Sistema de Irrigação Inteligente (SII)

INTRODUÇÃO

O Sistema de Irrigação Inteligente (SII) é uma solução avançada e eficiente que tem revolucionado a agricultura nos últimos anos, utilizando tecnologias como o microcontrolador ESP32, o protocolo MQTT, a plataforma Node-RED e a Internet das Coisas (IoT). Essas tecnologias combinadas permitem a criação de um sistema inteligente e automatizado para o controle de irrigação de forma precisa e otimizada.

O microcontrolador ESP32 desempenha um papel fundamental no SII. Com sua capacidade de processamento e conectividade Wi-Fi, o ESP32 é capaz de receber dados de sensores, como os de umidade do solo, e tomar decisões com base nessas informações. Além disso, sua conectividade Wi-Fi permite a comunicação com outros dispositivos e sistemas, tornando possível o controle remoto e a integração do sistema de irrigação.

O protocolo MQTT é utilizado para a comunicação entre os diferentes componentes do SII. Trata-se de um protocolo de mensagens leve e eficiente, ideal para aplicações de IoT. O ESP32 pode publicar dados de sensores e receber comandos através do MQTT, facilitando a troca de informações e o controle do sistema de irrigação.

A plataforma Node-RED desempenha um papel importante no desenvolvimento e na configuração do SII. Com sua interface visual intuitiva, o Node-RED permite a criação de fluxos de automação de forma simplificada. É possível configurar nós MQTT para receber e enviar mensagens, processar dados dos sensores e tomar decisões com base nas informações coletadas. Essa plataforma facilita a personalização e a configuração dos fluxos de automação do sistema de irrigação.

A integração do ESP32, MQTT, Node-RED e IoT no SII oferece uma série de benefícios. Os sensores conectados ao ESP32 podem coletar dados de umidade do solo em tempo real e enviá-los para o Node-RED através do MQTT. No Node-RED, é possível processar esses dados, acionar válvulas de irrigação e ajustar automaticamente a quantidade de água fornecida às plantas com base em algoritmos inteligentes.

Com o uso dessas tecnologias, o SII proporciona uma irrigação mais precisa e eficiente, adaptando-se às necessidades específicas das plantas e às condições climáticas em tempo real. Além disso, o controle remoto e a integração com outros sistemas permitem que o agricultor monitore e gerencie o sistema de irrigação de forma conveniente e flexível.

Em conclusão, o Sistema de Irrigação Inteligente (SII) utiliza tecnologias como o ESP32, o protocolo MQTT, a plataforma Node-RED e a IoT para criar um sistema de irrigação automatizado e controlado de forma precisa. Essa abordagem oferece uma irrigação mais eficiente, adaptável e sustentável, permitindo o monitoramento e o controle remoto do sistema, além de otimizar a produtividade agrícola.

MATERIAIS E MÉTODOS

Os materiais utilizados para a execução do projeto foram:

• ESP32;
• Termopar tipo J: o termopar tipo J é um sensor de temperatura amplamente utilizado em hortas automatizadas devido à sua alta precisão, resistência a ambientes hostis, resposta rápida e facilidade de integração em sistemas de automação. Sua aplicação permite o controle preciso da temperatura ambiente e do solo, garantindo condições ideais de crescimento das plantas e possibilitando o monitoramento remoto das condições de temperatura;
• Transdutor de umidade FC-28: o módulo sensor de umidade de solo FC-28 é um dispositivo compacto que utiliza a tecnologia de sensor de resistência para medir a umidade do solo. Ele consiste em duas sondas metálicas que são inseridas no solo, e um circuito interno converte a resistência medida em um sinal proporcional à umidade. O FC-28 pode ser facilmente integrado a microcontroladores como Arduino e Raspberry Pi, permitindo automatizar a irrigação em projetos de jardinagem inteligente. A calibração adequada é essencial para obter leituras precisas. É uma ferramenta valiosa para controlar a rega e manter um jardim saudável;

• Node-RED;
• Ubuntu Server 20.04 LTS;
• RDS;
• Mosquitto;
• Broker MQTT;
• Sistema de gerenciamento de banco de dados (MySQL).

A primeira etapa consiste em realizar uma revisão completa dos requisitos do projeto. Isso envolve determinar quais parâmetros do processo serão monitorados e controlados, bem como definir as funcionalidades necessárias. A revisão dos requisitos é fundamental para estabelecer uma base sólida para o desenvolvimento do projeto.

Uma vez que os requisitos do projeto são definidos, é necessário selecionar os componentes adequados para o sistema de monitoramento. Neste caso, o microcontrolador ESP32-WROOM-DA foi escolhido e a Arduino IDE foi utilizada como ferramenta de programação. A configuração do ambiente de desenvolvimento, incluindo a instalação da IDE e outras ferramentas relevantes, é essencial para garantir a correta programação do microcontrolador.

O próximo passo envolve a programação do microcontrolador para coletar dados dos sensores e controlar os atuadores, se necessário. Utilizando a Arduino IDE, é possível escrever o código necessário para ler os dados dos sensores, estabelecer a comunicação com os módulos de sensores e atuadores, e enviar os dados para o servidor. Isso permite a aquisição eficiente dos dados do tanque industrial.

Para garantir a transmissão dos dados coletados, é necessário configurar a conexão com a internet no microcontrolador. Neste caso, a conexão Wi-Fi foi utilizada para estabelecer a comunicação com um servidor externo. Essa configuração permite o envio dos dados coletados para armazenamento e análise posterior.

No lado do servidor, é necessário configurar um ambiente apropriado para receber e processar os dados provenientes do microcontrolador. Neste projeto, utilizou-se o sistema operacional Ubuntu Server 20.04 LTS, o sistema de gerenciamento de banco de dados RDS e o broker MQTT Mosquitto. Essas configurações são essenciais para garantir a estabilidade e o gerenciamento eficiente dos dados coletados.

Com o servidor configurado, o Node-RED foi utilizado para desenvolver a interface de usuário. Essa plataforma visual permitiu a criação de dashboards interativos para visualizar os dados do tanque industrial. Gráficos, tabelas e outras representações visuais dos dados coletados foram criados, proporcionando uma melhor compreensão do processo de monitoramento.

Por fim, foi necessário estabelecer a integração entre o Node-RED e o banco de dados MySQL. Essa integração permite o armazenamento persistente dos dados coletados do tanque industrial, garantindo sua disponibilidade e possibilitando análises futuras. Os dados são continuamente armazenados para fins de referência e podem ser facilmente acessados para análises posteriores.

RESULTADOS

O código desenvolvido permitiu a leitura e monitoramento dos sensores de temperatura, pressão e nível do tanque, e a integração com um servidor MQTT para enviar os dados coletados.

O sistema utiliza um microcontrolador ESP32, sensores de umidade do solo e temperatura ambiente para monitorar as condições ambientais.

O sensor de umidade do solo mede a umidade presente no solo e envia os dados para o microcontrolador por meio do protocolo MQTT. Os dados são exibidos em um medidor de umidade e em um gráfico de linha, permitindo acompanhar a variação da umidade ao longo do tempo.

Além disso, o sistema utiliza um LED para indicar se a umidade está baixa. Um nó de função é usado para comparar o valor de umidade e, caso seja inferior a 70%, o LED é acionado, indicando que a umidade está baixa.

O sensor de temperatura ambiente também envia dados para o microcontrolador através do MQTT. Os dados são exibidos em um medidor de temperatura e em um gráfico de linha, permitindo acompanhar a variação da temperatura ao longo do tempo.

Assim como o sensor de umidade, o sistema utiliza um LED para indicar se a temperatura está acima de um determinado limite. Outro nó de função é utilizado para comparar o valor da temperatura e, caso seja superior a 30°C, o LED é acionado, indicando que a temperatura está excessiva.

Todos os componentes são exibidos em um painel de controle, que permite visualizar de forma intuitiva as informações sobre a umidade do solo e a temperatura ambiente. O painel também exibe um texto indicando se a umidade está baixa e se a temperatura está excessiva.

Esse sistema de irrigação inteligente permite monitorar as condições do solo e do ambiente, fornecendo informações em tempo real sobre a umidade e a temperatura. Com base nessas informações, os agricultores ou jardineiros podem tomar decisões mais informadas sobre a irrigação de suas plantas, garantindo um uso eficiente da água e evitando problemas causados por condições inadequadas de umidade e temperatura.

A funcionalidade do fluxo em questão é coletar, armazenar e visualizar dados de temperatura e umidade provenientes de um dispositivo ESP32. O fluxo utiliza a plataforma Node-RED, juntamente com MQTT e um banco de dados MySQL, para realizar essas tarefas.

Primeiramente, os dados de temperatura e umidade são recebidos por meio de dois nós MQTT In. Esses nós capturam as informações enviadas pelo dispositivo ESP32, que publica esses dados nos tópicos "esp32/temperatura" e "esp32/umidade".

Em seguida, os nós Function extraem os valores de temperatura e umidade das mensagens recebidas e atribuem esses valores às propriedades correspondentes.

Posteriormente, as mensagens são unidas em uma única mensagem pelo nó Join, que combina as propriedades "temperatura" e "umidade" em uma única estrutura.

Após um atraso de 5 segundos, o fluxo continua com a inserção dos dados no banco de dados MySQL. O nó Function constrói uma instrução SQL para inserir os valores de temperatura, umidade e um timestamp na tabela "dados".

Uma vez que os dados são armazenados no banco de dados, o fluxo inclui uma funcionalidade para visualizar os últimos 10 registros em um gráfico de linha e em uma tabela. O nó MySQL executa uma consulta SELECT para obter esses dados, que são formatados adequadamente pelo nó Change e enviados para o nó UI Chart. Esse nó é responsável por exibir o gráfico de temperatura e umidade em um painel de controle.

Além disso, o fluxo também inclui a possibilidade de excluir os dados da tabela, bem como recuperar e exibir os últimos 10 registros em uma tabela por meio do uso de nós adicionais.

Em resumo, a funcionalidade do fluxo é coletar e armazenar os dados de temperatura e umidade enviados pelo ESP32, bem como exibi-los em tempo real em um gráfico e tabela por meio do Node-RED, MQTT e MySQL. Essa solução é útil para monitorar e analisar as condições ambientais com base nos dados coletados pelo dispositivo ESP32.

CONCLUSÃO

O Sistema de Irrigação Inteligente (SII) é um projeto que utiliza tecnologias avançadas para automatizar e controlar o processo de irrigação na agricultura.

O projeto é baseado no uso do microcontrolador ESP32, que é responsável por coletar dados de sensores, como os de umidade do solo, e tomar decisões com base nessas informações. Ele também permite a comunicação com outros dispositivos e sistemas, possibilitando o controle remoto e a integração do sistema de irrigação.

O protocolo MQTT é utilizado para a troca de informações entre os componentes do SII. Ele é um protocolo de mensagens leve e eficiente, ideal para aplicações de Internet das Coisas (IoT). O ESP32 publica os dados dos sensores e recebe comandos por meio do MQTT, facilitando a comunicação e o controle do sistema de irrigação.

A plataforma Node-RED é utilizada para o desenvolvimento e configuração do SII. Com sua interface visual intuitiva, o Node-RED permite a criação simplificada de fluxos de automação. É possível configurar os nós MQTT para receber e enviar mensagens, processar os dados dos sensores e tomar decisões com base nas informações coletadas. Essa plataforma facilita a personalização e configuração dos fluxos de automação do sistema de irrigação.

A integração dessas tecnologias no SII traz benefícios significativos. Os sensores conectados ao ESP32 coletam dados de umidade do solo em tempo real e os enviam para o Node-RED por meio do MQTT. No Node-RED, os dados são processados e são acionadas válvulas de irrigação de forma automática. Além disso, algoritmos inteligentes permitem ajustar automaticamente a quantidade de água fornecida às plantas, levando em consideração suas necessidades e as condições climáticas.

Com o uso do SII, é possível obter uma irrigação mais precisa e eficiente, adaptada às necessidades das plantas e às condições ambientais em tempo real. O controle remoto e a integração com outros sistemas permitem que o agricultor monitore e gerencie o sistema de irrigação de maneira conveniente e flexível.

Em resumo, o Sistema de Irrigação Inteligente utiliza tecnologias como o microcontrolador ESP32, o protocolo MQTT, a plataforma Node-RED e a IoT para automatizar e controlar o processo de irrigação na agricultura. Isso resulta em uma irrigação mais eficiente, adaptável e sustentável, permitindo o monitoramento em tempo real, o controle remoto e a otimização da produtividade agrícola.

[ID:153] Autor: - Criado em: 2023-06-14 20:52:21 - [ Compartilhar ]