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Victor Ribeiro Silva

1. Tens o V Dados Lux metro 0 0 000 10 0 000 20 0 000 30 0 000 40 0 000 50 0 000 60 0 000 70 342 600 80 795 363 90 1356 558 100 2024 455 110 2685 431 120 3450 802 130 4429 577 140 5728 458 150 7232 668 160 9143 500 170 11627 639 180 14471 104 190 17567 193 200 21144 307 210 25096 320 220 29087 553 230 33346 407 240 38105 895 250 43603 645 3 5 Lux metro como medidor de IL em pastagens 67 Na Tabela 3 3 s o mostrados os valores de refer ncia medidos pelo LI COR LI 1776 O procedimento para levantar a curva caracter stica do Lux metro semelhante ao realizado para o LI COR modelo LI 1776 Dessa forma a curva caracter stica da TAL versus iluminamento apresentada na Figura 3 25 45000 40000 35000 30000 25000 20000 15000 Ilumin amento Lux 10000 5000 0 0 50 100 150 200 250 Tens o de Alimenta o da L mpada V Figura 3 25 Tens o de alimenta o da l mpada x iluminamento Como pode se observar a resposta comportamental obtida com este experi mento utilizando o Lux metro bastante similar resposta do experimento detalhado anteriormente utilizando o LI COR modelo LI 1776 A nica diferen a que os valo res da resposta do Lux metro apresentados no eixo das coordenadas na Figura 3 25 s o muito maiores que os valores de resposta do LI COR apresentados
2. 0 T T T T T T T 1 0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000 Taigital Figura 3 58 Prot tipo com resistor de 1KQ x Lux metro Quanto aos gr ficos de correla o linear dos resistores mostrados nas Figuras 3 58 e 3 60 constatou se que os comportamentos das curvas dos aparelhos foram seme lhantes ao do Lux metro com os valores de r bem pr ximos a 1 um Prot tipo Resistor 1000 _ 40000 5 35000 F 30000 f 25000 E 20000 15000 Lux metro E 10000 F Prot tipo 5000 a o o 50 100 150 200 250 300 Tens o de Alimenta o da L mpada Figura 3 59 Compara o das curvas caracter sticas do Lux metro e do prot tipo com resistor de 1000 3 6 Prot tipos de medidores de luminosidade de baixo custo 94 r 0 999334 luminamento Lux 6 T T T T 7 i 0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000 Taighal Figura 3 60 Prot tipo com resistor de 1009 x Lux metro Os comportamentos de todos os resistores avaliados atrav s do coeficiente de correla o linear obtiveram uma tima aproxima o do aparelho Lux metro corrigindo o problema da instabilidade Dessa forma nota se que esses resistores podem ser utilizados nas escalas que medem desde baixas at altas luminosidades no prot tipo proposto O resistor de IMQ por atuar melhor em condi es de baix ssimas luminosida des fica
3. c d Figura 3 34 a PTILDR em protoboard b PT2LDR em placa de circuito impresso c PTIFT disposto como n sensor e d PTIFT disposto como medidor lumino sidade 3 6 Prot tipos de medidores de luminosidade de baixo custo 76 Como s o utilizados 10 bits para a convers o A D Anal gico Digital tem se 1024 21 valores poss veis para representar a luminosidade Portanto para cada varia o de 4 88mV denominado degrau de tens o haver um correspondente valor digital para a luminosidade A Vaida tens o de sa da resposta anal gica gerada pelo m dulo de sensoria mento a entrada do m dulo de processamento dos prot tipos que por sua vez a con verter em uma sa da digital denominada Tpigiral 3 6 1 Prot tipos usando o LDR A constru o dos prot tipos de teste foi iniciada utilizando o sensor fotoel trico LDR devido ao f cil acesso deste componente eletr nico Com este dispositivo foram constru dos dois prot tipos No primeiro denominado de PTILDR o LDR foi inserido em uma configura o divisor de tens o e no segundo denominado de PT2LDR foi agregado sa da do PTILDR um amplificador logar tmico Nas an lises dos gr ficos a faixa de tens o de alimenta o da l mpada de 0 30V n o foi avaliada porque nesse intervalo a l mpada n o gera fluxo luminoso significante Portanto toda distor o apresentada no sinal da resposta ser desprezada por n o acarretar algum tipo
4. a ALCANCE DA COMUNICA O Figura 1 1 Vis o geral dos elementos da RSSF Uma rede de sensor sem fio para monitoramento da intercepta o luminosa em pastagens pode ser composta pelos seguintes itens e n sensor e n intermedi rio opcional e e esta o base central O n sensor um equipamento respons vel por captar a luminosidade que incide sobre a pastagem em determinado momento Esse dado enviado atrav s de ondas de 1 4 Metodologia empregada 22 r dio para a esta o base Ele pode ser programado para enviar os dados recebidos em um determinado tempo ou enviar todas as informa es no momento em que ele recebe Deve se observar que n o h o interesse em monitorar a intercepta o luminosa constantemente mas sim em per odos pr determinados O n intermedi rio um equipamento que pode ser utilizado para estender a transmiss o de ondas de r dio aumentando assim o alcance da rede sem fio Ele utilizado no caso do n sensor estar a uma dist ncia maior do que ele capaz de se comunicar com a esta o base amplificando e regenerando eletricamente os sinais transmitidos pelos n s sensores De acordo com a topologia da rede necess ria para cobrir a rea de interesse no monitoramento podem existir diversos n s intermedi rios devido a sua fun o limitada de alcance A esta o base central composta basicamente por uma antena receptora dos dados enviados p
5. Orientador Dr Renato de Freitas Bulc o Neto Co Orientador VICTOR RIBEIRO SILVA Uma Proposta para Automatiza o do Monitoramento da Intercepta o Luminosa em Pastagens Utilizando uma Rede de Sensores sem Fio de Baixo Custo Disserta o apresentada ao Programa de P s Gradua o do Instituto de Inform tica da Universidade Federal de Goi s como requisito parcial para obten o do t tulo de Mestre em Programa de P s Gradua o em Ci ncia da Computa o rea de concentra o Sistemas de Computa o Orientador Prof Dr Iwens Gervasio Sene Junior Co Orientador Prof Dr Renato de Freitas Bulc o Neto Goi nia 2014 VICTOR RIBEIRO SILVA Uma Proposta para Automatiza o do Monitoramento da Intercepta o Luminosa em Pastagens Utilizando uma Rede de Sensores sem Fio de Baixo Custo Disserta o defendida no Programa de P s Gradua o do Instituto de Inform tica da Universidade Federal de Goi s como requisito parcial para obten o do t tulo de Mestre em Programa de P s Gradua o em Ci ncia da Computa o aprovada em 13 de Fevereiro de 2014 pela Banca Examinadora constitu da pelos professores Prof Dr Iwens Gervasio Sene Junior Instituto de Inform tica UFG Presidente da Banca Prof Dr Renato de Freitas Bulc o Neto Instituto de Inform tica UFG Co orientador Prof Dr Leandro Lu s Galdino de Oliveira Instituto de Inform tica UFG Prof Dr Ricard
6. o dos seus elementos representada pelas setas que une cada uma delas Unidade de Alimenta o Unidade de Unidade de Unidade de Sensoriamento Processamento Comunica o Figura 5 7 Arquitetura de hardware do n sensor 2 0 O esquema el trico da Figura 5 8 mostra todos os circuitos e os dispositivos implementados para o n sensor PT2FD R N Interface Unidade de Comunica o e Unidade de Sensoriamento Unidade de Comunica o Processamento XBEE XBEEPRO vcc AD0 D100 DOUT AD1 D101 DIN CONFIG AD2 DIOZ Do8 AD3 0103 RESET RTS AD6 DI06 PWMOZRSSI Assoc AD5 0105 Unidade de Procesamento PIC18F1320 RA3 AN3RAREC T1050 T13CKI P1C KBI2 RBO AN4 INTO RB5 PGM KBIL RB AN5 1X CK INT RB4 AN6 RX DT KBIO Figura 5 8 Esquema el trico do n sensor e as liga es entre as suas unidades 5 4 Prot tipos de n s sensores constru dos 123 A Figura 5 9 ilustra o prot tipo do n sensor PT2FD constru do em uma placa protoboard Figura 5 9 N sensor PT2FD a Unidade de processamento A unidade de processamento formada essencialmente pelo microcontrolador PIC18F1320 conforme ilustrado na Figura 5 10 a unidade central do n sen sor que recebe os dados da unidade de sensoriamento efetua o seu processamento e os encaminha unidade de comunica o do n 22nF c8 PIC18F1320 RAO ANO RB3 CCP P A pdf GND RA AN LYDIN RB2 P1B INT2 RA4 TOCKI OSC1 CLKI RA7
7. ta pu Corrente de Base 1 LA a 2 4 8 10 Intensidade Luminosa Lux Figura 3 11 Corrente x intensidade luminosa Fonte 20 Geralmente um fototransistor conectado a um circuito na configura o emissor comum Na aus ncia de um fluxo luminoso incidente em sua jun o fotossens vel apenas uma pequena corrente de satura o reversa do coletor originada pela a o dos portadores de carga minorit rios gerados termicamente 3 2 Sensores de luminosidade utilizados em medidores 55 A configura o emissor comum conforme ilustrada na Figura 3 12 a mais utilizada em circuitos transistorizados Por isso os diversos par metros dos transistores fornecidos pelos manuais t cnicos t m como refer ncia tal configura o Nela a base o terminal de entrada de corrente e o coletor o terminal de sa da de corrente do circuito sendo que o terminal do emissor comum s tens es de entrada e sa da 20 PNP NPN oi di gi Sica B B SIMBOLOGIA C G B B a E E Figura 3 12 Configura o emissor comum Em termos de encapsulamento este dispositivo possui dois ou tr s terminais es tando a jun o base coletor exposta luz atrav s de uma pequena janela transparente implantada no inv lucro Tamb m poss vel encontrar fototransistor com a base acess vel O fototransistor pode ser utilizado em regime de comuta o ou em regime linear No regime de comuta o o dispositivo utilizado
8. 21 O objetivo esperado com a aplica o do amplificador logar tmico na sa da do PTILDR era o de obter uma resposta linear tal qual a curva caracter stica da luminosidade versus resist ncia apresentada na Figura 3 3 a no Cap tulo 2 e verificar o quanto o grau de correla o entre o PT2LDR e Lux metro aumentaria A Figura 3 40 mostra o resultado obtido no experimento utilizando o PT2LDR 3 6 Prot tipos de medidores de luminosidade de baixo custo 80 700 pr 600 Sa em 400 N o Toig V do PT2LD S arg 0 50 100 150 200 250 Tens o de Alimenta o da L mpada V Figura 3 40 TAL x Tpigita do PT2LDR Essa resposta aproximadamente linear porque a varia o da resist ncia do LDR ocorre em escala logar tmica de forma similar ao amplificador logar tmico Ap s a obten o desta resposta foi plotado um gr fico para a compara o visual das respostas do PT2LDR e do Lux metro conforme ilustrado na Figura 3 41 700 600 500 400 gp Lux metro PT2LDR 300 200 Huminamento Lux Tpigita V 100 0 50 100 150 200 250 Tens o de Alimenta o da L mpada V Figura 3 41 TAL x iluminamento Tpigital Observe que enquanto a resposta gerada pelo Lux metro cresce exponencial mente a resposta obtida com o PT2LDR cresce linearmente ou seja ela n o acompanha o aumento de luminosidade gerad
9. constitu da por elementos chamados n s Os elemen tos s o implementados com multifuncionalidades e dotados ou n o de placa de sensori amento Os n s possuem capacidade de coletar e processar dados e a parte de comunica o sem fio Cada n sensor pode estabelecer uma comunica o origem e destino tamb m podendo ser uma comunica o multissaltos ou seja utilizando um n intermedi rio para realizar a comunica o da origem com o destino 4 1 Defini o de RSSF 101 Segundo Puccinelli e Haenggi 23 altas taxas de amostragem de sensores digi tais modernas normalmente n o s o necess rias em redes de sensores A efici ncia ener g tica de sensores e seu tempo de ligamento e desligamento s o muito mais importantes Problemas adicionais s o o tamanho f sico do hardware de detec o a fabrica o a montagem e a compatibilidade com outros componentes do sistema Usar um mi crocontrolador com um comparador anal gico uma t cnica de economia de energia que permite que o n evite valores de amostragem que n o se enquadrem em um determinado intervalo 23 Todas as redes de comunica o sem fio possuem uma caracter stica crucial as falhas na comunica o entre seus elementos interferindo diretamente nas informa es geradas pela rede Algumas caracter sticas cruciais de uma RSSF s o restri es de hardware e software toler ncia a falhas de comunica o entre os elementos topologia de rede din
10. Efetuando se a uni o dos dois tipos de semicondutores da forma que est ilustrada na Figura 3 5 o excesso de el trons do material do tipo N tende a migrar para o material do tipo P visando tanto o equil brio eletr nico como a estabilidade qu mica O equil brio eletr nico o equil brio das densidades de el trons nos dois terminais A estabilidade qu mica realizada da seguinte forma cada tomo do material do tipo N que perde um el tron fica com oito el trons na sua camada de val ncia o mesmo acontecendo com cada tomo do material do tipo P que tem a sua lacuna ocupada por este el tron Jun o metal rgica Prrrrr r O ado he o o RE Anodo Catodo Ja A e ado do o o o 0 e Fotencial Figura 3 5 Jun o PN Fonte 1 3 2 Sensores de luminosidade utilizados em medidores 52 Este fen meno da ocupa o de uma lacuna por um el tron chamado de recombina o como mostra a Figura 3 6 tomo Pentavalente Atomo Trivalente Material tipo N Material do tipo P ar E a as Sino e x El tron O Lacuna Figura 3 6 Recombina o el tron lacuna Como o processo de recombina o d se inicialmente na regi o pr xima jun o ocorrer neste local a forma o da camada de deple o que a diminui o ou aus ncia de portadores majorit rios na regi o pr xima jun o PN 20 A forma o da camada de deple o ocorre medida que os tomos do mat
11. NASHELSKY L Dispositivos Eletr nicos e Teoria de Circuitos S o Paulo Ed Prentice Hall 8 edition 2004 BRIGHTON Brighton webs ltd light dependent resistor Dispon vel em lt http www brighton webs co uk electronics light dependent resistor aspx gt Acesso em 13 dez 2013 2010 6 p CARNEVALLI R A Din mica da Rebrota o de Pastos de Capim Momba a Submetidos a Regimes de Desfolha o Intermitente PhD thesis Universidade de S o Paulo Escola Superior de Agricultura 2003 Refer ncias Bibliogr ficas 133 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 CIPELLI A M V SANDRINI W J MARKUS O Teoria e Desenvolvimento de Projetos de Circuitos eletr nicos S o Paulo Ed rica 18 edition 2001 COELHO J P Sensores e actuadores Instituto Polit cnico de Bragan a Escola Superior de Tecnologia e Gest o 2004 185 p DECAGON Accupar par lai ceptometer model Ip 80 Dispon vel em lt http manuals decagon com Manuals 10242 Accupar 20LP80 Web pdf gt Acesso em 21 out 2013 2006 105 p FONSECA R S Ilumina o El trica S o Paulo Ed Mcegraw Hill do Brasil Ltda 1 edition 1976 GUNTER W STILES W S Color Science Concepts and Methods Quantita tive Data and Formulas John Wiley amp Sons Inc 1 edition 1967 HaMAMATSU Datasheet of photodiode s7686 Dispon vel em lt http www hamamatsu com resources pdf ssd s768
12. Na importa o direta ao valor do equipamento devem ser acrescentados os custos de embalagem frete interno at porto aeroporto de embarque no exterior frete internacional e despesas de desembara o no Brasil Na compra em moeda nacional todos os custos j est o incorporados no valor do equipamento que ser entregue no local solicitado Na importa o direta o equipamento LAI 220C tem pre o unit rio de US 9 995 00 e acrescidos de U 700 00 e mais 20 de valores supracitados o valor total de US 12 834 00 Na cota o de 17 01 2014 o d lar comercial foi de R 2 3582 Dessa forma o equipamento tem pre o unit rio de R 30 265 14 Na compra em moeda nacional o valor unit rio or ado foi de R 97 054 67 Deve se observar que os produtores rurais podem adquirir o equipamento por importa o direta para baratear os custos Entretanto os rg os que necessitam de preg o licita o devem adquirir atrav s da compra em moeda nacional o que torna o equipamento inacess vel para muitas pesquisas 2 2 3 LI COR LAI 2200TC Segundo 19 o analisador de cobertura dossel de plantas LAI 2200TC similar ao equipamento LAI 2200C como pode ser visto na Figura 2 7 2 2 Medidores de luminosidade de alto custo 36 Figura 2 7 LAI 2200TC O LAI 2200TC fornecido completo pronto para opera o com 2 sensores pticos LAI 2250 1 unidade de controle LAI 2270 programa de comunica o 1000 90 software FV2200 estojo de pr
13. com os aparelhos LI COR e Lux metro foi realizado o procedimento de coleta de medidas de luminosidade utilizado pela Embrapa Empresa Brasileira de Pesquisas Agropecu rias Para que isso fosse poss vel algumas exig ncias tiveram de ser acatadas Devido ao uso do LI COR foi exigida a presen a de um t cnico de prontid o no hor rio estabelecido entre 11h00min e 13h00min e condi es ambientais favor veis como c u limpo e sol pleno No experimento foi utilizado um piquete de pastagem de 200m que por sua vez foi dividido em quatro reas de 50m cada denominadas de rea I II HI e IV As medi es foram realizadas de maneira distribu da visando abranger toda a rea monitorada Primeiro fez se a coleta usando o LI COR e logo em seguida com o Lux metro Para coletar as medidas de luminosidade seguiu se o procedimento e em cada rea foi realizada uma coleta de luminosidade e uma coleta de luminosidade foi definida da seguinte forma foram coletadas seis amostras de dados medindo uma vez acima do capim e as outras cinco medindo de maneira distribu da na rea no p do capim 3 5 Lux metro como medidor de IL em pastagens 70 Com as informa es obtidas das amostras de luminosidade coletadas nas reas o pr ximo passo foi calcular a porcentagem de intercepta o luminosa IL de cada uma delas O c lculo da IL segundo Carnevalli 9 realizado da seguinte forma 1 somam se os valores das cinco amos
14. configura comunica o serial abre porta serial monitora porta serial pacote recebido decodifica pacote imprime dados Figura 5 4 Diagrama de blocos do software monitor O software inicia com a configura o da comunica o serial do computador porta USB informando qual a taxa de bits bit de paridade entre outros par metros Em seguida ele monitora constantemente esta porta USB at o recebimento de algum pacote Quando ocorre a chegada de pacotes recebidos pela esta o base eles s o decodificados pelo software monitor e s o impressos na console de sa da juntamente com a identifica o do n sensor que enviou o dado 5 4 Prot tipos de n s sensores constru dos Foram desenvolvidas duas vers es de prot tipos que ser o apresentados nesta se o Os sensores remotos s o dispositivos que possuem m dulos XBee configurados como End Device No caso do monitoramento de IL estes dispositivos possuem a 5 4 Prot tipos de n s sensores constru dos 120 responsabilidade de coletar as informa es de luminosidade na parte inferior e superior do pasto 5 4 1 N sensor vers o 1 0 PTIFD Para o projeto a princ pio foi desenvolvido o prot tipo do n sensor mostrado na Figura 5 5 denominado de PTIFD Figura 5 5 Prot tipo n sensor PTIFD A fonte de alimenta o deste n sensor composta por duas pilhas de 1 5V cada ligadas em s rie para gerar um tens o de 3 V com o objetivo
15. que foram constru dos para a apresenta o de uma proposta de medidor de luminosidade adequado Observe que medidor de luminosidade apenas o circuito eletr nico respons vel pela aferi o da luminosidade seja em laborat rio ou em um ambiente real J o n sensor um circuito mais completo que possui microcontrolador mem ria e transmiss o RF j estando preparado para o uso Os experimentos realizados em laborat rio com os prot tipos de teste constru dos tiveram como objetivo levantar suas curvas caracter sticas e posteriormente compar las a fim de verificar se esses medidores possuem comportamentos similares em rela o s respostas apresentadas pelos aparelhos Lux metro e LI COR modelo LI 1776 O arranjo experimental apresentado na Se o 3 5 elaborado por Morais e Franco 21 para levantar as curvas caracter sticas dos aparelhos Lux metro e consequen temente LI COR tamb m foi utilizado nos experimentos realizados com os prot tipos de teste O medidor de luminosidade bem como o n sensor formado por cinco com ponentes fundamentais o sensor o processador o transceptor a bateria e a mem ria conforme ilustrado na Figura 3 29 E Figura 3 29 Componentes b sicos de um n sensor Fonte 26 3 6 Prot tipos de medidores de luminosidade de baixo custo 13 Todos os experimentos aos quais os prot tipos foram submetidos tiveram como finalidade verificar a resposta comportamental digital
16. respons vel pela configura o de todos os usu rios podendo criar alterar ou excluir cadastros Ap s a autentica o do usu rio o primeiro campo que surge FAZENDA Aqui o usu rio pode escolher conforme uma lista em qual fazenda ir fazer as medi es de IL Se a fazenda n o estiver cadastrada no sistema o usu rio poder criar alterar e excluir a mesma Logo depois da escolha da fazenda aparece a op o PASTO tendo em vista que uma fazenda pode ter v rios pastos a sele o de pasto a ser utilizado dever ser feita neste momento Como no campo anterior aqui tamb m ser dado ao usu rio a op o de criar alterar e excluir pastos Em seguida aparece o campo PIQUETE que a subdivis o dos pastos que ser o monitorados Aqui tamb m ser dado ao usu rio a op o de criar alterar e excluir piquetes Nos piquetes ser instalada a RSSF atrav s de kits de n sensores que far todas as medi es e informar ao usu rio as informa es da IL O kit um conjunto de n s sensores que s o colocados em uma determinada rea e que transmitem a IL a um software do tipo middleware que receber esses valores e os guardar no banco de dados ultilizado pela aplica o web Nos piquetes existe a possibilidade de se colocar mais de um kit Portanto existem os campos para se gerenciar todas estas RSSF criando as alterando as ou 5 2 Requisitos da interface web 116 excluindo as 5 2 2 Requisitos n o func
17. rio o processamento de banda base Al m disso a seguran a intrinsecamente garantida sinais interceptados s o alterados No entanto a necessidade de uma linha de vis o e localiza o precisa torna essa op o invi vel para a maioria das aplica es 23 como para o trabalho em quest o A abordagem de gerenciamento RR foi escolhida baseado em estudos compro vando as vantagens em rela o s outras existentes e aplic veis em agricultura segundo Silva 32 Na abordagem RR quando ocorre perda de uma resposta o gerente poder agir ap s identificar o motivo da perda A principal desvantagem dessa abordagem o grande volume de dados no momento da requisi o resposta dos elementos pr ximos aos ge rentes ocorrendo aumento dos pacotes que transitam na rede aumento de processos nos elementos perda de dados e causando maior consumo de energia e utiliza o da largura da banda 4 1 5 Processamento de uma RSSF Apesar de FPGAs dispositivos semicondutores largamente utilizados para o processamento de informa es digitais de baixa pot ncia se tornarem uma op o vi vel 4 1 Defini o de RSSF 104 em um futuro pr ximo microcontroladores MCUs s o agora a principal escolha para o processamento em n s sensores A m trica fundamental na sele o de um MCU o consumo de energia O modo de suspens o ou sono merece aten o especial como em muitas aplica es ciclos baixos s o essenciais para a extens o da v
18. ssemos estudar e nos realizarmos profissionalmente Agrade o ao meu orientador prof Dr Iwens Gervasio Sene Junior por me prover a oportunidade de voltar ao mestrado mesmo sem me conhecer o suficiente e pela paci ncia e otimismo que sempre demonstrou Agrade o aos professores Dr Juliano Lopes de Oliveira que foi meu orientador na gradua o e MSc Adriana Silveira de Souza que me ensinaram a gostar de Enge nharia de Software e sempre foram amigos leais e presentes O meu muito obrigado por sempre me apoiarem nos momentos de dificuldades e sempre dividirem comigo os mo mentos de alegria Agrade o as minhas amigas Fabiana Freitas Mendes e M rcia Rodrigues Cap pelle Santana que leram esta disserta o e deram sugest es importantes Agrade o a elas e a minha amiga Patr cia Gomes Fernandes pelos seus incentivos constantes e por suas amizades sinceras desinteressadas e leais Agrade o ao INF UFG e EMBRAPA pela oportunidade de crescimento t cnico te rico e pr tico durante a realiza o deste projeto Agrade o Funda o de Amparo Pesquisa do Estado de Goi s FAPEG e ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Cient fico e Tecnol gico CNPq pelo apoio financeiro no projeto Edital MCT CNPq n 09 2010 PDI Processo n 560269 2010 2 Agrade o tamb m a todos aqueles que de alguma forma me incentivaram e me ajudaram a concluir este trabalho O choro pode durar uma noite mas a alegria logo vem ao amanhecer Valdeci
19. 2 Medidores de luminosidade de alto custo 32 Figura 2 4 LI COR LI 1776 Fonte 21 O per odo padr o de integra o do LI 1776 24 horas mas ele pode ser configurado como o usu rio desejar Seu uso recomendado somente quando h 5 de sol total 18 Ele possui uma bateria interna de 9V e uma fonte externa AC ou DC para ser usada para monitoramentos de longo prazo A bateria interna prov uma energia por pouco tempo para ser realizado backup no caso da fonte externa falhar 18 Por ser um equipamento antigo que come ou a ser fabricado em 1980 a pro du o do LI COR LI 1776 foi descontinuada em 1988 Equipamentos como o LI COR LAI 2200C e LAI 2200TC com caracter sticas e funcionalidades extras o substitu ram 2 2 2 LI COR LAI 2200 Segundo 19 o analisador de cobertura dossel de plantas LAI 2200C um equipamento com GPS integrado e op o de mapeamento Figura 2 5 LAI 2200C 2 2 Medidores de luminosidade de alto custo 33 Baseado na tecnologia comprovada de seus antecessores LAI 2000 e LAI 2200 apresenta uma interface mais moderna com v rias op es de configura es e caracter sticas superiores de an lise dos dados Al m disso o LAI 2200C pode ser utilizado em qualquer condi o de clima inclusive em dias de sol intenso n o havendo a necessidade de aguardar um dia de sol mais ameno ou nublado Possui um design ergon mico mais leve e sensor ptico aut nomo funciona indepe
20. 3 30 Esquema el trico geral do prot tipo do medidor de luminosidade Fonte 21 3 6 Prot tipos de medidores de luminosidade de baixo custo 74 ENTRADA ANAL GICA VLLSA9TOId Figura 3 31 Esquema el trico geral do prot tipo do n sensor Fonte 21 A diferen a entre o medidor manual de luminosidade e o seu posterior n sensor que o m dulo de sensoriamento especificamente o sensor no caso do medidor manual separado dos demais m dulos e n o h m dulo de comunica o Isso n o ocorrer com o n sensor ou seja todos os m dulos ficar o dispostos em uma mesma placa de circuito impresso As Figuras 3 33 e 3 32 mostram as disposi es finais de todos os componentes que foram necess rios para as impress es dos desenhos esquem ticos gerais em placas de fenolite dos prot tipos do n sensor e do medidor de luminosidade Figura 3 32 Esquema do circuito impresso em uma placa de feno lite do medidor de luminosidade Fonte 21 3 6 Prot tipos de medidores de luminosidade de baixo custo 15 R3 a E RADA q Wi PIC16F877A EEEE R4 Figura 3 33 Esquema do circuito impresso em uma placa de feno lite do n sensor Fonte 21 Para a visualiza o do processo de desenvolvimento desses prot tipos uma colet nea de imagens foi realizada conforme ilustrado na Figura 3 34
21. 9V Por meio de reguladores de tens o obtida a tens o de 5V e de 3 3V para alimenta o do microcontrolador e do m dulo XBee respectivamente Figura 5 13 Esquema el trico da unidade de energia A bateria conectada no terminal de entrada do regulador de tens o LM7805 que respons vel por manter a tens o constante em 5V ella que alimenta a unidade de processamento e a unidade de sensoriamento Em seguida foi conectado um LM317 que reduz a tens o para 3 3V para depois alimentar a unidade de comunica o Os capacitores do circuito possuem a fun o de filtrar pequenas flutua es na tens o d Unidade de comunica o A unidade de comunica o composta por um m dulo XBee Os m dulos XBee da Digi oferecem diversos modelos das mais variadas aplica es Os m dulos j saem de f brica configurados para se comunicarem em uma rede com topologia ponto a ponto Como neste trabalho foi utilizada a topologia estrela foi necess rio realizar algumas altera es na configura o inclusive para diferenciar qual m dulo iria funcionar como n Coordenador e como End Device A Figura 5 14 ilustra o esquema el trico da unidade de comunica o 5 5 Considera es finais 127 XBEE XBEEPRO vcc ADO DIOO DOUT AD DIO DIN CONFIG AD2 DIO2 DOB AD3 DIO3 RESET RTS AD6 DIO6 PWMO RSSI Assoc AD5 DIOS PwMi VREF not connected ON SLEEP orr surerra DIS CTS DIO7 GND AD4 DIO4 U2 Figura 5 14 Esquema el tri
22. M dulo XBee Esses dispositivos ser o descritos posteriore mente juntamente com o Software X CTU que o respons vel pela configura o dos m dulos XBee Como foi dito anteriormente o Lux metro um aparelho utilizado para medir o n vel de luminosidade dos ambientes O circuito apresentado na Figura 3 48 foi a base para a implementa o do circuito do n sensor constru do nesse trabalho respons vel pela capta o de dados de luminosidade 5 3 1 N s sensores Os n s sensores s o pequenos dispositivos com baixo consumo de energia ca pazes de auto organiza o coopera o processamento comunica o e monitoramento de objetos animais condi es meteorol gicas etc Col nias clusters de sensores po dem ser lan adas ou estrategicamente posicionadas em locais in spitos ao ser humano provendo informa es cruciais para a tomada de decis o ou para pesquisas cient ficas 27 O n sensor um dispositivo que tem por finalidade fazer um monitoramento de um determinado fen meno e efetuar a transmiss o dos dados ou das medidas observadas atrav s de uma comunica o sem fio Os n s sensores fontes podem ser equipados com v rios tipos de transdutores capazes de medir diferentes magnitudes f sicas tais como calor temperatura press o umidade pH concentra o de nitrog nio no solo etc Um n sensor fonte consiste tipicamente de uma unidade de sensoriamento com processador embarcado mem
23. conseguido por peri dica reaaglomera o A redund ncia de dados minimizada j que o processo de agrega o combina medi es fortemente correlacionados Muitas aplica es exigem que as consultas sejam enviadas para os n s de detec o Isso verdade por exemplo sempre que o objetivo recolher dados sobre uma determinada rea onde v rios sensores foram implantados Esta a l gica pela qual trata se uma rede de sensores como um banco de dados 23 A RSSF proposta neste trabalho n o utilizar clusters e sim n s sensores que se comunicam diretamente com a esta o base em uma topologia estrela A transmiss o de dados pode ser feita atrav s de RF 3G bluetooth dentre outras tecnologias A seguir ser apresentada uma op o de transmiss o de dados RF que foi utilizada neste trabalho 4 1 Defini o de RSSF 105 M dulos XBee Os m dulos XBee s o fabricados pela Digi International que uma empresa membro da Alian a ZigBee a qual desenvolve produtos e tecnologias para conectar e gerenciar dispositivos eletr nicos locais ou remotos sobre uma rede sem fio ou pela internet XBee uma fam lia de m dulos compactos que implementam a pilha de pro tocolos 802 15 4 ZigBee para fornecer conectividade sem fio para aplica es que exige baixo consumo de bateria baixo custo baixa taxa de transfer ncia de dados e alta confi abilidade na transmiss o de dados Al m disso estes m dulos j v m de f bric
24. correla o obtida foi de 0 854 Por m este componente pode ser usado em outras configura es a fim de se conseguir melhorar a similaridade de sua resposta em rela o ao Lux metro Infelizmente isso acarretaria aumento no custo de pro du o dos prot tipos sendo assim descartada esta possibilidade uma vez que o prop sito deste trabalho o de construir equipamentos medidores de baixo custo J o resultado do prot tipo utilizando o fototransistor foi considerado satisfat rio pois o mesmo apresentou uma similaridade de 0 991 com o Lux metro nos experi mentos realizados em laborat rio Portanto h a necessidade de realiza o dos testes em campo com esse prot tipo para comprovar esta similaridade e valid lo em rela o ao LI COR modelo LI 1776 O modelo de rede implementado simples e f cil de configurar por m necessita de mais testes in loco e pesquisas para comprovar sua efic cia para automatiza o do processo de monitoramento de IL em pastagens Diante das vers es apresentadas para os prot tipos usando fotodiodo o PT2FD se mostrou mais adequado para implementa o da rede Esta vers o foi constru da de 3 8 Considera es finais 99 forma modular a qual possibilita o melhoramento de uma unidade sem afetar as outras caso essas melhorias n o afetarem a interliga o das unidades envolvidas O custo estimado para produ o do PT2FD de R 600 00 distribu dos da seguinte forma e R 116 58
25. de alimentar o m dulo XBee e os outros componentes do n sensor Para o circuito respons vel pela capta o de intensidade luminosa foi adicionado um resistor de 1KQ e um resistor de 1000 ao circuito do Lux metro apresentado na Se o 3 6 3 visando aumentar a escala e efetuar medi es de IL Tamb m foi conectado um filtro em paralelo na sa da do circuito sensor composto por um capacitor de 100uF em s rie com um resistor de 10KQ para evitar oscila es apresentadas em baixas luminosidades A Figura 5 6 ilustra o esquema do circuito do n sensor PTIFD no qual se distingue o circuito que realiza a capta o de luminosidade e o dispositivo XBee respons vel por enviar os dados coletados a esta o base 5 4 Prot tipos de n s sensores constru dos 121 R8 1K e o IR R9 74 OK H c2 cr1 AD4 DIO4 GND CTS DIO7 omysueer_ raog ON SLEEP not connected VREF PWM1 Assoc AD5 DIO5 PWMO RSSI RTS AD6 DIO6 RESET AD3 D103 D08 AD2 DIO2 DIN CONFIG AD1 DIO1 DOUT ADO DIOO vcc XBEE XBEEPRO Figura 5 6 Esquema el trico do prot tipo do n sensor PTIFD Nos testes realizados em laborat rio foi constatado que os dados recebidos pelo sensor de luminosidade n o estavam sendo lidos corretamente pelo dispositivo de comunica o sem fio XBee pois a tens o com que os dados chegavam ao pino do dispositivo sem fio respons vel pela convers o anal gico digital estava superior tens o m xima suporta
26. desse aparelho Em seguida dividiu se a r gua em quatro partes iguais de 25cm cada conforme ilustrado na Figura 3 22 obtendo se assim cinco pontos distintos 0 25 50 75 e 100cm nos quais fixou se a fonte luminosa 3 5 Lux metro como medidor de IL em pastagens 64 fim sensores in cio y visor p Figura 3 22 Desenho esquem tico do LI COR LI 1776 Em cada um dos pontos marcados na r gua do LI COR foram realizadas coletas de medidas de luminosidade que foram posteriormente comparadas O valor m ximo alcan ado em cada ponto foi 1237 62 26 16 e 8 respecitivamente O resultado obtido com essa experi ncia indicou que a r gua possui maior sensibilidade em seu in cio e medida que se afaste o fluxo luminoso da regi o inicial essa sensibilidade diminui significativamente Tabela 3 2 Dados de refer ncia do LI COR LI 1776 Tens o V Dados LI COR 0 0 000 10 0 000 20 0 000 30 0 000 40 0 000 50 0 000 60 0 000 70 3 000 80 7 000 90 12 000 100 18 000 110 24 000 120 31 000 130 40 000 140 52 000 150 66 000 160 83 000 170 105 000 180 130 000 190 157 000 200 188 000 210 222 000 220 256 000 230 292 000 240 332 000 250 378 000 Na Tabela 3 2 s o mostrados os valores de refer ncia medidos pelo LI COR LI 1776 3 5 Lux metro como medidor de IL em pastagens 65 Analisando se os resultados o pon
27. do TLC271P produto importado R 130 00 do fotodiodo S7686 produto importado e R 119 90 do m dulo XBee dispon vel no Brasil R 149 90 do PIC18F1320 e R 83 62 dos demais componentes eletr nicos Tendo em vista que o medidor de luminosidade LI COR LI 17776 utilizado atu almente para as medi es feitas pela EMBRAPA tem custo aproximado de R 50 000 00 e o PT2FD tem custo aproximado de R 600 00 tem se que o valor da constru o do prot tipo sugerido corresponde a 1 2 do valor gasto atualmente Em rela o ao LI COR LAI200C sucessor do LI 1776 o prot tipo corresponde a 2 do valor gasto para adquiri lo Deve se observar que o custo estimado para a produ o do prot tipo PT2FD deve ser ainda menor caso ele seja constru do em uma escala comercial Diante dos dados apresentados tem se que o PT2FD uma proposta de sensor de luminosidade de baixo custo que alcan a os objetivos esperados podendo ser utilizado at por pequenos produtores que n o tinham condi es financeiras para utilizar os medidores de alto custo existentes no mercado 3 8 Considera es finais Neste cap tulo foi apresentado um estudo sobre os sensores de luminosidade mostrando uma compara o entre eles Posteriormente foram detalhados os testes em laborat rio que validam o Lux metro como medidor de luminosidade alternativo ao LI COR Em seguida foram apresentados e analisados os tr s prot tipos constru dos por Morais e Franco 2
28. do local de ordenha Observe o caso da unidade de produ o leiteira da Escola de Veterin ria da 2 3 Monitoramento da IL em pastagens 40 Universidade Federal de Goi s Conforme apresentado na Figura 2 9 a rea mais distante do escrit rio est a menos de 550 metros Desta forma pode se verificar que a cobertura de grandes dist ncias n o t o relevante para este cen rio No entanto se forem avaliados os sistemas de pastejo extensivo pode se deparar com invernadas a 10km do retiro mais pr ximo sendo este um caso relativamente comum Figura 2 9 Unidade leiteira da UFG Como este trabalho contribui para a melhoria de produtividade em pequenas e m dias propriedades o foco est nas unidades de produ o leiteira que fazem uso de piquetes A composi o da rea de pastejo bem variada e depende do relevo e disponi bilidade de solo em cada propriedade A simetria em sua composi o desej vel por m um privil gio nem sempre encontrado As Figuras 2 10 2 11 2 12 e 2 13 demonstram casos reais Figura 2 10 Sistema de pastejo rotacionado em rea de medidas desuniformes Fonte 28 2 3 Monitoramento da IL em pastagens Figura 2 11 Vis o panor mica de piquetes em uso com medidas desuniformes Fonte 4 207 rre m jii Im ial Mpe idi jpm m jai ge E ec E a Fr i i 1 EEE ira Ee Figura 2 12 Projeto de piquetes em rea uniforme Fonte 28 Em caso
29. end web a de ser uma interface para o usu rio final informando ao produtor rural o momento adequado para colocar o gado no pasto baseado em dados obtidos por meio das medi es de IL Atrav s de uma decis o correta a respeito do momento de colocar o gado no pasto poss vel obter um melhor aproveitamento do potencial nutritivo do capim otimizando o rendimento do manejo das pastagens para o produtor rural 9 5 2 1 Requisitos funcionais Os requisitos descrevem as fun es que o software oferece Nessa se o ser apresentado uma vis o geral do diagrama de casos de uso explicando os casos visualiza dos na Figura 5 2 5 2 Requisitos da interface web 115 uc Diagrama de Casos de Uso Autenticar Usu rio Manter Fazenda Manter Pastos Usu rio extend Cadastrar Usu rio Manter Piquetes Manter N Sensores Figura 5 2 Diagrama de casos de uso Ao aparecer a tela de login para o usu rio necess rio que ele informe a sua identifica o e senha Quando este usu rio for autenticado passa a ter acesso a todas as informa es Se este usu rio n o estiver cadastrado dever solicitar o seu cadastramento por e mail ao administrador O sistema j vem configurado com usu rio e senha de administrador padr o No seu primeiro acesso o usu rio dever logar se com este usu rio e senha padr o e ent o alterar a senha de acesso padr o ou criar um novo usu rio para si O usu rio administrador
30. espectrais das c lulas CdS CdSe e Vis o comprimento de onda x sensibilidade espectral relativa Luminosidade x resist ncia a escala logar tmica b escala real Semicondutor tipo P e tipo N Fonte 1 Jun o PN Fonte 1 Recombina o el tron lacuna Camada de deple o Fonte 29 Barreira de potencial Esquema de funcionamento do fototransistor S mbolo esquem tico do fototransistor Corrente x intensidade luminosa Fonte 20 Configura o emissor comum S mbolo esquem tico do fotodiodo L mpada incandescente Fonte 21 LICOR 1776 Fonte 21 Lux metro Minipa modelo MLM 1332 Fonte 21 21 26 27 30 32 32 33 36 37 40 40 41 41 42 44 48 49 50 51 51 52 52 53 53 54 54 55 56 58 59 59 3 17 3 18 3 19 3 20 3 21 3 22 3 23 3 24 3 25 3 26 3 27 3 28 3 29 3 30 3 31 3 32 3 33 3 34 3 35 3 36 3 37 3 38 3 39 3 40 3 41 3 42 3 43 3 44 3 45 3 46 3 47 3 48 3 49 3 50 3 51 3 52 3 53 3 54 Varivolt Fonte 21 Matriz de contato Fonte 21 Mult metro digital Fonte 21 Esquema do arranjo experimental Fonte 21 Arranjo experimental em laborat rio Fonte 21 Desenho esquem tico do LI COR LI 1776 TAL x RFA Delimita o da regi o fotossens vel do Lux metro Tens o de alimenta o da l mpada x iluminamento TAL x RFA iluminamento RFA x iluminamento reas Monitoradas x Intercepta o Luminosa
31. foliar para doss is grandes ou densidade de folhagem para doss is isolados ngulo m dio de inclina o da folhagem e fra o do c u vis vel abaixo do dossel A estrutura da cobertura a quantidade de folhagem e sua distribui o fundamental para a penetra o da radia o para o transporte turbulento da temperatura 2 2 Medidores de luminosidade de alto custo 34 da folha para a produtividade para a evapotranspira o para a intercepta o das chuvas e para a temperatura do solo A medi o direta da estrutura de doss is muito dif cil para coberturas vegetais pequenas e praticamente imposs veis em coberturas florestais Entretanto os modelos de transfer ncia de radia o mostram que medi es relativamente simples de penetra o da radia o podem fornecer estimativas precisas da estrutura da cobertura O LAI 2200C um instrumento de uso f cil que se tornou uma ferramenta imprescind vel com uma gama de aplica es incluindo produtividade de doss is vigor de florestas modelagem de deposi o da polui o do ar estudos de desfolhamento por insetos e sensoriamento remoto O sensor ptico LAI 2250 utiliza uma lente olho de peixe com um campo de vis o hemisf rico ngulo de corte do z nite 74 para projetar a radia o no detector O detector caracteriza se por ter 5 detectores de sil cio dispostos em an is conc ntricos assim quando a radia o projetada no detector cada
32. lizado como uma alternativa para a realiza o do processo de medi o de luminosidade para o c lculo de IL em pastagens Entretanto mesmo que ele seja mais barato que o aparelho LI COR ele possui custo elevado para ser utilizado por pesquisadores e cria dores com valores atualmente variando de R 100 00 a R 900 00 Portanto necess rio construir um medidor que tenha a mesma funcionalidade mas utilizando componentes de baixo custo Esse medidor de luminosidade e a sua posterior adapta o para a concep o de um n sensor que seja capaz de automatizar o processo de medi o de luminosidade usando a tecnologia de Rede de Sensores Sem Fio RSSF ser composto por um dos sensores fotoel tricos estudados no Cap tulo 2 Ser o analisados os experimentos realizados visando comparar as respostas comportamentais dos prot tipos de testes s obtidas com o Lux metro A Se o 3 6 apresentar as an lises e os resultados dos experimentos efetuados em laborat rio com os prot tipos constru dos 3 6 Prot tipos de medidores de luminosidade de baixo custo 712 3 6 Prot tipos de medidores de luminosidade de baixo custo Nesta se o ser o apresentados os prot tipos de medidores de luminosidade de baixo custo constru dos por Morais e Franco 21 S o dois prot tipos utilizando LDR PTILDR e PT2LDR e um prot tipo usando fototransistor PT1FT Tamb m ser o apresentados dois prot tipos utilizando fotodiodo PTIFD e PT2FD
33. o aos valores de refer ncia Pode se observar que os resultados obtidos pelos experimentos com o fotodiodo utilizando os resistores de IKQ e 10K n o foram t o satisfat rios pois existiu uma discrep ncia entre os valores aferidos pelo Lux metro e pelos prot tipos quando a TAL foi de 90 210V Isto significa que a uma certa luminosidade do dia os valores seriam divergentes mesmo que a correla o de Pearson esteja pr ximo a 1 J os prot tipos utilizando os resistores de 1000 100KQ e IMQ apresentaram valores muito pr ximos ao do Lux metro e poderiam ser utilizados como uma alternativa a este equipamento e consequentemente ao LI COR LI 1776 3 7 Proposta de sensor de baixo custo adequado Os testes realizados em campo e em laborat rio com o aparelho Lux metro demonstraram que ele pode ser usado como medidor de luminosidade para a realiza o do c lculo da IL em pastagens como uma alternativa ao aparelho LI COR modelo LI 1776 Entretanto o foco deste projeto construir um equipamento medidor de luminosidade com um dos componentes fotoel tricos abordados neste trabalho visando adapt lo posteriormente a fim de se construir n s sensores e aplic los em uma RSSF para automatizar assim o processo de monitoramento da IL em pastagens Os experimentos realizados em laborat rio com o LDR utilizando as configu ra es divisor de tens o e amplificador logar tmico n o apresentaram resultados satis fat rios pois a m xima
34. ou motores de calor miniaturizados em que as possibili dades de elimina o de energia s o fornecidos pela energia solar de vibra es ru do ac stico e os efeitos piezoel ctricos As c lulas de combust vel s o dispositivos de convers o de energia eletroqu mica recarreg veis onde eletricidade e calor s o produzidos enquanto que o hidrog nio fornecido para reagir com o oxig nio A polui o m nima porque a gua o principal subproduto da rea o O potencial de c lulas de combust vel para o armazenamento e poder de entrega da energia muito mais elevado do que o das tecnologias tradicionais de bateria mas o fato de que eles requerem hidrog nio complica a sua aplica o A utiliza o de energias e t cnicas renov veis s o uma alternativa interessante Segundo Puccinelli e Haenggi 23 o tempo de vida extremamente cr tico para a maioria das aplica es e o principal fator limitante o consumo de energia dos n s que precisam de ser auto alimentados Embora geralmente assume se que a pot ncia de transmiss o associado com a transmiss o de pacotes tenha grande consumo de energia sensores processamento de sinais e at mesmo a opera o do hardware em modo standby repouso consomem uma consistente quantidade de energia Em algumas aplica es energia extra necess ria para atua o em macro escala Muitos pesquisadores sugerem que o consumo de energia poderia ser reduzido considerando as interde
35. ria fonte de energia e um transmissor receptor 27 No caso deste trabalho eles s o respons veis pela coleta dos dados de intercepta o luminosa Estes n s ser o posicionados de modo que garantam boa cobertura de todo o piquete Al m de coletar os dados de intensidade luminosa eles transmitem os dados para a esta o base que poder estar localizada na sede da fazenda 5 3 2 Esta o base A esta o base respons vel pelo controle e recep o de dados provenientes dos n s sensores O hardware da base composto por um m dulo XBee e uma placa de 5 3 Descri o dos componentes da rede 118 interface USB que acompanha o Kit de Desenvolvimento XBee XBee PRO s rie 1 Este Kit fabricado pela empresa Digi conforme ilustrado na Figura 5 3 Figura 5 3 Base central A placa USB permite a comunica o com o m dulo XBee bem como a confi gura o e os testes com os m dulos Para isso necess rio a instala o de um driver no computador que disponibilizado no site da Digi 5 3 3 Software monitor O software monitor um software do tipo middleware com a finalidade de fornecer uma interface de comunica o da aplica o como front end com a rede de sensores Comunica se exclusivamente com a esta o base conectado porta da USB A Figura 5 4 ilustra o diagrama de blocos do modo de funcionamento do software monitor 5 4 Prot tipos de n s sensores constru dos 119 inicio
36. s rie de dados se aproxima de outra e assume apenas valores entre 1 menos um e 1 um conforme ilustrado na Tabela 3 4 3 5 Lux metro como medidor de IL em pastagens 69 Tabela 3 4 Coeficientes de correla o de Pearson r Fonte 3 Valores de r ou Interpreta o 0 00 a 0 19 Uma correla o bem fraca 0 20 a 039 Uma correla o fraca 0 40 a 0 69 Uma correla o moderada 0 70 a 0 89 Uma correla o forte 0 90 a 1 00 Uma correla o muito forte Pela defini o de correla o para r 1 tem se uma correla o linear negativa perfeita ou seja conforme uma s rie de dados aumenta a outra diminui J para r 1 tem se uma correla o linear positiva perfeita e neste caso as s ries de dados crescem ou decrescem equivalentemente Mas se r 0 isso indica que n o existe correla o linear entre as s ries de dados 3 Neste experimento o valor de r bem pr ximo a 1 um Sendo assim baseando se no conceito de correla o pode se concluir que os equipamentos possuem comporta mentos muitos semelhantes Dessa forma poss vel fazer uso do Lux metro como alter nativa ao LI COR modelo LI 17776 nos posteriores testes em laborat rio para valida o dos prot tipos a serem constru dos Portanto o pr ximo passo ser avaliar se este resul tado se repetir nos experimentos em campo Experimentos realizados em campo Para a realiza o dos experimentos em campo
37. suas unidades N sensor PT2FD Esquema el trico da unidade de processamento Diagrama de fluxo do software do microcontrolador Esquema el trico da unidade de sensoriamento Esquema el trico da unidade de energia Esquema el trico da unidade de comunica o 91 92 92 93 93 94 95 96 96 97 97 105 107 109 110 113 115 118 119 120 121 122 122 123 123 124 125 126 127 Lista de Tabelas FE 3 1 3 2 3 3 3 4 3 5 6 1 6 2 Rela es entre as unidades m tricas Compara o entre os dispositivos fotoel tricos Dados de refer ncia do LI COR LI 1776 Dados de refer ncia do Lux metro Coeficientes de correla o de Pearson r Fonte 3 Valores da constante k Caracter sticas dos prot tipos de unidades de sensores Caracter sticas dos prot tipos de unidades de sensores 28 57 64 66 69 94 128 129 LISTA DE ABREVIATURAS E S MBOLOS Abreviatura S mbolo Significado A D AP API cd CMOS CPU dBm DFFF DIN DOUT E EMBRAPA LAI LDR Im Ix Anal gico Digital Agricultura de Precis o Application Programming Interface Interface de Programa o de Aplicativos Candela unidade de medida do LI COR Complementary Metal Oxide Semiconductor Central Processing Unit Unidade de Processamento Central decibel miliwatt unidade de medida da pot ncia em decib is Densidade de Fluxo de F tons Fotossint ticos Mesmo que PPFD Pino de entrada do
38. tem a fun o de regular o ponto de ope ra o do fototransistor Se R for muito grande acima de 3KQ por exemplo um pequeno fluxo luminoso que incidir na regi o fotossens vel do fototransistor ser suficiente para que este sature ou seja O TDigita estabilizar em 5V tens o de alimenta o do circuito Caso contr rio se o valor de R for muito pequeno abaixo de 100Q o fototran sistor n o ir saturar por m a Tpigital do circuito ficar restrita a uma pequena faixa de tens o pr ximo a OV para aus ncia de luminosidade e 2V para a m xima luminosidade alcan ada em laborat rio ou seja com uma grande varia o de luminosidade haver uma pequena varia o da Tpigital Essa restri o tornar o sistema inst vel pois ocasio nar erros no procedimento de convers o desse n vel de tens o anal gica em uma sa da digital Utilizando o mesmo procedimento para mensurar os valores de luminosidade foi levantada a curva da TAL versus Tpigiral do PTIFT como apresentado na Figura 3 44 3 6 Prot tipos de medidores de luminosidade de baixo custo 83 800 N o EE Foto Toigita V do PTFI Ww S 200 100 50 100 150 200 250 Tens o de Alimenta o da L mpada V Figura 3 44 TAL x Toigita do PTIFT A resposta comportamental do PTIFT apresentada possui caracter sticas bem similares s levantadas do Lux metro e do LI COR Para mostrar este grau de similaridade
39. vel Para se obter os ndices de IL utilizando se as t cnicas atuais deve se fazer em m dia 15 medi es para cada 1000 m 9 Ent o mesmo para pequenas propriedades o uso do aparelho LI COR LI 1776 torna se invi vel para pequenos e m dios produtores Deve se observar que com a produ o do prot tipo PT2FD o custo de produ o representa 1 2 do valor do aparelho LI COR LI 1776 tornando o uso desta tecnologia acess vel e vi vel para pequenos e m dios produtores Portanto a proposta de sensor de luminosidade adequada e atinge os objetivos esperados 6 2 Trabalhos futuros Um poss vel trabalho futuro seria o estudo de algum componente nacional que substitua o fotodiodo S7686 pois sua aquisi o burocr tica e demorada por ser um produto importado Outro poss vel trabalho futuro seria um melhor estudo do fototransistor que mostrou correla o de Pearson pr ximo a um Ele poderia ser uma alternativa vi vel na constru o de um sensor de baixo custo Tamb m seria interessante a cria o do software web de acordo com as especifi ca es apresentadas no Cap tulo 5 6 3 Agradecimentos 131 6 3 Agradecimentos O autor agradece Funda o de Amparo Pesquisa do Estado de Goi s FA PEG pelo fornecimento de bolsa de estudos e incentivo produ o deste trabalho e tam b m ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Cient fico e Tecnol gico CNPq pelo apoio financeiro ao projeto Edital MCT CNPq n
40. 0 140 Tagital Figura 3 52 Prot tipo com resistor de IMQ x Lux metro A curva caracter stica do resistor de IMQ Figura 3 51 mostra que o resistor possui uma alta sensibilidade para baixas luminosidades Nota se uma pequena diferen a quanto aos valores iniciais de iluminamento em rela o curva do Lux metro para os mesmos valores de tens o medidos A partir do valor de tens o igual a 40V as duas curvas se sobrep em demonstrando que possuem comportamentos similares para valores maiores 3 6 Prot tipos de medidores de luminosidade de baixo custo 90 Essa similaridade pode ser comprovada observando se a Figura 3 52 com o valor de r que bem pr ximo a 1 um Sendo assim baseando se no conceito de correla o pode se concluir que os equipamentos possuem comportamentos muitos semelhantes Quanto diferen a para os valores iniciais mostrada na Figura 3 51 acredita se que os mesmos podem ser descartados uma vez que para aplica o a qual o prot tipo medidor de luminosidade confeccionado neste trabalho se prop e atender n o se encon trar semelhante situa o no pasto Ou seja o hor rio de medi o ser com sol pleno por volta de meio dia conforme especifica o do LI COR com maior luminosidade Por mais que no momento da medi o se tenha um c u nublado e chuvoso e ela seja reali zada sob a planta n o alcan ar os valores para baixas luminosidades quanto ao ambiente simulado em l
41. 0 99896 T T T T 5000 10000 15000 20000 25000 Toigitai Figura 3 56 Prot tipo com resistor de 10KQ x Lux metro A Figura 3 55 apresenta uma pequena distor o na curva de 10KQ em rela o do Lux metro enquanto que na Figura 3 53 percebe se uma uniformidade maior entre as curvas do resistor de 100K0Q em rela o ao Lux metro Contudo a similaridade com o Lux metro para ambos os resistores comprovada pelos respectivos gr ficos de correla o linear pois os valores de r tamb m s o bem pr ximos de 1 um Para os resistores de 1KQ e 10082 de acordo com as Figuras 3 57 e 3 59 o sensor de luminosidade n o atingiu seu ponto de satura o com a tens o gerada na l mpada em 240V tens o m xima alcan ada nestes experimentos Isto mostra que os mesmos suportam ambientes com luminosidade mais elevada 40000 35000 30000 25000 20000 15000 10000 5000 Iluminamento lux Td ital Prot tipo Resistor 1KO Lux metro Prot tipo 0 s EE EPE a 50 100 150 200 250 300 Tens o de Alimenta o da L mpada Figura 3 57 Compara o das curvas caracter sticas do Lux metro e do prot tipo com resistor de 1KQ 3 6 Prot tipos de medidores de luminosidade de baixo custo 93 r 0 999894 35000 30000 25000 20000 15000 luminamento Lux 10000 5000
42. 09 2010 PDI Processo n 560269 2010 2 Refer ncias Bibliogr ficas 1 2 e 3 a 4 a 5 6 7 8 9 4SHARED Componentes semicondutores de pot ncia Dispon vel em lt http dc146 4shared com doc hslh Ry preview html gt Acesso em 13 dez 2018 2013 34 p AMARAL A D G Perfilhamento e Valor Nutritivo de Pastagens de Capins Marandu E Xara s Brachiaria Brizantha Hochst Ex A Rich Stapt sob Manejo Intermitente e Doses de Nitrog nio e Pot ssio PhD thesis Universidade Federal de Goi s Escola de Veterin ria 2010 BARBETTA P A REIS M M BORNIA A C Estat stica para Cursos de Engenharia e Inform tica S o Paulo Ed Atlas 2004 BARETA O R A Pastejo rotacionado otimiza vida de produtor de leite no sert o sergipano Dispon vel em lt http sitedobareta com br sergipe pastejo rotacionado otimiza vida de produtor de leite no sertao sergipano 11 01 2011 gt Acesso em 3 dez 2013 2011 a BARRO R S Respostas Morfofisiol gicas e Produtivas de Gen tipos Forra geiros Nativos em Diferentes Condi es de Luminosidade PhD thesis Univer sidade Federal do Rio Grande do Sul Faculdade de Agronomia 2011 BENAVENTE J C C Monitoramento ambiental de vinhedos utilizando uma rede de sensores sem fio que coleta dados com um intervalo de amostragem vari vel Mestrado USP Escola Polit cnica da Universidade de S o Paulo 2010 BOYLESTAD R L
43. 1 sendo dois utilizando o LDR e um utilizando o fototransistor Estes prot tipos n o apresentaram resultados satisfat rios e por isso os autores n o constru ram os n s sensores correspondentes Finalmente foi apresentada a constru o do prot tipo de medidor adequado que utiliza o fotodiodo S7686 de baixo custo e conseguiu alcan ar os objetivos esperados CAP TULO 4 RSSF PARA MONITORAMENTO DE LUMINOSIDADE NA AP Neste cap tulo ser o apresentados alguns conceitos referentes a Rede de Sensor Sem Fio RSSF e tamb m ser o descritos os componentes da rede proposta e apresenta dos os prot tipos de n s sensores constru dos O equipamento ser utilizado principalmente no per odo chuvoso em que o pasto cresce bastante 4 1 Defini o de RSSF Uma Rede de Sensor Sem Fio RSSF uma rede que tem por objetivo monitorar algum fen meno como temperatura umidade press o dentre outras Geralmente utilizada com intuito de monitorar ou gerenciar reas de dif cil acesso tais como planta es oceanos desertos florestas reas industriais etc No caso deste trabalho uma rede que monitora a intercepta o luminosa em pastagens Nesta se o ser o apresentados as caracter sticas aplica es tratamentos dos dados processamento requisitos de CPU e mem ria transmiss o de dados fonte de energia e arquitetura da rede de uma RSSF 4 1 1 Caracter sticas de uma RSSF Basicamente uma RSSF
44. 200 j Tpigini V do PTILDR 100 0 0 50 100 150 200 250 Tens o de Alimenta o da L mpada V Figura 3 36 TAL x Tpigirai do PTILDR A curva apresentada para a sa da do PTILDR pode ser analisada em duas partes distintas A Equa o 3 3 descreve seu comportamento ao longo dela Tpigital Vcc R Rzpr R 4 88 107 3 3 Onde Tpigiral Tens o digitalizada do circuito Vcc tens o de alimenta o do circuito R resist ncia do ramo negativo do divisor de tens o e RLDR resist ncia do LDR Na primeira parte delimitada pela faixa de tens o de alimenta o da l mpada de 40 a 130V observa se que com pouca incid ncia de luz h um r pido crescimento da Tpigiral Isto ocorre porque houve uma grande queda no valor da RLDR que passou da ordem de MQ megaohm para Q ohm Na segunda parte acima de 130V para qualquer aumento do fluxo luminoso incidente obteve se uma pequena diminui o do valor da RLDR que resultou em uma pequena varia o da Tpigiral do circuito acarretando a satura o da resposta deste prot tipo 3 6 Prot tipos de medidores de luminosidade de baixo custo 78 Ap s a an lise da resposta do PTILDR foi realizada uma compara o visual das respostas obtidas com o uso do prot tipo e do aparelho Lux metro conforme mostrado na Figura 3 37 4 Luximetro 300 PTI LDR 0 50 100 150 200 250 Tens o de Alimenta o daL mpada V Figura 3 37 TAL x il
45. 6 kspd1040e02 pdf gt Acesso em 10 out 2013 2002 2 p HAMAMATSU Application circuit examples of si photodiode Dispon vel em lt http www hamamatsu com resources pdf ssd si pd circuit e pdf gt Acesso em 10 out 2013 2008 4 p HECHT E ptica Funda o Calouste Gulbenkian 2 edition 2002 LI COR Li 1776 solar monitor instruction manual Dispon vel em lt http envsupport licor com docs L1 1776 Manual pdf gt Acesso em 23 out 2013 1982 44 p LI COR Lai 2200c plant canopy analyzer Dispon vel em lt http www licor com env pdf area meters 2200 2200C combo pdf gt Acesso em 21 jan 2014 2014 MARQUES A E B J NIOR S C CRUZ E C A Dispositivos Semicondu tores Diodos e Transistores S o Paulo Ed rica 4 edition 1998 MORAIS F J O FRANCO L F Automatiza o do processo de intercepta o lu minosa em pastagens Constru o de prot tipos medidores de luminosidade Monografia de Gradua o Departamento de Computa o Universidade Cat lica de Goi s Goi s 2008 96 p MOREIRA V A Ilumina o El trica Edgard Blucher Ltda 1 edition 1999 Refer ncias Bibliogr ficas 134 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 PUCCINELLI D HAENGGI M Wireless sensor networks Applications and challenges of ubiquitous sensing IEEE Circuits and Systems Magazine 5 3 19 31 2005 Rao M NAIR P ONG C Biophysical int
46. Componentes b sicos de um n sensor Fonte 26 Esquema el trico geral do prot tipo do medidor de luminosidade Fonte 21 Esquema el trico geral do prot tipo do n sensor Fonte 21 Esquema do circuito impresso em uma placa de fenolite do medidor de luminosidade Fonte 21 Esquema do circuito impresso em uma placa de fenolite do n sensor Fonte 21 a PTILDR em protoboard b PT2ZLDR em placa de circuito impresso c PT1FT disposto como n sensor e d PT1FT disposto como medidor luminosidade LDR na configura o divisor de tens o Fonte 21 TAL x Tpigitai do PTILDR TAL x iluminamento Tpigiral luminamento x Tpigira do PTILDR Esquema do PT2LDR Fonte 21 TAL x TpDigita do PT2LDR TAL x iluminamento Tpigiral Iluminamento versus Tpigital do PT2LDR Fototransistor na configura o divisor de tens o Fonte 21 TAL x Toigitai do PT1FT TAL x iluminamento Tpigiral Iluminamento x Tpigiral do PT1FT Fotodiodo S7686 Fonte 15 Lux metro utilizando o fotodiodo S7686 da Hamamatsu Photonics Fonte 16 TAL x iluminamento Tpigiral Com resistor de 1KQ TAL x iluminamento Tpigiral com resistor de 10KQ Compara o das curvas caracter sticas do Lux metro e do prot tipo com resistor de 1MO Prot tipo com resistor de 1MQ x Lux metro Compara o das curvas caracter sticas do Lux metro e do prot tipo com resistor de 100KQ Prot tipo com resistor de 100KQ versus Lux metr
47. Departamento de Computa o Universidade Cat lica de Goi s Goi s 2006 116 p SILVA F A Avalia o de abordagens de gerenciamento para redes de sensores sem fio Mestrado UFMG Instituto de Ci ncias Exatas 20006 SILVA S NASCIMENTO J NIOR D SBRISSIA A PEREIRA L Din mica de popula o de plantas forrageiras em pastagens V Simp sio sobre Manejo Estrat gico da Pastagem p 75 99 1998 Refer ncias Bibliogr ficas 135 34 SOUSA U L PEREIRA T R Fotodiodos e fototransistores Dispon velem lt http www eletrica ufpr br piazza materiais Uilian amp Thiago pdf gt Acesso em 5 out 2013 2004 2 p 35 THEBAS V Caracter sticas dos Sensores Instituto Federal do Esp rito Santo Serra 2009 36 THOMAZINI D Sensores Industriais Fundamentos e Aplica es Editora rica 2005 37 UFMS F Destacom tutorial polars Dispon vel em lt http destacom ufms br wiki Tutorial Polar gt Acesso em 13 dez 2013 2013 21 p 38 VIEIRA D M MOREIRA J NIOR J P Automatiza o do processo de intercepta o luminosa em pastagens Evolu o do prot tipo medidor de luminosidade e implementa o da rede de sensores sem fio Monografia de Gradua o Depar tamento de Computa o Universidade Cat lica de Goi s Goi s 2011 101 p
48. Franco Mattos Nascimento Resumo Silva Victor Ribeiro Uma Proposta para Automatiza o do Monitoramento da Intercepta o Luminosa em Pastagens Utilizando uma Rede de Senso res sem Fio de Baixo Custo Goi nia 2014 135p Disserta o de Mestrado Instituto de Inform tica Universidade Federal de Goi s Uma rede de sensores sem fio foi utilizada para o monitoramento da intercepta o lumi nosa em pastagens O foco do trabalho foi a constru o de um medidor de luminosidade de baixo custo como alternativa ao LI COR LI 1776 equipamento de alto custo utilizado atualmente pela Embrapa e tamb m a constru o de um n sensor que funcionasse de maneira adequada em pastagens sem ter a necessidade de uma m o de obra especializada para oper lo Foram analisados os prot tipos de medidores de luminosidade de baixo custo existentes e proposto um medidor com seu respectivo n sensor de baixo custo adequado Este trabalho apresenta estudos te ricos e pr ticos implementando dois prot tipos de n s sensores que utilizam o componente fotoel trico fotodiodo S7686 Foram realizados testes e avaliado experimentalmente o desempenho de uma rede de sensores sem fio com topologia estrela Nestes testes a rede proposta apresentou os resultados esperados e prot tipo desenvolvido apresentou resultados satisfat rios com rela o ao custo de sua produ o Palavras chave Rede de sensores sem fio agricultura de precis o monitor
49. ICAMP com dimens es 5 metros x 8 metros coberto e sem nenhum equipamento eletr nico ativo dentro da sala 2 4 Outras aplica es do monitoramento da IL na AP 43 Ap s a identifica o dos procedimentos de instala o e programa o de uma RSSF foram interpretados e analisados os dados coletados pela rede Assim foi poss vel estabelecer par metros iniciais de uma RSSF A avalia o da RSSF em Laborat rio permitiu definir o tempo de esgotamento de energia das baterias do mote m dulo de processamento e comunica o sem fio ou n configurado com requisi o e resposta a cada 2s e utilizando pot ncia m xima dispon vel do equipamento As baterias AA de 3 1V esgotaram se em 4 dias e 8 horas Rosa Filho 27 identificou atrav s deste experimento o limite de voltagem para funcionamento do mote de 2 1V Ele concluiu que em ambiente agr cola n o recomendado utilizar medi es de RR a cada 2s pois o esgotamento da rede ser r pido tornando se invi vel a aplica o da RSSF A utiliza o da largura de banda do mote foi de 250kbps sendo que a largura m xima da banda utilizada foi 2 4 kbps Este valor aproximadamente 1 da capacidade total da largura da banda Deve se observar que em todos os experimentos em que ocorreram retransmiss es as perdas de pacotes aumentaram bruscamente a utiliza o da banda Em um segundo momento ap s procedimentos de instala o interpreta o dos dados e definidas as infor
50. NCLR vpp RAS OSC2 CLKO RA6 VSS AySS VDD AVDD RAZ AN2 VREF RB7 PGD TiOSI P D KBI3 c9 RAZ ANSREREREC 110S0 113CKI P C KBIZ RB0 AN4 INTO RB5 PGM KBI RB1 AN5 TX CK INT RB4 AN6 RX DT KBIO Figura 5 10 Esquema el trico da unidade de processamento O microcontrolador utilizado para realizar a convers o a 10 bits da entrada anal gica que recebe a resposta comportamental da unidade de sensoriamento em sua respectiva sa da digital e transferir esse resultado unidade de comunica o 5 4 Prot tipos de n s sensores constru dos 124 Foi necess rio desenvolver um software para o microcontrolador respons vel pelo gerenciamento do n sensor Sua fun o coletar os dados provenientes da unidade de sensoriamento trat los e transmiti los unidade de comunica o para que sejam enviados para a esta o base Os dados s o coletados e enviados constantemente sendo necess rio colocar hor rios predefinidos e inserir um mecanismo para os m dulos fiquem em estado sleep para economizar energia O software possui uma estrutura simples para evitar o processamento desnecess rio por parte do microcontrolador objetivando reduzir o consumo de energia do n sensor O software tem in cio com a inicializa o de um conjunto de configura es para que se estabele a a comunica o serial com o m dulo XBee A Figura 5 11 ilustra o diagrama de fluxo do programa do microcontrolador desenvolvido in cio configura
51. UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOI S INSTITUTO DE INFORM TICA VICTOR RIBEIRO SILVA Uma Proposta para Automatiza o do Monitoramento da Intercepta o Luminosa em Pastagens Utilizando uma Rede de Sensores sem Fio de Baixo Custo Goi nia 2014 UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOI S INSTITUTO DE INFORM TICA AUTORIZA O PARA PUBLICA O DE DISSERTA O EM FORMATO ELETR NICO Na qualidade de titular dos direitos de autor AUTORIZO o Instituto de Infor m tica da Universidade Federal de Goi s UFG a reproduzir inclusive em outro formato ou m dia e atrav s de armazenamento permanente ou tempor rio bem como a publicar na rede mundial de computadores Internet e na biblioteca virtual da UFG entendendo se os termos reproduzir e publicar conforme defini es dos incisos VI e I respectiva mente do artigo 5 da Lei n 9610 98 de 10 02 1998 a obra abaixo especificada sem que me seja devido pagamento a t tulo de direitos autorais desde que a reprodu o e ou publi ca o tenham a finalidade exclusiva de uso por quem a consulta e a t tulo de divulga o da produ o acad mica gerada pela Universidade a partir desta data T tulo Uma Proposta para Automatiza o do Monitoramento da Intercepta o Luminosa em Pastagens Utilizando uma Rede de Sensores sem Fio de Baixo Custo Autor a Victor Ribeiro Silva Goi nia 13 de Fevereiro de 2014 Victor Ribeiro Silva Autor Dr Iwens Gervasio Sene Junior
52. a equa o do iluminamento apresentada na Tabela 2 1 tem se a inc gnita d que representa a dist ncia da fonte luminosa superf cie iluminada 22 Lumin ncia L a intensidade de luz emitida por uma superf cie A unidade no SI cd m conhecida tamb m por nit que a lumin ncia em uma dire o deter minada de uma fonte com rea emissiva igual Im e cuja intensidade luminosa na mesma dire o igual a 1 candela 22 S a rea aparente da superf cie em que ser o medidos o fluxo luminoso o iluminamento e a lumin ncia 2 1 Informa es sobre luz 28 Tabela 2 1 Rela es entre as unidades m tricas Grandeza Rela o Unidade S mbolo Intensidade luminosa 7 4 w Candela cd Fluxo luminoso Q 1 S L men Im Iluminamento E 0 S 1 Lux Ix Lumin ncia L I S Candela m cd m A Tabela 2 1 mostra a rela o entre as unidades m tricas relacionadas luz Dentre as grandezas f sicas explicitadas a que ser utilizada o iluminamento devido ao fato de o aparelho Lux metro avaliado neste trabalho ser utilizado para mensurar tal grandeza RFA A Radia o Fotossintenticamente Ativa RFA ou Photosynthetically Active Radiation PAR definida como a radia o na faixa de 400 700 nanometros Ela representa a parte do espectro que as plantas utilizam para a fotoss ntese Sob a dossel da planta os n veis de radia o pode variar de pleno sol a quase zero
53. a o monitoramento ambiental em vinhedos A rea de aplica o escolhida foi a viticultura devido grande influ ncia das condi es ambientais no desenvolvimento fisiol gico das videiras influenciando no rendimento e na qualidade das uvas produzidas justificando a ado o de um sistema de monitoramento Benavente 6 realizou experimentos em um parreiral cultivado sob cobertura pl stica localizado em Bento Gon alves RS Os aspectos da rede estudados compreen deram e o alcance de conectividade e qualidade do enlace entre os n s e a esta o base e o desempenho da rede com os n s posicionados em diferentes alturas e a exatid o dos dados coletados em compara o com um equipamento de maior precis o e 2 5 Considera es finais 46 e a avalia o da variabilidade microclim tica dentro do parreiral A valida o da proposta envolveu a implementa o de um prot tipo funcional testado em laborat rio O modelo proposto permitiu estimar a vida dos n s considerando se par metros como o tipo de bateria o intervalo de amostragem e o tamanho do pacote de dados enviados pelos n s 6 Os resultados obtidos por Benavente 6 evidenciaram a exist ncia de variabili dade microclim tica tanto em diferentes alturas da videira como espacialmente dentro do parreiral A interfer ncia dos vegetais devido gua que cont m foi avaliada a partir de dois par metros o indicador de intensidade de sinal recebido e de q
54. a prontos para se conectarem e se comunicarem sem fio H duas vers es dispon veis para os m dulos XBee XBee e XBee Pro sendo que a nica diferen a entre eles reside na pot ncia m xima de transmiss o ImW para o m dulo XBee e 63mW para o m dulo XBee PRO Os dois tipos de m dulos operam dentro de uma frequ ncia ISM 2 4 GHz e s o compat veis pino a pino Estes m dulos est o ilustrados na Figura 4 1 Figura 4 1 M dulos XBee e XBee Pro serie 1 e serie 2 42 43 Fontes 16 Uma das grandes vantagens dos m dulos XBee a facilidade de uso e configura o A sintaxe para a configura o atrav s de comandos semelhantes aos comandos AT Attention utilizados em modems antigos Os m dulos da s rie 1 implementam somente o padr o definido pelo IEEE 802 15 4 Este padr o especifica as camadas MAC e PHY e abordam apenas duas topologias de rede ponto a ponto e ponto a multiponto ou estrela Os m dulos da s rie 2 implementam toda a pilha de protocolo ZigBee Eles foram projetados para suportar al m das topologias da s rie 1 a topologia mesh Outras funcionalidades importantes desta s rie a possibilidade de haver repetidores na rede tal como roteador e a capacidade de configura o dos dispositivos para que permane am em estado de inatividade ou dormindo sleep por longos per odos enquanto a s rie 1 n o suporta roteamento e o seu per odo m ximo de inatividade de 268 segundos Os m dulos XBee pod
55. a uma topologia em rvore Este arranjo tamb m conhecido como topologia h brida e utiliza n s receptores situados a uma altura de 5 at 6 metros permitindo enlaces entre qualquer n sensor e o n s receptores com dist ncias de at 13 metros Os enlaces na camada da esta o base e n s receptores de uma RSSF com dist ncia de at 85 metros permitem o sensoriamento de uma maior rea de cultivo com um n mero muito menor de elementos da rede e programar o mote em Modo de Energia de Alta Pot ncia HP e abordagem de gerenciamento Requisi o Resposta RR com pacotes de sa de transmitidos a cada 2 minutos que a configura o padr o na maioria dos equipamentos de rede de sensores n o recomend vel Isto porque as medi es mostraram um esgotamento muito r pido da bateria em rela o ao tempo de cultivo da cana de a car Por outro lado este cultivo n o exige um monitoramento t o frequente ou seja n s sempre ligados monitorando temperatura e umidade do solo da planta o de cana de a car Estas conclus es podem ser estendidas para o monitoramento de intercepta o luminosa em pastagens Por outro lado o prot tipo de medidor de luminosidade proposto neste trabalho poderia ser utilizado como alternativa ao utilizado para a medi o na cana de a car 2 4 2 Monitoramento da IL em vinhedos Benavente 6 realizou um estudo de aspectos relacionados ao uso de uma RSSF como uma tecnologia de apoio par
56. aborat rio ambiente totalmente escuro e apresentado por esses valores As Figuras 3 53 e 3 54 apresentam respectivamente as curvas caracter sticas do resistor de 100KQ comparada como o Lux metro e o gr fico de correla o linear entre eles J as Figuras 3 55 e 3 56 apresentam os mesmos gr ficos para o resistor de 10K 02 Prot tipo Resistor 100K0Q 2500 2000 H 1500 1000 e Lux metr o luminamento Iux Tarta Prot tipo 500 0o teest 0 100 200 300 Tens o de Alimenta o da L mpada Figura 3 53 Compara o das curvas caracter sticas do Lux metro e do prot tipo com resistor de 100KQ 3 6 Prot tipos de medidores de luminosidade de baixo custo 91 Ilum inamneto Lux 2500 r 0 99974 2000 1500 1000 500 0 T T T T I 0 500 1000 1500 2000 2500 Taigital Figura 3 54 Prot tipo com resistor de 100KQ versus Lux metro Ilum inamento lux Taigital Prot tipo Resistor 10KO H im S pa s Luximetro Prot tipo 5000 0 50 100 150 200 250 300 Tens o de Alimenta o da L mpada Figura 3 55 Compara o das curvas caracter sticas do Lux metro e do prot tipo com resistor de 10KQ 3 6 Prot tipos de medidores de luminosidade de baixo custo 92 30000 25000 20000 15000 luminamento Lux 10000 5000 r
57. amento de luminosi dade Abstract Silva Victor Ribeiro A Proposal for Monitoring Automating of Interception of Light in Pastures Using a Network Sensors of Low Cost Wireless Goi nia 2014 135p MSc Dissertation Instituto de Inform tica Universidade Federal de Goi s A wireless sensor network was used to monitor the light interception in pastures The focus of the work was the construction of a light meter low cost as a alternative to the LI COR LI 1776 high cost equipment currently used by Embrapa and also the construction of a sensor node that functioned properly in pastures without the need for skilled labor to operate it It have been analysed prototypes of luminosity meters of existing low cost and proposed a meter with its corresponding sensor node suitable low cost This work presents theoretical and practical studies implementing two prototypes of sensor nodes using the photoelectric component photodiode S7686 Tests were performed and evaluated experimentally the performance of a wireless sensor network with star topology In these tests the proposed network showed the expected results and the prototype developed showed satisfactory results with respect to the cost of its production Keywords Wireless sensor network precision agriculture monitoring of luminosity Sum rio Lista de Figuras Lista de Tabelas Lista de S mbolos 1 INTRODU O 1 1 Motiva o para o trabalho 1 2 Obje
58. ao do Lux metro e consequentemente ao do LI COR foi preciso melhor lo pois o desenvolvimento do presente prot tipo visava substituir o LI COR na coleta dados de luminosidade para c lculo de IL no pasto Dessa forma foi feito um novo prot tipo PT2FD no qual foi inserido no PTIFD o c lculo da m dia aritm tica no microcontrolador em uma tentativa de tornar a resposta do dispositivo mais precisa Al m disso foram inseridos mais resistores constituindo se uma escala com os valores de IMQ 100K9 e 1000 al m dos resistores de 10KQ e 1K9 visando um ganho na faixa de abrang ncia da medi o de luminosidade do prot tipo Ent o o objetivo era permitir que o medidor operasse com maior efici ncia tanto para baixa quanto para alta luminosidade Ap s a captura dos dados como realizado na primeira etapa foram plotadas as curvas da TAL versus tens o digitalizada do prot tipo e a curva da TAL versus o resultado do Lux metro Foram tamb m levantadas as curvas com o coeficiente de correla o linear do prot tipo versus Lux metro para todos os resistores Durante os experimentos realizados em laborat rio as mudan as de escalas no referido aparelho ocorriam geralmente nos seguintes intervalos de valores de tens o gerados na l mpada 60 70V era o primeiro a fazer a mudan a manual de escala da primeira para a segunda escala 100 110V da mesma forma da segunda para a terceira escala e 180 190V idem da terceira para a quarta es
59. apenas para a detec o da exist ncia ou n o de fluxo luminoso restringindo se a sua opera o a dois pontos de funcionamento distintos isto o transistor ou se encontra em corte ou saturado Desta forma o fototransistor pode assegurar o comando direto de por exemplo um rel ou uma porta l gica O componente funcionando em regime linear n o muito utilizado pois a sua caracter stica quando comparada por exemplo a de um fotodiodo possui uma maior n o linearidade No entanto para fototransistores cuja base estejam eletricamente acess veis poss vel escolher um ponto de funcionamento onde a caracter stica seja aproximadamente linear 11 3 2 Sensores de luminosidade utilizados em medidores 56 Tal como o LDR o fototransistor est sujeito s varia es de temperatura Com o aumento da temperatura em torno de 8 a 10 C a corrente que circula no componente enquanto n o existe incid ncia de luz dobrar Para temperaturas elevadas essa corrente ter um valor significativo em rela o corrente total 34 Em compara o com os fotodiodos os fototransistores possuem a vantagem de terem maior sensibilidade pela introdu o de uma fun o interna de amplifica o No entanto a sua resposta bem mais lenta aproximadamente 10us microssegundos 11 As aplica es do fototransistor est o em leitores de cart es perfurados circuitos de l gica em computadores controle de ilumina o estradas etc
60. aproveitamento da pastagem Algumas plantas forrageiras como momba a tanz nia capim marandu capim xara s e cameron j apresentam respostas bastante s lidas e foram objetos de estudos recentes 9 33 2 Pode se com essa t cnica aumentar em 20 a quantidade de folhas verdes efetivamente colhidas pelos animais melhorando a efici ncia da forragem produzida Basicamente este consider vel aumento ocorre em fun o da mudan a na parti o de nutrientes dentro da planta Ap s um pastejo a planta inicia seu processo de rebrota o Quanto maior a quantidade de folhas verdes no res duo do pasto na sa da do animal mais r pido o pasto estar pronto para ser reutilizado 9 As plantas iniciam seu processo de rebrota o acumulando mais massa a cada dia Quanto maior for a disponibilidade dos fatores de crescimento maior ser a quanti dade de massa acumulada por dia Entretanto em um determinado ponto durante o cresci mento a partir da taxa de 95 de intercepta o luminosa as plantas come am a competir entre si por luz nesse momento que falta luz para as folhas mais pr ximas do solo na base da planta e estas come am a secar Como uma forma de defesa as plantas alongam os colmos rapidamente para melhorar a capta o da luminosidade e assim diminuir a competi o por luz Desta forma o pastejo deve ser realizado no ponto anterior s desordens descritas Monitorando o momento ideal para a entrada de animais no pasto
61. baixo custo 3 6 1 Prot tipos usando o LDR Configura o divisor de tens o Prot tipo usando o LDR e um amplificador logar tmico An lise em rela o aos valores de refer ncia 3 6 2 Prot tipo usando o fototransistor An lise em rela o aos valores de refer ncia 3 6 3 Prot tipo usando o fotodiodo Fotodiodo 87686 Testes de valida o An lise em rela o aos valores de refer ncia Proposta de sensor de baixo custo adequado Considera es finais RSSF PARA MONITORAMENTO DE LUMINOSIDADE NA AP 4 1 4 2 Defini o de RSSF 4 1 1 Caracter sticas de uma RSSF 4 1 2 Aplica es de uma RSSF 4 1 3 Tratamento de dados em uma RSSF 4 1 4 Comunica o em uma RSSF 4 1 5 Processamento de uma RSSF 4 1 6 Requisitos de CPU e mem ria de uma RSSF 4 1 7 Transmiss o de dados M dulos XBee O software X CTU 4 1 8 Fonte de energia 4 1 9 Arquitetura da rede Considera es finais ESPECIFICA O DOS REQUISITOS DA REDE DE N S SENSORES E DA INTERFACE WEB 5 1 5 2 Requisitos da rede S11 Descri o geral Siz Requisitos espec ficos Requisitos da interface web 52 1 Requisitos funcionais 5 2 2 Requisitos n o funcionais 57 58 58 58 61 63 63 63 65 69 71 Ja 76 76 79 81 82 84 85 85 86 98 98 99 100 100 100 101 102 103 103 104 104 105 106 107 109 110 111 112 112 113 114 114 116 5 3 Descri o dos componentes da rede 5 31 N s sensores Es pe ea Esta o base 5 9 9 Software monito
62. cala Os testes realizados com os resistores para as mudan as de escalas no prot tipo demonstraram que os mesmos atuaram de forma semelhante ao aparelho Lux metro Isso ficou evidenciado nas curvas dos resistores de IMQ 100KQ e 10KQ apresentadas nas Figuras 3 51 3 53 e 3 55 Cada um destes resistores fez com que o sensor de luminosidade trabalhasse com at determinada varia o de tens o na l mpada Os valores foram de 60V 110V e 210V respectivamente Para tens es maiores ou seja para luminosidades maiores ocorreu a satura o do sensor e ele n o conseguiu mais obter uma medida precisa dos dados que 3 6 Prot tipos de medidores de luminosidade de baixo custo 89 estava coletando Com isso observou se que estas resist ncias s o recomendadas para baixas luminosidades As Figuras 3 51 e 3 52 apresentam a compara o das curvas caracter sticas do Lux metro com o resistor de IMQ e a curva gerada entre os aparelhos com o coeficiente de correla o linear respectivamente Prot tipo Resistor IMO 140 j 100 E q so Luximetro 2 A prot tipo E S 20 o tn o 50 100 150 200 250 300 Tens o de Allmenta o da L mpada Figura 3 51 Compara o das curvas caracter sticas do Lux metro e do prot tipo com resistor de IMQ 140 r 0 99949 120 100 llum ina mento Lux S 0 20 40 s0 so 100 12
63. co da unidade de comunica o Com a responsabilidade da transmiss o dos dados de luminosidade via rede sem fio os dispositivos XBee neste trabalho operam em modo API o que possibilita dentre outras fun es reconhecer cada dispositivo na rede por nome al m de realizar a configura o remota dos mesmos em uma eventual necessidade 5 5 Considera es finais Neste cap tulo forma apresentadas as especifica es de requisitos para a cons tru o de uma interface web que gerencie os dados recebidos dos n s sensores Tamb m foi feita a descri o dos componentes da rede e apresentados os prot tipos de n s sensores constru dos CAP TULO 6 Conclus es Neste cap tulo ser o apresentadas as conclus es a respeito do trabalho e sugeri dos alguns trabalhos futuros 6 1 Considera es finais O uso de manejo de pastejo para alimenta o de gado uma pr tica comum entre os produtores Para o melhor aproveitamento das plantas forrageiras necess rio observar a intercepta o luminosa IL Muitos produtores fazem isso a olho nu baseados na sua experi ncia mas isso muitas vezes n o traz os resultados esperados Essa observa o tamb m pode ser feita de forma manual ou autom tica atrav s de sensores de luminosidade Segundo Carnevalli 9 momento ideal considerando se os ndices medidos de IL para se colocar o gado no pasto exatamente quando a IL medida for equivalente a 95 Neste
64. consegue se exercer grande controle sobre o res duo e efici ncia de uso da pastagem aumentando a efici ncia do manejo do pastejo 2 Para aprimorar as condi es de manejo aumento de qualidade e produtividade das plantas s o adotadas estrat gias de monitoramento e controle em aplica es agr co las Atualmente a t cnica de monitoramento existente fornece uma aproxima o que possibilita estabelecer algumas estrat gias para o manejo do gado Entretanto com a utiliza o de tecnologias novas e acess veis como por exemplo dispositivos eletr nicos de maior precis o e de menor custo o processo pode ser melhorado e ser difundido entre os produtores rurais 1 1 Motiva o para o trabalho 20 1 1 Motiva o para o trabalho A necessidade de intensificar o uso de pastagens direciona obrigatoriamente os pesquisadores a dar nova nfase e enfoque aos estudos com plantas forrageiras tropicais assumindo um car ter sist mico e multidisciplinar caracter stico desse tipo de atividade Neste contexto esta pesquisa busca uma solu o utilizando uma Rede de Sensores Sem Fio RSSF para o monitoramento da intercepta o luminosa IL em pastagens que diminua os custos atualmente necess rios para realiz lo Foram encontrados alguns desafios que motivaram o estudo das RSSF aplicadas Agricultura de Precis o AP Este um novo paradigma de cultivo cujo conceito est relacionado com as varia es temporais e espaciai
65. conversor anal gico digital configura comunica o serial leitura porta ADC envia unidade de comunica o Figura 5 11 Diagrama de fluxo do software do microcontrolador Em seguida deve ser informada a configura o da porta ANO do microcontrolador como entrada do sinal anal gico do sensor bem como a configura o do conversor anal gico digital Logo ap s o software executa um la o infinito em que constan 5 4 Prot tipos de n s sensores constru dos 125 temente l o resultado da convers o anal gico digital e transmite este resultado ao m dulo XBee b Unidade de sensoriamento NA A unidade de sensoriamento formada basicamente pelo sensor de luminosidade S7686 e pelo amplificador operacional TLC271P Cada n sensor possui um foto diodo S7686 um amplificador operacional TLC271P e um conjunto de sele o de jumpers utilizados para alterar o resistor que define o ganho do amplificador Em paralelo sa da do sinal foi inserido um resistor em s rie com um capacitor com o objetivo de filtrar pequenas flutua es na sa da estabilizando a resposta obtida pelo microcontrolador O esquema el trico da unidade de sensoriamento est ilustrado na Figura 5 12 al TLC271P Figura 5 12 Esquema el trico da unidade de sensoriamento c Unidade de energia 5 4 Prot tipos de n s sensores constru dos 126 A unidade de alimenta o apresentada na Figura 5 13 formada por uma bateria de
66. da de um n devido ao esgotamento da bateria Muitos protocolos propostos tendem a minimizar o consumo de energia em vias de roteamento mas se alguns n s estiverem localizados na maioria dos caminhos de roteamento por exemplo perto da esta o base o seu tempo de vida ser reduzido 4 1 9 Arquitetura da rede Para automatizar o processo de IL em pastagens utilizando RSSF foram desen volvidos os seguintes componentes n s sensores esta o base e software monitor O esquema da arquitetura da rede de sensores est ilustrado na Figura 4 3 Piquete N g 4 Sensor N A ii amp Sensor e N g Sensor Software Esta o Monitor Base Comunica o USB Comunica o ZigBee Figura 4 3 Arquitetura da rede de sensores A aquisi o de dados da IL e o encaminhamento at a base central est o ilustrados na Figura 4 4 que apresenta os v rios componentes respons veis pelo processo de medi o de dados 4 2 Considera es finais 110 N Sensor ZigBee Unidade Sensorial Microcontrolador End Device 4 i e Software Monitor Base Central Zig8 Pe y a a e SE E RS Middleware Figura 4 4 Esquema de envio de pacotes O processo de medi o inicia se com a coleta dos dados de IL sob responsabi lidade da unidade sensorial Em seguida os dados s o repassados ao microcontrolador que far o processamento adequado antes de encaminh los para
67. da pelo mesmo Conforme especificado no datasheet essa tens o m xima 35 da tens o de alimenta o do dispositivo que neste caso 3V o que gerava um erro na leitura destes dados Para a solu o desse problema foram propostas duas solu es e A primeira alternativa seria redimensionar a tens o com que o sensor de luminosi dade enviaria os dados coletados para o dispositivo XBee Entretanto isso levaria a uma perda significativa pois haveria uma redu o na faixa de valores com que este sensor poderia trabalhar o que afetaria diretamente a efici ncia do n sensor e A segunda alternativa que foi efetivamente implementada neste trabalho deno minada PT2FD seria inserir entre o circuito do sensor e o dispositivo XBee um microcontrolador que ficaria respons vel de receber os dados do sensor e enviar ao XBee Outra vantagem de se ter um microcontrolador integrado ao n sensor a possibilidade de um maior gerenciamento do n caso seja necess rio 5 4 Prot tipos de n s sensores constru dos 122 5 4 2 N sensor vers o 2 0 PT2FD Nesta vers o foi inserido o componente eletr nico microcontrolador PIC18F1320 para realizar a convers o anal gica digital A arquitetura de um n sensor pode ser dividida em quatro unidades fundamentais unidade de processamento unidade de energia unidade de sensoriamento e unidade de comunica o A Figura 5 7 apresenta a arquitetura do n sensor e a intera
68. dade de manuten o do software interessante que ele seja cons tru do em m dulos ainda fundamental que este possua uma boa documenta o Estas medidas facilitam a corre o de erros de codifica o execu o de altera es solicitadas por usu rios ou ainda evolu es que permitam agregar novas funcionalidades A usabilidade melhorada quando se consegue utilizar uma interface intuitiva que n o seja amb gua e que possua uma padroniza o Para ajudar na utiliza o importante que o sistema se comunique com o usu rio por meio de mensagens mostrando quais s o as op es poss veis Para uma boa documenta o preciso ter um manual de instala o mostrando passo a passo a configura o do sistema um manual t cnico descrevendo todas as fun es e as formas corretas de utiliz las e ainda um sistema de ajuda online dispon vel ao usu rio no momento em que ele utiliza o software 5 3 Descri o dos componentes da rede 117 5 3 Descri o dos componentes da rede Esta se o apresenta os principais componentes de cada dispositivo desenvol vido identificando suas principais caracter sticas e justificando suas escolhas Os componentes de hardware utilizados para o desenvolvimento do prot tipo do n sensor que exercem fun es relevantes al m de resistores capacitores e reguladores de tens o s o um sensor de luminosidade S7686 descrito na Se o 3 6 3 um microcon trolador PIC18F1320 e um
69. dagens Requi si o Resposta RR e Notifica o de Eventos 32 4 1 4 Comunica o em uma RSSF Segundo Puccinelli e Haenggi 23 a maioria das redes de sensores usam co munica o por r dio mesmo sabendo que existem solu es alternativas oferecidas por laser e infravermelho Quase todas as plataformas de radiocomunica es utilizam com ponentes COTS Commercial Off The Shelf As escolhas populares incluem o TR1000 de RFM utilizado no MICA motes de CC1000 e o Chipcon escolhido para a plata forma MICAZ2 Solu es mais recentes usam padr es da ind stria como IEEE 802 15 4 MICAz e Telos motes com CC2420 de Chipcon ou pseudo padr es como Bluetooth Normalmente as faixas de pot ncia de transmiss o entre 25 dBm pot ncia em decib is e 10 dBm enquanto que a sensibilidade do receptor pode ser t o boa como 110 dBm R dios com taxa de bits relativamente baixa at 100kbps s o vantajosas em termos de consumo de energia Na maioria das redes de sensores as altas taxas de dados n o s o necess rios embora elas permitam tempos de produ o mais curtos assim permitindo ciclos mais baixos e al vio na conten o do canal de acesso tamb m desej vel para um r dio que ele mude rapidamente de um modo de suspens o ou sono para um modo de funcionamento 23 Transceptores pticos tais como lasers oferecem uma forte vantagem de poder principalmente devido sua alta direcionalidade e o fato de que apenas necess
70. de erro Configura o divisor de tens o Em muitas aplica es pode se encontrar o LDR como componente integrante de uma configura o divisor de tens o seja no ramo positivo ou no ramo negativo Nos prot tipos de teste constru dos o LDR foi posicionado no ramo positivo do divisor conforme ilustrado na Figura 3 35 Vcc R LDR Vsaipa R Figura 3 35 LDR na configura o divisor de tens o Fonte 21 Se o LDR estiver no ramo positivo do divisor o aumento da intensidade luminosa ser respons vel pelo aumento da tens o de sa da desse divisor devido redu o da resist ncia do LDR J se o LDR estiver no ramo negativo do divisor o aumento da 3 6 Prot tipos de medidores de luminosidade de baixo custo 77 intensidade luminosa ser respons vel pela redu o da tens o de sa da desse divisor tamb m em fun o da redu o da resist ncia do LDR Desta forma toda vez que houver uma varia o de luminosidade consequente mente haver uma varia o da resist ncia do LDR Portanto ser poss vel mensurar a varia o de tens o Vaida do divisor seja com o aux lio de um mult metro ou digitali zando esta sa da Utilizando a configura o divisor de tens o com o LDR no ramo positivo e uma resist ncia R de 1350 no ramo negativo foi levantada a curva tens o de alimenta o da l mpada versus Tpigiral do PTILDR ilustrada na Figura 3 36 700 600 500 400 300
71. dente segundo a Equa o 2 R C L 3 1 Onde R resist ncia em ohm L lumin ncia em lux C e q constantes dependentes do processo de fabrica o e do material utilizado 10 A curva caracter stica da resist ncia versus luminosidade do LDR ilustrada na Figura 3 3 b Ela tamb m aparece em escala logar tmica na Figura 3 3 a que bastante encontrada na literatura 8 25 37 3 2 Sensores de luminosidade utilizados em medidores 50 pm v E E A a o o E E v lt p p Q A o o T K q f B t w v 2 E s a Yy p p Baixa M dia Alta Baixa M dia Alta Luminosidade em lux Luminosidade em lux a b Figura 3 3 Luminosidade x resist ncia a escala logar tmica b escala real O LDR por ser um elemento semicondutor sofre a influ ncia da temperatura isto a sua resist ncia decresce com o aumento da temperatura 10 A aplica o mais conhecida do LDR est na ilumina o p blica onde ele utilizado para que de acordo com a claridade do ambiente sejam acionados ou desligados rel s que comandam automaticamente as l mpadas sem que seja necess ria a interven o de um ser humano para realizar esta tarefa Outra aplica o seu uso em c meras para medir o n vel de luz do ambiente permitindo assim o controle do tempo de exposi o para a captura de uma boa imagem As utiliza es menos usuais desses componentes s o em
72. detector a v por um ngulo diferente O LAI 2200 calcula a intercepta o da luz azul na faixa de 320 490 nm O filtro faz com que a folhagem pare a negra contra o c u mais claro A sa da de cada anel detector proporcional fra o do anel iluminado pelo c u ou radia o residual dispersa Durante a medi o a sa da de cada um dos 5 detectores medida simultaneamente tanto para leitura abaixo como acima da cobertura A radia o interceptada pela cobertura calculada dividindo se a sa da do detector acima da cobertura pela sa da do detector abaixo da cobertura O sensor ptico vem acompanhado de 4 tampas opacas recortadas permitindo leituras de 45 90 180 e 270 A unidade de controle LAI 2270 possui um microcom putador interno com grande capacidade de mem ria 128 MB FAT 16 Essa unidade tem uma sa da USB e duas sa das para conex o de 2 sensores pticos LAI 2250 por m o equipamento fornecido somente com 1 sensor ptico sendo o segundo sensor opcional As leituras de um local espec fico podem ser registradas na mem ria da unidade de controle ou na mem ria do sensor ptico O IAF e outros par metros s o calculados pela unidade de controle atrav s de um software incorporado chamado FV2200 e os dados c lculos e leituras podem ser armazenados na mem ria Um arquivo pode ter qualquer n mero de leituras acima e abaixo da cobertura sendo que todos contribuem para o valor de IAF para aq
73. e o tiveram como objetivo comparar suas respostas comportamentais j que eles trabalham na mesma faixa de frequ ncia de 400 700nm Essa faixa do espectro que utilizada pelos vegetais como fonte de energia para as suas atividades metab licas comumente chamada em fisiologia das plantas de RFA A PPFD Photosynthetic Photon Flux Density ou DFFF Densidade de Fluxo de F tons Fotossint ticos a grandeza f sica mensurada pelo LI COR modelo LI 1776 cuja resposta dada em uE s7 m umol s7 m onde 1 umol 6022 10 f tons expressa a irradi ncia da RFA nesta faixa do espectro Entretanto outras terminologias como candela e lux unidade m trica da resposta do Lux metro tamb m s o utilizadas com menor frequ ncia 31 devido ao fato da RFA e luz serem defini es usadas em diferentes reas para a mesma grandeza f sica radia o existente no espectro vis vel LI COR LI 1776 O experimento realizado com o aparelho LI COR modelo LI 1776 visava levantar a curva caracter stica da tens o de alimenta o da l mpada TAL versus RFA Como a r gua regi o fotossens vel do LI COR possui 1m de comprimento e a fonte luminosa tem caracter stica pontual foi necess rio determinar em qual ponto ao longo dela iria concentrar se o fluxo luminoso Para isso em outra experi ncia realizada a l mpada foi posicionada a 2cm de dist ncia do LI COR 1776 a fim de ser obter o m ximo valor de sa da RFA
74. e Sensor Sem Fio rea aparente da superf cie Secure Socket Layer Tens o de Alimenta o da L mpada medida em volts Tens o digitalizada do circuito Volts unidade de medida de tens o Tens o de alimenta o do circuito Barreira ou diferen a de potencial medida em volts Tens o de sa da medida em volts Watt unidade de medida de pot ncia CAP TULO 1 INTRODU O A utiliza o de pastagens como recurso forrageiro para alimenta o de ruminan tes vem crescendo em import ncia na pecu ria nacional e internacional por proporcionar um alimento de boa qualidade a baixos custos tendo vantagens sobre produ es basea das na utiliza o de res duos industriais gr os e suplementos volumosos como fonte de alimento O manejo do pastejo de plantas forrageiras de clima tropical foi desde a d cada de 50 fundamentado na filosofia americana de manejo de pastagem Nela se buscava o equil brio entre maximizar a produ o de mat ria seca e minimizar as perdas de valor nutritivo da forragem Apesar dos resultados serem bastante pratic veis em n vel de campo este modelo passou a ser questionado em fun o das grandes varia es obtidas Os problemas mais comuns observados eram varia es na quantidade de massa dispon vel por pastejo ac mulo de componentes do pasto que prejudicam o consumo animal como colmos e material morto altos n veis de perdas de forragem ao final das esta es de pastejo alta depe
75. e dados referentes aos valores de tens o na faixa de O a 250 volts ou seja a cada 10 volts um dado foi coletado O mult metro conectado sa da do varivolt auxiliou no monitoramento desta tens o aplicada na l mpada que foi crescente variando de 10 em 10 volts entre cada amostra Foi necess rio determinar a dist ncia mais adequada entre a l mpada e os aparelhos fotossens veis de forma que a incid ncia de sua luz n o os danificasse devido a sua energia t rmica Al m disso esta dist ncia deve ser de tal forma que a luminosidade da l mpada fique centralizada mais sobre o equipamento em teste Ap s v rios experimentos verificou se que a dist ncia de 10cm atendia tais especifica es sendo portanto utilizada em todos os testes realizados exceto no experimento para determinar a regi o mais sens vel do LI COR modelo L1 1776 3 5 Lux metro como medidor de IL em pastagens 63 3 5 Lux metro como medidor de IL em pastagens As Se es 3 3 e 3 5 analisam trabalhos j realizados por Morais e Franco 21 com o intuito de a partir disso construir uma proposta de sensor de luminosidade de baixo custo adequado Deve se observar que esta se o apresenta a an lise dos experimentos realizados e faz a valida o dos dados apresentados por Morais e Franco 21 3 5 1 Apresenta o dos resultados obtidos Os experimentos realizados com os aparelhos LI COR modelo LI 1776 e com o Lux metro que ser o abordados nesta s
76. e impedir a comunica o em alguns pontos da rede Nesse trabalho foi utilizado o m dulo XBee Pro s rie 1 na comunica o da rede sem fio e topologia estrela O software X CTU A empresa Digi disponibiliza gratuitamente em seu site um software denomi nado X CTU desenvolvido para a plataforma Windows que visa facilitar a comunica o e teste com os m dulos XBee bem como a configura o dos seus par metros O X CTU compat vel com as seguintes vers es do Windows 98 2K Me e XP As principais caracter sticas da interface X CTU s o suportada por todos dispositivos XBee e f cil de usar e possui um terminal integrado e mostra na forma de gr fico o RSSI Receive Signal Strength Indicator e detecta automaticamente o tipo do m dulo e mostra cada par metro de configura o do m dulo e e permite atualiza o do firmware A Figura 4 2 ilustra a interface do software X CTU 4 1 Defini o de RSSF 107 About PC Settings Range Test Terminal Modem Configuration m Com Port Setup Select Com Port Serial Padr o por link Blue COM 7 Baud a600 Ad Serial Padr o por link Blue COMB Flow Control NONE Data Bits Parity Stop Bits Test Query Host Setup User Com Ports Network Interface BPI Enable API r AT command Setup ASCII Hex Command Character CC E 28 Guard Time Before BT 1000 Guard Time After AT 1000 Modem F
77. e tens o nos terminais do mesmo Fototransistor Assim como o transistor convencional o fototransistor uma combina o de dois diodos de jun o em um conjunto organizado de tr s camadas semicondutoras NPN ou PNP Essas camadas s o conhecidas como emissor base e coletor Seu esquema de funcionamento ilustrado na Figura 3 9 Radia o Radia o vos O Li pd Figura 3 9 Esquema de funcionamento do fototransistor Entretanto associado ao efeito transistor aparece o efeito fotoel trico Em geral os fototransistores possuem apenas dois terminais acess veis o coletor e o emissor sendo a base inclu da apenas para eventual polariza o ou controle el trico 20 O fototransistor pode detectar a incid ncia de luz e fornecer um ganho dentro de um nico componente Seu s mbolo esquem tico ilustrado na Figura 3 10 3 2 Sensores de luminosidade utilizados em medidores 54 LA C Figura 3 10 S mbolo esquem tico do fototransistor Se certa quantidade de radia o luminosa atinge a base ocorre a gera o de portadores minorit rios por trabalhar na regi o reversa aumentando a corrente de base Isto implica em uma varia o na corrente do coletor B vezes maior e proporcional intensidade de luz incidente 20 A corrente de satura o na base est diretamente relacionada ao fluxo luminoso incidente na jun o fotossens vel do fototransistor conforme ilustrado na Figura 3 11 E EL
78. earson r observa se que o seu valor indica que a similaridade da resposta comportamental de ambos de 0 991 Esse resultado demonstra a possibilidade de utiliza o do fototransistor como elemento sensor de um medidor de luminosidade An lise em rela o aos valores de refer ncia De acordo com o gr fico apresentado na Figura 3 46 o coeficiente de correla o de Pearson r 0 991 Isto indica que a correla o entre o Lux metro e o PTIFT muito forte Portanto o PTIFT pode ser utilizado como uma alternativa ao Lux metro e consequentemente ao LI COR LI 1776 Devido a quest es de tempo Morais e Franco 21 n o constru ram o n sensor utilizando o componente fotoel trico fototransistor Neste trabalho n o foi dada continuidade a este trabalho porque um outro componente fotoel trico o fotodiodo mostrou se mais adequado para a aplica o 3 6 Prot tipos de medidores de luminosidade de baixo custo 85 3 6 3 Prot tipo usando o fotodiodo Existe no mercado uma infinidade de fotodiodos cada qual com suas especifi ca es tais como tipo de lente faixa de comprimento de onda que ele dever operar de que material dever ser composto entre outros que facilitam na escolha do tipo mais adequado conforme a aplica o a ser desenvolvida De acordo com as pesquisas realizadas foi escolhido o fotodido S7686 para a constru o dos dois prot tipos descritos nesta se o Sua escolha baseou se no fato de ele ser com
79. ec ficos e a an lise sintetiza o e cr tica de propostas de medidores de luminosidade de baixo custo e o estudo e apresenta o de uma proposta de rede de sensores sem fio de baixo custo para o monitoramento de pastagens e 1 3 Contribui es 21 e o estudo da forma de apresenta o dos dados monitorados pela rede de sensores proposta importante ressaltar que as propostas de medidores de luminosidade de baixo custo analisadas est o restritas aos trabalhos produzidos no contexto do projeto em que esta pesquisa est inserida 1 3 Contribui es As principais contribui es deste trabalho v o desde o estudo dos medidores de luminosidade existente at a constru o e implanta o de uma RSSF para monitoramento da intercepta o luminosa Al m disso para a sele o das propostas de RSSF analisadas considerou se apenas aquelas cujos cen rios de aplica o fossem similares ao desta pesquisa Foi gerado um esquema de solu o constitu do dos elementos apresentados na Figura 1 1 que mostra de maneira simplificada a interliga o dos elementos da RSSF poss vel observar que os n s sensores n o comunicam se entre si mas podem existir v rios n veis de repeti o de sinal em que n s sensores com alcance mais baixo repassam as informa es para n s sensores com um alcance maior N S SENSORES N INTERMEDI RIO CENTRAL Software de monitoramento Armazenamento
80. elo n s sensores ou pelo s repetidor es de sinais e um computador Os dados recebidos pela antena s o transmitidos para o computador preparado com um software que os recebe armazena os em um banco de dados e gera relat rios a respeito da intercepta o luminosa na pastagem em quest o Esses relat rios mostram se o pasto est apto ou n o para ser consumido ou mostra a proje o de tempo que falta para isso Na Figura 1 1 pode se ver que existem diferentes capacidades de transmiss o de dados Um n sensor pode enviar os dados para um n sensor intermedi rio para que este os envie diretamente para a esta o base ou para um repetidor de sinais que por sua vez ir envi los para a esta o base Uma outra op o o n sensor enviar os dados diretamente para a esta o base A RSSF proposta neste trabalho utiliza topologia estrela em que os n s sensores comunicam se diretamente com a esta o base n o havendo nenhum tipo de comunica o entre eles O n sensor transmite os dados coletados atrav s de uma mensagem API Interface de Programa o de Aplicativos via radiofrequ ncia RF 1 4 Metodologia empregada A metodologia empregada neste trabalho foi a an lise integra o e valida o de prot tipos de baixo custo constru dos utilizando os componentes LDR PTILDR e PT2LDR fototransistor PT1FT e fotodiodo PTIFD e PT2FD Esses prot tipos visam a substitui o de medidores de luminosidades de alto cust
81. em operar em uma rede de duas formas 4 1 Defini o de RSSF 106 e Modo transparente quando operando no modo transparente o m dulo atua como um substituto de uma linha de transmiss o serial Todos os dados recebidos no pino de entrada DIN s o empilhados para serem transmitidos via RF Quando os dados s o recebidos via RF s o imediatamente enviados para o pino de sa da serial DOUT Este modo o mais simples para se trabalhar pois envolve menos dados de endere amento e pouca preocupa o com a interpreta o de pacotes e Modo API uma alternativa ao modo transparente Neste as informa es s o transmitidas em pacotes que interagem com as fun es de rede do m dulo per mitindo uma itera o maior com a rede O modo API facilita muitas opera es tais como informa es podem ser enviadas para m ltiplos destinos sem a necessi dade de alterar par metros recebimento de sucesso falha para cada pacote recebido identifica o do endere o de origem de cada pacote Utilizando o protocolo de rede Zigbee as RSSF podem ser configuradas em diversas topologias diferentes cada uma com seu pr prio conjunto de desafios vantagens e desvantagens Na configura o de topologia estrela todos os n s comunicam se diretamente com o ponto de acesso n o havendo nenhum tipo de comunica o entre eles Neste tipo de topologia a rea de cobertura fica limitada ao alcance de comunica o dos n s motes e obst culos pod
82. emiss o e absor o 17 As ondas eletromagn ticas se propagam no v cuo com a mesma velocidade c para quaisquer que sejam os comprimentos de onda ou as suas frequ ncias f A velocidade das ondas eletromagn ticas no v cuo de c 3 105 Km s velocidade da luz Portanto tem se a Equa o 2 1 c A f 2 1 2 1 Informa es sobre luz 26 Aplica o Hz Mm Regi o Espectral 106 l 10 VLF very low frequency J KHz 10 E 4 Audio 10 10 10 A LF low frequency 10 km MHz 10 MF medium frequency a 10 R dio E 10 HF high frequency 1 10 Infravermelho Televis o 10 VHF very high frequency Im ss GHz 10 UHF ultra high frequency x 4 700 nm 10 ii 10 Radar 10 SHF super high frequency 10 11 5 10 EHF extremely high frequency 650 mim 107 a THz 10 107 600 nm r Aquecimento 108 INFRAVERMELHO R Infravermelho o i t 14 10 i 550nm O m o ue 5 e Ilumina o 10 m t e 1016 ULTRAVIOLETA 500nm T 1 8 10 g a 1 o 7 1 10 a 450 nm 18 19 RAIO X 101 10 400 nm p 1 02 1012 RAIOS GAMMA ULTRAVIOLETA 10 10 2 RAIOS C SMICOS 10 Figura 2 1 Espectro eletromagn tico Fonte 14 Portanto o espectro eletromagn tico vis vel est limitado em um dos extremos pelas radia es infravermelhas de maior comprimento de onda e menor frequ ncia e no outro pelas radia e
83. empregadas quando estas s o dimensionadas para respeitar os limites de toler ncia das plantas ao pastejo e assegurar condi es para que seus mecanismos de 2 3 Monitoramento da IL em pastagens 39 resposta possam ser plenamente utilizados de forma a permitir sua adapta o ao ambiente de pastejo criado Barro 5 concluiu que o cultivo de pastagens sob o sombreamento moderado causou incremento significativo na IL pelo dossel Por m os n veis de IL sob 80 de sombra n o foram em geral alterados em compara o com o pleno sol Esta resposta de maiores valores de IL sob 50 de sombra possivelmente est relacionada aos resultados obtidos em termos de incremento do IAF sob este n vel de restri o luminosa Nas situa es em que o patamar potencial de IAF estabelecido pela disponi bilidade de luz n o pode ser atingido normalmente como resultado de suprimento ina dequado de nutrientes e ou de o pasto estar se recuperando de um per odo de manejo inadequado a densidade das plantas na rea desuniforme Segundo experimentos realizados por Carnevalli 9 a altura do dossel forrageiro se mostrou um bom par metro para determina o pr tica do momento de entrada dos ani mais nos pastos uma vez que 95 ou 100 de IL ocorreram consistentemente a 90cm ou 115cm de altura respectivamente durante todo o per odo examinado independentemente do est gio de desenvolvimento das plantas vegetativo ou reprodutivo No trabalho de Carn
84. entre as curva do PT1FT e do Lux metro foram plotadas suas respostas comportamentais em um mesmo gr fico conforme ilus trado na Figura 3 45 800 700 600 500 400 e Luximetro Foto 300 200 Huminamento Lux Tpigita V 100 0 50 100 150 200 250 Tens o de Alimenta o da L mpada V Figura 3 45 TAL x iluminamento Tpigital Analisando as curvas plotadas nota se que suas respostas comportamentais s o bastante similares ao longo da faixa de funcionamento delimitada pela tens o de alimenta o da l mpada Como citado anteriormente para que fosse poss vel a visualiza o das respostas comportamentais em um mesmo gr fico foi necess rio ajustar os valores de sa da do 3 6 Prot tipos de medidores de luminosidade de baixo custo 84 Lux metro multiplicando os por uma constante k 0 0158427 de tal forma que o m ximo valor de sa da do Lux metro e do PTI FT fossem iguais Para verificar o quanto a resposta comportamental do PTIFT possui a mesma caracter stica a resposta obtida com o Lux metro foi gerado o gr fico do iluminamento versus Tpigita do PTI FT conforme mostra a Figura 3 46 800 r 0 991 700 600 500 400 t Foto 300 Toigita V do PTFT 200 100 0 0 10000 20000 30000 40000 Iluminamento Lux Figura 3 46 Iluminamento x Tpigita do PTIFT Fazendo o uso do coeficiente de correla o de P
85. epta o da luz solar incidente nesse momento que se deve colocar o animal no pasto exatamente quando a taxa de intercepta o de luz incidente nas folhagens for de 95 do seu total e Terceira fase inicia se uma queda das taxas de ac mulo de l quido causada pela redu o na taxa de crescimento e pelo aumento na senesc ncia das folhas ou seja as folhas inferiores come am a secar devido ao sombreamento Este o momento 2 2 Medidores de luminosidade de alto custo 31 menos favor vel para o pastejo pois prejudica tanto a estrutura do pasto quanto a pr pria qualidade do alimento para o animal 2 2 Medidores de luminosidade de alto custo O manejo de pastagens usando a IL realizado em pa ses de clima temperado desde a d cada de 50 com elevado grau de sucesso Em 2001 iniciaram se trabalhos adotando esta metodologia para plantas de clima tropical tamb m obtendo n vel elevado de respostas Pode se com essa t cnica aumentar em 20 a quantidade de folhas verdes efetivamente colhidas pelos animais aumentando a efici ncia da forragem produzida Basicamente esse consider vel aumento ocorre em fun o da mudan a de parti o de nutrientes dentro da planta Ap s um pastejo a planta inicia seu processo de rebrota o Um fato importante que quanto maior for a quantidade de folhas verdes no res duo do pasto quando o animal retirado mais r pido o pasto estar pronto para ser utilizado novamente Para a ob
86. er estar dispon vel apenas no per odo diurno entre o nascer e o p r do sol o que pode contribuir para a economia de energia Para maior confiabilidade a rede deve possuir uma baixa taxa de falhas No caso de alguma ocorr ncia em um ou mais n s da rede o sistema deve ser capaz de funcionar com os n s que ainda est o operando sendo estes capazes de realizar toda reconfigura o da rede Para facilitar e conseguir uma maior rapidez na sua manuten o o sistema deve ser capaz de identificar qual o n defeituoso Tamb m interessante o uso de protocolos que realizem a verifica o da entrega dos dados na esta o base Visto que n o necess rio realizar muitas leituras por dia prev se um tr fego reduzido de dados Por esta raz o o desempenho da rede n o ser afetado se o sistema possuir baixas velocidades de transmiss o ideal que esta velocidade possa ser ampliada ou reduzida com o crescimento ou redu o da rede As baterias devem ser capazes de alimentar o n sensor durante toda a etapa de monitoramento mesmo no per odo chuvoso da regi o Todos os esfor os devem ser realizados para se economizar energia considerando que esta caracter stica evita a necessidade de visitas de manuten o no pasto 5 2 Requisitos da interface web 114 A seguran a precisa ser analisada em dois aspectos O primeiro aspecto a preocupa o com os dados transmitidos e para isto desej vel que o sistema possua algu
87. eractions in tropical agroforestry systems Agroforestry Systems Dordrecht 38 3 50 1998 REVISEOMATIC reviseomatic v3 light dependent resistor Dis pon vel em lt http reviseomatic org help e resistors Resistors 20 20Light 20Dependent php gt Acesso em 13 dez 2013 2013 3 p RIBEIRO A R L SENSORBUS Um Middleware Baseado em Pol ticas para Redes de Sensores sem Fio PhD thesis Universidade Federal de Par Centro Tecnol gico 2007 ROSA FILHO L F Avalia o do desempenho de uma rede de sensores sem fio no cultivo de cana de a car Mestrado UNICAMP Faculdade de Tecnologia 2012 SCOT Implanta o de sistemas de pastejo rotacionado Dispo n vel em lt http www scotconsultoria com br noticias artigos 21544 implantacao de sistemas de pastejo rotacionado htm gt Acesso em 3 dez 2013 2009 SCOT Consultoria SENAI SP Fundamentos de eletr nica diodos Dispon vel em lt http www ebah com br content ABAAAAvmEAJ fundamentos eletronica diodos gt Acesso em 13 dez 2013 2012 10 p SILVA A L CUTIN M MACHADO S Sistema de levita o eletromagn tico controlado por computador Monografia de Gradua o Faculdade de Engenharia Departamento de Engenharia Eletr nica e de Telecomunica es Universidade do Estado do Rio de Janeiro Rio de Janeiro 2001 99 p SILVA C V R NETO E M B PIVA L P Uma ferramenta para estudo do microcontrolador Monografia de Gradua o
88. erial tipo P pr ximos jun o recebem os primeiros el trons preenchendo suas lacunas No lado N forma se uma regi o com ons positivos falta de el trons dificultando ainda mais a passagem de el trons do material do tipo N para o material do tipo P Assim a partir de certo momento esse fluxo de el trons cessa e essa regi o ionizada fica com aus ncia de el trons e lacunas que s o os respons veis pela corrente el trica 20 como mostra a Figura 3 7 lons negativos lons positivos Jun o P Jun o N O o 090900060 o ES O cosoo0 0 e O OOOO a O O deco 7 9 o O Ce0o009 Regi o de deple o 0 7 V sil cio Figura 3 7 Camada de deple o Fonte 29 Como a camada de deple o fica ionizada cria se uma diferen a de potencial na jun o chamada de barreira de potencial cujo s mbolo Vp como mostra a Figura 3 8 3 2 Sensores de luminosidade utilizados em medidores 53 Barreira de Potencial Figura 3 8 Barreira de potencial Essa diferen a de potencial Vp de aproximadamente 0 7V para semicondutores de sil cio e de 0 3V para semicondutores de germ nio A incid ncia de radia o eletro magn tica na jun o cria pares adicionais de el tron lacuna que por sua vez geram uma diferen a de potencial que pode ser verificada nos terminais do dispositivo Uma vez que h aumento da intensidade de radia o na rea sens vel do dispositivo nota se tamb m aumento d
89. evalli 9 foi constatada uma alta correla o entre ainter cepta o de luz pelo dossel e a altura do pasto medida do n vel do solo at a curvatura natural das folhas no topo do dossel sendo que a condi o de 95 de intercepta o de luz esteve consistentemente associada altura de 90 cm Segundo Carnevalli 9 o n mero de pontos de monitoramento por pastagem 6 compostas de 5 leituras cada totalizando 30 pontos de monitoramento por unidade experimental J o n mero de leituras por ponto quatro a n vel do solo e um acima do dossel Para se obter os ndices de IL utilizando se as t cnicas atuais deve se fazer em m dia 15 medi es para cada 1000 m Uma fazenda est organizada de forma que possua todo seu territ rio divido em pastos Os pastos s o subdividos em piquetes A quantidade e o tamanho destes piquetes pode variar Como pode se verificar em estudos relacionados produ o leiteira o pastejo rotacionado em piquetes predomina na grande maioria das pequenas e m dias unidades produtoras Neste modelo de pastejo a proximidade da rea de alimenta o ordenha e de mais elementos necess rios para a cadeia produtiva de suma import ncia Tipicamente tais ambientes concentram se em um raio de at 1000 metros Segundo Carnevalli 9 considerando se gado leiteiro desej vel que este caminhe diariamente dist ncias de no m ximo 1 5 km Desta forma o ideal que um piquete esteja no m ximo a 500m
90. feita apenas em laborat rio s o de sa da e os resultados n o foram satisfat rios PT2LDR 21 medido da mesma forma que o PTILDR entretanto o Tpigital Vcc R RLDR R 4 88 1073 amplificador tornam os valores mais pr ximos ao obtido pelo Lux metro PTIFT 21 E medido da mesma forma que o PTILDR a utiliza o do fototransistor foi no intuito de produzir valores mais pr ximos ao obtido pelo Lux metro PTIFD Mede o valor absoluto que transmitido no momento As medi es de luminosidade foram fei tas em laborat rio com jumper para re sistores de 1009 1KQ 10KQ 100KQ e IMQ PT2FD Mede a cada intervalo de tempo e transmite a m dia dos valores lidos para o receptor Morais e Franco 21 constru ram 3 prot tipos utilizando dispositivos fotoel tri cos 2 utilizando LDR e 1 utilizando fototransistor Estes prot tipos utilizaram o micro controlador PIC16F877A para realizar a convers o dos dados anal gicos recebidos para dados digitais A f rmula de convers o utilizada foi Tpigital Vcc R RLpr R 4 88 1073 O microcontrolador tamb m seria utilizado para enviar os dados convertidos ao transceptor que o componente respons vel pela comunica o do prot tipo entretanto os n s sensores n o foram constru dos devido n o conformidade dos testes Foram uti lizadas 4 pilhas AA para alimentar o prot tipo e seria utilizado o barramento MAX232 para fazer a interliga o e
91. i o Para aprimorar as condi es de colheita aumento de qualidade e produtividade dos produtos na AP s o adotadas estrat gias de monitoramento e controle em aplica es agr colas O fen meno observado caracteriza o objeto solo ou fruto cujo observador mant m interesse e que est sendo monitorada pela rede de sensores poss vel a observa o concorrente de m ltiplos fen menos em uma nica rede de sensores devido s caracter sticas heterog neas dos n s sensores assim as informa es coletadas podem ser analisadas e filtradas pela rede de sensores As RSSF t m se mostrado uma tecnologia bastante interessante na AP que tem como finalidade a aplica o localizada de insumos baseada em informa es sobre a variabilidade da rea de cultivo O uso de ferramentas de tecnologia e de sensores imprescind vel para obter e manipular dados do campo sendo poss vel realizar o monitoramento em tempo real e remoto al m de prover flexibilidade e facilidade de configura o dos elementos da rede As informa es coletadas da RSSF e interpretadas 2 1 Informa es sobre luz 25 pelo software monitor tornam se uma ferramenta de apoio para tomada de decis es A utiliza o da RSSF em ambiente agr cola est sujeita atenua o do sinal devido as barreiras da vegeta o e tem rela o linear com o volume de vegeta o Isto pode ser resolvido pelo aumento da altura das antenas de transmiss o dos n s sensores e pe
92. ica es de uma RSSF As RSSF s o utilizadas em ambientes hostis como florestas vulc es gasodutos entre outros H aplica o de RSSF nas reas militares comerciais cient ficas e industri ais 4 1 Defini o de RSSF 102 Na maioria as RSSF em suas aplica es s o encontradas com grande quanti dade n s e os recursos dos seus elementos s o limitados conforme suas caracter sticas tecnol gicas Segundo Puccinelli e Haenggi 23 existem poss veis aplica es para rede de sensores nos mais diversos campos como monitoramento de ambientes guerra educa o de crian as vigil ncia micro cirurgias agricultura dentre outras Redes de sensores tamb m podem ser usados para monitorar e estudar os fen menos naturais que intrinsecamente desencorajam presen a humana tais como furac es e inc ndios florestais A pesquisa m dica e de sa de podem se beneficiar muito a partir de redes de sensores monitoramento de sinais vitais e reconhecimento de acidente s o as aplica es mais naturais Uma aplica o interessante para a engenharia civil a ideia de Edif cios Inte ligentes a rede de sensores e atuadores sem fio integrada dentro dos edif cios poderia permitir monitoramento e controle distribu dos melhorando as condi es de vida e redu zindo o consumo de energia por exemplo controlando temperatura e fluxo de ar 4 1 3 Tratamento de dados em uma RSSF Segundo Puccinelli e Haenggi 23 a rede de sensore
93. ica tem se o m ximo valor de sua resist ncia Conforme ilustrado na Figura 3 1 o LDR composto por um eletrodo disposto em uma fina camada fotocon dutiva sobre uma base de cer mica com dois terminais condutores 30 REVESTIMENTO PLASTICO ELETROOO V ELETRODO chua NES L B amete FOTOCONDUTIVA SI CER MICA CONDUTOR CAMADA 4 CONDUTOE FOTOCONOU TVA a b c Figura 3 1 a S mbolo do LDR b Superf cie fotossens vel de um LDR c Vista lateral Fonte 30 Os materiais frequentemente utilizados na composi o do eletrodo s o o CdS sulfeto de c dmio e o CdSe seleneto de c dmio conforme ilustrado na Figura 3 2 Es tes materiais s o respons veis pela atua o do LDR em diferentes intervalos espectrais 3 2 Sensores de luminosidade utilizados em medidores 49 Esta estrutura recebe revestimento pl stico ou acondicionada em inv lucros hermetica mente selados para proteg la contra a umidade 8 8 N Sensibilidade espectral relativa UV Luz nm Comprimento de onda Figura 3 2 Respostas espectrais das c lulas CdS CdSe e Vis o comprimento de onda x sensibilidade espectral re lativa Os fotorresistores s o dispositivos com tempo de resposta lento devido princi palmente ao tempo de recombina o dos pares el tron lacuna De acordo com Silva et al 30 este tempo de aproximadamente 100 ms A resist ncia de um LDR varia n o linearmente com a luz inci
94. ida Assim como no caso do m dulo de r dio o tempo de despertar r pido importante 23 4 1 6 Requisitos de CPU e mem ria de uma RSSF A maioria das CPUs utilizadas em n s sensores de baixo n vel t m velocidades de clock de poucos MHz Os requisitos de mem ria dependem da aplica o e da topologia da rede o armazenamento de dados n o cr tica se os dados s o frequentemente trans mitidos a uma esta o base como o caso da RSSF tratada neste trabalho Plataformas mais sofisticadas como a Intel iMote e n s Rockwell WINS usam processadores de 32 bits da Intel Strong Arm XScale 23 4 1 7 Transmiss o de dados Segundo Puccinelli e Haenggi 23 comum que todos os dados sejam trans mitidos para uma esta o de base mas esta forma de coleta de dados centralizado pode encurtar a vida til da rede Os dados enviados para um n intermedi rio faz com que os padr es de consumo de energia sejam n o uniformes o que pode sobrecarreg lo Isto particularmente severo em n s intermedi rios que se ligam s esta es base o que pode acumular o tr fego proveniente de todos os outros n s formando assim um ponto cr tico para o rendimento da rede Uma t cnica interessante o agrupamento um conjunto de n s formam clusters e transmitem suas informa es para o n cluster head que funde os dados e os envia para um sorvedouro Menos pacotes s o transmitidos e um padr o de consumo de energia uniforme pode ser
95. indica o de n vel rel s e sistemas de contagem 7 Fotodiodo Em um diodo comum polarizado reversamente existe uma corrente reversa for mada por portadores minorit rios mantidos pela energia t rmica a temperatura ambiente Assim se houver incid ncia de luz sobre a jun o PN essa energia tamb m pode gerar portadores minorit rios contribuindo para aumentar a corrente reversa Embora qualquer diodo seja sens vel radia o eletromagn tica o fotodiodo um dispositivo especialmente desenhado para aproveitar ao m ximo este efeito Seu s mbolo esquem tico est ilustrado na Figura 3 13 A K K Figura 3 13 S mbolo esquem tico do fotodiodo Um fotodiodo portanto um diodo com uma janela sobre a jun o PN que permite a entrada de luz na forma de f tons na estrutura at mica do dispositivo O n mero de el trons livres gerados em cada material proporcional intensi dade de luz incidente Essa luz produz el trons livres e lacunas aumentando a quantidade de portadores minorit rios e consequentemente controlando a corrente reversa Desta forma quanto maior a incid ncia de luz maior a corrente no fotodiodo polarizado rever samente sendo limitada a poucos uA microamp res A resposta espectral dos fotodiodos depende do tipo de material usado em sua fabrica o e do seu encapsulamento No que se refere ao material utilizado a maior parte destes sensores s o fabricados a partir de sil cio p
96. ionais A seguran a do sistema deve come ar pela autentica o do usu rio Como existe a possibilidade do acesso simult neo pela rede ou pela internet de v rios usu rios interessante que se utilize algum tipo de protocolo que aumente a seguran a dos dados trafegando entre o cliente e o servidor como por exemplo o HTTPS Hypertext Transfer Protocol over Secure Socket Layer ou o SSL Secure Socket Layer Tamb m preciso que se feche a sess o do usu rio que permane a muito tempo sem utilizar o sistema Para manter a confiabilidade do sistema necess rio assegurar que o software n o mostre ao usu rio informa es incorretas portanto quando uma consulta for solici tada e n o for poss vel mostrar como esperado os dados certos o sistema deve mostrar uma mensagem de erro Diferentemente da RSSF os dados j coletados devem ter uma alta disponibilidade e estarem dispon veis 24 horas por dia facilitando as an lises relat rios e principalmente as tomadas de decis o Uma boa efici ncia deve ser sempre buscada Por isso interessante que o sistema possua rapidez nas respostas das solicita es do usu rio e no caso do projeto do sistema de monitoramento de pastagens muito interessante que ele possa ser capaz de funcionar com equipamentos de poucos recursos Isto tamb m ajuda na portabilidade ideal que a de funcionar em qualquer m quina com qualquer sistema operacional e com qualquer navegador Para a facili
97. izada do dispositivo sensor que os comp em Os prot tipos foram constitu dos com os seguintes componentes e um microcontrolador PIC16F877A utilizado para realizar a convers o a 10 bits da entrada anal gica da resposta comportamental do sensor em sua respectiva sa da digital e tamb m para transferir esse resultado ao transceptor componente respons vel pela comunica o do prot tipo Silva et al 31 apresenta a descri o detalhada desse componente utilizado para constru o do m dulo de processamento desses prot tipos e quatro pilhas AA para alimentar o circuito Como o PIC16F877A suporta tens o m xima de alimenta o de 5 5V foi inserido um LM7805 para regular a tens o de entrada do circuito em 5V e um barramento MAX232 para realizar o interfaceamento entre a porta serial e o PICI6F877A devido a tens o de sa da da porta serial ser de 15V e um m dulo de comunica o Para o prot tipo do medidor manual de luminosidade a comunica o acontece via porta serial RS232 representado na Figura 3 30 pelo DB9 J para o prot tipo do n sensor essa comunica o se dar atrav s de um m dulo de transmiss o recep o sem fio Os desenhos esquem ticos gerais dos circuitos eletr nicos projetados para a constru o dos prot tipos do n sensor e do medidor de luminosidade s o apresentados nas Figuras 3 31 e 3 30 respectivamente o rem O 16x2 ENTRADA gi 654 32 11615 ANAL GICA VLLSH9TIId Figura
98. l tricos Tamb m ser descrito o cen rio de testes que valida o aparelho Lux metro como uma alternativa ao equipamento LI COR LI 1776 Por fim ser o mostrados os prot tipos de medidores de baixo custo avaliados constru dos e apresentada uma proposta de sensor de baixo custo adequado 3 1 Sensores Sensores s o dispositivos que recebem e respondem a sinais ou est mulos Podem ser usados para medir grandezas f sicas ou seja convertem os dados obtidos em sinais el tricos informa es Os sensores podem ser avaliados sob diversos par metros 35 36 tais como faixa de opera o precis o sensibilidade linearidade e resolu o que ser o tratados logo a seguir e Faixa de opera o representa todos os n veis de amplitude do sinal de entrada nos quais se sup e que o sensor opere e Precis o o quanto o desempenho do sistema se aproxima das expectativas Normalmente especificada em porcentagem e Sensibilidade a rela o entre o est mulo de entrada no dispositivo e o sinal de sa da por ele produzido Tamb m pode ser definida como a varia o da sa da por unidade de varia o da entrada e Linearidade grau de aproxima o entre a curva de calibra o do sensor e uma reta de aproxima o e Resolu o o menor incremento do sinal de entrada que sens vel ou que pode ser medido pelo instrumento Por exemplo tratando se de um volt metro anal gico a resolu o a menor subdivis o da e
99. la o de no m nimo 0 98 e o objetivo o de se obter uma correla o positiva quase que perfeita para o prot tipo Portanto esse prot tipo tamb m n o pode ser usado como alternativa no processo de determina o da IL Dessa forma observa se que os prot tipos PTILDR e PT2LDR n o satisfizeram os requisitos necess rios para serem utilizados como medidores de luminosidade em alternativa ao Lux metro e consequentemente ao LI COR LI 1776 Estes resultados j eram esperados visto que o componente LDR tem tempo de resposta relativamente lento ms e a linearidade e estabilidade com a temperatura s o baixas conforme explicitado na Tabela 3 1 3 6 Prot tipos de medidores de luminosidade de baixo custo 82 3 6 2 Prot tipo usando o fototransistor Com o objetivo de validar os tr s dispositivos fotoel tricos abordados neste tra balho Morais e Franco 21 realizaram os mesmos experimentos utilizando o fototran sistor inserido em uma configura o divisor de tens o tal qual o ocorrido com o LDR na elabora o do PTILDR Nestes experimentos foi utilizado o fototransistor TIL78 no ramo positivo do divisor de tens o com uma resist ncia R de 2KQ no ramo negativo conforme ilustrado na Figura 3 43 Vcc Vsaipa R Figura 3 43 Fototransistor na configura o divisor de tens o Fonte 21 Analisando os resultados obtidos nos experimentos verificou se que essa resis t ncia R no ramo negativo do divisor de tens o
100. la adequada disposi o dos n s nas entrelinhas 2 1 Informa es sobre luz Para o melhor entendimento do monitoramento de luminosidade necess rio introduzir conceitos sobre luz luminosidade e sua utiliza o pelas plantas que est o presentes nesta se o Estes conceitos s o necess rios visto que a intensidade luminosa influencia no crescimento das plantas 2 1 1 Conceitos b sicos sobre luz S o apresentadas algumas caracter sticas b sicas e propriedades da luz por m n o h o intuito de analisar minuciosamente os fen menos que envolvem a luz mas sim de mostrar como eles participam do funcionamento dos dispositivos fotossens veis que ser o utilizados Basicamente uma fonte de irradia o emite energia atrav s do espa o por meio de ondas eletromagn ticas Essa irradia o possui diferentes comprimentos de onda sendo que o olho humano sens vel somente a uma faixa chamada luz vis vel que compreende de 400nm a 700nm Luz vis vel portanto a radia o eletromagn tica capaz de produzir uma sensa o visual 14 conforme ilustrado na Figura 2 1 A teoria da F sica prop e um modelo dual para a luz onde um raio luminoso constitu do por part culas denominadas f tons que inicialmente foram observadas por Albert Einstein Esta natureza dual da luz refor ada pelo fato de a mesma se propagar no espa o como uma onda mas manifestar um comportamento corpuscular part cula durante os processos de
101. lash Update No baud change Figura 4 2 Interface do software XCTU 4 1 8 Fonte de energia A grande maioria das plataformas comerciais e de pesquisa existentes depende de baterias que dominam o tamanho do n sensor Baterias prim rias n o recarreg veis muitas vezes s o escolhidas principalmente AA AAA e tipo de moeda As pilhas alcalinas AAA oferecem uma elevada densidade de energia a um pre o baixo compensada por uma descarga n o plana de um tamanho f sico grande em rela o a um n sensor caracter stico e uma vida til de apenas 5 anos A regula o da tens o poderia a princ pio ser empregada mas a sua elevada inefic cia e grandes consumo de corrente de repouso para o uso de componentes que podem lidar com grandes varia es na tens o de alimenta o os tornam impratic veis C lulas de l tio s o muito compactos e possuem uma curva de descarga plana 4 1 Defini o de RSSF 108 As baterias secund rias recarreg veis tipicamente n o s o desej veis uma vez que oferecem uma menor densidade de energia e um custo mais elevado sem mencionar o fato de que na maioria das aplica es a recarga n o uma tarefa pr tica Segundo Puccinelli e Haenggi 23 usar a energia armazenada ou captar a ener gia do mundo exterior s o as duas op es para o m dulo de pot ncia O armazenamento de energia pode ser conseguido com o uso de baterias ou dispositivos alternativos tais como c lulas de combust vel
102. m dulo XBee Pino de sa da do m dulo XBee Iuminamento Empresa Brasileira de Pesquisas Agropecu rias Efici ncia de intercepta o Efici ncia de Uso da Radia o Farad unidade de medida de capacit ncia Field Programmable Gate Array Fluxo luminoso Hypertext Transfer Protocol over Secure Socket Layer Intensidade luminosa ndice de rea Foliar Mesmo que LAI Intercepta o Luminosa Lumin ncia Leaf Area Index Mesmo que IAF Light Dependent Resistor L men Lux unidade de medida do Lux metro 17 MAC MCU MHz MOTE Q PAR PPFD PT1FT PT1FD PT2FD PTILDR PT2LDR F R RF RFA RLDR RR RSSI RSSF S SSL TAL Tpigital V Voc Vp Vsaida W Media Access Control Controle de Acesso ao Meio Microcontrolador Megahertz unidade de frequ ncia que mede os ciclos por segundo M dulo de processamento e comunica o sem fios ou n Ohm unidade de medida da resist ncia Photosynthetically Active Radiation Mesmo que RFA Photosynthetic Photon Flux Density Mesmo que DFFF Prot tipo 1 usando FotoTransistor Prot tipo 1 usando FotoDiodo Prot tipo 2 usando FotoDiodo Prot tipo 1 usando LDR Prot tipo 2 usando LDR Correla o linear de Pearson Resist ncia medida em ohm Radiofrequ ncia Radia o Fotossinteticamente Ativa Mesmo que PAR Resist ncia do LDR medida em ohm Requisi o Resposta Receive Signal Strength Indicator medida da pot ncia de sinal recebido por RF Rede d
103. m sseis que seguem o calor emanado pelos avi es e em detectores de radia o infravermelha para pesquisas astron micas Apesar do baixo custo e dos in meros campos onde estes sensores podem ser aplicados a sua n o linearidade sensibilidade t rmica e elevado tempo de resposta tornam seu uso limitado 3 2 2 Sensores de fotojun o Os sensores de fotojun o s o constru dos com material semicondutor do tipo P positivo e N negativo Os materiais mais comumente utilizados s o o Si sil cio e o Ge germ nio em que ambos s o tetravalentes ou seja possuem quatro el trons na camada de val ncia Semicondutores do tipo P e do tipo N s o compostos por el trons e lacunas A diferen a entre os dois que o tipo P tem como portadores majorit rios maior quantidade as lacunas e o tipo N tem como portadores majorit rios os el trons 3 2 Sensores de luminosidade utilizados em medidores 51 Esta diferen a ocorre pelo fato que no momento de dopagem inje o de impu rezas em suas estruturas o semicondutor do tipo P dopado por material trivalente tr s el trons na camada de val ncia fazendo com que sobre lacunas n o correlacionadas com el trons J o do tipo N dopado por material pentavalente cinco el trons na camada de val ncia ocasionando el trons livres neste material como mostrado na Figura 3 4 TIPO P TIPO N o 0 O Figura 3 4 Semicondutor tipo P e tipo N Fonte 1
104. m tipo de seguran a nativa como criptografia importante que a inser o destes novos recursos de seguran a no sistema n o aumente o consumo de bateria ou prejudique significativamente o desempenho da rede O outro aspecto diz respeito ao dispositivo contra danos f sicos Considerando que os n s sensores estar o expostos no pasto preciso que ele tenha um inv lucro de prote o contra intemp ries clim ticas como chuvas sol e ventos fortes Outro ponto a ser observado que eles ser o colocados no solo onde possivelmente existir tr nsito de animais necess rio que os n s sensores suportem algum peso resistindo por exemplo ao impacto da pisada de um animal A instala o e a manuten o da rede ser o feitas por pessoas do meio rural a priori com pouca qualifica o e baixo conhecimento t cnico fundamental que o equipamento seja de f cil manuten o e que exista uma boa apreensibilidade O ideal que os equipamentos sejam constru dos em m dulos facilitando a troca de alguma de suas partes em casos de falha das baterias necess rio existir uma documenta o clara e objetiva com linguagem simples e facilmente compreens vel S o necess rios um manual de instala o um manual de uso e um manual de manuten o 5 2 Requisitos da interface web Esta se o apresenta as descri es e especifica es do software front end web a ser utilizado para a monitora o de pastos A miss o deste front
105. ma es de par metros da uma RSSF Rosa Filho 27 realizou um novo experimento Ele analisou as m tricas da medi o em ambiente aberto e foi poss vel determinar a dist ncia de alcance entre os motes ou n s em um campo de futebol com dimens es 120m x 45m Ap s aplica es em laborat rio e em ambiente aberto foi instalada e configurada uma RSSF em cultivo real de cana de a car Foram encontrados v rios problemas como por exemplo alcance de apenas 6 metros na camada de comunica o entre os n s Os experimentos em ambiente agr cola foram realizados na Fazenda Itaiquara A planta o cultiva a variedade CB41 76 de cana de a car em uma rea total de apro ximadamente 30 hectares de planta o Foi utilizada para realiza o dos experimentos uma rea de 200 m As plantas estavam com idade de 12 meses de cultivo in cio do per odo de colheita dispersas em fileiras com uma m dia de 16 colmos por m e plantas da cana de a car com altura m dia de 4 metros Foram detectados problemas de alcance da rede na planta o devido s barreiras ou seja grande densidade da folhagem e colmos das plantas que aumentam a atenua o do sinal recebido 2 4 Outras aplica es do monitoramento da IL na AP 44 Figura 2 14 Mote IRIS com placa de sensoriamento e altura 0 8m aplicado em planta o de cana de a car Fazenda Haiguara 2011 Fonte 27 Para o experimento em cultivo de cana de a car Rosa Filho 27 avali
106. matsu Photonics Fonte 16 aT V VOLTMETER kg 777 Testes de valida o Primeira etapa leituras obtidas sem as m dias aritm ticas para os resistores de 1KO e de 10KQ Nesta etapa foram realizados testes com os resistores de escala com os valores de 1KQ e de 10KQ sem serem efetuadas as m dias aritm ticas com objetivo de verificar o comportamento desses resistores atrav s da verifica o da ocorr ncia de instabilidades no recebimento dos dados sem c lculo das m dias Para comparar a similaridade das curvas foi necess rio multiplicar os valores de sa da do software por uma constante k 217 6829268 de forma que os valores superiores obtidos fossem iguais A Figura 3 49 apresenta essa compara o quando o resistor de escala era de 1K OQ 3 6 Prot tipos de medidores de luminosidade de baixo custo 87 Tas Prot tipo Resistor 1KQ 70000 S Z 60000 gt 50000 40000 K id Edi Luximetro p Es E 20000 Prot tipo 10000 poda a a 0 torso ssaatTa 0 100 200 300 Tens o de Alimenta o da L mpada Figura 3 49 TAL x iluminamento Tpigita com resistor de 1KQ Ap s a captura dos dados foram plotadas as curvas da TAL versus tens o digitalizada do prot tipo e a curva da TAL versus o resultado do Lux metro Para cada valor de resist ncia do prot tipo escala foram plotadas as curvas A Figura 3 50 apresenta o gr fic
107. medi es RFA simult neas acima e abaixo do dossel Isto til para fazer v rias medi es RFA sob o dossel em condi es de luz vari veis sem ter que manter em movimento o instrumento dentro e fora do dossel para atualizar a refer ncia RFA acima do dossel O sensor externo tamb m o padr o de RFA a que o apontador est calibrado ou seja permite a calibra o do equipamento 12 2 3 Monitoramento da IL em pastagens A utiliza o de pastagens para alimenta o de gado uma pr tica utilizada h muito tempo por criadores que na maioria das vezes utilizam o pasto de forma errada visto que fazem o rod zio de pasto ap s deixar o gado por um n mero fixo de dias Estudos realizados determinaram que essa forma n o respeita a fisiologia da planta O manejo do pastejo um fator determinante da efici ncia do processo de colheita e condicionante do valor nutritivo da forragem produzida 9 A combina o entre res duos de plantas anteriores e brota o permita a manu ten o do pasto de forma que diferen as em densidade populacional sejam reflexo apenas do grau de competi o intra espec fica gerada pela estrat gia de manejo do pastejo em pregada A poca do ano possui um efeito muito pronunciado sobre todos os processos que ocorrem nas plantas basicamente resultado da varia o na disponibilidade de fatores de crescimento na rea Esse efeito muitas vezes maior que o efeito das pr ticas de manejo do pastejo
108. mento por unidade experimental J o n mero de leituras por ponto quatro a n vel do solo e um acima do dossel De acordo com a rede proposta a quantidade de n s sensores PT2FD depende do tamanho dos piquetes respeitando a quantidade de pontos citada anteriormente De forma geral os dados referentes a IL s o obtidos pelo sensor que comp em o n Ap s a medi o os dados s o transmitidos para a esta o base onde s o processados e guardados para futuras consultas feitas pelo usu rio por meio da aplica o para moni toramento de pastagens como demonstrado na Figura 5 1 Assim ser o apresentados os requisitos para a transmiss o das informa es capturadas nos n s at a esta o base 5 1 Requisitos da rede 113 Esta o Sensor Processador O Sorvedouro N sensor Figura 5 1 Rede de sensores sem fio 5 1 2 Requisitos espec ficos Z E necess rio que exista um sistema de identifica o de n s sensores para que eles sejam adequadamente administrados em eventuais casos de falha ou mesmo em uma manuten o peri dica Tamb m interessante que os n s sejam facilmente localiz veis ainda que para isto sejam necess rios recursos adicionais como mapas de posicionamento O sistema deve estar dispon vel para que sejam realizadas v rias leituras por dia tendo obrigatoriedade de atender pelo menos uma Como n o existe a necessidade de realizar medi es durante a noite o sistema dev
109. mica alta densidade de n s perda de elementos da rede e realiza o de tarefas colaborativas pelos n s Os n s sensores tipicamente s o compostos por um terminal de comunica o sem fio unidade de energia e dispositivo sensor al m de possuir algumas caracter sticas como tamanho port til limita o de capacidade de processamento e armazenamento comunica o sem fio limita o de energia e multifuncionalidades Segundo Puccinelli e Haenggi 23 o n mero de n s sensores em uma rede de sensores t pica muito mais elevada do que em uma t pica rede ad hoc em que os n s se auto organizam em uma topologia de rede din mica Para garantir a cobertura e conectividade deve se usar uma quantidade maior de n s sensores e por esta raz o o hardware utilizado na rede de sensores deve ser barato Os n s sensores t m tipicamente rigorosas limita es de energia que os tornam mais sujeito a falhas Segundo Puccinelli e Haenggi 23 idealmente o hardware de rede de sensores deve ser eficiente em termos de energia pequeno barato e confi vel para maximizar a vida til da rede aumentar a flexibilidade facilitar o recolhimento de dados e minimizar a necessidade de manuten o O funcionamento satisfat rio de uma RSSF depende de v rios fatores podemos citar o tr fego dos dados como uma caracter stica crucial para funcionamento ou seja recebimento dos dados capturados pelos n s sensores no concentrador da rede 4 1 2 Apl
110. momento o pasto est pronto para colheita e um momento timo considerando se o potencial nutricional do pasto e a disputa por luz por parte do capim Infelizmente os medidores de luminosidade existentes no mercado possuem um alto custo impossibilitando que pequenos e m dios produtores tenham acesso a esta tecnologia Visando superar esta dificuldade e prover a oportunidade de acesso a estes produtores foram desenvolvidos alguns prot tipos de medidores de luminosidade de baixo custo e seus posteriores n s sensores Tabela 6 1 Caracter sticas dos prot tipos de unidades de sensores Identificador Microcontrolador Alimenta o Barramento Comunica o Sensor De Dados PTILDR 21 LDR com divisor de tens o PT2LDR 21 PICI6F877A 4 pilhas AA MAX232 LDR com divisor de tens o e amplificador logar tmico LM324 PTIFT 21 Fototransistor TIL78 com divisor de tens o PTIFD 2 pilhas de 1 5 V XBEE Fotodiodo S7686 PT2FD PIC18F1320 1 bateria de 9V XBEE Fotodiodo S7686 As Tabelas 6 1 e 6 2 sintetizam as caracter sticas dos prot tipos de medidores de luminosidade de baixo custo analisados e produzidos 6 1 Considera es finais 129 Tabela 6 2 Caracter sticas dos prot tipos de unidades de sensores Identificador Forma de Medida F rmula de Convers o Observa es PTILDR 21 A luminosidade medida observando se a varia o da ten A medi o foi
111. nd ncia de fertilizantes e alta frequ ncia de degrada o das pastagens entre outros problemas 2 Devido ao desempenho das pastagens ser muito vari vel e inconsistente o grau de insatisfa o por parte de produtores e t cnicos do setor tem aumentado Em busca de adequa es no manejo do pastejo a partir do final da d cada de 90 foram iniciadas pesquisas no Brasil fundamentando o controle das pastagens na filosofia inglesa a qual baseia se na resposta da planta ao ambiente em que esta est inserida Desde ent o v rios esfor os foram realizados no sentido de busca de um par metro que ao mesmo tempo fosse poss vel ser fixado e aplic vel a campo At que iniciaram se as pesquisas baseando a colheita da forragem em par metros de resposta do dossel luz solar 2 Para tornar a atividade realmente competitiva importante utilizar a pastagem de forma adequada Segundo Carnevalli 9 os itens de interesse para monitoramento da pastagem s o temperatura precipita o balan o h drico e intercepta o luminosa Neste 19 sentido de fundamental import ncia estudos sobre a intercepta o luminosa dessas plantas forrageiras que ser o tratados neste trabalho O manejo de pastagens baseado em intercepta o luminosa realizado em pa ses de clima temperado com elevado grau de sucesso Em 2001 iniciaram se trabalhos ado tando esta metodologia para plantas de clima tropical tamb m obtendo n veis elevados de
112. nde da quantidade de radia o incidente da distribui o da rea foliar no tempo durante o ciclo e no espa o das propriedades ticas do dossel e do ngulo das folhas em rela o linha horizontal A efici ncia de uso da radia o EUR o incremento em peso seco da parte a rea por unidade de RFA interceptada Os dados a respeito da EUR das pastagens s o limitados na literatura Entretanto em geral ocorrem incrementos da EUR sob baixos n veis de luminosidade comparado com a condi o de pleno sol A estrutura do dossel uma caracter stica que contribui para as diferen as em termos de EUR sob diferentes n veis de luminosidade As diferen as na produ o de biomassa de diferentes cultivos podem ser expli cadas por modifica es morfol gicas fisiol gicas e estruturais nas plantas submetidas restri o luminosa Entretanto uma rela o funcional entre a quantidade de RFA inter ceptada pelo dossel e a produ o de mat ria seca tem sido utilizada para caracterizar o crescimento das plantas em diferentes ambientes Deve se observar que a quantidade de folhas rea foliar que tem grande efeito sobre a IL n o exclusiva para determinar o potencial fotossint tico do dossel forrageiro O arranjo espacial da rea foliar dentro do dossel tamb m importante mas n o o foco deste trabalho Mais informa es sobre o assunto podem ser encontradas em 9 O capim inicia seu processo de rebrota o acumuland
113. ndente da unidade de controle ideal para o trabalho em campo Calcula de maneira n o destrutiva o ndice de rea foliar LAJ IAF diretamente e outros atributos de estrutura de uma variedade de tipos de cobertura vegetal As medi es de radia o s o efetuadas por um sensor ptico LAI 2250 tipo olho de peixe com um campo de vis o azimutal de 360 A intercepta o da luz pela cobertura medida acima e abaixo do dossel em cinco diferentes ngulos azimutais com abertura de 148 cada O IAF calculado utilizando um modelo de transfer ncia de radia o em coberturas vegetais Para efetuar as medi es tem se a op o de utilizar em coleta somente o sensor tico LAI 2250 aut nomo desacoplado da unidade de controle pois ele tamb m possui mem ria 1MB Flash capaz de armazenar at 1 5 milh es de leituras al m de 2 bot es de comando Liga e acima abaixo este para selecionar se a leitura ser feita acima ou abaixo do dossel Sensor Optical filter Figura 2 6 Sensor tico LAI 2250 Os dados ser o processados pela unidade de controle que disponibilizar os resultados divididos em leituras acima do dossel e abaixo do dossel para verifica o ao vivo no campo ou posteriormente O sistema de leituras m ltiplas e campo de vis o olho de peixe asseguram que os c lculos do IAF sejam baseados em amostras representativas da folhagem do dossel Os c lculos incluem ndice de rea
114. ndo as curvas percebe se que de uma forma geral o LI COR e o Lux metro mostraram comportamentos bastante similares Apenas na rea III nota se uma distor o insignificante na similaridade que pode ser explicada pela diferen a de tempo entre a realiza o das medi es com os equipamentos Al m disso no tempo entre as medidas a luminosidade pode ter sido alterada pela passagem de pequenas nuvens 3 5 2 An lise em rela o aos valores de refer ncia A an lise dos resultados dos experimentos realizados em laborat rio e em campo mostrou que poss vel utilizar o aparelho Lux metro como uma alternativa no processo de medi o de luminosidade para o c lculo da IL Constatou se tamb m que ele pode ser utilizado como instrumento para valida o dos prot tipos ao inv s do LI COR devido ao fato de que suas respostas apresentam comportamentos bastante similares a este aparelho Deve se observar que adotar o Lux metro no processo de medi o de luminosi dade para o c lculo da IL mesmo que tamb m necessite de m o de obra especializada traz uma independ ncia aos experimentos pois n o necess ria mais a solicita o e dis posi o do equipamento LI COR modelo LI 1776 pela Embrapa Tamb m relevante ressaltar que o Lux metro apresenta as vantagens de ser simples pequeno leve de f cil manuseio e de baixo custo em rela o ao LI COR Como foi observado nos testes realizados o aparelho Lux metro pode ser uti
115. no eixo das coorde nadas na Figura 3 23 devido ao aspecto construtivo e a forma como os aparelhos foram calibrados Para demonstrar a similaridade dos comportamentos do LI COR e do Lux metro as curvas caracter sticas de ambos foram plotadas simultaneamente Por m para isso ser poss vel houve a necessidade de multiplicar os valores de sa da do Lux metro por uma constante k 0 008669 de forma que os valores superiores apresentados no gr fico fossem iguais como ilustra a Figura 3 26 3 5 Lux metro como medidor de IL em pastagens 68 400 350 300 250 200 e Luximetro s0 LI COR RFA Iuminamento Lux 100 50 50 100 150 200 250 Tens o de Alimenta o da L mpada V Figura 3 26 TAL x RFA iluminamento O grau de similaridade entre os dois aparelhos pode ser definido gerando um gr fico LI COR LI 1776 versus Lux metro e agregando a esse gr fico o coeficiente de correla o linear de Pearson r conforme ilustrado na Figura 3 27 r 0 999 50000 45000 40000 35000 30000 N m o 20000 E 15000 10000 5000 0 minamento Lux 100 200 300 400 e PAR uE sim Figura 3 27 RFA x iluminamento A intensidade da associa o linear existente entre as vari veis pode ser quan tificada atrav s do chamado coeficiente de correla o linear de Pearson Essa vari vel indica o quanto uma
116. no espa o de alguns cent metros Assim a medida de confian a da RFA requer muitas amostras em diferentes locais sob o dossel 12 IAF O ndice de rea Foliar IAF ou ou Leaf Area Index LAT definido como a rea de folhas por unidade de rea da superf cie do solo uma medida valiosa para ajudar a avaliar a densidade do dossel e biomassa 12 2 1 3 Como as plantas utilizam a luz A produ o bruta de forragem primeiramente determinada pelo total de luz interceptada pelo dossel A quantidade e a qualidade da RFA que atinge as plantas determinam o n vel de fotoss ntese que essencial para o processo de crescimento vegetal Na maior parte dos casos a produ o de forragem diminui medida que a intensidade da luz reduzida Em geral existe uma rela o negativa entre o aumento da densidade arb rea ou o sombreamento e a produ o de forragem 5 Nas gram neas forrageiras de esta o quente a rela o entre a fotoss ntese e a radia o particularmente importante j que a maioria das esp cies apresenta baixa adapta o a ambientes com baixa luminosidade 5 Quando o crescimento vegetal n o limitado por falta de gua temperatura e ou nutrientes a produ o de biomassa limitada pela RFA interceptada pela cultura e pela 2 1 Informa es sobre luz 29 efici ncia de convers o desta energia em carboidratos atrav s da fotoss ntese Pela lei de Beer o n vel de radia o solar a
117. ntre o microcontrolador e a porta serial Deve se observar que os prot tipos PTILDR PT2LDR e PTIFT constru dos por Morais e Franco 21 foram apenas medidores de luminosidade que foram utilizados apenas para medi es em laborat rio utilizando uma l mpada e variando a tens o aplicada a ela para que sua luminosidade alterasse Visto que os resultados encontrados n o foram satisfat rios n o foram constru dos os n s sensores correspondentes Para se conseguir uma independ ncia para a compara o entre os prot tipos contru dos e o aparelho LI COR utilizado e emprestado pela Embrapa foram realizados testes usando o aparelho Lux metro Nos testes realizados por Morais e Franco 21 o aparelho Lux metro apresentou resultados muito semelhantes ao do LI COR modelo LI 1776 Por isso ele foi utilizado como alternativa ao LI COR nos testes posteriores Para aproximar mais os resultados obtidos nos prot tipos constru dos dos resultados apresentados pelo Lux metro o LDR foi utilizado juntamente com um divisor de tens o Posteriormente foi acrescentado uma aplificador logar tmico ao circuito anterior E por ltimo foram feitas as medi es com um fototransistor TIL78 juntamente com um divisor de tens o Neste trabalho foram constru dos 2 prot tipos utilizando fotodiodos Estes prot tipos utilizaram o sensor de luminosidade S7686 e m dulos de comunica o sem fio XBee O aparelho denominado Lux metro pode ser projetado utili
118. o 60 60 61 61 62 64 65 66 67 68 68 70 t 13 74 74 75 75 76 77 78 79 79 80 80 81 82 83 83 84 85 86 87 87 89 89 90 91 3 55 3 56 3 57 3 58 3 59 3 60 3 61 3 62 3 63 3 64 3 65 4 1 4 2 4 3 4 4 5 1 5 2 5 3 5 4 5 5 5 6 5 7 5 8 5 9 5 10 5 11 5 12 5 13 5 14 Compara o das curvas caracter sticas do Lux metro e do prot tipo com resistor de 10KQ Prot tipo com resistor de 10KQ x Lux metro Compara o das curvas caracter sticas do Lux metro e do prot tipo com resistor de 1KQ Prot tipo com resistor de 1KQ x Lux metro Compara o das curvas caracter sticas do Lux metro e do prot tipo com resistor de 1000 Prot tipo com resistor de 1000 x Lux metro Gr fico boxplot prot tipo com resistor 1MQ Gr fico boxplot prot tipo com resistor de 100K0 Gr fico boxplot prot tipo com resistor de 10KQ Gr fico boxplot prot tipo com resistor de 1KQ Gr fico boxplot prot tipo com resistor de 1000 M dulos XBee e XBee Pro serie 1 e serie 2 42 43 Fontes 16 Interface do software XCTU Arquitetura da rede de sensores Esquema de envio de pacotes Rede de sensores sem fio Diagrama de casos de uso Base central Diagrama de blocos do software monitor Prot tipo n sensor PT1FD Esquema el trico do prot tipo do n sensor PT1FD Arquitetura de hardware do n sensor 2 0 Esquema el trico do n sensor e as liga es entre as
119. o Alexandre Reinaldo de Moraes Campus Ararangu UFSC Todos os direitos reservados proibida a reprodu o total ou parcial do trabalho sem autoriza o da universidade do autor e do orientador a Victor Ribeiro Silva Graduou se em Ci ncias da Computa o na UFG Universidade Federal de Goi s Durante sua gradua o foi monitor da disciplina de Banco de Dados do curso de Ci ncias da Computa o do Instituto de Inform tica da UFG e implementador do MPS Br especialista em Teconologias para Gest o de Neg cios pela EEEC UFG Durante o Mestrado na UFG foi bolsista da FAPEG e desenvolveu uma solu o automatizada para o monitoramento da intercepta o luminosa em pastagens Atualmente Gestor de Tecnologia de Informa o na Secretaria de Seguran a P blica do Estado de Goi s e tamb m investidor e consultor no ramo agropecu rio Dedico este trabalho a minha esposa Elis ngela Silva Dias e aos meus pais Eder Ribeiro e Waldilene Silva Ribeiro Agradecimentos Agrade o a minha querida e linda esposa Elis ngela Silva Dias que sempre me apoiou e me deu for a e incentivo para que eu terminasse o mestrado Sem todo seu apoio e dedica o tenho certeza de que eu n o teria conseguido Agrade o aos meus pais Eder Ribeiro e Waldilene Silva Ribeiro pelo apoio constante e por sempre me ensinarem a import ncia dos estudos e por sempre fazerem tudo para que eu e minha irm La sa Ribeiro Silva de Abreu pud
120. o a cada intervalo de 10V proporcionado pela tens o de alimenta o da l mpada Foi poss vel observar tamb m que a diferen a entre as compara es visuais realizadas entre o Lux metro e o PTILDR e entre o Lux metro e o PT2LDR percept vel 3 6 Prot tipos de medidores de luminosidade de baixo custo 81 Assim ao plotar o gr fico do iluminamento versus Tpigita do PTZLDR nota se que o grau de correla o foi maior que o obtido com o PTILDR ou seja de 0 854 conforme mostrado na Figura 3 42 800 700 600 500 400 300 Toigita V do PTZLDR 200 100 0 0 10000 20000 30000 40000 50000 Iluminamento Lux Figura 3 42 Iluminamento versus Tpigiral do PT2LDR An lise em rela o aos valores de refer ncia Na Figura 3 38 poss vel verificar que a correla o obtida entre o Lux metro e o PTILDR de 0 749 ou seja moderada conforme a classifica o estabelecida na Tabela 3 4 do Cap tulo 2 Se comparada correla o adquirida entre o Lux metro e o LI COR modelo LI 1776 que foi de 0 999 fica expl cito que a resposta do PTILDR n o satisfat ria Logo esse prot tipo n o pode ser usado como alternativa no processo de determina o da IL Mesmo com o aumento do grau de correla o de 0 749 para 0 854 a resposta obtida com o PT2LDR ainda n o pode ser considerada satisfat ria porque a resposta comportamental esperada tem que possuir uma corre
121. o comparativo entre o Lux metro e prot tipo PT1FD quando o resistor de escala usado era de 10KQ onde para igualar os valores sa da dos dois equipamentos foi usada a constante k 46 61458333 Prot tipo Resistor 10KQ z 50000 E gt 40000 f 3 3 e 30000 H E Pa v E 20000 SFe Luximetro A E Ay a 5 10000 Pd Prot tipo ad cd O dterreere ti Ler 0 100 200 300 Tens o de Alimenta o da L mpada Figura 3 50 TAL x iluminamento Tpigita com resistor de 10KQ Conforme observado nos gr ficos os resultados obtidos nesta etapa de testes fo 3 6 Prot tipos de medidores de luminosidade de baixo custo 88 ram semelhantes aos descritos anteriormente As curvas caracter sticas do prot tipo tanto para o resistor de 1KQ quanto o para o resistor de 10KQ conforme ilustrados nos gr fi cos 3 50 e 3 49 ao serem comparadas com o Lux metro revelaram um comportamento irregular em alguns instantes demonstrando que os dois equipamentos n o possuem com portamentos semelhantes ao desempenharem o mesmo papel que o de captar dados da luminosidade do ambiente Portanto conclui se que para o prot tipo usando o fotodiodo precisa haver maior efici ncia no tratamento dos dados de luminosidade capturados pelo sensor pois estes n o foram considerados satisfat rios Segunda etapa utiliza o da m dia das leituras obtidas Para que o prot tipo tenha o comportamento semelhante
122. o m dulo RF Xbee do n sensor Ent o este o m dulo transmite os dados coletados em uma mensagem API ZigBee via r diofrequ ncia at a esta o base atrav s da rede Na abordagem de gerenciamento Requisi o Resposta RR a entidade de ge renciamento por exemplo o medidor de luminosidade envia periodicamente mensagens de requisi o aos elementos gerenciados por exemplo o n s sensores Os n s sensores recebem a requisi o recuperam as informa es solicitadas em sua base de dados local alimenta essas informa es em uma mensagem resposta e a envia para a base central A base central recebe a resposta realiza o processamento e an lise dessa resposta tomando as decis es necess rias relativas ao gerenciamento que muitas vezes podem ser ajustes e configura es de par metros dos n s sensores O funcionamento da rede como um todo n o pode ser amea ada por falhas ine vit veis de n s nicos que pode ocorrer por uma s rie de raz es como o esgotamento da bateria e com a ocorr ncia de eventos externos imprevis veis e podem ser independentes ou estar correlacionados espacialmente A toler ncia a falhas particularmente importante visto que a manuten o cont nua raramente uma op o em aplica es de rede de sensores 4 2 Considera es finais Neste cap tulo foram apresentadas as caracter sticas de uma RSSF assim como a comunica o entre os n s sensores o software gerenciador e uma poss vel arq
123. o mais massa foliar a 2 1 Informa es sobre luz 30 cada dia Quanto maior for a disponibilidade dos fatores de crescimento maior ser a quantidade de massa acumulada por dia Contudo em um determinado ponto durante o crescimento as plantas come am a competir entre si por luz No momento em que falta luz para as folhas mais pr ximas do solo base da planta estas come am a envelhecer os tecidos senescer Como uma forma de defesa as plantas alongam os colmos rapidamente para melhorar o ambiente luminoso e assim diminuir a competi o por luz entre as plantas Assim o pastejo deve ser realizado no ponto anterior s desordens descritas Para se ter um aproveitamento maior das plantas necess rio monitorar o momento de entrada do gado no pasto e n o o momento da sa da como pode ser visto na Figura 2 3 m p a Bruto z E bo e a a a Liquido E i C H a a Colmos Lu y a EE dl T Fi Morte e f a E f f Fa p e O ai Tempo Figura 2 3 Crescimento do dossel Fonte 9 Segundo Carnevalli 9 o ciclo de crescimento representado na Figura 2 3 pode ser dividido em tr s fases sendo e Primeira fase a curva caracter stica da taxa de ac mulo de l quido na forragem aproxima se de uma exponencial quando a planta possui todas as condi es para seu crescimento e Segunda fase a planta apresenta taxas de ac mulo de l quido constantes principal mente quando o pasto se aproxima da completa interc
124. o n vel do solo uma vari vel relacionada ao IAF A luz difusa que emana de todo o c u e n o apenas de um nico ponto de origem sol e por esta caracter stica multidirecional tem maior penetra o no dossel arb reo do que a luz direta podendo ser melhor utilizada pelas plantas Healey et al apud Barro 5 realizaram experimentos e comprovaram que a presen a de maior propor o de luz difusa incrementou tanto o rendimento de forragem quanto a efici ncia de utiliza o da radia o das esp cies avaliadas A taxa fotossint tica ou seja a quantidade de CO fixado por unidade de rea foliar em fun o do tempo depende da disponibilidade de radia o solar Peri et al apud Barro 5 descreveram as taxas fotossint ticas como uma fun o da irradi ncia de f tons por meio de uma hip rbole n o retangular Via de regra plantas que crescem em ambiente sombreado s o incapazes de realizar altas taxas de fotoss ntese mas s o eficientes em baixas disponibilidades de radia o Plantas que crescem sob alta radia o em seus ambientes naturais t m alta capacidade para realizar fotoss ntese e saturam somente em altas disponibilidades de radia o entretanto mostram taxas de fotoss ntese menores que as plantas de sombra em baixos n veis de radia o A efici ncia de intercepta o corresponde capacidade que uma popula o de plantas tem de interceptar a radia o solar que incide sobre ela O valor de depe
125. o na medi o de intercepta o luminosa em pastagens Com a finalidade de se avaliar a RSSF experimental nas pastagens foram pla nejados diferentes experimentos incluindo 1 exatid o dos dados coletados 2 alcance entre os n s e a esta o base 3 avalia o da quantidade de n s necess rios e 4 avalia o 1 5 Organiza o da disserta o 23 das varia es clim ticas considerando a distribui o espacial dos n s na pastagem em diferentes alturas nas plantas Os dados obtidos possibilitaram um melhor entendimento do funcionamento da rede A partir da avalia o realizada em campo confirmou se que o sensor de luminosi dade proposto adequado ao uso em pastagens Esse uso poderia ser estendido para outras reas da AP que tamb m se beneficiaram com a redu o de custos no monitoramento 1 5 Organiza o da disserta o Esta disserta o est organizada considerando os elementos ilustrados na Figura 1 1 O Cap tulo 2 apresenta as aplica es do monitoramento de luminosidade na AP especificamente no cultivo de cana de a car e vinhedos destacando as caracter sticas da luz e suas medi es e tamb m detalhando os medidores de luminosidade de alto custo mais utilizados no monitoramento da IL O Cap tulo 3 discorre sobre uma an lise das solu es de sensores de baixo custo elencando as caracter sticas necess rias para o monitoramento da intercepta o luminosa em pastagens e tamb m uma proposta de
126. opcional em casos de dias nublados ou chuvosos Os dados da sa da do prot tipo foram ajustados multiplicando os por uma constante k de modo que o valor m ximo de sa da do Lux metro e do prot tipo fossem iguais Os valores k est o descritos na Tabela 3 5 Tabela 3 5 Valores da constante k Resistor de escala Valor de k IMQ 2 475124378 100KQ 6 507537688 10KQ 46 61458333 IKQ 217 6829268 1009 472 0000000 Terceira etapa an lise dos valores que comp em as m dias aritm ticas das leituras obtidas O objetivo dessa etapa o de analisar os dados que foram calculados nas m dias aritm ticas da etapa anterior agrup los de dez em dez vendo os 10 valores e ent o analisar um por um com o intuito de observar a confiabilidade do seu uso nesse projeto Nesta etapa foram realizados testes com o mesmo arranjo experimental da segunda etapa contudo sem a implementa o do c lculo da m dia aritm tica Cada dado de luminosidade recebido pelo microcontrolador era transmitido ao computador e armazenado de forma agrupada totalizando dez valores para cada valor de tens o gerado 3 6 Prot tipos de medidores de luminosidade de baixo custo 95 na l mpada simulando a fonte de luminosidade ou seja o sol nos testes em laborat rio conforme a atua o dos respectivos resistores de escalas Para an lise dos dados recebidos foram gerados gr ficos Boxplot para todas as resist ncias testadas poi
127. os encontrados A Se o 5 2 demonstra os requisitos identificados para a implementa o de um front end web apresentando os objetivos o diagrama de casos de uso e os requisitos funcionais e n o funcionais 5 1 Requisitos da rede 112 5 1 Requisitos da rede O objetivo desta especifica o de requisitos de rede demonstrar as necessidades para se implementar uma rede RSSF para ser utilizada em medi es automatizadas de IL em pastagens Estes requisitos servir o de base para o projeto do sistema Com as informa es obtidas poss vel especificar as tecnologias de comunica o adequadas para a montagem da rede ou identificar os aspectos t cnicos mais relevantes para o desenvolvimento de uma tecnologia pr pria A miss o desta rede funcionar como um meio de comunica o transportando os dados captados pelos n s sensores da RSSF possibilitando a medi o automatizada de IL em pastagens A implementa o desta rede evitar a necessidade do deslocamento de t cnicos at as pastagens para fazer a medi o manual destas informa es 5 1 1 Descri o geral Atualmente todas as informa es de IL s o coletadas manualmente por t cnicos que deslocam se at o pasto e fazem todas as medi es Em m dia s o realizadas leituras em 15 pontos diferentes para cada 1 000m Segundo Carnevalli 9 o n mero de pontos de monitoramento por pastagem 6 compostas de 5 leituras cada totalizando 30 pontos de monitora
128. ossuindo uma resposta espectral m xima para comprimentos de onda em torno dos 800nm Contudo quando se pretende 3 3 Medidor de luminosidade de baixo custo 57 uma melhor resposta aos comprimentos de onda mais baixos por exemplo na zona do infravermelho o material usado normalmente o germ nio 11 Os fotodiodos podem ser aplicados em detectores de luz medidores de inten sidade luminosa alarmes Lux metros de boa qualidade leitores de c digo de barras e sensores diversos 3 2 3 Compara o entre os dispositivos fotoel tricos Conforme o estudo realizado foi poss vel elaborar uma compara o de forma conceitual entre os dispositivos fotoel tricos como apresentado na Tabela 3 1 Tabela 3 1 Compara o entre os dispositivos fotoel tricos Caracter stica LDR Fototransistor Fotodiodo Resposta tempo ms us ns Sensibilidade Elevada Muito elevada Muito elevada Linearidade Baixa M dia Alta Estabilidade com a temperatura Baixa M dia M dia Diante dos dados apresentados na Tabela 3 1 observou se que para tomar a decis o sobre qual o melhor dispositivo fotoel trico deve se levar em considera o o prop sito para o qual ele ser utilizado Os sensores estar o sempre sujeitos s varia es das condi es de trabalho tais como mudan as de temperatura flutua es na tens o de alimenta o altera es ambientais entre outras Em decorr ncia dessas condi e
129. ote o e transporte para o LAI 2270 cabo de comunica o RS232C cabo USB cabo para conex o de uma segunda unidade de controle LAI 2270 e manual de opera o em ingl s N O inclui trip de apoio Ele mais caro do que o LAI 2200 por possuir 2 sensores que o componente eletr nico mais caro presente no equipamento Na importa o direta o equipamento LAI 220C tem pre o unit rio de US 15 525 00 e acrescidos de U 700 00 e mais 20 de valores supracitados o valor total de US 19 470 00 Na cota o de 17 01 2014 o d lar comercial foi de R 2 3582 Dessa forma o equipamento tem pre o unit rio de R 45 914 15 Na compra em moeda nacional o valor unit rio or ado foi de R 147 903 36 2 2 Medidores de luminosidade de alto custo 37 2 2 4 AccuPAR O cept metro Decagon AccuPAR modelo LP 80 um sensor de RFA leve e port til Permite medir a intercepta o de RFA pelo dossel e calcula o IAF em qualquer lugar na planta ou no dossel das florestas Os dados de RFA podem ser associados com outros dados clim ticos para estimar a produ o de biomassa sem destruir a planta A informa o de RFA tamb m importante na determina o de outros processos dos doss is como intercepta o da radia o convers o de energia din mica troca de gases intercepta o de precipita o e evapotranspira o O AccuPAR tamb m utiliza medidas de radia es e outros par metros para calcular de precisamente o IAF em tempo
130. ou o n vel de sinal percebido do mote e considerou as m tricas de perdas de pacotes retransmiss es de pacotes e utiliza o da largura de banda Os gr ficos apresentados por Rosa Filho 27 ilustram que nas condi es adver sas de uma vegeta o densa como o caso de um canavial A dist ncia entre os n s da rede n o alcan a 7m sem que inicie a retransmiss o de pacotes para conseguir a comuni ca o gerando aumento significativo de consumo da bateria Desta forma temos um resultado proibitivo tendo em vista o n mero de ele mentos necess rios para cobrir grandes extens es de cultivo de cana de a car caso seja utilizada uma topologia estrela Os estudos e conceitos sobre RSSF possibilitaram criar uma solu o com altera o de posicionamento dos motes visto que ap s os experimentos o principal problema encontrado foi o da cobertura da RSSF Por fim Rosa Filho 27 concluiu que e n o recomendada a ado o de topologia em malha com posicionamento 0 8m de altura para sensoriamento em cultivo de cana de a car Isto ocorre devido ao 2 4 Outras aplica es do monitoramento da IL na AP 45 fato de que a dist ncia m xima entre os n s n o pode ultrapassar 6 metros o que obrigaria a uma escalabilidade de n s muito alta Devido ao n mero de elementos seria invi vel implanta o de uma RSSF para essa aplica o e a topologia estrela aliada com algumas caracter sticas da topologia em malha form
131. pend ncias existentes entre as camadas individuais na pilha de protocolo de rede Protocolos de roteamento e acesso a canais por exemplo poderiam se beneficiar muito em uma troca de informa o com a camada f sica Na camada f sica os benef cios podem ser obtidos com menores ciclos de r dio e dimensionamento de modula o din mica variando o tamanho da constela o para minimizar o consumo de energia Puccinelli e Haenggi 23 Usar o modo de baixa pot ncia para o processador ou desativar o r dio geral mente vantajoso embora transform lo em um subsistema ligado e desligado pode ser mais caro do que mant lo sempre ligado T cnicas destinadas a reduzir a corrente de fuga do modo ocioso em processadores baseados em CMOS semicondutor metal xido complementar empregado na fabrica o de circuitos integrados tamb m s o interessan tes Segundo Puccinelli e Haenggi 23 solu es de controle de acesso ao meio MAC t m um impacto direto sobre o consumo de energia como algumas das principais 4 1 Defini o de RSSF 109 causas de desperd cio de energia s o encontradas na camada MAC colis es controle de sobrecarga de pacotes e escuta ociosa Economia de energia e t cnicas de controle de erro n o s o f ceis de implementar devido alta quantidade de poder computacional que necessitam e ao fato de que os pacotes longos normalmente n o s o pr ticos Roteamento de efici ncia energ tica deve evitar a per
132. ponente integrante do aparelho Lux metro que pode ser usado como alternativa ao aparelho LI COR modelo LI 1776 como mostrado na Se o 3 5 Fotodiodo S7686 Para medir a luminosidade foi utilizado o fotodiodo S7686 fabricado pela em presa japonesa Hamamatsu Photonics KK Este componente possui a sensibilidade pr xima ao olho humano e incorpora as seguintes caracter sticas resposta espectral an loga efici ncia do espectro luminoso da CIE Comission Internacionale de D Eclainge res posta espectral na faixa de 480 at 660 nm possui o comportamento de onda do pico de sensibilidade de 550 nm apresenta encapsulamento em cer mica para maior confiabili dade tem uma rea ativa de 2 4 x 2 8mm e resposta de alta velocidade de 0 5 us Mais detalhes em 15 O Fotodiodo S7686 est ilustrado na Figura 3 47 Figura 3 47 Fotodiodo 7686 Fonte 15 Apesar do fotodiodo S7686 ser um componente fotoel trico de custo relativa mente baixo ele possui a dificuldade de ser importado e ter sua venda controlada pela possibilidade do uso em armas A Figura 3 48 ilustra uma sugest o projetada pela Hamamatsu para a confec o de um Lux metro utilizando o fotodiodo S7686 3 6 Prot tipos de medidores de luminosidade de baixo custo 86 10 mVik ANN 1M n m V ix ANN 100k 1mVik a 10k e a 0 1 mVilx 100 p e VR S 50051 k 1k fe i Figura 3 48 Lux metro utilizando o fotodiodo 7686 da Hama
133. r 5 4 Prot tipos de n s sensores constru dos 5 4 1 N sensor vers o 1 0 PTIFD 5 4 2 N sensor vers o 2 0 PT2FD 5 5 Considera es finais 6 Conclus es 6 1 Considera es finais 6 2 Trabalhos futuros 6 3 Agradecimentos Refer ncias Bibliogr ficas 117 117 117 118 119 120 122 127 128 128 130 131 132 Lista de Figuras 1 2 1 2r 2 3 2 4 2 5 2 6 2 7 2 8 2 9 2 10 2 11 2 12 2 13 2 14 3 1 3 2 3 3 3 4 3 5 3 6 3 7 3 8 3 9 3 10 3 11 3 12 3 13 3 14 3 15 3 16 Vis o geral dos elementos da RSSF Espectro eletromagn tico Fonte 14 Radia es eletromagn ticas Fonte 22 Crescimento do dossel Fonte 9 LI COR LI 1776 Fonte 21 LAI 2200C Sensor tico LAI 2250 LAI 2200TC AccuPAR LP 80 Unidade leiteira da UFG Sistema de pastejo rotacionado em rea de medidas desuniformes Fonte 28 Vis o panor mica de piquetes em uso com medidas desuniformes Fonte 4 Projeto de piquetes em rea uniforme Fonte 28 Vis o panor mica de piquetes de grande porte com irriga o por piv central Fonte http www milkpoint com br mypoint 99470 pastejo rotacionado irrigado via pivo central 5296 aspx Mote IRIS com placa de sensoriamento e altura 0 8m aplicado em planta o de cana de a car Fazenda Itaiquara 2011 Fonte 27 a S mbolo do LDR b Superf cie fotossens vel de um LDR c Vista lateral Fonte 30 Respostas
134. real no campo e de maneira n o destrutiva Ele pode inverter as leituras realizadas para exibir o IAF do dossel da planta 12 O AccuPAR est ilustrado na Figura 2 8 Figura 2 8 AccuPAR LP 80 O AccuPAR pesa em torno de 0 5 kg O controle anexado alimentado por 4 baterias AAA pode ser utilizado para fazer medi es manualmente ou de maneira 2 3 Monitoramento da IL em pastagens 38 autom tica por curtos per odos de tempo Ele armazena IMB de dados para posterior download e an lise O modelo AccuPAR LP 80 usado para medir a intercepta o luminosa e um medidor com microprocessador e sonda integrados A sonda cont m 80 sensores independentes com espa amento de 1cm O fotossensores medem a RFA na faixa de frequ ncias de 400 700nm O AccuPAR exibe a RFA em unidades de micromols por metro quadrado por segundo u mol m s7 O instrumento capaz de medi o manual ou autom tica 12 O equipamento AccuPAR LP 80 usa diversas vari veis para calcular o IAF e apresenta valores para essas vari veis na tela e como as medidas s o tomadas 12 O AccuPAR pode ser operado em ambientes com temperaturas de O a 50 Ce em umidades relativas de at 100 O aparelho fornecido com um cabo de interface RS 232 para permitir a transfer ncia de dados para um computador A alimenta o do equipamento feita por 4 pilhas alcalinas AAA 12 Um sensor RFA externo fornecido com o AccuPAR para permitir que sejam realizadas
135. s ele deve variar o m nimo poss vel suas caracter sticas originais para n o comprometer o seu desempenho final Embora seja poss vel fundamentar com base neste estudo a escolha do compo nente fotoel trico mais adequado para a constru o do aparelho medidor de luminosidade optou se por analisar a confec o de prot tipos de teste cada qual contendo um dos res pectivos dispositivos fotoel tricos abordados Al m disso os tr s prot tipos analisados foram submetidos a testes de valida o em laborat rio e em campo A an lise destes resultados determinou qual dos tr s foi o mais adequado para a constru o do prot tipo medidor de luminosidade de baixo custo proposto neste trabalho 3 3 Medidor de luminosidade de baixo custo Nesta se o ser apresentado o medidor de luminosidade Lux metro que pode ser utilizado como alternativa o equipamento LI COR LI 1776 3 4 Defini o do cen rio de testes 58 3 3 1 Lux metro O Lux metro um equipamento utilizado por arquitetos engenheiros eletricis tas e profissionais afins para medir luminosidade em diversos ambientes como centro cir rgico biblioteca ind stria de componentes eletr nicos entre outros O aparelho Lux metro utilizado neste estudo de acordo com suas especifica es t cnicas pode trabalhar com quatro escalas diferentes de valores medidos para a lumino sidade que s o em lux 0 200 200 2000 2000 20000 e 20000 200000 Apesar de ele ser
136. s da rea de plantio e tem como meta a aplica o de insumos de acordo com as necessidades e caracter sticas do piquete Os principais desafios s o custos de implanta o pouco atraentes busca de so lu es para baixar o consumo de energia do n sensor aumentando seu tempo de funci onamento comunica o confi vel entre os n s entre outros pertinentes s caracter sticas intr nsecas de uma RSSF O custo dos medidores de luminosidade utilizados atualmente tamb m um desafio aproximadamente R 50 000 00 unidade do aparelho LI COR LI 1776 utilizado atualmente pela Empresa Brasileira de Pesquisas Agropecu rias EMBRAPA Seu valor elevado se deve ao fato de ser um produto importado Este equipamento de custo elevado e seu mecanismo manual de manuseio incentiva o uso de tecnologias alternativas que resolva o problema de maneira mais f cil e que tenha um baixo custo O equipamento LAI 2200C sucessor do LI 1776 tamb m tem o custo elevado de R 30 000 00 unidade Dessa forma para o acesso de pequenos produtores a esta tecnologia que poderia facilitar substancialmente o seu trabalho nas pastagens necess rio um equipamento com custo mais acess vel 1 2 Objetivos Tem se como objetivo principal validar e integrar os projetos j realizados para a composi o de um sistema de baixo custo que automatize o monitoramento da intercepta o luminosa em pastagens Para tanto foi necess rio atingir os seguintes objetivos esp
137. s deve ser capaz de proteger a si mesmo e seus dados contra ataques externos mas as limita es graves de hardware de baixo n vel do n sensor podem tornar a seguran a um verdadeiro desafio Esquemas de criptografia t picos por exemplo exigem grandes quantidades de mem ria que n o est o dispon veis nos n s sensores A confidencialidade dos dados deve ser preservada por meio da criptografia de dados com uma chave secreta compartilhada com o receptor pretendido A integridade dos dados deve ser assegurada para evitar a altera o de dados n o autorizada Uma transmiss o autenticada deve permitir a verifica o da legitimidade das e os seus dados de remetente Em uma s rie de aplica es comerciais um grave desservi o para o usu rio de uma rede de sensores comprometer a disponibilidade de dados nega o de servi o que pode ser alcan ado atrav s da tortura da priva o do sono as baterias podem ser drenadas por servi o cont nuo de solicita es ou exig ncias para as tarefas leg timas mas intensivo impedindo que o n de entrar no modo de sono Para garantir a confiabilidade dos dados e funcionamento da rede necess rio utiliza o do gerenciamento da RSSF sendo definido conforme sua aplica o e opera o Em aplica o agr cola devido s condi es de instala o deste ambiente muitas vezes 4 1 Defini o de RSSF 103 n o permitindo a movimenta o dos seus elementos s o utilizadas as abor
138. s estes permitem avaliar a simetria dos dados sua dispers o e a exist ncia ou n o de outliers ou valores discrepantes que n o fazem parte do comportamento esperado do grupo em estudo sendo especialmente adequado para a compara o de dois ou mais conjuntos de dados correspondentes s categorias de uma vari vel qualitativa Nesse tipo de gr fico quando a distribui o dos dados sim trica a linha que representa a mediana estar localizada mais ou menos no centro do ret ngulo e as duas linhas que partem das extremidades do ret ngulo ter o aproximadamente os mesmos comprimentos As Figuras de 3 61 3 65 apresentam a distribui o da vari vel Tpigiral segundo as categorias da vari vel TAL em volts para as resist ncias de IMQ 100KQ 10KQ IKQ e 10092 respectivamente Prot tipo Resistor de IMQ T bigis 200 4 sal H e T T T T T T T oov 10v 20V 30V 40v 50v 60v Tens o de Alimenta o da L mpada Figura 3 61 Gr fico boxplot prot tipo com resistor IMQ Observando o gr fico da Figura 3 61 observa se uma grande variabilidade nos pontos de OV 50V e 60V os outros pontos apresentam uma pequena variabilidade No ponto de 40V apresentado um valor discrepante 3 6 Prot tipos de medidores de luminosidade de baixo custo 96 Prot tipo Resistor de 100KQ 600 4 Toigisi d a e fi T T T T T T T T T T T oov mov 020v 030v mov 050V 0v oov 080v 090V 100
139. s mais raros pode se deparar com propriedades que atuam em n vel in dustrial e possuem infraestrutura avan ada conforme ilustra a Figura 2 13 Tais unidades t m grande foco em produtividade e otimiza o de resultados sendo este um ambiente perfeito para a aplica o dos ideais apresentados neste trabalho No entanto adequa es para o ambiente de maior escala devem ser estudadas com mais crit rio 2 4 Outras aplica es do monitoramento da IL na AP 42 Figura 2 13 Vis o panor mica de piquetes de grande porte com irriga o por piv central Fonte 2 4 Outras aplica es do monitoramento da IL na AP Uma das caracter sticas das RSSF que motiva a sua aplica o na rea agr cola a possibilidade de coleta de dados com a resolu o espa o temporal adequada permitindo aplicar eficientemente os conceitos da Agricultura de Precis o AP Alguns experimentos de monitoramento da IL foram realizados na AP Eles foram realizados com equipamentos de alto custo Dessa forma o presente trabalho poderia ser utilizado para a confec o de medidores de luminosidade de baixo custo para estes prop sitos tamb m 2 4 1 Monitoramento da IL no cultivo de cana de a car Rosa Filho 27 realizou experimentos que foram aplicados em laborat rio em ambiente aberto e em cultivo agr cola da cana de a car O cen rio da aplica o inicial da RSSF foi o Laborat rio de Antenas da Facul dade de Tecnologia FT UN
140. s ultravioletas de menor comprimento de onda e maior frequ ncia 2 1 Informa es sobre luz 27 22 A Figura 2 2 ilustra este cen rio 2 1 2 luz e Rada Ondas largas Ondas m dias Ondas curtas Oncas ultracurtas Televis o Infravermelho LUZ Ulravioieta Rans X 610 a Raos gama Raios c smicas xa Figura 2 2 Radia es eletromagn ticas Fonte 22 Unidades de medida relacionadas luz Cada unidade mencionada a seguir corresponde a uma caracter stica especial da das superf cies iluminadas Tais fen menos s o tratados por uma parte da f sica denominada fotometria Intensidade luminosa I a energia radiante emitida por uma fonte de luz super f cie em um ngulo s lido em torno de uma dire o dada A unidade no SI Sistema Internacional candela cd 22 13 Fluxo luminoso 4 a quantidade de energia produzida por uma fonte luminosa Pode se equiparar o fluxo a uma press o exercida em todas as dire es ao redor de um foco luminoso A unidade no SI denominada l men Im 13 Iluminamento E o fluxo luminoso incidente por unidade de rea iluminada Pode se tamb m o definir como a densidade superficial de fluxo luminoso recebido A unidade no SI o lux lx que o iluminamento de uma superf cie plana de rea igual a Im que recebe na dire o perpendicular um fluxo luminoso igual a 1 l men uniformemente distribu do Dada
141. scala 3 2 Sensores de luminosidade utilizados em medidores 48 Deve se observar que a precis o est relacionada ao dado estar certo ou errado e apresenta o mesmo valor em todas as medi es J a exatid o est relacionado ao quanto o valor se aproxima do real Tais par metros podem na escolha de um sensor qualific lo ou n o como sendo adequado para a aplica o Se tais par metros n o forem analisados o sensor pode n o corresponder ao esperado 3 2 Sensores de luminosidade utilizados em medidores Sensores fotoel tricos s o dispositivos que convertem um sinal luminoso luz ou sombra em um sinal el trico ou grandeza el trica resist ncia corrente tens o entre outras que possa ser processado por um circuito eletr nico Eles s o utilizados em uma infinidade de aplica es como sistemas de seguran a controle m quinas industriais equipamentos m dicos eletr nica embarcada e outras relacionadas Nesta se o ser o explorados tr s dispositivos fotoel tricos bastante conhecidos sendo eles LDR fotodiodo e fototransistor 3 2 1 LDR O LDR Light Dependent Resistor ou fotorresistor um dispositivo semicon dutor cuja resist ncia el trica pode ser alterada em fun o do fluxo luminoso com com primento de onda que compreende tanto a luz vis vel como as n o vis veis radia es ultravioleta e infravermelha incidente em sua superf cie fotossens vel Na aus ncia da radia o eletromagn t
142. sensor de luminosidade de baixo custo adequado J o Cap tulo 4 documenta as topologias dos elementos das redes considerando os cen rios alvo desta disserta o No Cap tulo 5 s o tratadas as necessidades relacionadas ao software que processar as informa es monitoradas Finalmente o Cap tulo 6 registra as considera es finais e os trabalhos futuros relacionados com esta disserta o CAP TULO 2 APLICA ES DO MONITORAMENTO DE LUMINOSIDADE NA AP Neste cap tulo ser o abordadas as aplica es do monitoramento de luminosi dade na agricultura de precis o que o foco deste trabalho A Agricultura de Precis o AP um novo paradigma de cultivo cujo conceito est relacionado com as varia es temporais e espaciais da rea de plantio e tem como meta a aplica o de insumos de acordo com as necessidades e caracter sticas do talh o Cruz apud Rosa Filho 27 Para o desenvolvimento de algum tipo de cultivo a agricultura tradicional encara a regi o do plantio como sendo uniforme n o faz distin es das diferentes caracter sticas ambientais das regi es da planta o Na estrat gia da AP um dos m todos aplicados a utiliza o de um valor m dio das diversas caracter sticas da regi o Assim s o coletados os dados de diversos pontos da regi o do cultivo calcula se o valor m dio considerando as caracter sticas dos diversos pontos e utiliza se o valor encontrado como refer ncia geral para toda essa reg
143. spositi 3 4 Defini o do cen rio de testes 61 vos fotoel tricos utilizados para a constru o dos prot tipos bem como no monito ramento da tens o de sa da do varivolt que proporcionava l mpada sua tens o de alimenta o Figura 3 19 Mult metro digital Fonte 21 3 4 2 Procedimentos para medi o Para a realiza o dos experimentos o laborat rio utilizado foi adaptado de modo que n o houvesse interfer ncia de luz externa mesmo que de baixa intensidade nos resultados obtidos Em seguida os equipamentos foram interconectados para a realiza o dos experimentos Na Figura 3 20 tem se o esquema de liga o desses equipamentos dispositivo fotossensivel Figura 3 20 Esquema do arranjo experimental Fonte 21 No esquema apresentado a l mpada e o mult metro usado para controlar a tens o de alimenta o a ser transferida para a l mpada foram ligados ao varivolt que 3 4 Defini o do cen rio de testes 62 por sua vez foi conectado rede el trica de 220V A l mpada foi condicionada a um suporte de ferro que possibilitava o seu deslocamento e sob ela foram posicionados individualmente os aparelhos LI COR e Lux metro de modo que o fluxo luminoso incidisse perpendicularmente em suas regi es fotossens veis conforme apresentado na Figura 3 21 Figura 3 21 Arranjo experimental em laborat rio Fonte 21 Em todos os experimentos realizados foram coletadas 26 amostras d
144. ta o da L mpada Figura 3 64 Gr fico boxplot prot tipo com resistor de 1KQ O gr fico da Figura 3 64 mostra que para a resist ncia de 1KQ o sensor consegue captar luminosidade gerada pela l mpada acima dos 90V tamb m apresenta alguns valores discrepantes e em geral apresenta variabilidade pequena Prot tipo Resistor de 1009 Toi i 40 20 1 100 F TT TT TT OE a N O S E N R a E A A a E SA S O00V oov oov ozv oov osv DOOM 070V 080v 090V 100V 110V 120V 130V 140V 150V 160V 170V 180V 190V 200V 210V 220V 230V 240V Tens o de Alimenta o da L mpada Figura 3 65 Gr fico boxplot prot tipo com resistor de 1000 O gr fico da Figura 3 65 semelhante ao das Figuras 3 64 e 3 63 A variabilidade para esta resist ncia um pouco maior mas n o muito significante Desse modo observou se que em geral o uso de da m dia uma boa estrat gia porque diminui a instabilidade nos dados e n o distorce a medida de luminosidade capturada pelo sensor A variabilidade apresentada no gr fico da Figura 3 61 para o resistor de IMQ n o significante pois os testes realizados em campo demonstraram que as resist ncias de 10KQ e 1KO s o suficientes para a medida de luminosidade apresentada pela aplica o Al m disso os resistores de 100KQ e 1000 tamb m podem ser utilizados aumentando assim a faixa de opera o do sensor 3 7 Proposta de sensor de baixo custo adequado 98 An lise em rela
145. ten o dos aparelhos necess rios para realizar medi es de IL h a necessidade de um alto investimento visto que al m do alto custo do aparelho soma se ao pre o final as taxas de importa o pois os aparelhos n o s o fabricados no Brasil Outro ponto relevante o fato de que as medi es s o totalmente manuais havendo a necessidade de pessoas treinadas deslocarem se at o campo para realizar as medi es aumentando as chances de erro por fadiga e desgaste por trabalho repetitivo Entretanto com a utiliza o de tecnologias novas e acess veis como as RSSF acredita se que esse processo pode ser melhorado tornando se mais eficiente e at mesmo mais barato No mercado existem v rios medidores de luminosidade de alto custo O uti lizado pela EMBRAPA Empresa Brasileira de Pesquisas Agropecu rias o LI COR LI 1776 Ele foi citado em 5 e tamb m o equipamento AccuPAR O equipamento LI 1776 antigo e sua fabrica o foi descontinuada pela empresa LI COR Dessa forma ser o descritos a seguir os equipamentos LI COR LI 1776 e seus sucessores LAI 2200C e LAI 2200TC e tamb m o equipamento AccuPAR 2 2 1 LI COR LI 1776 O equipamento LI COR LI 1776 Solar Monitor um medidor integrador de luminosidade controlado por um microprocessador Um integrador um instrumento que totaliza o sinal de entrada por um per odo de tempo ou seja determina a rea acumulada sob a curva de sinal de entrada versus tempo 18 2
146. tivos 1 3 Contribui es 1 4 Metodologia empregada 1 5 Organiza o da disserta o APLICA ES DO MONITORAMENTO DE LUMINOSIDADE NA AP 2 1 Informa es sobre luz El Conceitos b sicos sobre luz 2A Unidades de medida relacionadas luz RFA IAF Fe pe Como as plantas utilizam a luz 2 2 Medidores de luminosidade de alto custo 2 2 1 LI COR LI 1776 2 2 2 LI COR LAI 2200C es LI COR LAI 2200TC 2 2 4 AccuPAR 2 3 Monitoramento da IL em pastagens 2 4 Outras aplica es do monitoramento da IL na AP 2 4 1 Monitoramento da IL no cultivo de cana de a car 2 4 2 Monitoramento da IL em vinhedos 2 5 Considera es finais SENSOR MEDIDOR DE LUMINOSIDADE DE BAIXO CUSTO 3 1 Sensores 3 2 Sensores de luminosidade utilizados em medidores 321 LDR 32 2 Sensores de fotojun o Fototransistor Fotodiodo 323 Compara o entre os dispositivos fotoel tricos 12 15 16 18 20 20 21 22 23 24 25 25 27 28 28 28 31 31 32 35 37 38 42 42 45 46 47 47 48 48 50 53 56 57 3 3 3 4 3 5 3 6 3 7 3 8 Medidor de luminosidade de baixo custo gdi Lux metro Defini o do cen rio de testes 3 4 1 Equipamentos utilizados nos experimentos 3 4 2 Procedimentos para medi o Lux metro como medidor de IL em pastagens 351 Apresenta o dos resultados obtidos LI COR LI 1776 Lux metro Experimentos realizados em campo 35A An lise em rela o aos valores de refer ncia Prot tipos de medidores de luminosidade de
147. to determinado para levantar a curva caracte r stica da TAL versus RFA foi o de dist ncia Ocm ou seja no in cio da regi o fotossens vel da r gua sendo esse local o mais sens vel varia o de luminosidade O procedimento realizado para levantar a curva caracter stica foi variar a tens o aplicada l mpada de 10 em 10 volts e em seguida coletar o valor de sa da que o LI COR proporcionava Lembre se que a dist ncia da fonte luminosa ao aparelho de 10cm A Figura 3 23 mostra a curva levantada com os dados obtidos no experimento 400 350 300 250 200 150 PAR H E sim 100 50 0 0 50 100 150 200 250 Tens o de Alimenta o da L mpada V Figura 3 23 TAL x RFA Ap s a execu o desse experimento o resultado obtido mostra que a curva da TAL versus RFA bastante semelhante a uma exponencial Isso ocorre devido ao fato de que a intensidade luminosa produzida pela l mpada n o proporcional tens o de alimenta o na mesma Lux metro A regi o fotossens vel do Lux metro delimitada pelo c rculo vermelho na Figura 4 11 se comparada regi o fotossens vel do LI COR possui pequenas dimens es Isso possibilitava a incid ncia direta do fluxo luminoso sobre a regi o 3 5 Lux metro como medidor de IL em pastagens Figura 3 24 Delimita o da regi o fotossens vel do Lux metro Tabela 3 3 Dados de refer ncia do Lux metro
148. tras coletadas ao p do capim de cada rea 2 divide se o resultado da soma por cinco que o n mero de amostras coletadas por rea Dessa forma tem se a m dia das amostras de luminosidade 3 divide se o resultado da opera o anterior pelo valor da amostra coletada acima do capim 4 multiplica se o resultado da divis o anterior por 100 Desta forma obt m se a porcentagem de luminosidade que o capim n o interceptou ou seja atingiu a base da planta e 5 subtrai se de 100 o valor do resultado da opera o anterior O resultado final ser a porcentagem de luminosidade que o capim interceptou ou seja a porcentagem de IL Portanto esse processo de c lculo da IL para as reas pode ser demonstrado pela Equa o 3 IL 100 ay a2 as 5 ac 100 3 2 Onde IL porcentagem de intercepta o luminosa a1 a2 as amostras de luminosidade coletadas ao p do capim da rea a amostra coletada acima da pastagem da rea Ap s serem calculadas as IL de cada rea tanto para a coleta utilizando o LI COR modelo LI 1776 quanto para a coleta utilizando o Lux metro estes dados foram plotados em um gr fico como mostra a Figura 3 28 90 80 70 60 50 E LICOR Luximetro I II HI IV reas Monitoradas Figura 3 28 reas Monitoradas x Intercepta o Luminosa 3 5 Lux metro como medidor de IL em pastagens 71 Analisando o gr fico e compara
149. ualidade de enlace que indicaram maior interfer ncia na altura do dossel das videira A correla o entre esses par metros levou constata o que o melhor desempenho e o maior alcance de conecti vidade ocorrem com os n s posicionados na altura do cacho das videiras se comparados com as medi es realizadas no dossel A amostragem vari vel permitiu uma economia no n mero de pacotes enviados com menos consumo de energia o que foi comprovado com o modelo proposto para tal finalidade Para maiores informa es consulte 6 Conclui se que o medidor de luminosidade proposto neste trabalho poderia ser utilizado como alternativa ao constru do por 6 Entretanto deveria se fazer uma altera o no n sensor para que ele pudesse ser posicionado no cacho das videiras 2 5 Considera es finais Neste cap tulo foram apresentados alguns conceitos b sicos sobre luz e sua utiliza o nos medidores de luminosidade Tamb m foram apresentados alguns medidores de luminosidade de alto custo sendo eles tr s modelos de LI COR e um de AccuPAR Finalmente foi tratado sobre o monitoramento da intercepta o luminosa em pastagens apresentando duas aplica es na agricultura de precis o sendo uma na cana de a car e outra em vinhedos CAP TULO 3 SENSOR MEDIDOR DE LUMINOSIDADE DE BAIXO CUSTO Neste cap tulo ser o apresentados os sensores sensores fotoel tricos e ser mostrada uma compara o entre os dispositivos fotoe
150. uele arquivo Os arquivos podem ser reclamados e vistos no visor ou podem ser descarregados em um PC ou impressora atrav s da interface RS232 incorporada Um programa de comunica o acompanha o equipamento para permitir esta descarga O mostrador do tipo LCD com 4 linhas de 16 caracteres cada A unidade de controle possui ainda dois conectores BNC para a liga o de sensores de radia o 2 2 Medidores de luminosidade de alto custo 35 alimentada por 4 baterias tipo AA mais 2 pilhas no sensor ptico totalizando 6 pilhas permitindo opera o cont nua de at 140 horas com o sensor ptico conectado A interface RS232 pode ser utilizada tamb m para conectar uma segunda uni dade de controle LAI 2270 permitindo a descarga dos dados de medi o O teclado de contato do tipo alfanum rico permitindo a execu o de toda a programa o e coleta de dados Dimens es do LAI 2250 de 61 x 2 9 x 2 9 cm C x L x P e peso de 0 85 kg Dimens es do LAI 2270 de 21 x 11 4 x 69 cm C x L x P e peso de 0 45 kg O LAI 2200C fornecido completo pronto para opera o com 1 sensor ptico LAI 2250 1 unidade de controle LAI 2270 software FV2200 estojo de prote o e transporte para o LAI 2270 cabo de comunica o RS232C cabo USB cabo para conex o de uma segunda unidade de controle LAI 2270 e manual de opera o em ingl s Existem duas modalidades de compra do equipamento importa o direta e compra em moeda nacional
151. uitetura de rede CAP TULO 5 ESPECIFICA O DOS REQUISITOS DA REDE DE N S SENSORES E DA INTERFACE WEB Antes de iniciar a implementa o de um projeto extremamente importante realizar um procedimento conhecido como especifica o de requisitos Nesta etapa todos as caracter sticas relevantes do projeto s o discutidas com o usu rio identificando todos os aspectos importantes da aplica o que precisam ser solucionados durante a implementa o Este cap tulo apresenta as informa es relacionadas ao processo de levantamento de requisitos Buscou se que o software fosse amig vel para ser utilizado inclusive por produtores com baixa escolaridade e pouca experi ncia com computadores importante que o sistema alerte aos usu rios o momento ideal de se soltar o gado de forma bastante objetiva e clara Visto que os pastos s o ambientes sobre os quais n o se tem um controle absoluto e v rios animais transitam nos pastos desde cobras at o pr prio gado deve se ter alguns cuidados com os n s sensores Por exemplo cobras poderiam fazer seu ninho em cima de um sensor ou algum animal poderia pisar ou defecar sobre ele Alguns outros problemas s o previstos como chuva e sol forte A Se o 5 1 apresenta os requisitos identificados para a rede de comunica o Ser o apontadas as necessidades para se construir uma rede que seja transparente ao usu rio demonstrando seus objetivos uma descri o geral e os requisit
152. um aparelho mais barato que o LI COR LI 1776 utilizado para a medi o da intercepta o luminosa em pastagens ele ainda tem um custo elevado para os pequenos e m dios produtores 3 4 Defini o do cen rio de testes Os experimentos mostrados nesta se o tem como finalidade validar a hip tese de que o aparelho Lux metro pode ser utilizado para medir a luminosidade como alterna tiva ao plan metro tico LI COR modelo LI 1776 al m de validar e calibrar os prot tipos desenvolvidos Os experimentos foram conduzidos por Morais e Franco 21 3 4 1 Equipamentos utilizados nos experimentos Para realiza o dos experimentos Morais e Franco 21 constru ram um arranjo utilizando e 01 l mpada incandescente de 220V e 500W utilizada nos ensaios em laborat rio como fonte luminosa de forma que houvesse a simula o do sol por se tratar de um dispositivo que transforma energia el trica em energias luminosa e t rmica ilustrada na Figura 3 14 Figura 3 14 L mpada incandescente Fonte 21 3 4 Defini o do cen rio de testes 59 e 01 LI COR modelo LI 1776 no qual a sua regi o fotossens vel possui formato de r gua e constitu do por diversos sensores dispostos ao longo dela como pode ser visto na Figura 3 15 Figura 3 15 LICOR 1776 Fonte 21 Esse instrumento foi utilizado para valida o do aparelho Lux metro nos experi mentos realizado tanto em laborat rio quanto em campo e 01 L
153. uminamento Tpigital Para que fosse poss vel a visualiza o das curvas em um mesmo gr fico foi necess rio ajustar os valores de sa da do Lux metro multiplicando os por uma constante k 13 93258 107 de tal forma que o m ximo valor de sa da do Lux metro e do PTILDR fossem iguais Analisando os resultados obtidos constatou se que os comportamentos dos equipamentos s o bem diferentes visto que a resposta do Lux metro aumentou quase que gradativamente enquanto que a do PTILDR aumentou bruscamente tendendo satura o Deve se observar que este comportamento inadequado para a aplica o objetivo deste trabalho Para mostrar o grau de similaridade entre as duas s ries de dados foi gerado um gr fico de iluminamento versus Tpigiral do PTILDR ilustrado na a Figura 3 38 3 6 Prot tipos de medidores de luminosidade de baixo custo 79 700 600 500 400 300 200 Toigita V do PTILDR 0 10000 20000 30000 40000 Iluminamento Lux Figura 3 38 JJuminamento x Tpigita do PTILDR Prot tipo usando o LDR e um amplificador logar tmico Com a finalidade de aumentar o grau de correla o entre o PTILDR e o Lux metro um segundo prot tipo denominado PT2LDR foi desenvolvido Foi acrescentado um amplificador logar tmico utilizando o amplificador operacional LM324 sa da do PTILDR conforme ilustrado na Figura 3 39 Vsa ina Figura 3 39 Esquema do PT2LDR Fonte
154. ux metro digital Minipa modelo MLM 1332 de 10 d gitos com precis o de 3 0 da leitura 0 5 de fundo de escala na faixa de 1 a 200 000 lux ilustrado na Figura 3 16 LE j ja 4 TIE Figura 3 16 Lux metro Minipa modelo MLM 1332 Fonte 21 Nos experimentos realizados em laborat rio e em campo esse equipamento foi testado e em seguida comparado ao LI COR modelo LI 1776 e 01 varivolt com sa da de 0 250V conforme apresentado na Figura 3 17 3 4 Defini o do cen rio de testes 60 Esse equipamento foi utilizado nos experimentos em laborat rio para propiciar a varia o na tens o de alimenta o da l mpada que por sua vez provocou uma varia o de luminosidade produzida pela mesma e 01 matriz de contato utilizada na implementa o dos circuitos experimentais para constru o dos prot tipos apresentada na Figura 3 18 ecte nn uu un un uu uu une ue o ue un un uu uu ud ua uu wuw COSTS Cneu near user a sea esass coccoc nca a CCC a re Ir CO e s eua O eee su CO uu OC es COCA nu o COCA nun eee eee COCA 1 en CC nn e i eee eee Figura 3 18 Matriz de contato Fonte 21 e 02 mult metros digitais Figura 3 19 utilizados nos experimentos em laborat rio para a leitura das grandezas el tricas tens o corrente e resist ncia dos di
155. v Tens o de Alimenta o da L mpada Figura 3 62 Gr fico boxplot prot tipo com resistor de 100KQ J no gr fico da Figura 3 62 observa se que os pontos em geral possuem uma pequena variabilidade Por m ele apresenta alguns valores discrepantes nos pontos de 60V 80V e 90V No intervalo de O at 40V os valores s o zeros o que significa que o valor de luminosidade muito pequeno para ser percebido utilizando essa resist ncia de 100KQ Prot tipo Resistor de 10KQ 700 ras 400 4 T bigint 300 T T T T T T T T T T T T T T T T T T T ov oov ov ov oov osav DOOM orav oov osovo 10v tov 120v 130V aov 150V 160V 170v 180v 190V Tens o de Alimenta o da L mpada Figura 3 63 Gr fico boxplot prot tipo com resistor de 10KQ No gr fico da Figura 3 63 observa se que o intervalo que o sensor n o consegue captar vai de O at 70V apresentando alguns poucos pontos acima de OV Quanto variabilidade dos pontos ela pequena em todos as tens es observadas ocorrendo um pequeno aumento nas ltimas tens es 170V 180V e 190V 3 6 Prot tipos de medidores de luminosidade de baixo custo 97 Prot tipo Resistor de 1KQ 9 8 R em z E E 8 g o b e o o co o O T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T OOV 010V 020V 030V 00V OS0V O6OV OTOV 080V OIV 100V 110V 120V 130V 140V 150V 160V 170V 180V 19V 20V 210V 220V 230V 20V Tens o de Alimen
156. zando o fotodiodo S7686 conforme descrito pela empresa fabricante Hamamatsu Photonics No prot tipo PTIFD foram utilizadas 2 pilhas de 1 5V cada para a alimenta o do circuito J no prot tipo PT2FD foi utilizada uma bateria de 9V 6 2 Trabalhos futuros 130 Como no PTI FD foi verificado nos testes de laborat rio que os dados recebidos pelo sensor de luminosidade n o estavam sendo lidos corretamente pelo dispositivo de comunica o sem fio XBEE no prot tipo PT2FD foi acrescentado o microcontrolador PIC18F1320 Ele foi utilizado para receber os dados do sensor fazer a sua convers o anal gica digital e enviar ao XBEE Uma vantagem de se ter um microcontrolador integrado ao n sensor a possibilidade de um maior gerenciamento do n caso seja necess rio Nos testes realizados foi constru do o n sensor e feitas as medi es de lumino sidade em laborat rio com jumper para resistores de 1000 1KQ9 10K9 100K9 e IMQ Essas varia es de resistores serviram para testar qual se adequava mais aos valores obti dos pelo Lux metro Diante dos experimentos realizados pode se concluir que o n sensor PT2FD um sensor de baixo custo cerca de R 600 00 cada que pode ser utilizado como alternativa ao sensor de alto custo LI COR LI 1776 que custa cerca de R 50 000 00 e atualmente utilizado pela EMBRAPA O sucessor do equipamento LI COR LI 1776 o LAIZ200C tamb m tem custo elevado de R 30 000 00 n o sendo uma alternativa vi

Victor Ribeiro Silva

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