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Faculdade de Tecnologia de Garça “Deputado Júlio Julinho Marcondes de Moura”
CURSO DE TECNOLOGIA EM MECATRÔNICA INDUSTRIAL
JOAQUIM FERNANDO LEITE
JOSÉ LUIS BALARIM DE OLIVEIRA
O PROCESSO DE AUTOMAÇÃO EM ESTUFAS: INCLUSÃO E SOBREVIVÊNCIA
DOS PEQUENOS PRODUTORES RURAIS
GARÇA 2014
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Faculdade de Tecnologia de Garça “Deputado Júlio Julinho Marcondes de Moura”
CURSO DE TECNOLOGIA EM MECATRÔNICA INDUSTRIAL
JOAQUIM FERNANDO LEITE
JOSÉ LUIS BALARIM DE OLIVEIRA
O PROCESSO DE AUTOMAÇÃO EM ESTUFAS: INCLUSÃO E SOBREVIVÊNCIA
DOS PEQUENOS PRODUTORES RURAIS
Artigo Científico apresentado à Faculdade de Tecnologia de Garça – FATEC, como requisito para a conclusão do curso de Tecnologia em Mecatrônica Industrial, examinado pela seguinte comissão de professores.
Data da aprovação: ___/___/___
___________________________
Prof. Grad. Laerte Edson Nunes FATEC GARÇA
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Prof. Dr. Edson Detregiachi Filho FATEC GARÇA
___________________________
Prof.Ms. José Augusto Ferraz de Campos FATEC GARÇA
GARÇA 2014
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O PROCESSO DE AUTOMAÇÃO EM ESTUFAS: INCLUSÃO E SOBREVIÊNCIA
DOS PEQUENOS PRODUTORES RURAIS
Joaquim Fernando Leite1 [email protected]
José LuisBalarim de Oliveira
Profº Laerte Edson Nunes2 [email protected]
Abstract – The use of automation technology has been applied in several fields such as industrial, residential and agriculture even in greenhouses. The main issue raised in the application of this technology in greenhouses is its cost, due to the high prices of the equipment used plus the installation costs. These factors make the technology to be used in this kind of project can be used only by producers with high purchasing power. The objective of this work is to reduce costs for small producers might have access to this technology. Using this feature in greenhouses is possible to obtain better quality products and have higher productivity. The methodology that was used to this project was the experimental development of a prototype used in greenhouses to control the environment variables and observe the results as well as verify the project availability. Keywords: Greenhouse. Microcontroller.Automation.
Resumo – A utilização da tecnologia de automação vem sendo aplicada em várias áreas como industrial, residencial e agricultura até mesmo nas estufas agrícolas. O principal problema apresentado na aplicação dessa tecnologia em estufas é o seu custo, pois os equipamentos utilizados tem um preço elevado além das taxas de instalação, fazendo com que a tecnologia seja usada apenas por produtores com alto poder aquisitivo. O objetivo deste trabalho é diminuir os custos para que pequenos produtos tenham acesso a essa tecnologia. Com o uso desse recurso nas estufas é possível obter produtos de melhor qualidade e ter maior produtividade. A metodologia utilizada é o desenvolvimento experimental de um protótipo aplicado em estufas para controlar as variáveis do ambiente e observar os resultados assim verificar a viabilidade do projeto. Palavras-chave: Estufa. Microcontrolador. Automação.
1 INTRODUÇÃO
O cenário mundial encontra-se permeado pelos diferentes setores produtivos
e revela que a agricultura vem alcançando atualmente um desenvolvimento
1 Alunos do Curso de Tecnologia em Mecatrônica Industrial – FATEC - Garça 2Docente da Faculdade de Tecnologia de Garça - FATEC
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significativo neste cenário, em quantidade e qualidade, com o uso de técnicas e
tecnologias nos processos que envolvem toda a produção.
As mudanças no campo são notáveis, porém, não são alcançadas por todos
os agricultores, pois os queainda utilizam o trabalho manual e técnicas simples, a
demanda mão de obra torna-se maior, implicando em gastos. Com o advento da
indústria no campo, por meio de máquinas e seus operadores, a mecanização da
lavoura tem custos elevados, o que torna a aquisição dessas novas tecnologias
apenas para um pequeno segmento, detentor de maior poder aquisitivo, o que
interfere na competitividade dos pequenos e sua sobrevivência no mercado.
As constatações revelam que o tema escolhido para a realização do projeto
de pesquisa, o qual resultará na elaboração do trabalho de Conclusão de Curso
(TCC) é atual e encontra-se no contexto do curso de Tecnologia em Mecatrônica
Industrial, o qual tem proporcionado aos alunos a aprendizagem necessária para
criarem projetos, com uso de tecnologias mais acessíveis, com investimentos em
estufas, possibilitando aos pequenos proprietários rurais, uma renda mais justa e
maior qualidade de vida.
Ao estabelecer essas constatações se faz necessário o seguinte
questionamento: como os pequenos e micro proprietários rurais podem aumentar
sua produção e sobreviver num mercado tão competitivo?
Ao examinar a produção de leguminosas no Município de Garça e Região,
percebeu-se a prática de estufas não mecanizadas, as aplicadas na automação de
estufas, ainda possui um custo elevado.
Por meio de pesquisas em empresas de automação, constatou-se o
problema, e após estudos sobre, percebeu-se a possibilidade da implantação e
implementação da automação em estufas, serviço esse acessível apenas aos
médios e grandes produtores rurais, pois demanda custos.
O cultivo de leguminosas pode ser caracterizado como um conjunto de
cuidados especiais destinados a contribuir com o desenvolvimento das mesmas.
Fatores como o solo, abundância de água, temperatura, ventos e umidade do ar
interferem diretamente no processo de crescimento das plantas podendo dificultar,
ou até mesmo, impedir sua criação, dependendo do clima da região onde as
mesmas são cultivadas. No caso de culturas especializadas, os cuidados
despendidos e o controle de tais parâmetros devem ser ainda mais rigorosos.
(BARRETO e SANTOS, 2012).
5
O cultivo em estufas utilizado por pequenos produtores, que muitas vezes
utilizam isso como sua principal fonte de renda e precisam produzir para garantir o
seu sustento, como estufas dependem muito do clima certas épocas é difícil produzir
devido às mudanças constantes do tempo, comprometendo assim a produção.
Acultura agrícolaem estufas requer cuidados, pois o ambiente é vulnerável à
elevação da temperatura ambiente, aos ataques de pragas e à concentração de
agrotóxicos, e por isso torna-se imprescindível aprimorar o controle das condições
do ambiente, com apoio da automação, para obtenção de melhor aproveitamento de
tempo e do uso de insumos.
Com a utilização da automação em estufasé possívelcontrolar a temperatura,
a umidade do solo, obtendo resultados positivos na produção de orgânicos, com
maior qualidade, o que confere aos produtos serem mais procurados no mercado.
Pesquisas realizadas pela Agência Nacional de Vigilância Sanitária (ANVISA,
2001) apontam que alimentos com um nível alto de toxidade podem ocasionar
problemas neurológicos, reprodutivos, desregulação hormonal e câncer, portanto,
esses são vendidos por preços mais acessíveis e muitas vezes são exportados para
outros países.
Entre as amostragens analisadas, os alimentos que foram contaminados com
uma frequência maior, encontram-se distribuídos na tabela 01.
Tabela 1 – Porcentagem de toxidade em leguminosas
Produto Porcentagem de toxidade
Pimentão 80,0%
Uva 56,40%
Pepino 54,90%
Morango 50,80%
Couve 44,20%
Abacaxi 44,10%
Mamão 38,80%
Alface 38,40%
Tomate 32,60%
Beterraba 32,00%
Fonte: Adaptado de Ciclo Vivo (2011).
6
Como se pode observar, a frequência de contaminação por toxidade é alta e
os seres humanos são os maiores prejudicados, pois o impacto na saúde
compromete o organismo.
Para Barreto e Santos (2012, p.16)
As estufas automatizadas presentes hoje no mercado são apenas usadas para a produção em larga escala. Não são amigáveis ao usuário, sendo que sua interface em geral aplica CLPs (Controlador lógico programável). Além disso, o preço de uma estufa é supervalorizado devido à falta de competição no mercado e à homogeneidade dos modelos produzidos, mantendo um preço padrão entre as estufas.
Com a afirmação, percebe-se que o custo é um dos principais problemas para
que a tecnologia em questão chegue aos pequenos produtores, pois se o preço
fosse mais acessível, eles poderiam evitar diversos fatores que interferem na
produção, como geadas, ventos, chuvas, doenças e pragas. Outro fator favorável
com a estufa automatizada é a possível diminuição do consumo de água por meio
das variáveis da temperatura e da umidade do solo e do ar, propiciando ao ambiente
ter água na medida certa para a planta se desenvolver.
Além do menor consumo de água, diminui também o consumo de pesticidas,
pois com o ambiente fechado e controlado esse tipo de produto é menos utilizado,
assim como os fertilizantes também são reduzidos, exceto para melhorar a
qualidade do produto, concluindo-se, portanto, que a automação em estufas traz
muitos benefícios para o produto final e também ao produtor que reduz seu esforço
físico, aproveitando o tempo para realizar outras atividades e obter maior lucro com
a economia na compra de insumos, uma maior quantidade e qualidade na produção,
melhor preço na venda desses produtos e contribuir para a saúde humana.
O projeto tem como objetivos oportunizarmelhorias no ambiente de trabalho
rural, por meio da automação, com a redução do esforço físico e do tempo
empregado na produção, oportunizando ao pequeno produtor uma sobrevivência
mais digna.
Automatizar estufas, eficazes e com baixo custo, para que os pequenos
produtores rurais tenham acesso às tecnologias, como apoio à produção e com isso,
maior geração de renda.
Propiciar o equilíbrio da temperatura ambiente por meio de sensores, com um
controle preciso para melhoria na produtividade e o bem estar do trabalhador.
7
Com a realização da pesquisa que resultou no artigo científico pode-se
perceber a relevância do tema escolhido e suas contribuições.
2REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
O artigo está fundamentado teoricamente nas fontes escritas e on-line,
selecionadas pela qualidade dos pesquisadores, para aprofundamento e ampliação
do conhecimento sobre o tema escolhido e a contribuição aos pequenos produtores
rurais com o acesso auma tecnologia barata e adequada para o cultivo de produtos
agrícolas em estufas automatizadas.
2.1 Microcontroladores
Os microcontroladores são dispositivos pequenos que possuem uma unidade
de processamento onde tudo que foi programado vai ser comparado com sinais de
entrada e gerar uma saída, memória onde o programa está armazenado, entradas e
saídas para acionar atuadores e captar sinal de sensores, por ter seu tamanho
reduzido pode ser aplicado em diversos circuitos para realizar ações e mudar o
estado de um processo (MIYADAIRA, 2011).
As pesquisas iniciais para o desenvolvimento dos microcontroladores que
hoje são utilizados em muitos equipamentos, começou no ano de 1969,por uma
equipe de engenheiros japoneses que trabalhavam na empresa BUSICOM. Os
engenheiros chegaram aos Estados Unidos apresentando uma proposta para
utilização de alguns circuitos integrados em suas calculadoras eletrônicas.
A empresa INTEL aceitou o desafio que até então ninguém tinha apresentado
uma ideia parecida.MarcianHoffuns um dos engenheiros da INTEL foi o responsável
por liderar o projeto. Entre os projetistas,Marcianera o único com experiência com
computadores e teve a ideia de sugerir aos demais projetistas uma modificação que
foi fundamental para o desenvolvimento do projeto original dos construtores
japoneses.
A ideia proposta supunha que as funções do circuito integrado seriam
executadas por um programa que seria gravado e armazenado em sua memória.
Essa ideia apresentava uma configuração mais simples, mas que iria necessitar um
pouco mais de memória para armazenamento comparado ao projeto original
proposto pelos engenheiros japoneses.
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Em 1971 a INTEL obteve os direitos de comercialização do chip reformulado
após comprar a licença da BUSICOM no mesmo ano a INTEL apresentou ao
mercado o primeiro microcontrolador chamado 4004. Ele possuía um
microprocessador de 4-bits com a velocidade de 6.000 operações por segundo isso
era fantástico e inovador para o ano que foi lançado.
Osmicrocontroladoresbasicamente são um dispositivo que possui um processador,
memória e periféricos de entrada e saída (SACCO, 2014).
É um dispositivo que pode ser programado para diversas funções específicas,
eles são aplicados no interior de algum outro dispositivo normalmente utilizado em
produtoscomercializadospara que possam controlar as funções ou ações do produto,
um exemplo simples é o micro-ondas que tem suas funções de tempo, alguns
modelos possuem relógio de indicação e display e todos esses atributos são
controlados por microcontroladores programados por seus fabricantes fornecendo
assim várias funções aos consumidores desse produto.
Os microcontroladores são diferentes dos processadores, além dos
componentes lógicos e aritméticos usuais de um microprocessador, o
microcontrolador possui elementos adicionais em sua estrutura interna, como
memória de leitura e escrita para armazenamento de dados, memória somente de
leitura para armazenamento de programas, EEPROM para armazenamento
permanente de dados, conversores analógico para digitais, conversores digitais para
analógicos e interfaces de entrada e saída de dados.
Os microcontroladores possuem frequências de oscilação de poucos MHz ou
menos, operam com uma frequência muito baixa se comparados com os
microprocessadores atuais, no entanto são adequados para a maioria das
aplicações usuais como, por exemplo, controlar uma máquina de lavar roupas ou
uma esteira de chão de fábrica.
O seu consumo em geral é relativamente pequeno, e possuem geralmente
habilidade para entrar em modo de espera acionando somente quandohouver uma
interrupção ou evento externo, como por exemplo, o comando de uma tecla, de um
sensor ou um sinal que chega via uma interface de dados. O consumo destes
microcontroladores em modo de espera pode chegar à casa dos nanowatts,
tornando-os ideais para aplicações onde a exigência de baixo consumo de energia é
um fator decisivo para o sucesso do projeto.
9
Ao contrário dos microprocessadores, onde se superdimensiona ao máximo
tendo o limite baseado no preço que o usuário deseja investir, a escolha do
microcontrolador é feita pelo criador do equipamento levando em consideração sua
aplicação, às vezes não é necessário utilizar um microcontrolador caro que tem
várias funções e mais memória, dependendo do projeto pode-se utilizar
microntroladores mais baratos que vão trabalhar da mesma forma que os grandes
microcontroladores. Por isso existem duas linhas de pesquisa que seguem
diferentes pontos de vista, uma criando microcontroladores mais capazes para
atender produtos de mais tecnologia como os novos celulares, automóveis,
computadores de uso pessoal e outrapara criar microcontroladores mais simples e
baratos, para aplicações elementares.
Na programação de microcontroladores o projetista precisa desenvolver o
sistema onde quer trabalhar, o tipo de linguagem que quer usar para programar e
ainda desenvolver o circuito para fazer o desejado, ou seja, para utilizar um
microcontrolador é necessário criar toda uma estrutura para que seja utilizado.
2.2 Estufas
A ideia de utilizar ambientes fechados para o controle de fatores climáticos no
cultivo de plantas, data da Antiguidade. A construção de estufas de estruturas mais
aprimoradas se deu a partir do século XVI, na Itália e, mais tarde, a engenhosidade
se espalhou para a Inglaterra e Holanda. No Brasil, o uso de estufas começou a ser
difundida somente a partir de 1970, devido a iniciativas de empresas privadas e de
órgãos ligados a pesquisa do ramo agrícola (PINHEIRO, 2007).
As estufas podem ser construídas com materiais diferentes,isso dependedas
necessidades do produtor, o tipo de estufa normalmente é definido pelo tipo de
planta a ser cultivada tendo suas formas e tamanhos variáveis. A estrutura base de
sustentação dos pilares e do teto da estufa é normalmente metálica podendo, em
alguns casos, ser de madeira ou concreto. Para a cobertura do teto e de suas
paredes laterais são utilizados materiais plásticos transparentes como o polietileno e
poliestireno associados a malhas de sombreamento a fim de diminuir a incidência de
luz nas plantas
A automação é um processo em que se utilizam sensores para controlar algo,
com o intuito de melhorar e agilizar o processo com os resultados obtidos.
10
Para Chermontet al. (2005, p. 01)
Quando se fala em estufas e cultivo com ambiente controlado, pensa-se em aprimorar o controle das condições desse ambiente, maximizando a qualidade da cultura para obter o melhor aproveitamento em termos de tempo e insumos. Os equipamentos devem ser preferencialmente controlados eajustados de forma automatizada, sem intervenção humana, garantindo as condições ideais a cada cultura.
De acordo com a afirmação, com o controle de estufas consegue-se obter
uma melhor qualidade em relação ao cultivo fora desse ambiente, com isso
podemos confirmar que a ideia principal do artigo está sendo atendida.
Para Silva et al. (2012, p.55)
O cultivo de hortaliças em ambiente protegido no Brasil não é tão recente, pois existem trabalhos que registram seu início no final dos anos 60. Entretanto, somente no fim dos anos 80 e, principalmente, no início da década de 90 é que esta técnica de produção passou a ser amplamente difundida. As principais vantagens do cultivo em estufas: I. Colheitas fora de época, quando as condições climáticas não favorecem;
II. Produtos melhores, com melhor aspecto, permitindo obter melhores preços; III. Colheitas precoces que, aliadas a uma boa qualidade, proporcionam preços mais elevados, possibilitando de 2 a 4, ou até mais colheitas por ano, na mesma área; IV. Maior controle sobre as pragas e doenças, pois as plantas em estufas são mais fortes e resistentes às doenças e pragas;
V. Economia de insumos;
VI. Economia de água, pois as plantas transpiram menos e a água não se evapora pela ação do vento e do sol direto, exigindo menos regas;
VII. Conserva a estrutura do solo, pois não há compactação da terra pelas águas da chuva, seguida de calor solar. Evita, também, os problemas de erosão, além de a terra permanecer em boas condições;
VIII. Permite o plantio de mudas de variedades selecionadas, que necessitam de condições ambientais especiais, como as que as estufas podem proporcionar.
Após as constatações, confirma-se que a ideia será de grande ajuda aos
pequenos produtores, como Silva et. al. mostraram as estufas possuem muitas
vantagens, e Chermont et. al. apresenta que com o auxilio da tecnologia pode-se
melhorar ainda mais esses processo, e assim cumprir o objetivo principal que é fazer
11
com que os pequenos produtores tenham uma maior competitividade, adquirindo
essa tecnologia com um menor custo e maior benefício.
3 PROCEDIMENTOS METODOLOGICOS
A fundamentação teórica para a elaboração da pesquisa está apoiada na
revisão da literatura, por meio de leitura das referências disponíveis de forma
eletrônica e escrita, de pesquisadores que já abordaram assuntos relacionados ao
tema escolhido.
Para verificar se as questões teóricas contempladas no trabalho funcionam na
prática, será utilizada a metodologia de protótipo, por meio de um experimento em
estufas, com tecnologia de automação, que seja acessível também aos pequenos
proprietários rurais.
3.1 Desenvolvimento do Protótipo
O trabalho para o desenvolvimento do protótipo se iniciou com a escolha do
lugar amplo onde se aplicaria a estufa.
Após a escolha do local, definimos o tipo de estufa que seria construída no
local, o modelo escolhido foi a de arco, pois ela é um tipo de estufa que não possui
um alto valor para se construir e consegue suprir todas as necessidades do
protótipo, conforme figura 01.
Figura 01 - Representação de uma estufa em Arco
Fonte: Os autores (2014).
12
3.2 Sensores
Um sensor é um dispositivo que responde a um estímulo físico/químico de
maneira específica e mensurável analogicamente.
Alguns sensores respondem com sinal elétrico a um estímulo positivo, isto é,
convertem a energia recebida em um sinal elétrico. Nesse caso, podem ser
chamados de transdutores. O transdutor converte um tipo de energia em outro. É
geralmente composto por um elemento sensor, normalmente piezoeléctrico, e uma
parte que converte a energia proveniente dele em sinal elétrico. O conjunto formado
por um transdutor tensômetro, um condicionador de sinal (amplificador) e um
indicador é chamado de sistema de medição em malha fechada.
Para controlar o clima, precisou-se do sensor adequado ao controle do
ambiente, temperatura, umidade do solo e do ar no interior da estufa.
3.2.1 Sensor de umidade do solo
Esse sensor de umidade de solo pode ser usado em terra, areia ou
diretamente na água é uma placa pronta para uso. Não precisa de nenhum
componente externo. Quando as duas ponteiras metálicas estão em contato com o
solo seco, a resistência entre as ponteiras é muito grande, resultando o sinalpróximo
de cinco volts. Conforme o solo vai ficando úmido, a resistência entre as ponteiras
diminui, fazendo com que o sinal se aproxime de zero volt. (WEBTRONICO, 2014).
Na figura 02, exposição do sensor de umidade
Figura 2 - Sensor de umidade do solo
Fonte:Os autores (2014).
13
3.2.1.1 Controle de umidade
A umidade do ar interior de uma estufa é muito importante para a vida das
plantas. Intervém no crescimento, na transpiração, a fecundação das flores e no
desenvolvimento de doenças, quando for excessiva. Na Tabela 2, encontram-se os
valores adequados para cada tipo de cultivo.
Tabela 2 - Relação entre espécies vegetais e faixas de umidade relativas do ar
indicadas para seu crescimento
Produto Umidade
Tomate e Pimentão 50-60%
Berinjela 50-60%
Melão e Acelga 60-70%
Feijões 60-75%
Alface 60-80%
Melancia 65-75%
Ervilhas 65-80%
Abobrinha e Aipo 65-75%
Morangos 70-80%
Pepino 70-90%
Fonte:Adaptado Soler& Palau (2006).
3.2.2 Sensor de temperatura
O sensor LM35 é um sensor preciso, que possui uma saída de tensão linear
relativa à temperatura em que ele se encontrar no momento em que for alimentado
por uma tensão de cinco volts e GND, tendo em sua saída um sinal dedez milivolts
para cada Grau Celsius de temperatura, sendo assim, apresenta uma boa vantagem
com relação aos demais sensores de temperatura calibrados em escala kelvin, não
necessitando nenhuma subtração de variáveis para que se obtenha uma escala de
temperatura em Graus Celsius.
Este sensor poderá ser alimentado com alimentação simples ou simétrica,
dependendo do que se desejar como sinal de saída, mas independentemente disso,
a saída continuará sendo de dez milivolts por cada grau célsiusseu auto
aquecimento é de aproximadamente 0.1ºC ao ar livre.
O sensor LM35 é apresentado com vários tipos de encapsulamentos, sendo o
14
mais comum o TO-92, que mais se parece com um transistor, e oferece ótima
relação custo benefício, por ser o mais barato dos modelos e propiciar a mesma
precisão dos demais. A grande diversidade de encapsulamentos se dá devido à alta
gama de aplicações deste integrado. (WEBTRONICO, 2014).
Na figura 03, apresenta-se o sensor de temperatura LM35.
Figura 3 – Sensor de temperatura
Fonte:Os autores (2014).
Por meio dos sensores apresentados, que serão utilizados para o controle do
clima no ambiente, devemos saber qual é a temperatura e a umidade para cada tipo
produto que está sendo cultivado na estufa, para que assim os produtores possam
obter o melhor rendimento.
3.2.2.1 Controle de temperatura
A temperatura atua sobre as funções vitais dos vegetais resultando, em geral,
crítica abaixo do zero grau ou acima de setenta graus Celsius. Fora destes limites
morrem ou se entorpecem. As temperaturas adequadas para uma planta apresentar
resultados esperados e produzir legumes de boa qualidade encontram-se indicadas
na Tabela 3.
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Tabela 3: Relação entre espécies vegetais e faixas de temperatura consideradas
ótimas para seu desenvolvimento.
Produto Temperatura Adequada
Alface 14-18ºC
Espinafres 15-18ºC
Ervilhas 16-20ºC
Acelgas 18-22ºC
Aipo 18-25ºC
Feijões 18-30ºC
Tomates 20-24ºC
Pimentão 20-25ºC
Pepino 20-25ºC
Berinjela 22-27ºC
Melancia 23-28ºC
Melão 25-30ºC
Abobrinha 25-35ºC
Fonte:Adaptado de Soler& Palau (2006).
3.3 Microcontrolador PIC16F877A
O microcontrolador PIC16F877A é fabricado pela empresa Microchip
Technology.A escolha deste microcontrolador foi feita a partir dos recursos que ele
disponibiliza ao programador, tendo 33 de portas de entrada e saída com isso pode-
se colocar vários periféricos como sensores e atuadores para executar funções e
atuador conforme a programação que foi gravada em sua memória. Na figura 04 é
apresentado o microcontrolador utilizado no protótipo
Figura 04 – Microcontrolador PIC16F877A
Fonte: Microchip (2003).
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3.3.1 Características
Esse microcontrolador apresenta as seguintes características:
Possui uma frequência de operação de 20 MHz, que resulta uma velocidade de processamento de cinco milhões de introduções por segundo MIPS.
Funciona com alimentação de 2V a 5,5V.
Possui 40 pinos, sendo 33 de entrada e saída.
Conversor analógico-digital de 10 bits, sendo oito canais de entrada.
Dois módulos de comparação capturam e PWM.
Três Timers sendo 1 de 16 bits e 2 de 8 bits.
3.3.2Aplicações
Muito usado na área de automação e também na área industrial devido ao
grande número de pinos podendo assim ter várias entrada e saídas, pode-se
também ter entradas com sensores analógicos, pois esse microcontrolador possui
oito entradas analógicas. Também tem a função de controle e comunicação visual,
como painéis eletrônicos, painel de mensagem, controle de telas de LCD e LED,
painel para digitar senhas, relógios digitais, exibição de temperatura.
3.4 Programação
O microcontrolador PIC16F877A utilizado no protótipo, foi programado
em linguagem LADDER, através do software gratuito LDmicro 2.2 na versão em
português criado por Jonathan Westhues, o software possibilitou a criação da lógica
e a compilação assim fornecendo a arquivo hexadecimal para ser gravado no
microcontrolador.
Para gravar a programação em hexadecimal no microcontrolador foi
necessário a utilização do PIC K150, um hardware para gravação de
microcontroladores PIC da Microchip conectado ao computador pela porta USB, o
software utilizado para fazer download para a memória do PIC16F877A foi o
MicroBrn.
3.5 Circuito
O circuito criado para o controle da estufa foi criado para receber
estradas digitais e analógicas e oferecer saída com relés.
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Possui três entradas analógicas optoacopladas para evitar que a
entrada forneça mais que cinco volts e resulte na queima do microcontrolador, nas
entradas analógicas será colocado o botão manual, automático e de emergência.
E também possui seis entradas analógica onde serãocolocados dois
sensores de temperatura LM35 e três sensores de umidade do solo.
Todas as entradas poderão ser conectadas as respectivas portas do
microcontrolador assim como foi configurada durante a programação, podendo ser
alterada com uma nova programação.
As saídas são compostas por seis relés que tem a função de serem
atracados quando forem acionados pela saída do microcontrolador que tem o sinal
de cinco volts colocados na base do transistor que conduz o terminal do relé ao
GND assim o acionando.
A fonte é composta por um transformador que faz 127Vac ou
220Vacser reduzido para 12Vac, com uma ponte de diodos a tensão se torna
contínua, utilizando o circuito integrado regulador 7805 consegue-se obter uma
tensão de 5Vdc e assim utilizar ela para alimentar o microcontrolador, sensores e as
saídas. Na figura 05, apresenta-se a placa de controle das funções da estufa.
Figura 05 – Placa de controle
Fonte: Os autores (2014).
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3.6 Funcionamento
No painel de controle da estufa terá um botão de duas posições que oferece a
opção de automático e manual.
Se o botão estiver em manual o circuito irá funcionar da seguinte forma a
válvula de gotejamento será aberta e contará um tempo de cinco segundos, após
esse tempo a bomba será acionada, e só irá parar quando o botão de duas posições
for colocado em modo automático ou neutro.
Quando o botão estiver no automático o microcontrolador irá realizar a leitura
das entradas A/D, nestas entradasserãoligados três sensores de umidade do solo e
dois sensores de temperatura.
Se ao menos dois sensores de umidade estiveram nas condições
estabelecidas na programação, que foi configurada como sendo de 30% de umidade
acionará a válvula de gotejamento temporizará cinco segundos e liga a bomba,
quando a umidade for maior ou igual a 70% estabelecida na programação, desliga a
bomba e fecha a válvula após cinco segundos.
Para acionar a válvula de nebulização os dois sensores de temperatura
devem estar indicando a mesma temperatura máxima de 35ºC, assim que atingir
essa temperatura acionará uma válvula de nebulização e após cinco segundos liga
uma bomba, e quando a temperatura atingir o nível mínimo de 30ºC ela desligar
após cinco segundos fecha a válvula.
A adubação será feita sempre que a válvula de gotejamento for acionada, o
adubo está em uma caixa onde e feito seu preparo, quando for identificada a
umidade baixa ou estiver no manual à válvula de gotejamento será aberta assim a
adubação também ocorrerá, assim o agricultor não precisa fazer a adubação
manual.
4 CONSIDERAÇÕES FINAIS
As estufas são utilizadas desde o século XVI como produção de plantas,
verduras e legumes em ambiente controlado. Chegou ao Brasil na década de 1970,
se tornando de grande importância aos pequenos produtores que a partir de sua
produção retira sua própria renda, porém por fatores climáticos nem sempre se tem
uma boa produtividade.
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A tecnologia da automação vem sendo aplicada atualmente nesse setor onde
está em desenvolvimento, contudo ainda se encontra com um preço que não está
acessível aos produtores que possuem um baixo poder aquisitivo.
Através de pesquisas, verificou-se que os preços realmente são elevados
para essa aplicação, o sensor de temperatura foi encontrado por R$ 504,78 a
unidade, sensor de umidade por R$ 568,06 esses sensores não funcionam sem um
circuito pra controle dessas variáveis, uma estação para controle está no preço de
R$ 2.885,12 e se caso for necessário que dados sejam coletados ou visualizado a
placa para realizar essa função está no valor de R$ 11.272,75.
A proposta inicial do projeto é proporcionar aos pequenos produtores rurais
uma tecnologia que tem as funções parecidas por um preço acessível.
Na figura 06, são apresentados os valores atualmente dos sensores e placas
para controle dos sensores.
Figura 06 – Valores dos sensores e placa para controle
Fonte: Adaptado de climaeambiente.com.br (2014).
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Na tabela 04, está descrito os componentes utilizados na placa para o controle do protótipo e seus respectivos preços. Tabela 04 – Relação de preço da placa de controle
Quantidade Item Preço
1 Microcontrolador PIC16F877A R$ 13,00
1 Placa Ilhada de Fenolite R$ 9,00
1 Trafo 127V/220V p/ 12V R$ 20, 00
28 Resistores (100Ω, 10KΩ, 270Ω, 2K2Ω) R$ 2,70
6 Capacitores (100µF, 100nF, 33pF) R$ 1,20
9 LEDS (Vermelho e Verde) R$ 2,00
6 Transistores BC337 R$ 0,90
10 Diodos 4007 R$ 0,80
1 Circuito Integrado 7805 R$ 1,20
1 Diodo Zener 5V1 R$ 0,20
1 Cristal 20MHz R$ 1,20
6 Relés 12V R$ 18,00
3 Optoacopladores 4n25 R$ 2,40
1 Chave Touch R$ 0,28
16 Borne três vias R$ 11,20
1 Soquete 40 pinos R$ 0,40
3 Sensores de umidade Higrômetro R$ 39,00
2 Sensores de Temperatura LM35 R$ 2,40
Total R$ 125,78
Fonte: Os autores (2014).
O custo total da placa de controle juntamente com os sensores ficou no valor
de R$ 125,78, o preço se tornou mais acessível se comparado ao preço de mercado
atualmente.
Os testes para comprovar se o protótipo estava funcionando, foi feito dentro
da estufa onde foi possível detectar onde deveria ser feitos os ajustes necessários
para melhoras seu funcionamento.
Após os ajustes o funcionamento foi como esperado, controlando varáveis de
temperatura e umidade do solo assim como foi proposto, assim realizando ações
para o controle do ambiente. Com o controle foi possível ver os resultados positivos
nos legumes que se desenvolveram de forma saudável.
O resultado foi positivo, após quatro semanas desde o plantio das mudas de
tomate e pimentão e a implantação da automação na estufa, foi possível ver que as
plantas tiveram um desenvolvimento satisfatório e o começo da produção de
legumes.
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Na figura 07, é possível ver os resultados da automação na estufa.
Figura 07 – Quatro semanas após a implantação da automação
Fonte: Os autores (2014).
Ao término concluiu-se que foi possível criar um protótipo de baixo custo, que
realiza funções de forma objetiva, pode ser programada da forma versátil atendendo
as exigências do produtor e com o controle pode-se melhorar a qualidade do produto
final e uma maior produção.
5 REFERÊNCIAS
BARRETO e SANTOS. Projeto e desenvolvimento de uma estufa automatizada para plantas. Curitiba, 2012. Disponível em: <http://repositorio.roca.utfpr.edu.br/jspui/bitstream/1/1264/1/CT_ENGELN_2012_1_01.pdf>. Acesso em: 14 set. 2014.
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CHERMONT,MarlonGrippet al. Automação predial aplicada em estufas. V Congresso Brasileiro de Agroinformática, SBI-AGRO.Londrina, 28 de setembro 2005. Disponível em: <http://www.sbiagro.org.br/pdf/v_congresso/Trabalho18.pdf>. Acesso em: 30 ago. 2013. FIGUEIREDO, Gilberto. Casa da agricultura: Produção em ambiente protegido. Campinas, São Paulo: CATI, n. 2, p. 40, jun. 2011. MICROCHIP TECHNOLOGY INCORPORATED, PIC16F87XA Data Sheet.USA, 2003 MIYADAIRA, Alberto Noboru. Microcontroladores PIC18: aprenda e programe em linguagem C. 2ed. São Paulo. Érica, 2011. SACCO, Francesco. 40 anos do microprocessador Motorola MC6800. Disponível em:<http://www.embarcados.com.br/40-anos-de-mc6800/>. Acesso em: 19 out. 2014. SILVA, Elayne Cristina Aparecida da et al. A viabilidade do cultivo de tomate orgânico em estufa: um estudo de caso.Cornélio Procópio, Paraná, 5 de novembro 2012. Disponível em: <http://uenp.edu.br/tcc/ccp/adm/2012/06-A%20viabilidade%20do%20cultivo%20de%20tomate%20organico%20em%20estufa.pdf>. Acesso em: 01 nov. 2013. WEBTRONICO. Sensor de temperatura LM35. Disponível em: <http://www.webtronico.com/lm35-sensor-de-temperatura.html>. Acesso em: 17 ago. 2014. WEBTRONICO. Sensor de umidade de solo. Disponível em: <http://www.webtronico.com/sensor-de-umidade-de-solo.html>. Acesso em: 31 out. 2013.
