Construindo um Modelo de Sistema de Irrigação Inteligente com o UNIHIKER K10

Introdução ao projeto

E se as plantas pudessem “dizer” quando estão precisando de água? Será que ainda precisaríamos depender apenas da experiência para decidir quando irrigá-las?

Neste projeto, usamos o UNIHIKER K10 para construir um pequeno modelo de sistema de irrigação inteligente. O sistema utiliza sensores para monitorar em tempo real a umidade do solo, a temperatura do ambiente e a umidade do ar, e determina se é necessário irrigar de acordo com condições previamente definidas.

O sistema é composto por duas partes principais:

- Terminal inteligente com UNIHIKER K10: instalado na estufa ou na área de cultivo, é responsável por coletar os dados do ambiente, processar as informações e controlar os dispositivos de irrigação.

- Sistema de controle central no computador: executa o SIoT V2, recebe os dados enviados pelo K10 e apresenta as informações agrícolas em uma interface visual. Também pode enviar comandos de controle remotamente para o K10.

Ao longo do projeto, os alunos podem começar pela coleta de dados dos sensores e avançar gradualmente para comunicação IoT, análise de dados, controle automático e visualização, construindo uma aplicação completa de agricultura inteligente.

O que é o SIoT V2?

O SIoT V2 é um servidor MQTT leve, multiplataforma e de código aberto, desenvolvido especialmente para o ensino de STEM e IoT.
Compatível com Windows, macOS, Linux e com o ecossistema de hardware UNIHIKER, ele oferece um ambiente de servidor local fácil de configurar, reduzindo a complexidade normalmente envolvida na configuração de um broker MQTT tradicional.
O SIoT V2 foi desenvolvido para ajudar alunos, professores e iniciantes a compreender os principais conceitos da Internet das Coisas, permitindo a troca de dados em tempo real e o controle remoto entre diferentes dispositivos, como UNIHIKER M10/K10, Arduino e micro.

Saiba mais: https://wiki.dfrobot.com/software/20122

Por que usar irrigação inteligente?

Na agricultura tradicional ou no cultivo doméstico, a irrigação muitas vezes depende da experiência e da observação manual. Quando devemos irrigar? Quanto de água devemos fornecer? E se a temperatura estiver muito alta hoje? E se houver previsão de chuva para amanhã?
Todas essas situações exigem decisões baseadas nas condições reais do ambiente.
Se a irrigação for insuficiente, as plantas podem sofrer com a falta de água e ter seu crescimento prejudicado. Por outro lado, o excesso de água pode desperdiçar recursos e até afetar a saúde das raízes.
A ideia da irrigação inteligente é permitir que o sistema monitore continuamente as condições ao redor das plantas por meio de sensores e utilize esses dados para tomar decisões de irrigação.

Por exemplo:
- Umidade do solo abaixo do limite definido → a planta pode precisar de água.
- Temperatura ambiente elevada → a necessidade de água pode aumentar.
- Umidade do ar baixa → a evaporação pode ser mais rápida.
- Alta probabilidade de chuva → a irrigação pode ser adiada.

Portanto, a verdadeira “inteligência” do sistema não está apenas em ligar automaticamente a bomba de água, mas em permitir que diferentes informações sejam consideradas para tomar uma decisão mais adequada.

Materiais necessários

Neste sistema, o controlador principal é combinado com diferentes sensores, atuadores e módulos para realizar as funções do projeto.

Diagrama de conexão

O diagrama abaixo mostra como os componentes do sistema de irrigação inteligente são conectados.

Como o sistema funciona?

1. Os sensores coletam dados do ambiente

Os sensores instalados na área de cultivo monitoram continuamente as condições do ambiente. O sensor de umidade do solo mede a umidade do solo próximo às raízes das plantas, enquanto o sensor de temperatura e umidade mede a temperatura ambiente e a umidade relativa do ar. Esses sensores são conectados diretamente ao UNIHIKER K10, que realiza a leitura dos dados. O K10 pode exibir localmente as informações atuais do ambiente e realizar um processamento inicial dos dados coletados.

2. O K10 envia os dados para o SIoT V2

O UNIHIKER K10 se conecta à rede por Wi-Fi e utiliza o protocolo MQTT para se comunicar com o SIoT V2 instalado no computador. Depois que o SIoT V2 é iniciado no computador, ele funciona como o centro de comunicação IoT do projeto. Nos parâmetros de configuração do MQTT no K10, o endereço IP do computador que executa o SIoT V2 é definido como o endereço do servidor MQTT. Dessa forma, o K10 pode enviar para o SIoT V2 informações como: Umidade do solo, Temperatura ambiente, Umidade do ar.

3. O SIoT V2 recebe e exibe os dados

Depois de receber os dados enviados pelo K10, o SIoT V2 pode apresentar essas informações em uma interface visual no computador.
Por meio do painel de monitoramento, o usuário pode acompanhar o estado atual do sistema, incluindo:
- Temperatura ambiente
- Umidade do ar
- Umidade do solo
- Estado da bomba de água
- Dados históricos
Assim, é possível acompanhar em tempo real as condições da área de cultivo diretamente pelo computador.

4. O sistema define a estratégia de irrigação

O sistema utiliza os dados coletados e as condições de irrigação previamente configuradas para determinar se é necessário irrigar. A forma mais simples de tomar essa decisão é estabelecer um limite de umidade do solo.
Por exemplo:
Umidade atual do solo < limite definido
→ Irrigação necessária
Umidade atual do solo ≥ limite definido
→ Não é necessário irrigar no momento

Neste projeto, a decisão principal é baseada no limite de umidade do solo. No entanto, outros dados, como temperatura ambiente e umidade do ar, também podem ser considerados para tornar a estratégia mais completa. No futuro, dados de previsão do tempo, como a probabilidade de chuva, também poderão ser integrados ao sistema.
Por exemplo:
Baixa umidade do solo + temperatura elevada + baixa probabilidade de chuva
→ Iniciar a irrigação
Enquanto:
Baixa umidade do solo + alta probabilidade de chuva
→ Considerar adiar a irrigação

5. O sistema envia o comando de controle para o K10

Quando o sistema determina que a irrigação é necessária, um comando de controle pode ser enviado ao UNIHIKER K10 por meio do MQTT. Ao receber o comando, o K10 controla o Relay Module, que aciona a bomba de água. A bomba então transporta a água até a região das raízes, realizando a irrigação automaticamente.

6. O sistema continua monitorando durante a irrigação

Mesmo depois que a bomba é ativada, o K10 continua lendo os dados do sensor de umidade do solo. À medida que a irrigação acontece, a umidade do solo aumenta gradualmente. Durante esse processo, o sistema monitora continuamente o resultado da irrigação e pode ajustar a estratégia de acordo com os dados recebidos.

Fluxograma do projeto

1. Detalhes do terminal inteligente com K10

No sistema de irrigação inteligente, o fluxo de funcionamento do UNIHIKER K10 é mostrado no diagrama abaixo.

2. Detalhes do sistema de controle e painel de monitoramento

No sistema de irrigação inteligente, o fluxo de funcionamento da interface de visualização é mostrado no diagrama abaixo.

Principais trechos do programa

1. Principais trechos do programa do terminal inteligente

Conectar-se à Internet, SIOT V2, Imagem de fundo real

Obter dados ambientais e enviá-los para o tema correspondente

Exibir o estado do solo

Enviar o estado do solo para o tema correspondente e reproduzir uma música de aviso

Receber comandos do tema e executá-los

2. Trechos relacionados ao sistema de controle e ao painel de monitoramento

Possíveis melhorias do projeto

Integrar o sistema IoT a dados de previsão do tempo para obter informações sobre as condições atuais e a probabilidade de chuva. O sistema poderá combinar informações como: Umidade do solo, Temperatura ambiente, Umidade do ar, Probabilidade de chuva, Características de crescimento das plantas. Com base nesses dados, será possível estimar melhor a necessidade real de água das plantas e determinar o momento mais adequado para a irrigação. Além disso, o sistema poderá ajustar dinamicamente o planejamento de irrigação de acordo com as mudanças previstas no clima, reduzindo irrigações desnecessárias e tornando o gerenciamento da água mais eficiente e inteligente.

Anexos