foram os esperados no sentido de se ter conseguido, efetivamente, comunicar com um site WEB, ler valores e enviar valores para o microcontrolador, implementar mecanismos de atuação depois do processamento das variáveis e, por fim, obter um modelo prático e funcional de uma estufa.
Em termos de linguagem, foram trabalhadas várias linguagens (entre as quais, linguagem C, HTML, php, CSS, MySQl).
Analisando o progresso, este projeto teve muitas fases de avanços e retrocessos tendo sido reformulado muitas vezes na sua estrutura de base. Com efeito, passamos de um Atmega328 para um ESP32 (por questões técnicas de ligação Web) e, ao longo do projeto, acabamos por ter alguns constrangimentos que nos custaram tempo e muito esforço. De entre os constrangimentos encontrados, destacamos o facto de a placa ESP32 ter queimado momentos antes de fecharmos o trabalho. Este facto obrigou a toda uma nova reorganização com uma placa ligeiramente diferente da primeira (a primeira era ESP32-WROOVER e a última é ESP32-WROOM-32D). O facto de ter menos pinos obrigou a repensar o código e o esquema elétrico inicialmente criado.
No final, foi criada uma estufa funcional com ligação WEB. As fotografias do projeto apreenteam-se de seguida.
O projeto agora apresentado teve como principal objetivo criar um sistema totalmente autónomo e acessível (monetariamente) a qualquer pessoa. A construção desta estufa não obriga a conhecimentos de carpintaria avançados e pode, efetivamente, ser comercializado como um kit de iniciação/educacional. Não obstante, a tecnologia que envolve é transversal a qualquer estufa atual.
O facto de se criar uma plataforma wifi que permite, em tempo real, ,monitorizar e controlar temperatura e humidade de uma estufa, garante uma produtividade e uma longevidade na área da agricultura que se pretende, cada vez mais, precisa e fiável.
Este projeto teve muitas fases e o trabalho que aqui se apresenta não transparece todo o trabalho prévio que foi realizado e que teve de ser abandonado. Com efeito, o projeto já estava praticamente todo criado com um microcontrolador atmega328. Nesse projeto, tínhamos utilizado a Atmel Studio e o sensor de temperatura era apenas um NTC 10K com um condicionamento de sinal construído pelo grupo (que incluía uma ponte Wheatstone e um amplificador de instrumentação). No entanto, na fase de comunicação com o site, os constrangimentos encontrados foram inultrapassáveis. Assim, ao fim de dois meses de trabalho, foi abandonada a solução do atmega328 e assumida a solução com o ESP32. A migração do código não foi de todo pacífica o que resultou, necessariamente, num compromisso entre desenvolvimento de código e tempo disponível. A utilização do ESP32 implicou a reconfiguração de pinos e a adoção de linguagem ESP. A adoção de novas bibliotecas (essencialmente para a comunicação wifi) obrigou à utilização do IDE do Arduino (e código em linguagem C). Ao procurar-se a migração para o Visual Code Studio, a biblioteca para comunicação wifi não era detetada. Assim, optámos por manter o IDE do Arduino como IDE base e comprometer apenas a interrupção de 1 segundo (já apresentada e avaliada em trabalho anterior).
Assim, optámos por manter o IDE do Arduino como IDE base, ainda que todo o código esteja em linguagem C (com apoio das bibliotecas ESP).
Resumindo, este trabalho foi de extrema relevância para se conseguir integrar todos os conteúdos/conhecimentos adquiridos até à data ao longo destes anos letivos. Foi, ainda, uma lição de resiliência e de capacidade de adapatação a situações novas e inesperadas. Sendo um trabalho de grupo, obrigou, ainda, a um esforço conjunto e articulado para que se conseguisse levar o projeto a bom porto.
Sendo um trabalho de grupo, obrigou, ainda, a um esforço conjunto e articulado para que se conseguisse levar o projeto a bom porto.
Apesar de os objetivos terem sido totalmente cumpridos, este é, ainda assim, um projeto com uma potencialidade de expansão e otimização inquestionável. Assim, este trabalho deve ser entendido como globalizante, integrador de conhecimentos e, acima de tudo, com aplicação prática que pode passar por utilizadores domésticos ou, em última análise, empresas a grande escala.