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VASCONCELOS, Henrique Souza. Automação de sistema de irrigação em malha fechada utilizando rede sem fio de sensores capacitivos de umidade do solo. 2013. 76 f. : Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Ceará, Centro de Ciências Agrárias, Departamento de Engenharia Agrícola, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Agrícola, Fortaleza-CE, 2013. / Submitted by demia Maia (demiamlm@gmail.com) on 2016-07-06T13:35:35Z No. of bitstreams: 1 2013_dis_hsvasconcelos.pdf: 5224964 bytes, checksum: 3ab4dd789636c0f7851554747cf8f842 (MD5) / Approved for entry into archive by demia Maia (demiamlm@gmail.com) on 2016-07-06T13:36:12Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2013_dis_hsvasconcelos.pdf: 5224964 bytes, checksum: 3ab4dd789636c0f7851554747cf8f842 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-07-06T13:36:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2013_dis_hsvasconcelos.pdf: 5224964 bytes, checksum: 3ab4dd789636c0f7851554747cf8f842 (MD5) Previous issue date: 2013 / Irrigation is one of the most influencing practices on agricultural production, requiring a high water consumption, which is a scarce resource critical to life’s preservation. Thus, techniques aimed at reducing energy and water waste by an irrigation system have been studied and applied under the name of precision irrigation. The main objective of this paper was to develop an automatic closed loop irrigation system based on the measurement of soil moisture by FDR capacitance sensors. An automatic irrigation systems allows a control which is far more precise than manual control, allowing fast and accurate decisions about how much and when to irrigate. For this to be possible, it was necessary to build electronic devices in order to read sensors in the crop field and control different points of the system: pumping house and hydraulic valves. A wireless sensor network (WSN) was chosen for communication between these devices. It allows a quick installation, since you don’t have to pull cords from the controller to the sensors and actuators on the crop field. We developed an automation software in Java that monitors and coordinates the entire network, which is executed in a personal computer (PC). Based on sensor readings and data on the irrigation system, the algorithm computes for how long to water the soil, remotely activating water pumps and hydraulic valves. In addition, the software verifies and stores data about the hydraulic pressure at the pumping house, protecting it against mechanical damage. The automation system was assembled in the field in order to monitor and control soil moisture in a maize crop field, being successful in this task. Some software problems were solved as they arose, showing the need for maintenance of an automation system. Storing pressure and soil moisture sensor data in a database provides a history of soil water status, allowing further analysis and evaluation of the irrigation system. / A irrigação é uma das práticas que mais influencia na produção agrícola, demandando um elevado consumo de água, que é um recurso escasso e fundamental para preservação da vida. Assim, técnicas que visem à redução do consumo de água e energia por um sistema de irrigação, baseando-se na cultura do não desperdício, vêm sendo estudadas e aplicadas sob o nome de irrigação de precisão. O objetivo principal deste trabalho foi desenvolver um sistema de automação da irrigação em malha fechada baseado na medida de umidade do solo por sensores capacitivos FDR. A automação de um sistema de irrigação com a utilização de sensores permite um controle mais preciso do que aquele feito manualmente, pois permite a tomada de decisões rápidas e precisas sobre o quanto e quando irrigar. Para que esta seja possível, foi necessário construir dispositivos eletrônicos para ler os sensores em campo e controlar os diferentes pontos do sistema: estação de bombeamento e válvulas em hidráulicas. A rede de sensores sem fio (RSSF) foi a forma escolhida para a comunicação entre estes dispositivos, por dispensar cabos, o que facilita a instalação dos mesmos em campo. Para controlar e coordenar toda a rede foi desenvolvido um software de automação na linguagem Java, executado a partir de um computador pessoal (PC). Baseando-se na leitura dos sensores e em dados sobre o sistema de irrigação, o algoritmo calcula o tempo de aplicação de água no solo, ligando bombas e acionando válvulas remotamente. Além disso, o sistema verifica e armazena os dados da pressão hidráulica na casa de bombas, protegendo-se contra danos mecânicos. O sistema de automação foi montado em campo de forma a monitorar e controlar a umidade do solo em uma cultura de milho, sendo bem sucedido nesta tarefa. Alguns problemas no software foram solucionados à medida que surgiam, mostrando a necessidade de manutenção em um sistema de automação. O armazenamento da leitura dos sensores de pressão e umidade em um banco de dados fornece um histórico do funcionamento do sistema, podendo ser utilizado para uma avaliação criteriosa do mesmo.

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / A irrigaÃÃo à uma das prÃticas que mais influencia na produÃÃo agrÃcola, demandando um elevado consumo de Ãgua, que à um recurso escasso e fundamental para preservaÃÃo da vida. Assim, tÃcnicas que visem à reduÃÃo do consumo de Ãgua e energia por um sistema de irrigaÃÃo, baseando-se na cultura do nÃo desperdÃcio, vÃm sendo estudadas e aplicadas sob o nome de irrigaÃÃo de precisÃo. O objetivo principal deste trabalho foi desenvolver um sistema de automaÃÃo da irrigaÃÃo em malha fechada baseado na medida de umidade do solo por sensores capacitivos FDR. A automaÃÃo de um sistema de irrigaÃÃo com a utilizaÃÃo de sensores permite um controle mais preciso do que aquele feito manualmente, pois permite a tomada de decisÃes rÃpidas e precisas sobre o quanto e quando irrigar. Para que esta seja possÃvel, foi necessÃrio construir dispositivos eletrÃnicos para ler os sensores em campo e controlar os diferentes pontos do sistema: estaÃÃo de bombeamento e vÃlvulas em hidrÃulicas. A rede de sensores sem fio (RSSF) foi a forma escolhida para a comunicaÃÃo entre estes dispositivos, por dispensar cabos, o que facilita a instalaÃÃo dos mesmos em campo. Para controlar e coordenar toda a rede foi desenvolvido um software de automaÃÃo na linguagem Java, executado a partir de um computador pessoal (PC). Baseando-se na leitura dos sensores e em dados sobre o sistema de irrigaÃÃo, o algoritmo calcula o tempo de aplicaÃÃo de Ãgua no solo, ligando bombas e acionando vÃlvulas remotamente. AlÃm disso, o sistema verifica e armazena os dados da pressÃo hidrÃulica na casa de bombas, protegendo-se contra danos mecÃnicos. O sistema de automaÃÃo foi montado em campo de forma a monitorar e controlar a umidade do solo em uma cultura de milho, sendo bem sucedido nesta tarefa. Alguns problemas no software foram solucionados à medida que surgiam, mostrando a necessidade de manutenÃÃo em um sistema de automaÃÃo. O armazenamento da leitura dos sensores de pressÃo e umidade em um banco de dados fornece um histÃrico do funcionamento do sistema, podendo ser utilizado para uma avaliaÃÃo criteriosa do mesmo. / Irrigation is one of the most influencing practices on agricultural production, requiring a high water consumption, which is a scarce resource critical to lifeâs preservation. Thus, techniques aimed at reducing energy and water waste by an irrigation system have been studied and applied under the name of precision irrigation. The main objective of this paper was to develop an automatic closed loop irrigation system based on the measurement of soil moisture by FDR capacitance sensors. An automatic irrigation systems allows a control which is far more precise than manual control, allowing fast and accurate decisions about how much and when to irrigate. For this to be possible, it was necessary to build electronic devices in order to read sensors in the crop field and control different points of the system: pumping house and hydraulic valves. A wireless sensor network (WSN) was chosen for communication between these devices. It allows a quick installation, since you donât have to pull cords from the controller to the sensors and actuators on the crop field. We developed an automation software in Java that monitors and coordinates the entire network, which is executed in a personal computer (PC). Based on sensor readings and data on the irrigation system, the algorithm computes for how long to water the soil, remotely activating water pumps and hydraulic valves. In addition, the software verifies and stores data about the hydraulic pressure at the pumping house, protecting it against mechanical damage. The automation system was assembled in the field in order to monitor and control soil moisture in a maize crop field, being successful in this task. Some software problems were solved as they arose, showing the need for maintenance of an automation system. Storing pressure and soil moisture sensor data in a database provides a history of soil water status, allowing further analysis and evaluation of the irrigation system.

Orientador: José Antonio Siqueira Dias / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-22T06:29:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Roque_Wellington_D.pdf: 36135434 bytes, checksum: 2e9ca0be59b1286da36d45ebc67dfd0d (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: A aplicação de sensores de umidade do solo vem aumentando devido à necessidade do uso eficiente da água para irrigação. Uma das técnicas amplamente utilizadas para o desenvolvimento desses sensores é a de dissipação de calor. Nesta técnica, um elemento aquecedor é usado para aplicar um pulso de calor no solo, gerando um aumento de temperatura, o qual é mensurado e relacionado com a umidade do solo. Porém, um dos principais problemas desse tipo de sensor é sua baixa sensibilidade. Buscando resolver esse problema, foi desenvolvido um sensor que utiliza um transistor bipolar como único elemento aquecedor e transdutor de temperatura. Uma energia aplicada causa aquecimento no transistor e consequentemente provoca uma variação na tensão da junção base-emissor. Com isso, realizamos um estudo, a fim de determinar qual o valor ideal de energia aplicada que proporcionaria a máxima sensibilidade na medida da variação da temperatura. Para isso foram utilizados para fabricação dos sensores 16 transistores com encapsulamento metálico (TO - 18). Os sensores foram inseridos em amostras de solo deformadas, que foram saturadas para realização da medida da umidade do solo, através do método gravimétrico. Foram realizados com cada sensor curvas de calibração relacionando a umidade do solo com a com o valor de ?T, para os diferentes valores de energias fornecidos no sensor. Após análise dos dados, foram escolhidos dois sensores que apresentaram maior variação entre suas curvas de calibração para serem inseridos em uma solução de Agar Agar e no Ar, realizando várias medidas nos sensores, sempre com os mesmos valores de energia, para verificar a repetibilidade dos mesmos. Os resultados mostraram que, em relação à energia aplicada no sensor, àquela que proporcionou uma maior sensibilidade em função da umidade do solo foi de 1:5J (25 V, 6,3 mA, 10 s). Foi constatado que a sensibilidade do sensor melhora com o aumento da potência, sendo que esta melhora é relativamente independente da energia fornecida. Em relação às medidas realizadas no Agar Agar, observamos uma melhora considerável do erro em função das medidas realizadas no solo, de 10% para o solo, para 4% no Agar Agar. Para as medidas realizadas no Ar, o valor do erro diminui para 1%. Para as medidas realizadas no solo, na solução de Agar Agar e no Ar, chegamos à conclusão que a diminuição do erro das medidas realizadas em cada um deles, ocorre devido à mudança do contato do sensor com o solo durante as medidas, visto que o solo, quando começa perder umidade ele altera o seu volume, levando a uma diminuição da superfície de contato do mesmo com o sensor. Esse erro pode ser também em função da variação da densidade do solo que ocorre durante a realização dos ensaios, causando uma diferença no valor das medidas, já citadas em outras literaturas. Observamos também que para a melhor utilização do sensor em diferentes faixas de umidade do solo, há a necessidade de alterar a energia aplicada, devido à sensibilidade de o sensor ser maior para umidades mais baixas (abaixo de 30%), necessitando de um acréscimo do valor da energia aplicada para se obter uma melhor sensibilidade para umidades altas (acima de 30%) / Abstract: The use of soil moisture sensors is increasing due to the need for efficient use of water for irrigation. One technique widely used for the development of these sensors is the heat dissipation. In this technique, a heater element is used for applying a pulse of heat into the soil, causing a rise in temperature, which is measured and related to the soil moisture. However, a major problem of this type of sensor is its low sensitivity. To solve this problem, we developed a sensor that uses a bipolar transistor as a single element heater and temperature transducer. Energy applied to the transistor causes its heating, which in turn causes a variation on the voltage of the base-emitter junction. So we conducted a study to determine the optimal value of energy applied to provide maximum sensitivity in the measurement of temperature variation. To do this, 16 metal case TO-18 package transistors were used in the fabrication of the sensors. The sensors were inserted in deformed soil samples, which were water-saturated to perform the measurement of soil moisture using the gravimetric method. With each sensor we obtained calibration curves relating the soil moisture to the value of temperature for the different values of energy supplied to the sensor. After analyzing the data, two sensors that showed greater temperature variation in their calibration curves were chosen to be inserted into a solution of Agar Agar and in the air, in order to perform multiple measurements with the sensors at the same energy values to check their repeatability. The results showed that the energy which provided a greater sensitivity as a function of soil moisture was 1,5 J (25 V, 6,3 mA 10 s). We have found that the sensor sensitivity improves with increasing dissipated power and this improvement is relatively independent of the energy supplied. Regarding the measurements performed in Agar Agar, we observed a significantly lower error compared to the measurements taken in the soil: from 10% for the soil measurements to 4% in the Agar Agar. For the measurements made in air, the error decreased to 1%. For the measurements made in soil, in solution of Agar Agar and in air, we concluded that the decrease of the measurements errors performed in each of them occurs due to a changing in the contact between the sensor and the media during the measurements, because the soil changes its volume when it begins to lose moisture, leading to a decreased surface contact with the sensor. This error can also be due to the variation of soil density that occurs during the tests. We also observed that for the best use of this sensor in different ranges of soil moisture there is a need to change the applied power due to the higher sensitivity of the sensor for moisture content below 30%, needing an increase in the amount of this power to obtain a better sensitivity to humidity above 30% / Doutorado / Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica / Doutor em Engenharia Elétrica