TFC ENTREGA FINAL 03-12-18 ESTUFA INDOOR VITOR E JOÃ O81,9(56,'$'( 3$5$1$(16( ± 81,3$5 &8562 '( (1*(1+$5,$ 0(&Æ1,&$ 808$5$0$ 35 7)& ± 75$%$/+2 ),1$/ '( &8562 jdpd gh qhfhvvlgdghv

UNIVERSIDADE PARANAENSE – UNIPAR CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA

UMUARAMA/PR

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TFC 2018 – TRABALHO FINAL DE CURSO

AUTOMAÇÃO DE UMA ESTUFA INDOOR POR ARDUINO

Vitor Hugo Quevedo Dos Santos, [email protected]¹ João Gabriel Godoy Amatuzzi, [email protected] ² Alexandre de Castro Salvestro, [email protected] ¹Graduação em Engenharia Mecânica, Universidade Paranaense – UNIPAR ²Graduação em Engenharia Mecânica, Universidade Paranaense – UNIPAR

Resumo: Em um sistema indoor se cria um ambiente que controla a iluminação, a irrigação e a ventilação entre outras variáveis de maneira automática através de três principais elementos: wifi, acelerômetro e campo magnético, usando a Plataforma Arduino que é aberta e, portanto, facilita a criação de projetos que envolva automação, nessa vertente, foi executado uma programação de uma estufa indoor por arduíno por meio da linguagem C, com vistas a contribuição da mecânica através de custo e funcionalidade. Para tal o trabalho apresentou o desenvolvimento desse projeto, sobre três processos, sendo o primeiro direcionado para o estudo teórico; o segundo, a automação da estufa, sendo portanto, contextualizado a programação; e por fim, o terceiro, discutindo os benefícios da programação para o cultivo indoor.

Palavras-chave: Estufa Indoor, Arduíno, Programação.

1. INTRODUÇÃO

Assim como vários produtos agrícolas são dependentes de climas, temperaturas, estrutura para seu crescimento, o sistema de cultivo indoor1 estabelece padrões para que tais frutos recebam o devido cuidado para que seu crescimento seja de forma qualificada, como também de retorno, assim realizar um ciclo mais eficiente. No entanto isto vem sendo cada vez mais comum nos centros urbanos e em alguns países, a estufa automatizada se adéqua a esse padrão, pois não depende de clima e pode ser manuseada dentro de qualquer interior fechado, pois possuí seu ambiente interno controlado e monitorado por sensores e atuadores assim esse sistema pode ser realizado por meio de uma placa de Arduino.

De acordo com Calori et al. (2018) considerando as tendências globais, como por exemplo as alterações climáticas, onde permite e influência no estado de crescimento e qualidade desses produtos, há novas abordagens necessárias para tornar as cidades mais sustentáveis, uma vez que o crescimento da urbanização é inevitável. Assim é possível notar o relacionamento positivo desse processo chamado de cultivo indoor.

Em um sistema indoor se cria um ambiente que controla a iluminação, a irrigação e a ventilação entre outras variáveis de maneira automática através de três principais elementos: wifi,

1Indoor: Ao traduzir, assim como define o dicionário Michaelis, indoor ao repassar para a língua portuguesa caracteriza-se como interno.

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2 TFC 2018 – TRABALHO FINAL DE CURSO

acelerômetro e campo magnético (BATALHA; BUAINAIN; SOUZA, 2005). A Plataforma Arduino é aberta e, portanto, facilita a criação de projetos que envolva automação. Está controladora é de fácil manuseio e de custo benefício acessível, no qual possibilita a elaboração do projeto.

Assim como afirma Cunha e Rocha (2015) existem inúmeros tipos de componentes em um cultivo indoor, que podem ser empregados no controle de um ambiente, no entanto é necessário que sejam aplicados de acordo com a necessidade do projeto, pois cada componente pode apresentar comportamentos diferentes, diante disto no projeto indoor é utilizado sensor de temperatura e umidade do ar, sensor de nível da água, sensor de umidade do solo, luz que será conectada ao arduíno através de um relê assim como a bomba d’água, bem como o uso de coolers onde os dois são acionados sempre juntos através de um único relê.

Contudo o objetivo deste trabalho é apresentar, de forma detalhada, o sistema de cultivo indoor por arduíno, incluindo o baixo custo para seu desenvolvimento, e através desse investimento proporcionar uma programação de placa arduíno, assim prevendo todos os componentes agindo de forma interligadas e provando a total automação do projeto.

2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

2.1 Sistemas de Cultivo

Atualmente as práticas alternativas relacionadas às tecnologias da época proporcionam ao usuário diferentes tipos de sistemas de cultivo, seja para hortaliças em residências ou apartamentos, ou até mesmo estufas de pequeno e grande porte, como é o caso das fazendas hidropônicas, por exemplo.

O Cultivo Protegido tem-se expandido em várias partes do país, visando reduzir os danos causados por adversidades climáticas que possam interferir na produção, uma vez que esta esteja a céu aberto, e bem mais vulneráveis às intemperes. Neste contexto, o ambiente protegido pode representar uma alternativa viável para minimizar problemas de maturação e manejo fitossanitário, principalmente por possibilitar modificações no microclima. (BERGAMASCHI et. al 2007).

Como exemplo de cultivo protegido (ARAÚJO e CASTELLANE, 1996) discorrem sobre o uso de cobertura plástica, que pode ser considerado o mais recente insumo agrícola, visando o incremento da produção e da qualidade, onde técnicas convencionais já foram esgotadas (ARAÚJO e CASTELLANE, 1996).

Auxiliados pela programação e automação anexos nesta proposta, para melhor controle da produção é possível que fatores incidentes como a luz, água, e os nutrientes fornecidos pelo sistema protegido sejam de fácil acesso e maior propriedade.

Em geral é difícil comparar os resultados químicos obtidos e citados na literatura por diversos autores que trabalham com a mesma espécie, uma vez que são muitas as variáveis que influenciam a composição nutricional dos basidiomas (HERNÁNDEZ, 2008), tais como: diferença entre linhagens, composição do substrato, tipo de camada de cobertura, condições ambientais e métodos de cultivos. Somam-se a estes, a inexatidão inerente aos métodos de análise utilizados e a precisão relativa do analista (PARDO et al., 2010).

Nesse contexto, analistas de cenários futuros e empreendedores em todo o mundo compartilham uma visão de cidades como espaços de produção de alimentos a fim de atender a uma



gama de necessidades sociais e ecológicas, o que tornou, nos últimos anos, a agricultura urbana um assunto de interesse de pesquisadores ao redor do mundo, além de ser tema de discurso público em alguns países.

Através disto, é pode-se notar a positividade em um sistema indoor, onde é possível destinar ao produto seu desenvolvimento completo.

2.2 Arduíno

A automação em seus vários aspectos sejam eles industriais residenciais ou voltados ao campo, passou por inúmeras transformações ao longo do tempo. Com o resultado dessas transformações obtiveram-se os microcontroladores. Este tipo de projeto visa servir de auxilio para os engenheiros, agrônomos e demais produtores nas atividades realizadas em campo, bem como fornecer as informações necessárias aos produtores em busca de um bom gerenciamento e organização em relação aos negócios (KIRSCHNER; MARAN, 2012). Desta forma, a automação através de microcontroladores vem a somar com as necessidades do homem contemporâneo e seu papel na indústria, campo, ou residencial, como os já vistos cultivos indoors.

A área da Agricultura de Precisão é uma, das muitas outras áreas, onde a computação está sendo utilizada com frequência. Embora existam tecnologias voltadas para a realização dos serviços, que abrangem várias aplicações, ainda há resistência ao uso destes sistemas, pois eles são especialistas e não se adaptam de acordo com o nível de conhecimento dos usuários (COELHO, 2005). Associado ao foco deste trabalho, a agricultura de precisão está atrelada ao conceito de cultivo praticado em ambientes fechados, como é o caso a estufa para cultivo indoor, automatizada pela plataforma Arduino.

Em um pequeno histórico, de acordo com (EVANS Et Al. 2013) os produtos existentes no mercado eram caros e relativamente difíceis de usar. Banzi e Guartielles (2011) decidiram desenvolver um microcontrolador que poderia ser utilizado pelos seus estudantes de arte e design em seus projetos. As principais exigências eram que fosse barato e que fosse uma plataforma que qualquer pessoa pudesse utilizar.

Segundo Tavares (2011), Arduino trata-se de uma plataforma de prototipagem aberta baseada em hardware e software flexíveis e de fácil utilização, o qual foi desenvolvido para auxiliar iniciantes que não possuam experiência com desenvolvimento de software ou conhecimentos em eletrônica.

Assim como McRoberts (2011), o Arduino é o que chamamos de plataforma de computação física ou embarcada, ou seja, um sistema que pode interagir com seu ambiente utilizando componentes e sensores. Por exemplo, um uso simples de um Arduino seria para acender uma luz por certo intervalo de tempo, digamos, 30 segundos, depois que um botão fosse pressionado. Nesse exemplo, o Arduino teria uma lâmpada e um botão conectados a ele. O Arduino aguardaria pacientemente o comando até que o botão fosse pressionado; uma vez pressionado o botão, ele acenderia a lâmpada e iniciaria a contagem. Depois de contados 30 segundos, apagaria a lâmpada e aguardaria um novo apertar do botão. No caso do trabalho em questão, o mesmo contribuirá para a automação e controle de uma estufa, ajustando assim seus níveis de temperatura, humidade e recebimento de luz.



Embora a aplicabilidade da plataforma Arduino tenha sido demonstrada e utilizada com sucesso nas referências citadas, observou-se que não há uma definição ou preocupação na construção de uma interface comum para conexão dos sensores/atuadores. As diversas possibilidades de conexão podem dificultar ou confundir a interação de um usuário sem conhecimento técnico que desejasse utilizá-lo apenas para fins de prática didática, pois, a cada experimento um novo conjunto de conexões, cabos e componentes deve ser configurada (ARAÚJO; BRAGA, 2017). Desta forma, a observação de Araújo e Braga se aplica parcialmente a este trabalho, apesar da grande possibilidade de conexões ser um ponto negativo no uso da plataforma Arduino, neste contexto, a programação da interface se faz necessária uma vez só, com foco no produto a qual seja destinado.

Nesta vertente, deve-se apresentar uma solução de cultivo em ambientes fechados através de uma estufa automatizada por Arduino (Figura 01). O protótipo será responsável por atender às necessidades pré-estabelecidas e previamente identificadas, de modo a serem configuradas com uma programação específica para cada caso onde seja feito o uso da estufa.

Figura 01 – Tipos de Placas de Arduino.

Fonte: Autoria, 2018.

A justificativa para o emprego da plataforma Arduino se dá por ser uma solução flexível,

com baixo custo, e ser relativamente prático para o controle de processos. A vantagem deste tipo de programação é a facilidade de sua utilização, podendo assim viabilizar a proposta para indivíduos leigos ou com pouco conhecimento no tema.

A principal vantagem da utilização do Arduino na automação é a facilidade de manejo, o que torna a proposta muito viável a leigos ou pessoas com pouco conhecimento em programação.

Conforme Tavares (2011) outro aspecto favorável ao uso do Arduino é a grande comunidade de pessoas que compartilham códigos e diagramas de seus projetos para que mais desenvolvedores copiem, modifiquem, ou utilizem parte de suas ideias disseminando ainda mais o uso da plataforma.



2.3 Sistemas de Cultivo por Arduino

A definição da plataforma consiste em um Microcontrolador de única placa que dispõe de um software com sua programação. Este tipo de cultivo já é realizado nos dias atuais como o experimento realizado por Tavares (2011), onde o mesmo desenvolveu um protótipo com as seguintes definições: Hardware composto por processador Atmel AVR, um cristal oscilador e um regulador linear de 5 volts. Assim, a placa expõe os pinos de entrada e saída em um encaixe padrão para que possa conectar circuitos externos que agregam novas funcionalidades.

O Software, de acordo com Tavares (2011), trata-se de uma linguagem de programação para o desenvolvimento de software do microcontrolador e do gerenciador de inicialização (bootloader) que é executado na placa.

Há diversas alternativas de placas da família Arduino como Uno, Mega, Duemi-lanove, Diecimila Bluetooth, Nano e Lilypad (MONK, 2013). As placas são outro componente do sistema, e possuem diversos tipos no mercado (Figura 2 e 3), específicas para cada caso.

Figura 2 – Placa Uno.


PRINCIPAIS CARACTERISTICAS DA PLACA NANO • Permite 3 tipos de conexões (conexões de alimentação elétrica, entradas analógicas e conexões digitais. •Reinicialização do sistema com pino de reset. (RST) •Pinos que fornecem diferentes valores de tensão (3V3, 5V, GND e VIN).

Cada placa possui uma característica variável, seja a quantidade de pinos de entrada e saída,

velocidade (clock), memórias, entre outras distinções. O que todas elas têm em comum é o custo relativamente baixo e a flexibilidade.

2.4 Sistemas de Cultivo por Arduino por programação C A programação é feita pela “linguagem C”, que permite com mais facilidade obter uma

PRINCIPAIS CARACTERISTICAS DA PLACA UNO

• Uso do microcontrolador ATmega328 • Tensão de Operação de 5V • 14 pinos de entrada/saída digital • 6 pinos de entrada/saída analógicos • 32 KB de memória Flash • 2 KB de SRAM • 1KB de EEPROM • Velocidade de Clock de 1 MHz



programação e a linguagem nada mais é do que a forma que vamos chamar cada componente para exercer sua função.

Trata-se de uma função em C, que em outras palavras se compõe de uma sob rotina usada no programa. Onde nesta linguagem a função domina um conjunto de comandos, que através deles é possível realizarem tarefas especificas de módulos independentes de código.

A função é referenciada pelo programa principal através do nome atribuído a ela. E a utilização das funções visa modularizar um programa, o que é muito comum em programação estruturada. Portanto, a escolha para a realização do Sistema de Cultivo por Arduino através da mesma.

Desta forma pode-se dividir um programa em várias partes, no qual cada função realiza uma tarefa definida, e com isso facilitando o uso do sistema, obtendo a funcionalidade esperada.

3. METODOLOGIA

A metodologia consiste na execução do protótipo de estufa automatizada por Arduíno, com os seguintes procedimentos:

O sistema da estufa funcionará atrelado a um microcontrolador utilizado de maneira a executar algumas tarefas de acordo com leitura realizada nos sensores conectados ao mesmo. Com base nessas leituras a saída pode acionar uma bomba d’agua que irriga o solo, duas lâmpadas incandescentes para o aquecimento do ambiente ou ainda dois coolers para o resfriamento da estufa em dias mais quentes, variando de acordo com os níveis da leitura e condicionando um microclima mais adequado.

Através do Display de caracteres, informações de dentro da estufa como: Temperatura e Umidade do Ar, Umidade do Solo, estado da lâmpada e da bomba d’agua são mostrados.

O acesso ao menu de controle é feito através de três botões de comando: (-) (seleciona) (+), onde é possível definir alguns parâmetros de acionamento conforme a temperatura e umidade dentro da estufa.

Questões referente à temperatura interna também são levadas em consideração, supondo que a temperatura atual esteja em 30°C, dentro do menu pode-se configurar para que o clima interno fique entre 22 e 24°C, fazendo assim o acionamento dos coolers para o resfriamento do ambiente até o momento em que atinja a temperatura ideal, desligando assim os coolers. O sistema conta também com uma bomba d’agua que de acordo com os dados configurados, poderá ser ativada de acordo com a umidade do solo.

● Sensor de temperatura e umidade relativa do ar: tratando-se de um sensor capacitivo para

realizar a medição de umidade relativa. Os detalhes desse dispositivo são possíveis notar na (figura 3).



Figura 3 – Sensor DHT22.

Fonte: Autoria, 2018

● Sensores de umidade do solo dispostos sob o substrato: irá exercer a função de medir a umidade do solo, que de acordo com seu dado pode acionar a bomba d’água ou as lâmpadas para o controle de umidade desejado, conforme (Figura 4).

Figura 4 – Modulo Sensor de umidade do solo FC-28 (sem marca).


● Sensor de nível da água: avisará no display a situação do nível de água no reservatório para o

controle de seu reabastecimento, através de emissões ultrassônicas que medirá a distância do sensor com a água permitindo assim a leitura de níveis de acordo (Figura 5).

Figura 5 – Sensor de Distância Ultrassônico HC-SR04.




● Bomba da Água (Figura 6): com a função de liberar o fluxo de água para o substrato caso a umidade do solo esteja abaixo da desejada, realizando assim a irrigação.

Figura 6 – Bomba da Água.


● Lâmpadas (Figura 7): que é de suma importância para o aquecimento da estufa assim fazendo o controle de ambiente da mesma.

Figura 7 – Lâmpadas Incandescentes.


●Coolers (Figura 8): Irá exercer um sistema de refrigeração à base de ar, será composto por um

dissipador que fará contato com o processador e girará constantemente para remover o calor excessivo do ambiente.

Figura 8 – Coolers 12v.




●Display LCD (Figura 9): para o registro dos dados de temperatura (°C), umidade relativa do ar

(%) e a umidade relativa do solo (%) e as variantes dos demais componentes.

Figura 9 – Display LCD 20x4


● Modulo relê 5v 2 canais (Figura 10): Com este módulo se fará o acionamento de cargas de

200V AC, como lâmpadas, equipamentos eletrônicos, motores, ou usá-lo para fazer um isolamento entre um circuito e outro.

Figura 10 – Modulo relê 5v 2 canais.


●Botão de Contato Simples (Figura 11): Usado no menu para mudar as variáveis dos

componentes.



Figura 11 – Botão de Contato Simples


Estes componentes serão automatizados para funcionar em conjunto através de um micro

controlador do modelo UNO r3 (Figura 12), que comparará os dados obtidos pelos sensores com um set point definido no programa. Essa comparação permite que os atuadores sejam acionados, a fim de corrigir as variáveis do sistema.

Figura 12 – Arduino Uno r3.

Fonte: Autoria, 2018

Programação: Será feita a programação do Arduino na linguagem C.

4. RESULTADOS E DISCUSSÃO

Tendo em vista a execução do protótipo apresenta-se o resultado do trabalho de acordo com a figura 13, onde se obtém a versão finalizada do protótipo programado e já com seus devidos componentes acima citados.



Figura 13 – Protótipo Finalizado.


O protótipo desenvolvido pode ser observado na Figura 13, constando da Plataforma

Arduino UNO R3 e os periféricos que compõem o sistema, permitindo realizar todas as funções de controle do ambiente indoor, para isso têm o sensor DHT22 que faz a leitura de umidade e temperatura do ar, que influencia diretamente no acionamento dos coolers ou das lâmpadas para manter seu controle. Também é possível ler a umidade do solo medida pelo sensor que irá influenciar diretamente na bomba da água e da lâmpada, fazendo o seu acionamento quando necessário para controle de umidade do solo, e o sensor sonoro através da distância permite uma leitura de nível do reservatório de água. Nesse protótipo mostrado na (figura 13), tanto o cooler quanto a lâmpada e a bomba da água estão representados por Leds na protoboard.

Inicialmente o trabalho teve a proposta de se trabalhar com o Arduino UNO r3, dando assim início nos demais componentes, fazendo teste em cada um deles. No início para se medir a temperatura e umidade do ar estava sendo usado o sensor DHT11, porém, nos testes feitos foi possível notar que ele não era tão eficiente em relação ao sensor DHT22, com isso foi substituído pelo DHT22, sensor com a mesma função, porém, mais eficiente e funcionou da forma desejada. O sensor de infravermelho inicialmente usado para fazer a medição do nível de água no reservatório



funcionou, entretanto, ele fornece apenas uma leitura, tendo em vista a melhoria foi substituído o Sensor Infravermelho por Sensor de Distância Ultrassônico que permite uma ou mais leitura do nível de água, que no caso foi usado 3 níveis para alertar o usuário que o reservatório está baixo com o auxílio de um alto-falante emitindo 3 diferentes tipos de sons, além da mensagem que o visor LCD traz. Os demais componentes não apresentaram nenhum problema de funcionamento e atenderam as necessidades.

Para o funcionamento, foi necessário criar uma programação em linguagem C, a fim de monitorar e executar as tarefas básicas atreladas à estufa, como irrigação e controle da temperatura, de acordo com a programação abaixo. Iniciamos a programação fazendo a inclusão das bibliotecas dentro do programa, essa biblioteca nada mais é do que um arquivo separado do programa principal, pois ela só é chamada quando necessário. Então foram feitas a Inclusão da Biblioteca principal com a do Arduino que me traz as principais funções do Arduino como ler e gravar um pino, também a inclusão da biblioteca EEPROM que me permite gravar informações na memória do Arduino e fazer as leituras que foram gravadas, também a inclusão da biblioteca da tela que facilita muito, pois cada pixel é um endereço de memória, o que acarretaria numa programação mais extensa, porém como a biblioteca é um arquivo separado e ele só é chamado quando houver necessidade de mostrar algo na tela, assim é passado os parâmetros para essa biblioteca, ela processa e me retorna os resultado, e a inclusão do sensor DHT que funciona da mesma forma.

No segundo bloco da programação eu defino os pinos que serão usados para cada sensor, onde eu mostro que naquele determinado pino eu vou usar para o determinado sensor, no bloco seguinte eu declaro a variável “uint8_t” que armazena o status do Menu, Bomba, Lâmpada e Cooler, onde o status sendo 0 me dá o status de Desligado e 1 de Ligado, já o menu vai de 0 a 3 seguindo a mesma lógica. No quarto bloco da programação eu tenho a estrutura de status e a variável que armazena alguns valores, que através desse status eu consigo definir o nível de reservatório e as variáveis do sensor DHT22, temperatura do ar, umidade do ar e Umidade do Solo.

Assim segue a Programação abaixo, detalhadamente todos os processos e variáveis e bibliotecas feitas na IDE do Arduino em linguagem C.

4.1 Programação. #include "Arduino.h" //biblioteca padrão do arduino, contém definições padrão do micro

controlador (endereço de portas, memória). #include <EEPROM.h> //biblioteca do arduino para controle da memória EEPROM

(ler/gravar) dados inseridos pelo usuário. #include "LiquidCrystal_I2C.h" //biblioteca do display 20x4(contém endereço da tela,

caracteres pré-programados). #include "DHT.h" //biblioteca padrão do sensor DHT22(endereço do sensor, pino de

ligação). #define DHTPIN A1 //pino Analógico A1 como entrada sensor DHT(temperatura e umidade

do ar). #define SENSOR_SOLO A2 //pino Analógico A2 como entrada sensor unidade do solo.



#define SAIDA_LAMPADA A3 //pino Analógico A3 como saída para acionamento da lâmpada.

#define SAIDA_BOMBA A0 #define SAIDA_ALERTA 6 //pino Digital usado como saída para a campainha. #define SENSOR_RESERVATORIO 7 //pino Digital usado como entrada para leitura no

nível do reservatório de água. #define BOTAO_DIREITO 9 //pino 9 como entrada do botão direito. #define BOTAO_ESQUERDO 10 //pino 10 como entrada do botão esquerdo. #define BOTAO_SELECIONA 11 //pino 11 como entrada do botão seleciona. uint8_t POSICAO_MENU = 0; //variável que armazena a qual menu da seqüência será

mostrado na tela. uint8_t ACIONA_BOMBA = 0; //variável que armazena o valor a ser comparado com o da

leitura do sensor uint8_t ACIONA_LAMPADA = 0; //variável que armazena o valor a ser comparado com o

da leitura do sensor uint8_t ACIONA_COOLER = 0; //variável que armazena o valor a ser comparado com o da

leitura do sensor byte SELECIONA_STATUS = false; //variável que armazena o estado do laço de repetição

da função WHILE. byte NIVEL_RESERVATORIO = false; //variável que armazena verdadeiro ou falso (para

mostrar ou nao a mensagem do nível de água baixo). byte TEMPERATURA = 0; //variável que armazena o valor da temperatura lido pelo sensor

DHT. byte UMIDADE_AR = 0; //variável que armazena o valor da umidade do ar lido pelo sensor

DHT. byte UMIDADE_SOLO = 0; //variável que armazena o valor da umidade do solo lido pelo

sensor de Solo. // ==== Este bloco determina o tempo do intervalo entre uma leitura e outra do sensor de solo

========================= byte LEITURA_SOLO_STATUS = false; //armazena o status da leitura do sensor de

solo(lido ou não lido). unsigned long TEMPO_ANTERIOR = 0; //variável que armazena o ultimo tempo depois

da leitura. const long INTERVALO_LEITURA_SOLO = 5000; //variável que armazena o tempo entre os

intervalos de leitura 5000ms ou 5 segundos. // #define DHTTYPE DHT22 //define qual sensor será usado(DHT11/DHT22). DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE); //repassa pra função de leitura do sensor DHT o modelo e o

pino.



LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 2, 1, 0, 4, 5, 6, 7, 3, POSITIVE); //define endereço da tela e pinos de dados.

byte termômetro[8] = {0x4, 0xA, 0xA, 0xE, 0xE, 0x1F, 0x1F, 0xE}; //cria o símbolo do

termômetro na memória da tela. byte umidade[8] = {0x04, 0x04, 0x0A, 0x0A, 0x11, 0x11, 0x11, 0x0E}; //cria o símbolo do

umidade na memória da tela. byte celsius[8] = {0x0C, 0x12, 0x12, 0x0C, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00}; //cria o símbolo do

celsius na memória da tela. byte solo[8] = {0x00, 0x00, 0x00, 0x15, 0x0A, 0x15, 0x0A, 0x15}; //cria o símbolo do solo

na memória da tela. byte lâmpada[8] = {0x00, 0x04, 0x15, 0x0E, 0x0E, 0x15, 0x04, 0x00}; //cria o símbolo do

lâmpada na memória da tela. byte bomba[8] = {0x04, 0x0E, 0x11, 0x15, 0x15, 0x15, 0x11, 0x0E}; //cria o símbolo do

bomba na memória da tela. // /* ----------------------------------- BLOCO DO SETUP ------------------------------------------ *Aqui é onde começa a rodar o código e também é onde são setados algumas variáveis *ou parâmetros de sensores que serão fixos dentro do código quando ele *estiver rodando em loop(repetição). *Tudo que estiver dentro do bloco de SETUP será executado somente 1 vez. ------------------------------------------------------------------------------------------------------- */ void setup() { pinMode(SAIDA_LAMPADA, OUTPUT); //seta a variável SAIDA_LAMPADA como saída

no arduino. digitalWrite(SAIDA_LAMPADA, LOW); //define o estado da saída (alto/baixo) no caso,

BAIXO. pinMode(SAIDA_BOMBA, OUTPUT); digitalWrite(SAIDA_BOMBA, LOW); pinMode(SENSOR_RESERVATORIO, INPUT_PULLUP); //define a variável

SENSOR_RESERVATORIO como entrada e seta o estado dela como ALTO. pinMode(SAIDA_ALERTA, OUTPUT); //define a variável SAIDA_ALERTA como saída no

arduino. digitalWrite(SAIDA_ALERTA, LOW); //define o estado da saida (alto/baixo) no caso,

BAIXO. pinMode(BOTAO_DIREITO, INPUT_PULLUP); //define a variável BOTAO_DIREITO como

entrada e seta o estado dela como ALTO. pinMode(BOTAO_ESQUERDO, INPUT_PULLUP); //define a variável

BOTAO_ESQUERDO como entrada e seta o estado dela como ALTO.



pinMode(BOTAO_SELECIONA, INPUT_PULLUP); //define a variável BOTAO_SELECIONA como entrada e seta o estado dela como ALTO.

lcd.begin(20, 4); //inicializa a funcao da tela e passa o parâmetro do tamanho(20 colunas x 4 linhas).

lcd.createChar(0, termômetro); //joga o desenho do termômetro para dentro da memória da tela na posição 0.

lcd.createChar(1, umidade); //joga o desenho do umidade para dentro da memória da tela na posição 1.

lcd.createChar(2, celsius); //joga o desenho do Celsius para dentro da memória da tela na posição 2.

lcd.createChar(3, solo); //joga o desenho do solo para dentro da memória da tela na posição 3.

lcd.createChar(4, lampada); //joga o desenho do lâmpada para dentro da memória da tela na posicao 4.

lcd.createChar(5, bomba); //joga o desenho do bomba para dentro da memória da tela na posição 5.

/* lcd.setCursor(1, 0); lcd.print("ESTUFA INTELIGENTE"); lcd.setCursor(0, 2); lcd.print("Eng. Mecânica Unipar"); lcd.setCursor(8, 3); lcd.print("2018"); delay(2000); */ lcd.clear(); UMIDADE_SOLO = map(analogRead(SENSOR_SOLO), 0, 1023, 100, 0); ACIONA_BOMBA = EEPROM.read(0); ACIONA_LAMPADA = EEPROM.read(1); ACIONA_COOLER = EEPROM.read(2); Serial.begin(115200); } void loop() { menu(); leituraBotao(); executaTarefa(); reservatorio(); } void menu() { switch (POSICAO_MENU)



{ case 1: lcd.setCursor(4, 0); lcd.print("BOMBA D'AGUA"); lcd.setCursor(0, 2); lcd.print(String("Umidade solo: ") + UMIDADE_SOLO + "%"); lcd.setCursor(0, 3); lcd.print(String("Acionar em: ") + ACIONA_BOMBA + "%"); if (digitalRead(BOTAO_SELECIONA) == LOW) { while (SELECIONA_STATUS == false) { delay(200); if(digitalRead(BOTAO_DIREITO) == LOW && ACIONA_BOMBA < 100) { ACIONA_BOMBA++; lcd.setCursor(13, 3); lcd.print(""); } if (digitalRead(BOTAO_ESQUERDO) == LOW && ACIONA_BOMBA > 0) { ACIONA_BOMBA--; lcd.setCursor(13, 3); lcd.print(""); } if (digitalRead(BOTAO_SELECIONA) == LOW) SELECIONA_STATUS = true; lcd.setCursor(0, 2); lcd.print(String("Umidade solo: ") + UMIDADE_SOLO + "%"); lcd.setCursor(0, 3); lcd.print(String("Acionar em: ") + ACIONA_BOMBA + "%" + "*"); } EEPROM.update(0, ACIONA_BOMBA); alertaOk(); lcd.clear(); }

break; case 2: lcd.setCursor(6, 0); lcd.print("LAMPADA"); lcd.setCursor(0, 2); lcd.print(String("Temperatura: ") + (TEMPERATURA) + "C");



lcd.setCursor(0, 3); lcd.print(String("Acionar em: ") + ACIONA_LAMPADA + "C"); if (digitalRead(BOTAO_SELECIONA) == LOW) { while (SELECIONA_STATUS == false) { delay(200); if (digitalRead(BOTAO_DIREITO) == LOW && ACIONA_LAMPADA < 100) { ACIONA_LAMPADA++; lcd.setCursor(13, 3); lcd.print(""); } if (digitalRead(BOTAO_ESQUERDO) == LOW && ACIONA_LAMPADA > 0) { ACIONA_LAMPADA--; lcd.setCursor(13, 3); lcd.print(""); } if (digitalRead(BOTAO_SELECIONA) == LOW) SELECIONA_STATUS = true; lcd.setCursor(0, 2); lcd.print(String("Temperatura: ") + (TEMPERATURA) + "C"); lcd.setCursor(0, 3); lcd.print(String("Acionar em: ") + ACIONA_LAMPADA + "*"); } EEPROM.update(1, ACIONA_LAMPADA); alertaOk(); lcd.clear(); } break; case 3: lcd.setCursor(6, 0); lcd.print("COOLER"); lcd.setCursor(0, 2); lcd.print(String("Temperatura: ") + TEMPERATURA + "C"); lcd.setCursor(0, 3); lcd.print(String("Acionar em: ") + ACIONA_COOLER + "C"); if (digitalRead(BOTAO_SELECIONA) == LOW) { while (SELECIONA_STATUS == false) {



delay(200); if (digitalRead(BOTAO_DIREITO) == LOW && ACIONA_COOLER < 100) { ACIONA_COOLER++; lcd.setCursor(13, 3); lcd.print(""); } if (digitalRead(BOTAO_ESQUERDO) == LOW && ACIONA_COOLER > 0) { ACIONA_COOLER--; lcd.setCursor(13, 3); lcd.print(""); } if (digitalRead(BOTAO_SELECIONA) == LOW) SELECIONA_STATUS = true; lcd.setCursor(0, 2); lcd.print(String("Temperatura: ") + TEMPERATURA + "C"); lcd.setCursor(0, 3); lcd.print(String("Acionar em: ") + ACIONA_COOLER + "*"); } EEPROM.update(2, ACIONA_COOLER); alertaOk(); lcd.clear(); }

break; default: lerDht(); reservatório(); lcd.setCursor(3, 0); lcd.print("MONITOR ESTUFA"); lcd.setCursor(0, 1); lcd.print("____________________"); lcd.setCursor(0, 2); lcd.write((uint8_t)0); lcd.setCursor(2, 2); lcd.print(TEMPERATURA); lcd.setCursor(4, 2); lcd.write((uint8_t)2);



lcd.setCursor(5, 2); lcd.print("C"); lcd.setCursor(9, 2); lcd.write((uint8_t)1); lcd.setCursor(11, 2); lcd.print(String(UMIDADE_AR) + "%"); lcd.setCursor(15, 2); lcd.write((uint8_t)3); lcd.setCursor(17, 2); lcd.print(String(UMIDADE_SOLO) + "%"); lcd.setCursor(0, 3); lcd.write((uint8_t)4); lcd.setCursor(2, 3); lcd.print("Ligado"); lcd.setCursor(9, 3); lcd.write((uint8_t)5); lcd.setCursor(11, 3); lcd.print("Ligado"); if (NIVEL_RESERVATORIO == true) { lcd.clear(); lcd.setCursor(2, 0); lcd.print("NIVEL DE AGUA NO"); lcd.setCursor(2, 1); lcd.print("NO RESERVATORIO"); lcd.setCursor(4, 2); lcd.print("ESTA BAIXO!"); delay(3000); NIVEL_RESERVATORIO = false; lcd.clear(); }

break; } } void leituraBotao() { if (digitalRead(BOTAO_DIREITO) == LOW && POSICAO_MENU < 3)



{ POSICAO_MENU++; lcd.clear(); delay(200); } if (digitalRead(BOTAO_ESQUERDO) == LOW && POSICAO_MENU > 0) { POSICAO_MENU--; lcd.clear(); delay(200); } if (digitalRead(BOTAO_SELECIONA) == LOW) SELECIONA_STATUS = true;

else SELECIONA_STATUS = false; } void lerDht() { TEMPERATURA = dht.readTemperature(); UMIDADE_AR = dht.readHumidity(); } void reservatorio() { if (digitalRead(SENSOR_RESERVATORIO) == LOW) { NIVEL_RESERVATORIO = true; tone(SAIDA_ALERTA, 2000, 500); delay(500); noTone(SAIDA_ALERTA); tone(SAIDA_ALERTA, 4000, 500); delay(500); noTone(SAIDA_ALERTA); } } void alertaOk() { tone(SAIDA_ALERTA, 2000, 100); delay(50); noTone(SAIDA_ALERTA); tone(SAIDA_ALERTA, 4000, 100); delay(50); noTone(SAIDA_ALERTA);



} void executaTarefa() { unsigned long TEMPO_ATUAL = millis(); if (TEMPO_ATUAL - TEMPO_ANTERIOR >= INTERVALO_LEITURA_SOLO) { TEMPO_ANTERIOR = TEMPO_ATUAL; if (LEITURA_SOLO_STATUS == false) LEITURA_SOLO_STATUS = true;

else LEITURA_SOLO_STATUS = false; UMIDADE_SOLO = map(analogRead(SENSOR_SOLO), 0, 1023, 100, 0); lcd.setCursor(17, 2); lcd.print(""); } }

Desse modo após feito a programação, foram realizados alguns testes para ver se os

componentes e sensores estavam funcionando de acordo com a programação efetuada, com isso testamos o sensor de umidade do solo como pode ser visto na Figura 14. Assim se pode notar que está funcionando, pois com acréscimo de água no substrato há um aumento de umidade do mesmo e nota-se que no visor do LDC todos o demais componentes estão em perfeito funcionamento.

Figura 14 – Teste de Funcionamento.


O Sistema de Cultivo indoor por Estufa controlada por Arduino é uma ferramenta que

atende todas essas necessidades, pois se determina que o Arduino é uma placa de fácil interação, de ótimo custo benéfico como mostra na Tabela 1, que torna possível criar um controle das principais variáveis, fazendo um ambiente favorável para seu plantio dentro da estufa. Podendo ser cultivada



em qualquer ambiente, viabilizando a proposta e atingindo os resultados esperados. O resultado positivo sobre a automação da estufa Indoor vem com a proposta de ajudar na

tecnologia de se ter uma estufa com facilidade de manuseio e embutida nas residências e comércios atualmente. Levando em consideração que o sistema irá enviar para a planta em formação, os nutrientes necessários em cada momento do ciclo de vida, consolidando em um plantio saudável e com o desenvolvimento adequado, que é o que a programação utilizada proporciona.

Tabela 1. Custo de Componentes para a Automação da Estufa Indoor.

QUANTIDADE COMPONENTES PREÇOS (R$) Unitários TOTAL

1 Arduino UNO r3 R$ 39,59 R$ 39,59 1 Senso DHT22 R$ 13,50 R$ 13,50 1 Sensor Umidade Solo FC-28 R$ 10,37 R$ 10,37 1 Senso Ultrassônico HC-SR04 R$ 6,99 R$ 6,99 1 Bomba Da Água R$ 18,50 R$ 18,50 2 Lâmpada Incandescente R$ 3,50 R$ 7,00 2 Cooler 12v R$ 19,76 R$ 39,52 1 Display LCD 20x4 R$ 39,99 R$ 39,99 1 Modulo relê 5v 2 canais R$ 19,99 R$ 19,99 3 Botão de Contato Simples R$ 0,11 R$ 0,33

1KIT C/ 40 PÇS Jumpers R$ 9,00 R$ 9,00 1 Auto Falante R$ 15,00 R$ 15,00 1 Fonte R$ 9,99 R$ 9,99 1 Protoboard R$ 9,90 R$ 9,90

R$ 239,67

5. CONCLUSÃO

O protótipo desenvolvido neste trabalho apresentou facilidade na montagem e em sua programação devido a utilização de linguagem que reutiliza uma biblioteca já pré-configurada, tornando o manuseio desta de maneira mais simples. Não foram encontradas falhas em sua estrutura, sendo assim, reduzido o risco de mal funcionamento. O produto que pode ser obtido no resultado final, uma estufa comercializável, de baixo custo para automação, com base no crescimento urbano e meios alternativos de cultivo, mostra-se, como um produto com potencial de mercado promissor.



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AUTOMATION OF AN INDOOR STOVE BY ARDUINO

Vitor Hugo Quevedo Dos Santos, [email protected]¹ João Gabriel Godoy Amatuzzi, [email protected] ² Alexandre de Castro Salvestro, [email protected] ¹Graduação em Engenharia Mecânica, Universidade Paranaense – UNIPAR ²Graduação em Engenharia Mecânica, Universidade Paranaense – UNIPAR Abstract: In an indoor system, an environment is created to control lighting, irrigation and ventilation, among other variables, in an automatic way through three main elements: Wi-Fi, accelerometer and magnetic field, using The Arduino Platform, which is open and, therefore, it facilitates the creation of projects involving automation. In this area, the programming of an indoor greenhouse was performed using Arduino, through the C programming language, aiming to contribute to mechanics through cost and functionality. To do so, the work showed the development of this project in three processes: the first, directed to the theoretical study, the second, to the



greenhouse automation, being, therefore, related to programming and lastly, the third, discussing the benefits of programming for indoor cultivation. Key-words: indoor greenhouse, Arduino, programming.

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TFC ENTREGA FINAL 03-12-18 ESTUFA INDOOR VITOR E JOÃ O81,9(56,'$'( 3$5$1$(16( ± 81,3$5 &8562 '( (1*(1+$5,$ 0(&Æ1,&$ 808$5$0$ 35 7)& ± 75$%$/+2 ),1$/ '( &8562 jdpd gh qhfhvvlgdghv