Sistema de automatização para agricultura de precisão

A agricultura de precisão tem atualmente uma grande importância, uma vez que junta o conhecimento adquirido através das tradicionais técnicas de cultivo com a precisão e a automação tecnológica. Uma das técnicas inerentes da agricultura de precisão é a hidroponia, sendo as plantas cultivadas com recurso a soluções aquosas e sem a disponibilidade do solo. Para apoio ao projeto foi montada uma pequena estufa com todo o equipamento necessário à hidroponia, na Ponta do Sol. Dentro desta, realizou-se todo o desenvolvimento e, consequentemente, a obtenção dos resultados deste projeto. Uma das grandes desvantagens dos sistemas de automatização em hidroponia é encontrarem-se ainda num patamar de elevado investimento, tornando-se numa realidade pouco possível para uma pequena/média escala ou para regiões de minifúndio, como é o caso da Ilha da Madeira. Foi, por isso, desenvolvido um sistema com recurso a elementos de baixo custo que automatizassem todo o controlo. Foram utilizados microcontroladores com Wi-Fi, que realizam a medição dos diversos valores dos sensores (por exemplo: da temperatura interior e da exterior, da humidade do ar, da altura da água do poço, etc.) e que comunicam até ao centro de processamento, sendo este um Raspberry Pi. Neste dispositivo, os dados são tratados para depois serem enviados e guardados numa base de dados remota. Além disto, foi desenvolvido uma aplicação web para apoio ao utilizador, sendo possível verificar as condições ambientais ao longo do tempo, os gastos e a gestão das suas produções, utilizando para isso, relatórios de produção e gráficos que permitem a correlação de valores. Foi também dada grande importância à monitorização e à recuperação de erros, já que este é um sistema suscetível a falhas. Neste trabalho, além de toda a parte do desenvolvimento arquitetural entre camadas de cliente, camada intermédia e camadas de dados, foi ainda estudada a utilização de sensores de humidade na raiz da planta. Desta forma, foi possível automatizar a recirculação de água, utilizando algoritmos que tornam possível uma elevada poupança no tempo total em que a bomba de água se encontra ligada. A poupança evidenciada rondou os 89%. Um dos equipamentos de elevado custo nestes sistemas é o equipamento de monitorização e de calibração automática da quantidade de nutrientes, sendo também criado um equipamento que realizasse estas funções, recorrendo a bombas de dosagem de baixo custo. Por fim, é de notar que os algoritmos de rega e todos os mecanismos de poupança presentes neste projeto tornam este sistema facilmente transformável num projeto que utilize, maioritariamente, energia fotovoltaica (em vez de ser só nos pontos de aquisição de dados, como é mais recorrente). Isto deve-se ao facto de o sistema ativar-se quando é apenas necessário e é ativado com maior frequência nos picos de produção de energia fotovoltaica.Nowadays, precision agriculture has a great importance, once it uses both the acquired knowledge of the traditional techniques of precision farming and the technological automation. Hydroponics is one of the inherent techniques of the precision agriculture. The plants are grown using aqueous solutions and without the availability of the soil. To support the project, a small greenhouse with all the equipment necessary for hydroponics was set up in Ponta do Sol. Within this project, all the development was carried out and, consequently, the results of this project were obtained. One of the major disadvantages of hydroponics automation systems is that they require high investment levels, which it makes too difficult to implement in a small/medium scale or for small-scale regions such as Madeira. Therefore, a system was developed using low-cost elements that automated all control. Wi-Fi microcontrollers were utilised, which measure the various values of the sensors (for example: indoor and outdoor temperature, air humidity, well water height, etc.) and which communicate to the processing centre, being this a Raspberry Pi. In this device, the data is processed to be sent afterwards and stored in a remote database. In addition, a web application was developed to support the user, being possible to verify the environmental conditions over time, the expenses and the management of their productions, using for this, production reports and graphs that allow the correlation of values. A great importance has also been given to monitoring and recovering errors, as this is a system susceptible to failures. In this work, besides all the architectural development between client layers, intermediate layer and data layer, the utilisation of moisture sensors in the root of the plant was also studied. In this way, it was possible to automate the recirculation of water, using algorithms that make possible a high saving in the total time in which the water pump is on. Savings were around 89%. One of the expensive equipment in these systems is the equipment for monitoring and the automatic calibration of the quantity of nutrients, being also created an equipment which performs these functions using low-cost dosing pumps. Finally, it should be noted that the irrigation algorithms and all the saving mechanisms present in this project make this system easily transformable in a project that uses, mainly, photovoltaic energy (rather than just at data acquisition points, as it is most recurrent). This happens because the system is activated when it is only necessary, and it is more frequently activated at the peaks of photovoltaic energy production