Relatorio Microcontroladores Modelos Fabricantes e Aplicacoes - Estudo e Aplicacao em Irrigacao Automatica

Descrição da Atividade Conteúdo do instrumento avaliativo Tipos de microcontroladores Recursos portas velocidades Modelos e fabricantes Aplicações Orientações e Descrição da Tarefa Com base nos tópicos estudados na disciplina até o momento o aluno irá elaborar um estudo através de pesquisa sobre aplicações em geral para microcontroladores com referência aos modelos distintos disponíveis no mercado bem como fabricantes para estes Cis RecursosMateriais HERMINI Elder Anibal Sistemas Microprocessados e Microcontrolados Batatais Claretiano 2017 GIMENEZ Salvador P Microcontroladores 8051 teoria do hardware e do software aplicações em controle digital São Paulo Pearson Prentice Hall 2005 Disponível em httpsbv4digitalpagescombr1frompage1ion0edicao9788587918284 Acesso em 10 jun 2019 PENIDO Édilus de Carvalho Castro TRINDADE Ronaldo Silva Microcontroladores Ouro Preto MG Instituto Federal de Educação Ciência e Tecnologia de Minas Gerais 2013 Disponível em httpwwwifmgedubrceadop3apostilasmicrocontroladores Acesso em 10 jun 2019 Notas de sala de aula A tarefa será iniciada em sala de aula e finalizada e entregue no Portfólio Relatório sobre Sistemas Microcontrolados Abstract This work aims to analyze microcontrollers from different manufacturers from the perspective of their respective firmware development platforms Questions about the resources offered will be evaluated as well as the costs involved In the end an application is made aimed at an automatic irrigation process aiming to demonstrate the development of a complete solution using arduino platform Index Terms Automatic Irrigation Arduino Microcontrollers Platforms Resumo Este trabalho tem como objetivo a análise de microcontroladores de diferentes fabricantes sob a ótica de suas respectivas plataformas de desenvolvimento de firmware e simulação Serão discutidas questões sobre recursos oferecidos assim como os custos envolvidos Ao final é feita uma aplicação voltada à um processo de irrigação automática visando demonstrar o desenvolvimento de uma solução completa usando a plataforma Arduino Palavraschave Arduino Irrigação Automática Microcontroladores Plataformas I INTRODUÇÃO A evolução da microeletrônica a popularização dos circuitos integrados programáveis e a redução no preço dos mesmos fez com que o número de sistemas microcontrolados aumentasse consideravelmente Em paralelo o aparecimento de novos ambientes de desenvolvimento contribuiu para esta difusão Porém ainda não existe um padronização sobre a metodologia que deve ser empregada o melhor tipo de microcontrolador ou o melhor ambiente de desenvolvimento integrado JÚNIOR 2017 Atualmente estão disponíveis inúmeras plataformas de programação de microcontroladores que são utilizadas pelos alunos dos cursos de educação tecnológica e superiores no desenvolvimento de projetos que auxiliam no aprendizado e compreensão dos conteúdos programáticos JÚNIOR 2017 Este trabalho tem por objetivo apresentar algumas destas plataformas suas características além de algumas de suas características Ao final é apresentada uma aplicação prática voltada para o controle de irrigação de forma a comprovar a viabilidade de utilização de uma destas plataformas Um protótipo será simulado e testado para que suas principais funções sejam avaliadas A organização do trabalho é feita da seguinte forma na seção II são apresentados os principais conceitos e trabalhos relacionados aos sistemas de irrigação automática Na seção III são apresentadas as plataformas de desenvolvimento sensores atuadores e interfaces de programação dos mesmos A seção IV detalha a proposta de aplicação prática desenvolvida Na sequência a seção V apresenta os testes e os resultados obtidos Por fim na seção VI são apresentadas as conclusões e as propostas para trabalhos futuros II FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA Neste capítulo serão apresentados os principais conceitos relacionados às plataformas microcontroladas além dos sistemas automáticos de irrigação A Trabalhos Relacionados Na literatura há inúmeros trabalhos relacionados ao controle de irrigação desenvolvidos em diferentes plataformas A Tabela I apresenta alguns destes trabalhos com as respectivas plataformas utilizadas e além disso os tipos de sensores envolvidos A mesma indica a predominância de aplicações utilizando o Arduino TABELA I COMPARAÇÃO ENTRE OS TRABALHOS DE IRRIGAÇÃO RELACIONADOS Trabalho Plataforma Aplicações com Sensores ANANDRAO PATIL 2013 LaunchPad Umidade e Temperatura LAKSIRI DHARMAGUNAWARDHANA et al 2019 Node MCU Umidade e Temperatura MAHADEV PRASAD B PUSHPALATHA S 2020 Blue Pill Umidade e Nível de Água KOMAL KUMAR VIGNESWARI et al 2019 Arduino Umidade JAIN KUMAR et al 2017 Arduino Umidade HWANG 2017 Arduino Umidade Temperatura e Nível de Água POYEN GHOSH et al 2021 Arduino Umidade Temperatura pH e Luminosidade Em ANANDRAO PATIL 2013 os autores propõem o uso de sensores em conjunto com o microcontrolador MSP430 com a intenção de monitorar a temperatura umidade umidade do solo e estado da chuva em um ambiente agrícola Este sistema também controla a demanda de suprimento de água para as lavouras dependendo das condições climáticas presentes no campo da lavoura No trabalho foi utilizado o sensor de temperatura LM35 sensor de umidade SYSH220 detector de chuva sensor de umidade do solo para detectar os parâmetros climáticos de campo No trabalho LAKSIRI DHARMAGUNAWARDHANA et al 2019ANANDRAO PATIL 2013 é desenvolvido um sistema embarcado em um ESP32 desenvolvido para irrigação por gotejamento eficiente que pode controlar automaticamente o fornecimento de água às plantas com base nas condições de umidade do solo O sistema usa sensores de temperatura umidade e queda de chuva para fornecer o monitoramento desses parâmetros pelo usuário remoto via rede Os parâmetros climáticos do campo são salvos em tempo real em um banco de dados e utilizados para controlar o abastecimento de água de acordo com as condições climáticas existentes Os autores de MAHADEV PRASAD B PUSHPALATHA S 2020 focam no uso eficiente da água Nomes dos Alunos subterrânea sem desperdício ou transbordamento de água em terras agrícolas usando sensor de umidade conectado em um microcontrolador STM32 O valor do sensor de umidade é enviado para a nuvem para monitoramento remoto e análise de dados usando o módulo GSM Este sistema reduz o risco de baixo rendimento da colheita devido à falta de água O sistema de irrigação automatizado pode ser usado para análise dos diferentes consumos de água da cultura e também da natureza do solo Os demais trabalhos relacionados que foram apresentados utilizam soluções desenvolvidas na plataforma Arduino Todos utilizam um ou mais tipos de sensores como apresentado na Tabela I além de atuadores são utilizados para realizar a irrigação Em todos eles são propostas abordagens de um sistema de gerenciamento automático de irrigação A diferença entre eles se dá na forma com que os dados são tratados o tipo de dado coletado e a variedade de informações disponíveis em cada um desses sistemas B Ambientes de Desenvolvimento Os ambientes de desenvolvimento são softwares que combinam ferramentas comuns ao projeto e simulação em uma única interface gráfica do usuário facilitando o desenvolvimento de aplicações JÚNIOR 2017 Atualmente há um número grande de plataformas de desenvolvimento e simulação de sistemas microcontrolados Neste trabalho serão apresentadas algumas das mais difundidas IAR Texas Instruments STM32 Cube IDE Arduino IDE AVR Studio e Tinkercad Cada uma delas está associada a um hardware específico como mostrado na Tabela II TABELA II MICROCONTROLADORES E AMBIENTES DE PROGRAMAÇÃO LaunchPad MSP430 Node MCU ESP32 Arduino ATMega328 Blue Pill STM32 IAR Arduino IDE Arduino IDE Arduino IDE Tinkercad STM32 Cube IDE C Recursos de Hardware das Plataformas Cada uma das plataformas conta com recursos de simulação de dispositivos sensores e atuadores além de funções especiais normalmente oferecidas pelos periféricos dos microcontroladores A conexão com sensores por exemplo permite que o sistema possa analisar novos dados de entrada e assim compor um conjunto maior de soluções O mesmo é aplicável ao conjunto de dispositivos de saída que permite a plataforma atuar de diferentes maneiras dentro da aplicação desenvolvida simulando assim casos reais JÚNIOR 2017 A Tabela III mostra os recursos disponíveis em cada uma delas TABELA III RECURSOS DE HARDWARE DAS PLATAFORMAS SELECIONADAS LaunchPad MSP430 Node MCU ESP32 Arduino ATMega328 Blue Pill STM32 18 V 36 V 23V 36 V 18 V 55 V 2 V 36 V Flash 16 kB Flash até 16 MB Flash 32 kB Flash 20 kB RAM 512 B RAM 520 kB RAM 2 kB RAM 512 B 16 GPIO 34 GPIO 23 GPIO 33 GPIO 10bit ADC 12bit ADC 10bit ADC 12bit ADC 1 Timer 16 bits 4 Timer 62 bits 2 Timer 8 bits 7 Timer 16 bits 2 Timer 16 bits 32 bits RISC 1 Timer 16 bits 16 bits ARM 16 bit RISC Wi Fi 8 bits RISC Bluetooth D Ferramentas de desenvolvimento O ambiente de desenvolvimento integrado é um software que combina ferramentas comuns de desenvolvimento em uma única interface gráfica do usuário que facilita o desenvolvimento de aplicações Uma IDE Integrated Development Environment é normalmente composto por editor de códigofonte um sistema de compilação local e um testador JÚNIOR 2017 Um dos ambientes mais difundidos é o Arduino Software IDE pois pode ser utilizado por outros microcontroladores como mostrado na Tabela II Basta que a placa a ser programada seja selecionada e corretamente configurada na interface do programa JÚNIOR 2017 E Ambientes de Simulação Os ambientes de simulação permitem a criação de projetos eletrônicos através de esquemáticos visualização em duas ou três dimensões Além disso permitem que o usuário possa ver o comportamento do sistema em tempo real Dentro desse espectro é possível citar o Proteus SimulIDE e Tinkercad sendo que todos eles permitem que um código seja inserido cada um deles utilizando um tipo de arquivo específico mas em todos os casos é possível ver como as saídas se comportam em função do que é programado dentro dos microcontroladores e dos valores de entrada que os mesmos estão recebendo JÚNIOR 2017 F Arduino IDE O Arduino Software IDE é uma aplicação de código aberto que facilita o desenvolvimento de firmware escrito em funções de C e C É usado para escrever e fazer upload de programas em placas compatíveis com Arduino mas também com a ajuda de núcleos de terceiros outras placas de desenvolvimento de outros fornecedores A Figura 1 mostra a interface de desenvolvimento do Arduino IDE 9 Figura 1 Arduino IDE 9 G IAR Embedded Workbench O IAR Embedded Workbench ou simplesmente IAR é o ambiente de desenvolvimento utilizado para a programação dos microcontroladores MSP da fabricante Texas Instruments A ferramenta possibilita o gerenciamento integrado do projeto Assim toda a codificação e simulação pode ser feita no mesmo ambiente 10 Além disto possui suporte à programação compilação e depuração de códigos em linguagens CC e ferramentas de gerenciamento de bibliotecas 10 A Figura 2 mostra a interface de desenvolvimento do IAR Figura 2 IAR 10 H Tinkercad É uma ferramenta online e gratuita de design colaborativo da Autodesk Por meio de formas geométricas em três dimensões possibilita o desenvolvimento protótipos que podem ser impressos em impressoras 3D Além disto dispõe de um ambiente de programação compilação depuração e simulação de soluções baseadas na plataforma Arduino A Figura 3 apresenta a interface de desenvolvimento do Tinkercad 11 Figura 3 Interface do Tinkercad 10 I STM32CubeIDE O STM32CubeIDE é uma plataforma avançada de desenvolvimento CC que possibilita o desenvolvimento compilação e depuração de código além da configuração de periféricos É um ambiente voltado aos microcontroladores e microprocessadores STM32 A Figura 4 apresenta a interface de desenvolvimento do STM32CubeIDE 12 Figura 4 STM32CubeIDE 12 J Sistemas de Irrigação Microcontrolados Um sistema de irrigação baseado em microcontroladores permite a aplicação da quantidade ideal de água Com isso é possível evitar que as plantas não apenas sofram de estresse hídrico mas também de doenças fúngicas e bacterianas relacionadas ao excesso de umidade AVŞAR BULUŞ et al 2018 O processo de aquisição desses dados e envio de comandos a bomba de água pode ser realizado dentro de um dispositivo microcontrolado como é exemplificado na Figura 5 CONCEIÇÃO 2016 Figura 5 Irrigação controlada por um dispositivo microcontrolador Adaptado de CONCEIÇÃO 2016 K Sensores para Monitoramento do Ambiente Sensores são basicamente elementos que tem a função de detectar e responder a algum estímulo Existem vários tipos de sensores sendo que cada um deles reage a um tipo diferente de estímulo Com isso os dados levantados pelos mesmos são ponderados e comparados com determinados limiares para que se possa tomar uma decisão global CHAIR VARSHNEY 1986 L Atuadores de Irrigação Existem diversas maneiras de se aplicar água à planta e ao solo Temse como exemplos a aspersão quando se deseja aplicar água na forma de chuva A irrigação localizada quando se deseja aplicar água na raiz na planta e a irrigação por gravidade quando o transporte da água é feito pelo próprio solo Os tipos de irrigação citados são ilustrados na Figura 6 COELHO SILVA et al 2014 Figura 6 Tipos de sistemas de irrigação A Irrigação por aspersão B Irrigação localizada C Irrigação por gravidade Adaptado de COELHO SILVA et al 2014 Diversos componentes são utilizados para formar um sistema de irrigação tais como motor e bomba tubulações conexões e emissores COELHO SILVA et al 2014 M Motores e Bombas Os motores e bombas são necessários apenas quando a pressão da água é baixa ou quando a plantação se encontra em uma altitude elevada Nesses casos são avaliadas as condições do ambiente de instalação junto as necessidades da cultura para escolher o modelo que mais se adeque as condições existentes Portanto a escolha do motor e da configuração aplicada para seu funcionamento estão fortemente relacionadas ao consumo de energia do mesmo HOTA NAYAK et al 2019 N Tubulações As tubulações devem ser instaladas bem próximas das fileiras de plantas e podem ser compostas de combinações de diferentes materiais como mostra a Figura 7 COELHO SILVA et al 2014 Figura 7 Tipos de tubulações A Tudo de PVC com mangueira e B Apenas mangueira Adaptado de COELHO SILVA et al 2014 O Emissores Para que a água saia das tubulações e chegue até a planta é necessário um emissor Um dos tipos mais comuns de emissor são os aspersores como mostra a Figura 8 COELHO SILVA et al 2014 Figura 8 Aspersor de baixa pressão Adaptado de COELHO SILVA et al 2014 III CONCLUSÕES A proposta da pesquisa foi a de apresentar diferentes plataformas de simulação de sistemas microcontrolados seguida de uma aplicação prática capaz de comprovar a funcionalidade das mesmas tomando apenas uma como referência A partir do estudo das plataformas mais utilizadas é possível verificar que cada uma delas oferece recursos distintos A escolha da mais apropriada ou das opções que são possíveis de serem aplicadas depende desses recursos ou seja durante a execução do projeto da aplicação devem ser levados em conta o número de sensores e atuadores as resoluções de leitura que cada projeto necessita se o sistema vai se utilizar de comunicação sem fio como Bluetooth ou WiFi entre outras distinções já apresentadas na Tabela III Com isso podemos concluir que a plataforma escolhida deve oferecer os recursos mínimos necessários ao desenvolvimento e simulação da aplicação dentre desses sistemas microcontrolados Além disto há casos em que uma mesma aplicação pode ter sua solução desenvolvida em diferentes plataformas cabendo a análise de outros tipos de informações como custo e linguagens de programação disponíveis A proximidade entre as linguagens de algumas dessas plataformas é um fator positivo uma vez que independente se o hardware utilizado for um Arduino Uno ou outro de maior poder de processamento como o ESP32 a IDE ainda pode ser mantida Também é possível concluir que ferramentas que incluem o ambiente de desenvolvimento e simulação de forma nativamente integrados como o Tinkercad representam uma grande evolução no quesito didática e facilidade de uso Além disto outro ponto positivo é a facilidade de acesso uma vez que os recursos dessa ferramenta podem ser acessados de forma online Referências ANANDRAO P V PATIL P R T Wireless Sensor Network Based Low Power Embedded System Design For Automated Irrigation System Using MSP430 International Journal of Engineering Research Technology IJERT v 2 n 5 p 797801 2013 AVŞAR E BULUŞ K SARIDAŞ M A et al Development of a cloudbased automatic irrigation system A case study on strawberry cultivation 2018 7th International Conference on Modern Circuits and Systems Technologies MOCAST 2018 p 14 2018 DOI 101109MOCAST20188376641 CHAIR Z VARSHNEY P K Optimal Data Fusion in Multiple Sensor Detection Systems IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems v AES22 n 1 p 98 101 1986 DOI 101109TAES1986310699 COELHO E F SILVA A J P da PARIZOTTO I et al Sistemas e Manejo de Irrigação de Baixo Custo para Agricultura Familiar n Embrapa Mandioca e Fruticultura Cruz das AlmasBA p 47 2014 CONCEIÇÃO Y G da Proposta de um Sistema Automatizado de Irrigação por Gotejamento Utilizando Arduino Universidade Federal do Pará UFPA p 143 2016 HOTA S K NAYAK K R BHENDE C N PhotovoltaicBased Water Pumping System using Brushless DC motor IEEE Region 10 Annual International Conference ProceedingsTENCON v 2019 Octob p 569574 2019 DOI 101109TENCON20198929388 HWANG S Monitoring and Controlling System for an IoT Based Smart Home International Journal of Control and Automation v 10 n 2 p 339348 2017 DOI 1014257ijca201710228 JAIN P KUMAR P PALWALIA D K Irrigation management system with microcontroller application 2017 1st International Conference on Electronics Materials Engineering and NanoTechnology IEMENTech 2017 2017 DOI 101109IEMENTECH20178076969 JÚNIOR E da S Avaliação de recursos didáticos para o ensino de microcontroladores e possibilidades de aplicação em sala de aulalaboratório Dissertação Mestrado em Educação Profissional e Tecnológica UFSM 2017 KOMAL KUMAR N VIGNESWARI D ROGITH C An Effective Moisture Control based Modern Irrigation System MIS with Arduino Nano 2019 5th International Conference on Advanced Computing and Communication Systems ICACCS 2019 p 7072 2019 DOI 101109ICACCS20198728446 LAKSIRI H G C R DHARMAGUNAWARDHANA H A C WIJAYAKULASOORIYA J V Design and Optimization of IoT Based Smart Irrigation System in Sri Lanka 2019 IEEE 14th International Conference on Industrial and Information Systems Engineering for Innovations for Industry 40 ICIIS 2019 Proceedings p 198202 2019 DOI 101109ICIIS4734620199063272 MAHADEV PRASAD B PUSHPALATHA S Automated Irrigation System using STM32 and Modbus RTU Protocol International Journal of Engineering Research and v V9 n 05 p 158161 2020 DOI 1017577ijertv9is050193 POYEN F Bin GHOSH A KUNDU P et al Prototype Model Design of Automatic Irrigation Controller IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement v 70 n c 2021 DOI 101109TIM20203031760 Relatório sobre Sistemas Microcontrolados Abstract This work aims to analyze microcontrollers from different manufacturers from the perspective of their respective firmware development platforms Questions about the resources offered will be evaluated as well as the costs involved In the end an application is made aimed at an automatic irrigation process aiming to demonstrate the development of a complete solution using arduino platform Index Terms Automatic Irrigation Arduino Microcontrollers Platforms Resumo Este trabalho tem como objetivo a análise de microcontroladores de diferentes fabricantes sob a ótica de suas respectivas plataformas de desenvolvimento de firmware e simulação Serão discutidas questões sobre recursos oferecidos assim como os custos envolvidos Ao final é feita uma aplicação voltada à um processo de irrigação automática visando demonstrar o desenvolvimento de uma solução completa usando a plataforma Arduino Palavraschave Arduino Irrigação Automática Microcontroladores Plataformas I INTRODUÇÃO A evolução da microeletrônica a popularização dos circuitos integrados programáveis e a redução no preço dos mesmos fez com que o número de sistemas microcontrolados aumentasse consideravelmente Em paralelo o aparecimento de novos ambientes de desenvolvimento contribuiu para esta difusão Porém ainda não existe um padronização sobre a metodologia que deve ser empregada o melhor tipo de microcontrolador ou o melhor ambiente de desenvolvimento integrado JÚNIOR 2017 Atualmente estão disponíveis inúmeras plataformas de programação de microcontroladores que são utilizadas pelos alunos dos cursos de educação tecnológica e superiores no desenvolvimento de projetos que auxiliam no aprendizado e compreensão dos conteúdos programáticos JÚNIOR 2017 Este trabalho tem por objetivo apresentar algumas destas plataformas suas características além de algumas de suas características Ao final é apresentada uma aplicação prática voltada para o controle de irrigação de forma a comprovar a viabilidade de utilização de uma destas plataformas Um protótipo será simulado e testado para que suas principais funções sejam avaliadas A organização do trabalho é feita da seguinte forma na seção II são apresentados os principais conceitos e trabalhos relacionados aos sistemas de irrigação automática Na seção III são apresentadas as plataformas de desenvolvimento sensores atuadores e interfaces de programação dos mesmos A seção IV detalha a proposta de aplicação prática desenvolvida Na sequência a seção V apresenta os testes e os resultados obtidos Por fim na seção VI são apresentadas as conclusões e as propostas para trabalhos futuros IIFUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA Neste capítulo serão apresentados os principais conceitos relacionados às plataformas microcontroladas além dos sistemas automáticos de irrigação A Trabalhos Relacionados Na literatura há inúmeros trabalhos relacionados ao controle de irrigação desenvolvidos em diferentes plataformas A Tabela I apresenta alguns destes trabalhos com as respectivas plataformas utilizadas e além disso os tipos de sensores envolvidos A mesma indica a predominância de aplicações utilizando o Arduino TABELA I COMPARAÇÃO ENTRE OS TRABALHOS DE IRRIGAÇÃO RELACIONADOS Trabalho Plataforma Aplicações com Sensores ANANDRAO PATIL 2013 LaunchPad Umidade e Temperatura LAKSIRI DHARMAGUNAWARDHANA et al 2019 Node MCU Umidade e Temperatura MAHADEV PRASAD B PUSHPALATHA S 2020 Blue Pill Umidade e Nível de Água KOMAL KUMAR VIGNESWARI et al 2019 Arduino Umidade JAIN KUMAR et al 2017 Arduino Umidade HWANG 2017 Arduino Umidade Temperatura e Nível de Água POYEN GHOSH et al 2021 Arduino Umidade Temperatura pH e Luminosidade Em ANANDRAO PATIL 2013 os autores propõem o uso de sensores em conjunto com o microcontrolador MSP430 com a intenção de monitorar a temperatura umidade umidade do solo e estado da chuva em um ambiente agrícola Este sistema também controla a demanda de suprimento de água para as lavouras dependendo das condições climáticas presentes no campo da lavoura No trabalho foi utilizado o sensor de temperatura LM35 sensor de umidade SYSH220 detector de chuva sensor de umidade do solo para detectar os parâmetros climáticos de campo No trabalho LAKSIRI DHARMAGUNAWARDHANA et al 2019ANANDRAO PATIL 2013 é desenvolvido um sistema embarcado em um ESP32 desenvolvido para irrigação por gotejamento eficiente que pode controlar automaticamente o fornecimento de água às plantas com base nas condições de umidade do solo O sistema usa sensores de temperatura umidade e queda de chuva para fornecer o monitoramento desses parâmetros pelo usuário remoto via rede Os parâmetros climáticos do campo são salvos em tempo real em um banco de dados e utilizados para controlar o abastecimento de água de acordo com as condições climáticas existentes Os autores de MAHADEV PRASAD B PUSHPALATHA S 2020 focam no uso eficiente da água subterrânea sem desperdício ou transbordamento de água em terras agrícolas usando sensor de umidade conectado em um Nomes dos Alunos microcontrolador STM32 O valor do sensor de umidade é enviado para a nuvem para monitoramento remoto e análise de dados usando o módulo GSM Este sistema reduz o risco de baixo rendimento da colheita devido à falta de água O sistema de irrigação automatizado pode ser usado para análise dos diferentes consumos de água da cultura e também da natureza do solo Os demais trabalhos relacionados que foram apresentados utilizam soluções desenvolvidas na plataforma Arduino Todos utilizam um ou mais tipos de sensores como apresentado na Tabela I além de atuadores são utilizados para realizar a irrigação Em todos eles são propostas abordagens de um sistema de gerenciamento automático de irrigação A diferença entre eles se dá na forma com que os dados são tratados o tipo de dado coletado e a variedade de informações disponíveis em cada um desses sistemas B Ambientes de Desenvolvimento Os ambientes de desenvolvimento são softwares que combinam ferramentas comuns ao projeto e simulação em uma única interface gráfica do usuário facilitando o desenvolvimento de aplicações JÚNIOR 2017 Atualmente há um número grande de plataformas de desenvolvimento e simulação de sistemas microcontrolados Neste trabalho serão apresentadas algumas das mais difundidas IAR Texas Instruments STM32 Cube IDE Arduino IDE AVR Studio e Tinkercad Cada uma delas está associada a um hardware específico como mostrado na Tabela II TABELA II MICROCONTROLADORES E AMBIENTES DE PROGRAMAÇÃO LaunchPad MSP430 Node MCU ESP32 Arduino ATMega328 Blue Pill STM32 IAR Arduino IDE Arduino IDE Arduino IDE Tinkercad STM32 Cube IDE C Recursos de Hardware das Plataformas Cada uma das plataformas conta com recursos de simulação de dispositivos sensores e atuadores além de funções especiais normalmente oferecidas pelos periféricos dos microcontroladores A conexão com sensores por exemplo permite que o sistema possa analisar novos dados de entrada e assim compor um conjunto maior de soluções O mesmo é aplicável ao conjunto de dispositivos de saída que permite a plataforma atuar de diferentes maneiras dentro da aplicação desenvolvida simulando assim casos reais JÚNIOR 2017 A Tabela III mostra os recursos disponíveis em cada uma delas TABELA III RECURSOS DE HARDWARE DAS PLATAFORMAS SELECIONADAS LaunchPad MSP430 Node MCU ESP32 Arduino ATMega328 Blue Pill STM32 18 V 36 V 23V 36 V 18 V 55 V 2 V 36 V Flash 16 kB Flash até 16 MB Flash 32 kB Flash 20 kB RAM 512 B RAM 520 kB RAM 2 kB RAM 512 B 16 GPIO 34 GPIO 23 GPIO 33 GPIO 10bit ADC 12bit ADC 10bit ADC 12bit ADC 1 Timer 16 bits 4 Timer 62 bits 2 Timer 8 bits 7 Timer 16 bits 2 Timer 16 bits 32 bits RISC 1 Timer 16 bits 16 bits ARM 16 bit RISC Wi Fi 8 bits RISC Bluetooth D Ferramentas de desenvolvimento O ambiente de desenvolvimento integrado é um software que combina ferramentas comuns de desenvolvimento em uma única interface gráfica do usuário que facilita o desenvolvimento de aplicações Uma IDE Integrated Development Environment é normalmente composto por editor de códigofonte um sistema de compilação local e um testador JÚNIOR 2017 Um dos ambientes mais difundidos é o Arduino Software IDE pois pode ser utilizado por outros microcontroladores como mostrado na Tabela II Basta que a placa a ser programada seja selecionada e corretamente configurada na interface do programa JÚNIOR 2017 E Ambientes de Simulação Os ambientes de simulação permitem a criação de projetos eletrônicos através de esquemáticos visualização em duas ou três dimensões Além disso permitem que o usuário possa ver o comportamento do sistema em tempo real Dentro desse espectro é possível citar o Proteus SimulIDE e Tinkercad sendo que todos eles permitem que um código seja inserido cada um deles utilizando um tipo de arquivo específico mas em todos os casos é possível ver como as saídas se comportam em função do que é programado dentro dos microcontroladores e dos valores de entrada que os mesmos estão recebendo JÚNIOR 2017 F Arduino IDE O Arduino Software IDE é uma aplicação de código aberto que facilita o desenvolvimento de firmware escrito em funções de C e C É usado para escrever e fazer upload de programas em placas compatíveis com Arduino mas também com a ajuda de núcleos de terceiros outras placas de desenvolvimento de outros fornecedores A Figura 1 mostra a interface de desenvolvimento do Arduino IDE 9 Figura 1 Arduino IDE 9 G IAR Embedded Workbench O IAR Embedded Workbench ou simplesmente IAR é o ambiente de desenvolvimento utilizado para a programação dos microcontroladores MSP da fabricante Texas Instruments A ferramenta possibilita o gerenciamento integrado do projeto Assim toda a codificação e simulação pode ser feita no mesmo ambiente 10 Além disto possui suporte à programação compilação e depuração de códigos em linguagens CC e ferramentas de gerenciamento de bibliotecas 10 A Figura 2 mostra a interface de desenvolvimento do IAR Figura 2 IAR 10 H Tinkercad É uma ferramenta online e gratuita de design colaborativo da Autodesk Por meio de formas geométricas em três dimensões possibilita o desenvolvimento protótipos que podem ser impressos em impressoras 3D Além disto dispõe de um ambiente de programação compilação depuração e simulação de soluções baseadas na plataforma Arduino A Figura 3 apresenta a interface de desenvolvimento do Tinkercad 11 Figura 3 Interface do Tinkercad 10 I STM32CubeIDE O STM32CubeIDE é uma plataforma avançada de desenvolvimento CC que possibilita o desenvolvimento compilação e depuração de código além da configuração de periféricos É um ambiente voltado aos microcontroladores e microprocessadores STM32 A Figura 4 apresenta a interface de desenvolvimento do STM32CubeIDE 12 Figura 4 STM32CubeIDE 12 J Sistemas de Irrigação Microcontrolados Um sistema de irrigação baseado em microcontroladores permite a aplicação da quantidade ideal de água Com isso é possível evitar que as plantas não apenas sofram de estresse hídrico mas também de doenças fúngicas e bacterianas relacionadas ao excesso de umidade AVŞAR BULUŞ et al 2018 O processo de aquisição desses dados e envio de comandos a bomba de água pode ser realizado dentro de um dispositivo microcontrolado como é exemplificado na Figura 5 CONCEIÇÃO 2016 Figura 5 Irrigação controlada por um dispositivo microcontrolador Adaptado de CONCEIÇÃO 2016 K Sensores para Monitoramento do Ambiente Sensores são basicamente elementos que tem a função de detectar e responder a algum estímulo Existem vários tipos de sensores sendo que cada um deles reage a um tipo diferente de estímulo Com isso os dados levantados pelos mesmos são ponderados e comparados com determinados limiares para que se possa tomar uma decisão global CHAIR VARSHNEY 1986 L Atuadores de Irrigação Existem diversas maneiras de se aplicar água à planta e ao solo Temse como exemplos a aspersão quando se deseja aplicar água na forma de chuva A irrigação localizada quando se deseja aplicar água na raiz na planta e a irrigação por gravidade quando o transporte da água é feito pelo próprio solo Os tipos de irrigação citados são ilustrados na Figura 6 COELHO SILVA et al 2014 Figura 6 Tipos de sistemas de irrigação A Irrigação por aspersão B Irrigação localizada C Irrigação por gravidade Adaptado de COELHO SILVA et al 2014 Diversos componentes são utilizados para formar um sistema de irrigação tais como motor e bomba tubulações conexões e emissores COELHO SILVA et al 2014 M Motores e Bombas Os motores e bombas são necessários apenas quando a pressão da água é baixa ou quando a plantação se encontra em uma altitude elevada Nesses casos são avaliadas as condições do ambiente de instalação junto as necessidades da cultura para escolher o modelo que mais se adeque as condições existentes Portanto a escolha do motor e da configuração aplicada para seu funcionamento estão fortemente relacionadas ao consumo de energia do mesmo HOTA NAYAK et al 2019 N Tubulações As tubulações devem ser instaladas bem próximas das fileiras de plantas e podem ser compostas de combinações de diferentes materiais como mostra a Figura 7 COELHO SILVA et al 2014 Figura 7 Tipos de tubulações A Tudo de PVC com mangueira e B Apenas mangueira Adaptado de COELHO SILVA et al 2014 O Emissores Para que a água saia das tubulações e chegue até a planta é necessário um emissor Um dos tipos mais comuns de emissor são os aspersores como mostra a Figura 8 COELHO SILVA et al 2014 Figura 8 Aspersor de baixa pressão Adaptado de COELHO SILVA et al 2014 III CONCLUSÕES A proposta da pesquisa foi a de apresentar diferentes plataformas de simulação de sistemas microcontrolados seguida de uma aplicação prática capaz de comprovar a funcionalidade das mesmas tomando apenas uma como referência A partir do estudo das plataformas mais utilizadas é possível verificar que cada uma delas oferece recursos distintos A escolha da mais apropriada ou das opções que são possíveis de serem aplicadas depende desses recursos ou seja durante a execução do projeto da aplicação devem ser levados em conta o número de sensores e atuadores as resoluções de leitura que cada projeto necessita se o sistema vai se utilizar de comunicação sem fio como Bluetooth ou WiFi entre outras distinções já apresentadas na Tabela III Com isso podemos concluir que a plataforma escolhida deve oferecer os recursos mínimos necessários ao desenvolvimento e simulação da aplicação dentre desses sistemas microcontrolados Além disto há casos em que uma mesma aplicação pode ter sua solução desenvolvida em diferentes plataformas cabendo a análise de outros tipos de informações como custo e linguagens de programação disponíveis A proximidade entre as linguagens de algumas dessas plataformas é um fator positivo uma vez que independente se o hardware utilizado for um Arduino Uno ou outro de maior poder de processamento como o ESP32 a IDE ainda pode ser mantida Também é possível concluir que ferramentas que incluem o ambiente de desenvolvimento e simulação de forma nativamente integrados como o Tinkercad representam uma grande evolução no quesito didática e facilidade de uso Além disto outro ponto positivo é a facilidade de acesso uma vez que os recursos dessa ferramenta podem ser acessados de forma online Referências ANANDRAO P V PATIL P R T Wireless Sensor Network Based Low Power Embedded System Design For Automated Irrigation System Using MSP430 International Journal of Engineering Research Technology IJERT v 2 n 5 p 797801 2013 AVŞAR E BULUŞ K SARIDAŞ M A et al Development of a cloudbased automatic irrigation system A case study on strawberry cultivation 2018 7th International Conference on Modern Circuits and Systems Technologies MOCAST 2018 p 14 2018 DOI 101109MOCAST20188376641 CHAIR Z VARSHNEY P K Optimal Data Fusion in Multiple Sensor Detection Systems IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems v AES22 n 1 p 98 101 1986 DOI 101109TAES1986310699 COELHO E F SILVA A J P da PARIZOTTO I et al Sistemas e Manejo de Irrigação de Baixo Custo para Agricultura Familiar n Embrapa Mandioca e Fruticultura Cruz das AlmasBA p 47 2014 CONCEIÇÃO Y G da Proposta de um Sistema Automatizado de Irrigação por Gotejamento Utilizando Arduino Universidade Federal do Pará UFPA p 143 2016 HOTA S K NAYAK K R BHENDE C N PhotovoltaicBased Water Pumping System using Brushless DC motor IEEE Region 10 Annual International Conference ProceedingsTENCON v 2019 Octob p 569574 2019 DOI 101109TENCON20198929388 HWANG S Monitoring and Controlling System for an IoT Based Smart Home International Journal of Control and Automation v 10 n 2 p 339348 2017 DOI 1014257ijca201710228 JAIN P KUMAR P PALWALIA D K Irrigation management system with microcontroller application 2017 1st International Conference on Electronics Materials Engineering and NanoTechnology IEMENTech 2017 2017 DOI 101109IEMENTECH20178076969 JÚNIOR E da S Avaliação de recursos didáticos para o ensino de microcontroladores e possibilidades de aplicação em sala de aulalaboratório Dissertação Mestrado em Educação Profissional e Tecnológica UFSM 2017 KOMAL KUMAR N VIGNESWARI D ROGITH C An Effective Moisture Control based Modern Irrigation System MIS with Arduino Nano 2019 5th International Conference on Advanced Computing and Communication Systems ICACCS 2019 p 7072 2019 DOI 101109ICACCS20198728446 LAKSIRI H G C R DHARMAGUNAWARDHANA H A C WIJAYAKULASOORIYA J V Design and Optimization of IoT Based Smart Irrigation System in Sri Lanka 2019 IEEE 14th International Conference on Industrial and Information Systems Engineering for Innovations for Industry 40 ICIIS 2019 Proceedings p 198202 2019 DOI 101109ICIIS4734620199063272 MAHADEV PRASAD B PUSHPALATHA S Automated Irrigation System using STM32 and Modbus RTU Protocol International Journal of Engineering Research and v V9 n 05 p 158161 2020 DOI 1017577ijertv9is050193 POYEN F Bin GHOSH A KUNDU P et al Prototype Model Design of Automatic Irrigation Controller IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement v 70 n c 2021 DOI 101109TIM20203031760