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MANEJO AUTOMATIZADO DAIRRIGAO
ADUNIAS DOS SANTOS [email protected]
UFC
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INTRODUO
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AUTOMAO: CONCEITOS
SENSORES
ATUADORES
CONTROLE MALHA ABERTA
MALHA FECHADA ALGORITMOS DE CONTROLE
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SENSORES
TENSIMETRO
CAPACITIVOS
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TENSIMETROS
TENSIMETRO ELETRNICO PARA OMANEJO DA IRRIGAO:
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FIGURA 6 -LAYOUT DOTENSIMETRO ELETRNICO
INSTALADO.
12 PPP
mOHatm hPP 22
atmPP 1
mOH hP 2
;pressodeoffsetP
hpressodeoffsetOHm 2
Determinao do potencial mtrico do solo utilizando o tensimetro eletrnico
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SENSOR CAPACITIVO
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Considerando um capacitor de placas paralelas eplanas, obtem-se a capacitncia pela Equao apresentadaabaixo.
d
abC *
Sendo ab, a rea das placas; d, a distncia que as separa e , apermissividade do meio.
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SENSOR CAPACITIVO
TABELA 1-Permissividade relativa de alguns constituintes do solo
Material PermissividadeRelativa
Ar 1
gua (20oC) 80
Gelo (-3oC) 3
Basalto 12
Granito 7-9Silte seco 3,5
Areia seca 2,5
Tabela 1 - Permissividade relativa de alguns constituintes do solo
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SENSOR CAPACITIVO
Figura 1 Esboo do Sensor capacitivo.
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SENSORES CAPACITIVOS
Figura 2 Sensor Capacitivo. Figura 3 Sensores capacitivos
encapsulados e prontos para instalao.
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Figura 4 Sensor retirado do solo.
Figura 6 Sensores instaladosno solo a duas profundidades.
Figura 5 Sensores preenchidos com solo.
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Calibrao em laboratrio
Figura 7 Disperso, em tempo real, dos dados do teor de gua do solo versus
respostas dos sensores TOPDEA a 10 cm de profundidade (Cruz, 2009).
= 8556,6f-1,5189
R2= 0,9845
0,000,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
0,35
0,40
0,45
0,50
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000
Frequncia (kHz)
Umidade(cm
3c
m-3)
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Validao da calibrao em campo
Figura 8 Disperso dos valores reais e estimados da umidade do solo com a
resposta dos sensores TOPDEA a 10 cm de profundidade (Cruz, 2009).
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ATUADORES
VLVULAS SOLENIDE - AC (24 VOLTS)
SOLENIDE DC LATCH (9 VOLTS)
BOMBAS CONTROLE ON/OFF
INVERSOR DE FREQUNCIA
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VARIVEL A CONTROLAR
TEMPO DEIRRIGAO/DESLIGAMENTO: TIMER
UMIDADE DO SOLO/TENSO DE GUANO SOLO
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CONTROLE
MALHA ABERTA O controle em malha aberta consiste em aplicar um sinal de controle pr-
determinado, esperando-se que ao final de um determinado tempo a varivelcontrolada atinja um determinado valor ou apresente um determinadocomportamento. Neste tipo de sistema de controle no so utilizadas informaessobre evoluo do processo para a determinar o sinal de controle a ser aplicado emum determinado instante. Mais especificamente, o sinal de controle no calculado apartir de uma medio do sinal de sada.
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CONTROLE
MALHA FECHADA No controle em malha fechada, informaes sobre como a sada de controleest evoluindo so utilizadas para determinar o sinal de controle que deve seraplicado ao processo em um instante especfico. Isto feito a partir de umarealimentao da sada para a entrada. Em geral, a fim de tornar o sistemamais preciso e de fazer com que ele reaja a perturbaes externas, o sinal de
sada comparado com um sinal de referncia (chamado no jargo industrialde set-point) e o desvio (erro) entre estes dois sinais utilizado paradeterminar o sinal de controle que deve efetivamente ser aplicado aoprocesso. Assim, o sinal de controle determinado de forma a corrigir estedesvio entre a sada e o sinal de referncia. O dispositivo que utiliza o sinal deerro para determinar ou calcular o sinal de controle a ser aplicado planta
chamado de controladorou compensador.
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ALGORITMOS DE CONTROLE
BALANO HDRICO NO SOLO
LGICA DIFUSA
REDE NEURAL ARTIFICIAL
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APLICAO
MALHA FECHADA COM FIOS: CANAFISTOLA, Francisco Jos Firmino ;
TEIXEIRA, A. S. et al. Controle de malhafechada para irrigao de preciso. ITEM.Irrigao e Tecnologia Moderna, Braslia, v.67, p. 82-85, 2005.
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APLICAO
REDE DE SENSORES SEM FIO
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Rede de Sensores Sem Fio:
Mdulo mestre; Mdulo vlvula; Mdulo bomba; Mdulo multihop; Modulo sensor
Transceptor;
Memria; Processador; Bateria;
Sensor de umidade
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Rdio sensor com bateria de 12 volts
Figura 10 Rdio sensor montado e conectado a bateria.
Rdio sensor
Figura 9 Rdio sensor montado.
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Transceptor
Figura 11 Transceptor da Laipac, modelo TRF 2.4 GHz vista de frente (a) evista do conector (b).
(b)(b)
20,5 mm
(a)(a)
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Figura 12 Desenho esquemtico do mdulo sensor.
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Figura 13 - Painel solar instaladono campo.
Figura 14 - Circuito para regular apassagem de tenso do painel solar
para a bateria.
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Acionamento automtico das vlvulas
MDULO VLVULAS
Figura 15 Placa inferior deacionamento das vlvulas
Figura 16 Vista superior daplaca base de acionamento das
vlvulas
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Figura 17 - Mdulo de acionamento das vlvulas e mdulo mestre
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Acionamento automtico da bomba
MDULO BOMBAS
Figura 18 - Placa de acionamento do conjunto motobomba.
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Figura 19 Mdulos multihops instalados acima da plantao de milho.
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Figura 20 Mdulo mestre Figura 21 Mdulo instalado naestao base
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MMdulo Mestredulo Mestre
Memria Transceptor
Microcontrolador
Bateria Sensores
EEPROM paraarmazenamentotemporrio dedados coletados eparmetros de
funcionamento
Comunicao:Transmisso eRecepo.
Processamento eControle da:-Comunicao;
-Coleta earmazenamento dedados;- Suprimento deEnergia.
Recarregvel;Longa durao;Pequena;
Fcil Substituio;Baixo Custo.
Umidade eTemperatura doSolo
InterfaceSolar
RedeElica
Bateria
IPInternet
IPInternet
Figura 22 Componentes do mdulo sensor.
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M.1
M.2
M.3
M1: Mdulo Mestre
M2: Mdulo vlvula
M3: Mdulo Casa de Bombas
M4: Mdulo remoto
Figura 23 Esquema de funcionamento do sistema automtico.
M.4
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Topologia de comunicao
Mdulo MestreMdulo Sensor
Mdulo Multihop
Figura 24 Esquema de Comunicao da RSSF no campo.
10 cm
25 cm
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Mdulo MestreMdulo Sensor
Mdulo Multihop
Figura 24 Esquema de Comunicao da RSSF no campo.
10 cm
25 cm
Topologia de comunicao
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Mdulo Mestre
Conexo Serial
Alimentao
Figura 25 Interface de controle e aquisio dos dados.
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Figura 26 Rdio sensor.
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Figura 27 Mdulos sensores instalados na rea de milho com 15 DAP.
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Processo de comunicao
Figura 28 Esquema de comunicao no campo.
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Figura 29 Esquema de comunicao no campo.
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Mdulo mestreMdulo mestre
Figura 30 Mdulo mestre de coleta de dados
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Figura 31 Mdulos sensores instalados no campo.
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Figura 31 Mdulos sensores instalados no campo.
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Figura 32 - Mdulos sensores instalados no campo e mdulo mestre na estao base
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INTERFACE
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INTERFACE CLSSICA
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Interface de controle e aquisio de dados
Figura 33- Tela principal da interface
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Figura 34 Interface de aquisio dos dados.
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Figura 35 Planilha de clculo da irrigao.
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INTERFACE PARA
AUTOMAO
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Formulrio Um - Gerenciador
RSSF
Figura 6. Seleo do menu principal projeto.
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Figura 7. Pginas de controles do Formulrio Um-Gerenciador RSSF.
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Figura 8. Pgina de controle dos mdulos remotos.
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Figura 8. Pgina de controle dos mdulos cavaletes e casas de bombas.
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M.1
M.2
M.3
M1: Mdulo Mestre
M2: Mdulo SolenideM3: Mdulo Casa deBombas
Figura 9. Esquema de funcionamento da bomba hidrulica e da solenide.
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Figura 10. Pgina de controle para a confeco de relatrios.
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Formulrio Dois - Configuraes:
Mdulo Remoto.
Figura 11. Formulrio de configurao dos mdulos remotos.
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Tempo AcordadoTempo Acordado EstendidoTempo de EstabilizaoTempo de SonecaIntervalo Automtico
M.1
M.2
M1: Mdulo MestreM2: Mdulo de Leitura.
Figura 12. Esquema de funcionamento da bomba hidrulica e da solenide.
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Formulrio Trs - Configuraes:
Cavalete
Figura 36 - Formulrio de configurao dos mdulos cavaletes (Rocha Neto, 2009).
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Formulrio Quatro - Gerenciamento
Agendado
Figura 37. Tela para agendamento dos perodos de acionamento dos cavaletes.
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Figura 38. Tela de parmetros para o clculo da lmina de irrigao.
Formulrio Cinco - Gerenciamento
Automtico
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( ) ( )( )( )
( / )
CC atual m mmm
h
L h a
xEL xEET
Q xE
(4)
Figura 39. Esquema de funcionamento da bomba hidrulica e da solenide.
M.1
M.2
M.3 M.4M1: Mdulo MestreM2: Mdulo de Leitura
M3: Mdulo SolenideM4: Mdulo Casa de Bombas
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Formulrio Seis - Mdulo Remoto
Figura 40. Gerenciamento dos mdulos remotos.
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Figura 41. Gerenciamento dos mdulos cavaletes.
Formulrio Sete Cavaletes
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Figura 42. Gerenciamento dos mdulos cavaletes.
Formulrio Oito - Casa de Bombas
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EXEMPLO DE DADOS
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Monitoramento da umidade atravs da RSSF
Figura 43 Variao da umidade volumtrica do solo ao longo do dia pelomdulo 36 durante o manejo (Rebouas, 2010).
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Figura 44. Monitoramento da umidade na camada de 0 a 15cm do solo (Oliveira, 2008).
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Figura 45. Variao na umidade do solo em funo do tempo.
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Obrigado !