Evaluation of Soilless Media Sensors for Managing Winter-time Greenhouse Strawberry Production using a CapMat System

It is important for a greenhouse strawberry grower to know that their capillary mat (CapMat™) fertigation system is working correctly and that plants are receiving the correct amounts of water and fertilizer. Pots with soilless mix are not expected to hold more than 70% water on a volumetric basis. Pots with less than 40% water content continuously are not supplied enough water and nutrients to the plants. Typically, pots located near the manifold distribution system get a little more water than those at the other locations, but water use will really vary according to the factors listed above as well as environmental parameters, but should not vary more than 20%. Fertigation is based on the drip tape distribution system, the media density of individual pots, and the spatial energy distribution within the greenhouse. To understand how these factors interact, pot moisture, media temperature, and electrical conductivity were spot checked with a relatively new commercial sensor and also monitored continuously along with greenhouse temperature, humidity, and photosynthetically active radiation (PAR) using a data logger system. We found that the variance in pot medium moisture and fertilizer was as expected as were fluctuations in air and mix temperatures. Calibrated commercial electrical conductivity and soil moisture sensors for measuring pot moisture and/or electric conductivity were reliable. Having this data may be a key to determining why plants in the UNL greenhouse produced more marketable fruit than plants in the commercial house

Development of technologies and methods for monitoring the spatial variability of air temperature in greenhouse environment

Los factores climáticos influyen directamente en el crecimiento de las plantas y la productividad en los invernaderos, siendo que la temperatura puede ser considerad como uno de los factores más importantes en este contexto. El objetivo de este trabajo fue desarrollar un dispositivo de bajo costo para el sensoriamento térmico y adquisición de datos, y su utilización en la recolección de datos y análisis de la variabilidad espacial de la temperatura dentro de un invernadero con clima tropical. El dispositivo físico de medición térmica desarrollado mostró un alto grado de precisión y respuestas inmediatas en las mediciones, lo que demuestra su eficiencia. Las interpretaciones de los datos se hicieron con el desarrollo de variogramas y mapas tridimensionales generadas por un software geoestadístico. Los datos analizados mostraron que un invernadero sin control térmico presenta variaciones espaciales de la temperatura del aire, tanto en las capas horizontales muestreadas, como en las tres alturas de columnas verticales analizadas, mostrando variaciones de hasta 3,6 ºC en ciertos momentos.Climatic factors directly influence growth and productivity of plants inside greenhouses, where temperature can be considered one of the major parameter in this context. Thus, the aim of this research was to develop a low cost device for thermal sensing and data acquisition, and use it in data collection and analysis of spatial variability of temperature inside a greenhouse with tropical climate. The developed equipment for thermal measurements showed a high degree of accuracy and fast responses in measurements, proving its efficiency. The data analysis interpretations were made from the elaborations of variograms and of tridimensional maps generated by a geostatistical software. The processed data analysis presented that a greenhouse without thermal control has spatial variations of air temperature, both in the sampled horizontals layers as in the three analyzed vertical columns, presenting variations of up to 3.6 ºC in certain times.Os fatores climáticos influenciam diretamente o crescimento das plantas e a produtividade dentro de casas de vegetação, sendo que a temperatura pode ser considerada um dos fatores mais importantes nesse contexto. Assim, o objetivo desse trabalho foi desenvolver um dispositivo de baixo custo para sensoriamento térmico e aquisição de dados, e utilizá-lo no levantamento de dados e análise da variabilidade espacial da temperatura no interior de uma casa de vegetação de clima tropical. O dispositivo físico de medição térmica desenvolvido apresentou um alto grau de exatidão e respostas imediatas nas medições, comprovando sua eficiência. As interpretações dos dados foram feitas a partir da elaboração de variogramas e de mapas tridimensionais gerados por um software geoestatístico. Os dados analisados mostraram que uma casa de vegetação sem controle térmico apresenta variações espaciais da temperatura do ar tanto nas camadas horizontais amostradas, como nas três alturas de colunas verticais analisadas, apresentando variações de até 3,6ºC em determinados horários

Desenvolvimento de um sistema computacional integrado para monitoramento de parâmetros físico-químicos da água e análise óptica de gotejadores

Este trabalho é uma pesquisa sobre a integração de sistemas computacionais na área de sensoriamento, incluindo o sensoriamento dos parâmetros físicoquímicos do ar e da água e a investigação de técnicas computacionais para medir a vazão de gotejadores com duas técnicas distintas, com registros de massa e a contagem de gotas por sistema óptico. Além disso, a integração permitiu o desenvolvimento de uma interface gráfica de comunicação homem-máquina capaz de mostrar os dados em tempo real e de forma amigável. Deste modo, o trabalho foi dividido em cinco módulos de desenvolvimento independentes, no entanto, inter-relacionados. No primeiro módulo, foi desenvolvido o sistema de monitoramento de parâmetros físicos do ar. No segundo, o sistema de automação do processo de aeração artificial da água do reservatório. No terceiro módulo, sistema de monitoramento de pesagem para bancada de ensaios. No quarto módulo, foi desenvolvido um sistema óptico de contagem de gotas. E, por final, a integração dos módulos anteriores em um único sistema, completando a quinta etapa do trabalho. O trabalho apresentou um resultado considerado satisfatório pois as medições realizadas em tempo real foram automaticamente armazenadas na forma de texto em um arquivo de dados que pode ser posteriormente importado por editores de texto e planilhas eletrônicas. A plataforma integrada é capaz de adquirir os dados de forma contínua durante vários dias de trabalho, baixas taxas de erros e fácil interação com o usuário.This work presents a research on computer systems integration in the sensing area, including physical-chemical sensing parameters of air and water and computational techniques investigation to measure the flow emitters with two different techniques that are mass records and an optical drop counter. In addition, the integration allowed the development of a communication user graphical interface, which is able to display data in real time. Thus, this work was divided into five interrelated modules. In the first module, the system was developed for monitoring physical parameters of the air. Then, the automation system of the artificial aeration processes the reservoir water. In the third module, weighing monitoring system to test bench. In the fourth module, was developed a drop counter based on the optical system. By the end, the integration of the systems of previous modules into a single module, completing the fifth stage of the work. The work has presented a satisfactory outcome due to the measurements in real time were automatically stored as text in a data file that will be imported later into word processors and spreadsheets. The integrated platform is able to acquire the data for several days of work, with lower error rates and easy user interaction.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES

Evaluation of Soilless Media Sensors for Managing Winter-time Greenhouse Strawberry Production using a CapMat System

It is important for a greenhouse strawberry grower to know that their capillary mat (CapMat™) fertigation system is working correctly and that plants are receiving the correct amounts of water and fertilizer. Pots with soilless mix are not expected to hold more than 70% water on a volumetric basis. Pots with less than 40% water content continuously are not supplied enough water and nutrients to the plants. Typically, pots located near the manifold distribution system get a little more water than those at the other locations, but water use will really vary according to the factors listed above as well as environmental parameters, but should not vary more than 20%. Fertigation is based on the drip tape distribution system, the media density of individual pots, and the spatial energy distribution within the greenhouse. To understand how these factors interact, pot moisture, media temperature, and electrical conductivity were spot checked with a relatively new commercial sensor and also monitored continuously along with greenhouse temperature, humidity, and photosynthetically active radiation (PAR) using a data logger system. We found that the variance in pot medium moisture and fertilizer was as expected as were fluctuations in air and mix temperatures. Calibrated commercial electrical conductivity and soil moisture sensors for measuring pot moisture and/or electric conductivity were reliable. Having this data may be a key to determining why plants in the UNL greenhouse produced more marketable fruit than plants in the commercial house

Analysis of simple hardware efficiency for temperature measurement in agriculture and environment

This work focuses basically on the design and analysis of simple and low cost hardware systems efficiency for temperature measurement in agricultural area. The main objective is to prove quantitatively, through statistical data analysis, to what extent a simple hardware designed with inexpensive components can be used safely in the indoor temperature measurement in farm buildings, such as greenhouses, warehouse or silos. To verify the of simple hardware efficiency, its data were compared with data from measurements with a high performance LabVIEW platform. This work proved that a simple hardware based on a microcontroller and the LM35 sensor can perform well. It presented a good accuracy but a relatively low precision that can be improved when performed some consecutive signal sampling and then used its average value. Although there are many papers that explain these components, this work has the distinction of presenting a data analysis in numerical form and using high performance systems to ensure critical data comparison

Desenvolvimento de dispositivos computacionais para registro de dados pluviométricos e análise operacional de pluviômetros basculantes

This work aims to present a technological research about rainfall gauging that resulted in the development of three electronic systems in this area. Two systems are for rainfall data acquisition and storage, and the third is for rainfall tipping-bucket gauges analysis and calibration. The first data acquisition system was designed with personal computers and virtual instrumentation technology to provide a system able to store large amount of rainfall data and to process mathematical calculus and graphs plotting in real time. The second data acquisition system was designed with programmable microcontrollers to provide a small and low-cost device to make easier their massive use directly in the field. The calibration system was also designed with virtual instrumentation technology, and it provides a reliable way to verify the tipping-bucket gauges precision and accuracy that are fundamental parameters for their calibration process. The final results were considerate satisfactory, because virtual instrument system allowed an intensive and direct rainfall data processing, and the data acquisition system based on microcontrollers can operate uninterruptedly in field for months without a battery change.O objetivo desse trabalho foi apresentar uma pesquisa tecnológica sobre medição pluviométrica que resultou em três sistemas eletrônicos. Dois sistemas são para a aquisição e armazenamento de dados de chuva e o terceiro é para a verificação analítica e calibração de pluviômetros basculantes. O primeiro sistema de aquisição de dados foi projetado com computadores pessoais e instrumentação virtual para o sistema ser capaz de armazenar uma grande quantidade de dados pluviométricos, processá-los matematicamente e gerar gráficos em tempo real. O segundo sistema de aquisição de dados foi desenvolvido com microcontroladores programáveis que apresentam como característica dispositivos de pequeno porte e baixo custo e torna mais fácil sua utilização em massa diretamente no campo. Por último, o sistema de calibração projetado foi desenvolvido também com base na tecnologia de instrumentação virtual que oferece uma maneira viável de verificar pluviômetros basculantes de forma precisa e exata, parâmetros esses fundamentais para o processo de calibração. Os resultados finais foram considerados satisfatórios porque o sistema de instrumentação virtual permitiu de forma direta e intensiva o processamento de dados e, o sistema de aquisição de dados baseado em microcontroladores pode operar ininterruptamente no campo por messes sem a necessidade de trocar a bateria.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP

Optimal control strategy for fed-batch enzymatic hydrolysis of lignocellulosic biomass based on epidemic modeling

A mathematical optimal control strategy for feeding operation was developed for fed-batch enzymatic hydrolysis of dilute acid pretreated lignocellulosic biomass based on a modified epidemic model. Cellulose conversion was maximized and glucose concentration achieved highest possible value over a fixed hydrolysis time. Boundaries of feeding rate and lignin content were set for feasible controls. Using the optimal control feeding strategy, glucose concentration and accumulated cellulose conversion reached up to 77.31g/L and 72.08% in 100h, which are 108.76% and 37.50% higher than in batch hydrolysis with same amount of enzyme consumption. Solids content in feeding source has a significant interference on system mass transfer. Optimal control is a useful tool for guiding operations in fed-batch and continuous processes as it enables process optimization through clear objective functions and feasible controls.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES

Development of technologies and methods for monitoring the spatial variability of air temperature in greenhouse environment

Climatic factors directly influence growth and productivity of plants inside greenhouses, where temperature can be considered one of the major parameter in this context. Thus, the aim of this research was to develop a low cost device for thermal sensing and data acquisition, and use it in data collection and analysis of spatial variability of temperature inside a greenhouse with tropical climate. The developed equipment for thermal measurements showed a high degree of accuracy and fast responses in measurements, proving its efficiency. The data analysis interpretations were made from the elaborations of variograms and of tridimensional maps generated by a geostatistical software. The processed data analysis presented that a greenhouse without thermal control has spatial variations of air temperature, both in the sampled horizontals layers as in the three analyzed vertical columns, presenting variations of up to 3.6 ºC in certain times.Los factores climáticos influyen directamente en el crecimiento de las plantas y la productividad en los invernaderos, siendo que la temperatura puede ser considerad como uno de los factores más importantes en este contexto. El objetivo de este trabajo fue desarrollar un dispositivo de bajo costo para el sensoriamento térmico y adquisición de datos, y su utilización en la recolección de datos y análisis de la variabilidad espacial de la temperatura dentro de un invernadero con clima tropical. El dispositivo físico de medición térmica desarrollado mostró un alto grado de precisión y respuestas inmediatas en las mediciones, lo que demuestra su eficiencia. Las interpretaciones de los datos se hicieron con el desarrollo de variogramas y mapas tridimensionales generadas por un software geoestadístico. Los datos analizados mostraron que un invernadero sin control térmico presenta variaciones espaciales de la temperatura del aire, tanto en las capas horizontales muestreadas, como en las tres alturas de columnas verticales analizadas, mostrando variaciones de hasta 3,6 ºC en ciertos momentos.Os fatores climáticos influenciam diretamente o crescimento das plantas e a produtividade dentro de casas de vegetação, sendo que a temperatura pode ser considerada um dos fatores mais importantes nesse contexto. Assim, o objetivo desse trabalho foi desenvolver um dispositivo de baixo custo para sensoriamento térmico e aquisição de dados, e utilizá-lo no levantamento de dados e análise da variabilidade espacial da temperatura no interior de uma casa de vegetação de clima tropical. O dispositivo físico de medição térmica desenvolvido apresentou um alto grau de exatidão e respostas imediatas nas medições, comprovando sua eficiência. As interpretações dos dados foram feitas a partir da elaboração de variogramas e de mapas tridimensionais gerados por um software geoestatístico. Os dados analisados mostraram que uma casa de vegetação sem controle térmico apresenta variações espaciais da temperatura do ar tanto nas camadas horizontais amostradas, como nas três alturas de colunas verticais analisadas, apresentando variações de até 3,6ºC em determinados horários