Desenvolvimento de sistema de monitoramento agrometeorológico para casa de vegetação

Abstract

O sistema de cultivo convencional é amplamente adotado na agricultura devido ao seu baixo custo de implementação. Contudo, esse sistema é vulnerável às flutuações climáticas e à exposição de pragas e doenças, o que pode resultar em perdas na produtividade e qualidade final do produto. Em resposta a essas adversidades, o cultivo protegido, realizado em casas de vegetação, está sendo comumente adotado. Nesse sistema é fundamental realizar o monitoramento e controle das variáveis agrometeorológicas do ambiente interno, a fim de otimizar os processos produtivos. A utilização de sensores acoplados a sistemas de aquisição de dados automáticos tem gerado avanços na otimização dos processos produtivos agrícola. Eles permitem o acesso aos dados em tempo real, e, portanto, favorece o processo de tomada rápida de decisões. Assim, objetivou-se com esse trabalho desenvolver um sistema de monitoramento meteorológico de baixo custo para casas de vegetação. Foi realizado a montagem de dois sistemas idênticos. a partir da placa de desenvolvimento ESP32 e sensores de temperatura e umidade relativa do ar (BME 280), de dióxido de carbono (MH-Z19B) e de radiação fotossinteticamente ativa (RY-GH). Parte do sistema foi desenvolvido na plataforma Arduino IDE na linguagem C++. Foram realizadas a calibração de todos os sensores a partir de sensores de referência e análise de regressão para obtenção das curvas de calibração. Foram obtidos o tempo de resposta, a constante de tempo e a curva do tempo de resposta para os 3 sensores utilizados. E por fim, foi realizado a validação dos sistemas desenvolvidos instalando- os em uma casa de vegetação, realizando a análise dos dados em duas etapas. Na primeira etapa foi avaliada correlação de Pearson, RMSE, MAE, erro relativo médio dos sistemas com seus respectivos sensores de referência e na segunda etapa foi avaliado o funcionamento do sensor durante 158 dias. Assim, o sistema desenvolvido apresentou um custo final de construção de aproximadamente R$ 692,94 ou US$ 140,84. As curvas de calibração obtidas para os três sensores foram adequadas para corrigir os dados informados pelos dois sistemas a partir dos dados dos sensores de referência, apresentando o coeficiente de determinação (R²) em uma faixa de 0,88 a 0,99. O tempo de resposta do sensor MH-Z19B foi de 30 s, o do RY-GH de 1,4 s e o do BME 280 de 24 s. Na validação dos sensores foi possível observar que os três sensores, de ambos os sistemas, apresentaram uma forte correlação com os sensores de referência. E ainda, durante todo o período de validação as variáveis analisadas apresentaram oscilações normais ao longo do tempo, sendo que os sistemas não apresentaram falhas que resultassem em dados incorretos ou ausência de dados. Palavras-chave: Cultivo protegido. Microcontrolador. Sensor. Sistema embarcado.

The conventional farming system is widely adopted in agriculture due to its low implementation cost. However, this system is vulnerable to climate fluctuations and exposure to pests and diseases, which can result in losses in productivity and final product quality. In response to these adversities, protected cultivation, carried out in greenhouses, is being commonly adopted. In this system, it is essential to monitor and control the agrometeorological variables of the internal environment, to optimize production processes. The use of sensors coupled to automatic data acquisition systems has generated advances in the optimization of agricultural production processes. Because it allows access to data in real time, and therefore favors the process of rapid decision-making. Thus, the objective of this work was to develop a low-cost meteorological monitoring system for greenhouses. Two identical systems were assembled. from the ESP32 development board and sensors for temperature and relative humidity (BME 280), carbon dioxide (MH-Z19B) and photosynthetically active radiation (RY-GH). Part of the system was developed on the Arduino IDE platform in the C++ language. Calibration of all sensors was performed using reference sensors and regression analysis was performed to obtain calibration curves. The response time, time constant and response time curve for the 3 sensors used were obtained. Finally, the developed systems were validated by installing them in a greenhouse, performing data analysis in two stages. In the first stage, Pearson's correlation, RMSE, MAE, average relative error of the systems with their respective reference sensors were evaluated and in the second stage the functioning of the sensor was evaluated for 158 days. Thus, the developed system had a final construction cost of approximately R$692.94 or US$140.84. The calibration curves obtained for the three sensors were adequate to correct the data reported by the two systems based on data from the reference sensors, presenting the coefficient of determination (R²) in a range of 0.88 to 0.99. The response time of the MH-Z19B sensor was 30 s, that of the RY-GH was 1.4 s and that of the BME 280 was 24 s. When validating the sensors, it was possible to observe that the three sensors, from both systems, showed a strong correlation with the reference sensors. Furthermore, throughout the validation period, the analyzed variables showed normal oscillations over time, with the systems did not present failures that resulted in incorrect data or missing data. Keywords: Protected cultivation. Microcontroller. Sensor. Embedded System.