Sistema para avaliação da umidade do solo visando automatização de irrigação

Abstract

De acordo com a Agência Nacional de Águas (ANA), o consumo de água no Brasil pode crescer 24% até o ano de 2030. Segundo a agência, o país consome atualmente cerca de 2 milhões e 83 mil litros de água por segundo, podendo ultrapassar até 2030, a marca de 2,5 milhões de litros por segundo. Desse total, mais da metade provém da agricultura irrigada. Ao mesmo tempo, esta atividade é a que mais provoca desperdício de água, devido a problemas comoo uso de métodos ineficientes de irrigação e falta de controle da quantidade de água usada na lavoura. Neste cenário, e considerando a crescente demanda por alimentos no Brasil e no mundo, têm-se desenvolvido diversos sistemas e tecnologias capazes de diminuir o consumo e desperdício de água, sem comprometer a produtividade. A proposta deste trabalho é desenvolver um protótipo de um sistema para avaliação da umidade do solo visando automatização de irrigação. Para isso, foram utilizados dentre outros componentes, um microcontrolador PIC em conjunto com sensores capacitivos de umidade do solo CS12, formando um sistema capaz de fornecer a quantidade adequada de água para o cultivo, de acordo com parâmetros ajustáveis de umidade do solo.Também foi previsto um mecanismo de proteção de bomba de irrigação por falta de águautilizando um sensor ultrassônico HC-SR04 para monitoramento do volume de água de um reservatório, permitindo a aplicação em sistemas de irrigação que não utilizam da força da gravidade. Um display LCD foi utilizado para o monitoramento da irrigação através de um sistema de menus intuitivo navegável por botões. Para verificar a capacidade dos sensores capacitivos de quantificarem a umidade do solo, foram realizados ensaios com amostras de solo (compostas de 50% de terra vegetal vermelha e 50% de terra vegetal marrom), para determinação de matéria seca e de umidade gravimétrica do solo através do método de secagem por forno micro-ondas, permitindo comparar o sinal dos sensores com a estimativa de umidade gravimétrica obtida. Os resultados foram plotados em curvas que demonstramconfiabilidade devido ao comportamento simétrico de um sensor em relação ao outro, além da capacidade dos sensores de traduzirem o aumento da umidade do solo em valores progressivamente menores do sinal de saída dos mesmos. Por fim, a proposta foi materializada em uma placa de circuito construída com jumpers soldados, e submetida a testes de desempenho em uma maquete desenvolvida para este trabalho. Os testes mostraram um protótipo capaz de avaliar a umidade do solo e automatizar um sistema de micro irrigação por gotejamento com boa sensibilidade, mas com reduzida precisão devido a diferenças de range de operação entre o sensor e o PIC.

According to the National Water Agency (ANA), water consumption in Brazil could grow by 24% by the year 2030. According to the agency, the country currently consumes around 2 million and 83 thousand liters of water per second, surpass by 2030, the mark of 2.5 million liters per second. Of this total, more than half comes from irrigated agriculture. At the same time, this activity is the one that most causes water wastage, due to problems such as the use of inefficient irrigation methods and lack of control over the amount of water used in the fields. In this scenario, and considering the growing demand for food in Brazil and in the world, several systems and technologies have been developed capable of reducing water consumption and waste, without compromising productivity. The purpose of this work is to develop a prototype solution for electronic monitoring and control of a micro drip irrigation system. For this, among other components, a PIC microcontroller together with capacitive soil moisture sensors CS12 were used, forming a system capable of supplying the appropriate amount of water for cultivation, according to adjustable parameters of soil moisture. An irrigation pump protection mechanism due to lack of water was also foreseen, using an HC-SR04 ultrasonic sensor to monitor the volume of water in a reservoir, allowing the application in irrigation systems that do not use the force of gravity.An LCD display was used for irrigation monitoring through an intuitive button-navigable menu system. To verify the capacity of capacitive sensors to quantify soil moisture, tests were carried out with soil samples (composed of 50% red vegetal soil and 50% brown vegetal soil) to determine dry matter and gravimetric soil moisture. through the microwave oven drying method, allowing to compare the sensor signal with the gravimetric moisture estimate obtained. The results were plotted on curves that demonstrate reliability due to the symmetrical behavior of one sensor in relation to the other, in addition to the ability of the sensors to translate the increase in soil moisture into progressively lower values of their output signal. Finally, the proposal was materialized in a circuit board built with soldered jumpers, and submitted to performance tests in a model developed for this work. The tests showed a prototype capable of evaluating soil moisture and automating a micro drip irrigation system with good sensitivity, but with reduced accuracy due to differences in the operating range between the sensor and the PIC.