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Título: Estratégia de monitoramento e automação em sistemas de irrigação utilizando dispositivos de comunicação em redes de sensores sem fio
Título em inglês: Strategy of monitoring and automation in irrigation systems using communication devices in wireless sensor network
Autor(es): Cruz, Tadeu Macryne Lima
Orientador(es): Teixeira, Adunias dos Santos
Palavras-chave: Irrigação e drenagem
Rádio frequência
Comunicação sem fio
Sensores de umidade do solo
Radio frequency
Wireless communication
Data do documento: 2009
Citação: CRUZ, T. M. L. (2009)
Resumo: O objetivo deste trabalho foi desenvolver estratégias de monitoramento e automação em sistemas de irrigação utilizando sensores capacitivos FDR para coletar dados do conteúdo de água no solo através de uma Rede de Sensores Sem Fio (RSSF). Os sensores capacitivos FDR foram desenvolvidos no Departamento de Engenharia Agrícola (DENA) da UFC. Foram utilizados neste trabalho 14 sensores capacitivos FDR e um deles passou por um processo de calibração em laboratório, onde foi sobreposta uma lâmpada de 100 watts na amostra de solo indeformada para acelerar o secamento do solo. Esta calibração derivou uma equação do tipo potencial. A RSSF utilizada é formada por módulos sensores capazes de comunicar-se entre si por rádio frequência, possuindo um ponto de comunicação final (estação base). O sistema de RSSF foi constituído de 7 módulos sensores, 2 módulos multihops e um módulo mestre conectado ao computador. Cada módulo sensor é constituído pelos seguintes elementos: transceptor TRF 2.4 GHz da Laipac (alcance máximo de 150 m), memória, processador, bateria de 12 volts e dois sensores capacitivos FDR. A RSSF foi instalada em um campo cultivado por milho em estádio avançado de produção (30 DAS). Os sensores capacitivos FDR foram instalados em duas profundidades: 10 cm e 25 cm. Os dados dos módulos sensores eram transmitidos ao módulo mestre através dos 2 módulos multihops. As respostas dos sensores capacitivos FDR foram coletadas pelos módulos sensores todos os dias, pelo período da manhã e da tarde, e o tempo de irrigação foi determinado com base na equação de calibração. As leituras foram coletadas antes e depois das irrigações e o experimento durou aproximadamente 15 dias. Foi realizada uma validação da calibração em campo relacionando as respostas dos sensores capacitivos FDR em tempo real com a umidade volumétrica pelo método padrão de estufa. A RSSF possibilitou que os sensores capacitivos FDR registrassem a variação do teor de água durante os eventos de chuva e irrigações. As comunicações dos módulos sensores foram bem sucedidas, apesar da altura das plantas e as ocorrências das chuvas terem impedido em alguns momentos as transmissões. A equação obtida em laboratório subestimou os valores de umidade volumétrica real, obtida pelo método direto, devido à temperatura que a lâmpada incidiu na amostra de solo durante o processo de calibração. A bateria dos módulos sensores foi o fator mais limitante e requer ajuste no protocolo de comunicação da RSSF par otimizar o consumo. A RSSF mostrou-se um sistema dinâmico e preciso e pode, em conjunto com os sensores capacitivos FDR, auxiliar pesquisadores e produtores na tomada de decisão de irrigação.
Abstract: The goal of this study was to develop strategies for monitoring and automated irrigation systems using FDR capacitance sensors to collect data of water content in the soil through Wireless Sensor Network (WSN). The FDR capacitance sensors were developed in the Department of Agricultural Engineering (DENA) pertain UFC. Were used 14 FDR capacitance sensors and one of them went through a calibration process in the laboratory, witch was superimposed a 100-watt bulb in the soil sample undeformed to accelerate the drying soil. At the end of the calibration we obtained an equation potential model. The WSN is formed sensors nodes can communicate with each other by radio frequency having a communication end point (base station). The WSN system consisted of 9 sensors modules and a master module connected to the PC. Each sensor module consists of the following elements: 2.4 GHz transceiver TRF of company Laipac (maximum range 150 m), memory, processor, 12-volt battery and two FDR capacitance sensors. The WSN was installed in a field of maize crop in an advanced stage of production (30 DAS). The FDR capacitance sensors were installed at two depths: 10 cm and 25 cm. The data from the sensor modules were transmitted to the master module through the 2 modules multihops. The responses of the FDR capacitance sensors were collected every day at the morning and afternoon, and the time of irrigation was determined based on the calibration equation. The responses of the FDR capacitance sensors obtained by WSN were collected before and after irrigation and the experiment lasted 15 days. We performed a validation of the field calibration relating the responses of the FDR capacitance sensors in real time with the water content by gravimetric method. The WSN enabled FDR capacitance sensors recorded the variation of water content during the events of rainfall and irrigation. The communications of sensors modules have been successful, despite the height of plants and occurrences of rainfall have impeded some transmissions. The equation obtained in laboratory underestimated the true values water content obtained by the direct method, due to the temperature that the light bulb emitted on the soil sample during the calibration process. The battery of the sensor modules was the most limiting factor and requires adjustment in the communication protocol of WSN to optimize consumption. The WSN was dynamic and accurate and may, in partnership with FDR capacitance sensors, help researchers and producers in decision-making irrigation.
Descrição: CRUZ, Tadeu Macryne Lima. Estratégia de monitoramento e automação em sistemas de irrigação utilizando dispositivos de comunicação em redes de sensores sem fio. 2009. 83 f. Dissertação (Mestrado em engenharia agrícola)- Universidade Federal do Ceará, Fortaleza-CE, 2009.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/18074
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