TCC Engenharia Mecatrônica - Sistema de Irrigação Automático

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JOÃO EDUARDO BORGES PANICIO 
LUAN FELIPE DE MELO 
 
 
 
 
 
 
 
 
SISTEMA AUTOMÁTICO DE IRRIGAÇÃO COM MONITORAMENTO 
DO NÍVEL DE UMIDADE DO SOLO 
 
 
 
 
Trabalho de Conclusão de Curso 
apresentado como exigência parcial, 
para obtenção de grau no curso de 
Engenharia Mecatrônica, da 
Universidade de Franca. 
 
Orientador: Prof. Henrique José da 
Silva. 
 
 
 
 
 
 
FRANCA 
2020 
JOÃO EDUARDO BORGES PANICIO 
LUAN FELIPE DE MELO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
SISTEMA AUTOMÁTICO DE IRRIGAÇÃO COM MONITORAMENTO DO NÍVEL DE 
UMIDADE DO SOLO 
 
 
 
 
 
 
Orientador(a):__________________________________________________ 
 Nome: Prof. Henrique José da Silva. 
 Instituição: Universidade de Franca 
 
 
 
 
 
 
Examinador(a):_________________________________________________ 
 Nome: Prof(a). 
 Instituição: 
 
 
 
 
 
 
Examinador(a):_________________________________________________ 
 Nome: Prof(a). 
 Instituição: 
 
 
 
 
 
 
 Franca, ___/___/___ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
DEDICAMOS este estudo aos nossos pais, e a toda nossa 
família que, com muito carinho e apoio, não mediram esforços 
para que chegássemos até esta etapa em nossas vidas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
AGRADECEMOS a Deus, fonte de amor, justiça e sabedoria; ao 
nosso orientador e amigo, Prof. Henrique José da Silva, que 
muitos nos apoiou e auxiliou através de seu profundo 
conhecimento; a todos que direta ou indiretamente contribuíram 
para a realização deste trabalho. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
A experiência nunca falha, apenas as nossas opiniões falham, 
ao esperar da experiência aquilo que não é capaz de oferecer. 
Leonardo da Vinci 
 
 
RESUMO 
 
 
PANICIO, João Eduardo Borges; MELO, Luan Felipe. Sistema automático de 
irrigação com monitoramento do nível de umidade do solo. 2020. 78 f. Trabalho 
de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Mecatrônica) – Universidade de 
Franca, Franca. 
 
 
Com o constante avanço da tecnologia em todos os segmentos, procurou-
se demonstrar a importância da automação na agricultura, permitindo o acionamento 
da irrigação de maneira automática e programada. O objetivo deste trabalho foi 
desenvolver e implementar um sistema de irrigação automatizado, com supervisório 
local e em nuvem. A metodologia utilizada será uma revisão bibliográfica, bem como, 
uma pesquisa aplicada por meio da construção de um projeto a ser realizado no 
laboratório, com a utilização de Arduino, supervisório, válvula solenoide e NodeMCU, 
testando as reações do sistema sobre diversas situações climáticas diferentes para 
certificar que seu funcionamento seja compatível ao esperado. Após a construção, 
foram realizados testes de desempenho para validação das lógicas de 
programação desenvolvidas, levando em conta as considerações e limitações do 
experimento, os resultados obtidos foram satisfatórios. 
 
 
Palavras-chave: Supervisório; Irrigação; Automático; Nuvem; Umidade. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ABSTRACT 
 
 
PANICIO, João Eduardo Borges; MELO, Luan Felipe. Sistema automático de 
irrigação com monitoramento do nível de umidade do solo. 2020. 78 f. Trabalho 
de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Mecatrônica) – Universidade de 
Franca, Franca. 
 
 
With the constant advancement of technology in all segments, we sought to 
demonstrate the importance of automation in agriculture, allowing irrigation to be 
triggered automatically and programmed. The objective of this work was to develop 
and implement an automated irrigation system, with local and cloud supervision. The 
methodology used will be a bibliographic review, as well as, applied research through 
the construction of a project to be carried out in the laboratory, using Arduino, 
supervisory, solenoid valve and NodeMCU, testing the reactions of the system under 
several different climatic situations to make sure that it works as expected. After 
construction, performance tests were carried out to validate the programming logic 
developed, taking into account the considerations and limitations of the experiment, 
the results obtained were satisfactory. 
 
 
Key words: Supervisory; Irrigation; Automatic; Cloud; Moisture. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
LISTA DE FIGURAS 
 
 
Figura 1 — 
 
Diagrama simplificado de um controle industrial 19 
Figura 2 — 
 
Irrigação por aspersão 21 
Figura 3 — 
 
Irrigação por microaspersão 22 
Figura 4 — 
 
Irrigação por gotejamento 23 
Figura 5 — 
 
Modelos de Arduino 24 
Figura 6 — 
 
Transformação de efeitos físicos em elétricos 25 
Figura 7 — 
 
Sinal analógico variando no tempo 26 
Figura 8 — 
 
Valores digitais de 0 ou 1 26 
Figura 9 — 
 
Comparação entre os termistores 27 
Figura 10 — 
 
Diagrama de funcionamento do Sensor Capacitivo 28 
Figura 11 — 
 
Modelo de sensor de umidade do solo 29 
Figura 12 — 
 
Computação em Nuvem 30 
Figura 13 — 
 
Pirâmide Hierárquica da Automação Industrial 31 
Figura 14 — 
 
IDE do Arduino 40 
Figura 15 — 
 
Nextion Editor 41 
Figura 16 — 
 
Exemplo de um gráfico da plataforma em nuvem 42 
Figura 17 — 
 
Alimentação dos barramentos 43 
Figura 18 — 
 
Módulo sensor umidade do solo 44 
Figura 19 — 
 
Sensor DHT11 45 
Figura 20 — 
 
Linha de código que faz o mapeamento do sinal do sensor 45 
Figura 21 — 
 
Conexões Nextion 46 
Figura 22 — 
 
Módulo Relé 47 
Figura 23 — 
 
Composição da Placa NodeMCU 48 
Figura 24 — 
 
Representação esquemática do conversor de sinais. 
 
 48 
Figura 25 — 
 
Esquemático do circuito desenvolvido 49 
Figura 26 — 
 
Desenvolvimento da interface do supervisório 50 
Figura 27 — 
 
Configuração de uma ferramenta 51 
Figura 28 — 
 
Linha de código com configurações a serem declaradas 51 
Figura 29 — 
 
Imagens para animação 52 
Figura 30 — 
 
Identificação das chaves geradas e do dispositivo criado 53 
Figura 31 — 
 
Interface gráfica das variáveis a serem monitoradas 54 
Figura 32 — 
 
Visualização do sistema supervisório elaborado 55 
Figura 33 — 
 
Projeto construído e implementado 56 
Figura 34 — 
 
Teste calibração do sensor de umidade do solo 57 
Figura 35 — 
 
Calibração do DHT11 58 
Figura 36 — 
 
Acompanhamento das variáveis calibradas no supervisório 59 
Figura 37 — 
 
Posicionamento da mangueira na planta 60 
Figura 38 — 
 
Irrigação da planta com limite abaixo de 45% de umidade do solo 61 
Figura 39 — 
 
Irrigação da planta com limite abaixo de 75% de umidade do solo 62 
Figura 40 — 
 
Oscilação das variáveis em um ambiente interno fechado 64 
Figura 41 — 
 
Oscilação das variáveis em um ambiente externo 66 
Figura 42 — 
 
Lógica de separação dos caracteres de cada variável 67 
Figura 43 — 
 
Lógica para limitação dos dígitos enviados a nuvem 68 
Figura 44 — 
 
Acompanhamento da temperatura pela nuvem 69 
Figura 45 — 
 
Acompanhamento da umidade do ar pela nuvem 70 
Figura 46 — 
 
Acompanhamento da umidade do solo pela nuvem 71 
Figura 47 — 
 
Acompanhamento das variáveis no supervisório local 72 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
LISTA DE TABELAS 
 
 
Tabela 1 — Características do Arduino Uno 33 
Tabela 2 — 
 
Características do relé eletromecânico 34 
Tabela 3 — 
 
Características do sensor de umidade do solo 34 
Tabela 4 — 
 
Características do Display Nextion 35 
Tabela 5 — 
 
Características do sensor DHT11 36 
Tabela 6 — 
 
Característicasda válvula solenoide 37 
Tabela 7 — 
 
Características do NodeMCU 38 
Tabela 8 — 
 
Características do Conversor de Nível Lógico Bidirecional 39 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
LISTA DE QUADROS 
 
 
Quadro 1 — 
 
Teste em ambiente interno fechado 63 
Quadro 2 — 
 
Teste em ambiente externo 65 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS 
 
 
PTC Positive Temperature Coeficient 
NTC Negative Temperature Coeficient 
ADC Analog Digital Converter 
IHM Interface Homem-Máquina 
I/O Input/Output 
PWM Pulse width modulation 
USB Universal Serial Bus 
RX Receive Power 
TX Transmit Power 
VCA Tensão em Corrente Alternada 
VDC Voltage Direct Current 
RAM Random Acess Memory 
MCU Microcontroller Unit 
UR Umidade Relativa 
NF Normalmente Fechado 
IoT Internet of Things 
GND Graduated Neutral Density 
MDF Medium Density Fiberboard 
IDE Integrated Development Environment 
IBM International Business Machines Corporation 
AO Analog Output 
DO Digital Output 
NC Not Connected 
A/D Analógico/Digital 
NA Normalmente Aberto 
IN Input 
VCC Tensão em Corrente Contínua 
ID Identity 
objname Nome do Objeto 
bpic Background Image 
pic - Foreground Image 
MQTT Message Queuing Telemetry Transport 
cm 
m 
Unidade de Centímetros 
Unidade de Metros 
s Unidade de Segundos 
min Unidade de Minutos 
h Unidade de Horas 
char Caractere 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
SUMÁRIO 
 
 
INTRODUÇÃO .......................................................................................................... 17 
1 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA .......................................................................... 19 
1.1 AUTOMAÇÃO ................................................................................................ 19 
1.1.1 Histórico ......................................................................................................... 20 
1.2 AUTOMAÇÃO NA AGRICULTURA ................................................................ 20 
1.2.1 Irrigação por aspersão.................................................................................... 21 
1.2.2 Irrigação por microaspersão ........................................................................... 22 
1.2.2 Irrigação por gotejamento ............................................................................... 23 
1.3 ARDUINO ....................................................................................................... 24 
1.4 SENSORES ................................................................................................... 25 
1.4.1 Sensores Analógicos ...................................................................................... 25 
1.4.2 Sensores Digitais ........................................................................................... 26 
1.4.3 Termistor ........................................................................................................ 27 
1.4.4 Sensor capacitivo ........................................................................................... 28 
1.4.5 Sensor de umidade do solo ............................................................................ 28 
1.5 COMPUTAÇÃO EM NUVEM ......................................................................... 29 
1.6 SISTEMA SUPERVISÓRIO ........................................................................... 30 
2 PROCEDIMENTOS METODOLÓGICOS ....................................................... 32 
2.1 MATERIAIS .................................................................................................... 32 
2.1.1 Arduino Uno R3 .............................................................................................. 32 
2.1.2 Módulo relé eletromecânico ........................................................................... 33 
2.1.3 Sensor de umidade do solo ............................................................................ 34 
2.1.4 Display supervisório Nextion .......................................................................... 35 
2.1.5 Sensor DHT11 ................................................................................................ 36 
2.1.6 Válvula solenoide ........................................................................................... 36 
2.1.7 NodeMCU ....................................................................................................... 37 
2.1.8 Conversor de Nível Lógico Bidirecional .......................................................... 38 
2.1.9 Materiais auxiliares ......................................................................................... 39 
2.2 PLATAFORMAS ............................................................................................. 39 
2.2.1 IDE do Arduino ............................................................................................... 39 
2.2.2 Nextion Editor ................................................................................................. 40 
2.2.3 IBM Cloud – Internet of Things (IoT) .............................................................. 41 
2.3 METODOLOGIA ............................................................................................. 42 
2.3.1 Desenvolvimento do circuito eletrônico .......................................................... 42 
2.3.2 Desenvolvimento do sistema supervisório ..................................................... 50 
2.3.3 Desenvolvimento da interface gráfica na nuvem. ........................................... 52 
2.3.4 Acabamentos ................................................................................................. 54 
3 TESTES E RESULTADOS ............................................................................ 57 
3.1 ANÁLISE DE DADOS NO SUPERVISÓRIO LOCAL ..................................... 57 
3.2 ANÁLISE DE DADOS NO MONITORAMENTO EM NUVEM ......................... 66 
CONCLUSÃO ........................................................................................................... 73 
REFERÊNCIAS ......................................................................................................... 75 
 
17 
 
 
 
INTRODUÇÃO 
 
 
A Naandanjain (s.d) concorda que atualmente os produtores dependem 
de tentativa e erro, adivinhação e estimativa. Os rendimentos e lucros são diretamente 
afetados quando ocorre o mau uso da água e de fertilizantes. 
“Assim a automação surge como uma solução tecnológica que permite 
o acionamento da irrigação e fertirrigação de maneira automática e programada” 
(NAANDANJAIN, s.d, n.p). 
Para Naandanjain (s.d): 
 
Além de garantir maior precisão na periodicidade da irrigação, o que nem 
sempre é conseguido em sistemas não automatizados, por acúmulo de 
tarefas na propriedade ou simplesmente falha humana, a automação do 
sistema de irrigação possibilita programar tempos de rega diferentes num 
mesmo setor e de se realizar a fertirrigação de acordo com a necessidade da 
planta. 
 
Portanto, justifica-se o estudo devido à necessidade de aprofundamento 
sobre sistemas de irrigação automatizados, para que possam ser feitos projetos 
futuros. 
Este projeto será norteado nas seguintes perguntas: o sistema de 
irrigação automático será utilizado futuramente? O que poderá ser feito para aprimorar 
esse tipo de sistema? 
As hipóteses consideradas são: acredita-se que o sistema de irrigação 
será sim utilizado futuramente, devido ao grande avanço da tecnologia na agricultura. 
Por isso, este trabalho tem por objetivo o aprofundamento sobre o 
conhecimento de sistema de irrigação e a construção de um projeto. 
A metodologia utilizadaserá uma revisão bibliográfica, bem como, uma 
pesquisa aplicada por meio da construção de um projeto a ser realizado no laboratório, 
com a utilização de Arduino, supervisório, válvula solenoide e NodeMCU, testando as 
reações do sistema sobre diversas situações climáticas diferentes para certificar que 
seu funcionamento seja compatível ao esperado. 
Este trabalho será composto por 3 capítulos, sendo eles: 1. Revisão 
Bibliográfica, onde será desenvolvido toda a fundamentação teórica para sustentar 
18 
 
uma base de conhecimento necessária e importante para o entendimento do trabalho; 
2. Procedimentos Metodológicos, evidenciando e caracterizando todos os materiais 
e métodos utilizados para a elaboração do projeto; 3. Testes e Resultados, expondo 
os testes realizados, as discussões, os resultados, desafios e soluções 
encontradas. Por fim, serão apresentadas as conclusões acompanhadas com as 
sugestões de melhorias para projetos futuros. 
Espera-se que ao fim desse projeto, o aprofundamento sobre o estudo 
de sistemas de irrigação automático, possa ser usado na implementação da 
agricultura. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
19 
 
 
 
1 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 
 
 
Pretendemos nessa revisão bibliográfica demonstrar os requisitos 
teóricos que envolvem um sistema automático de irrigação com monitoramento local 
e em nuvem do nível da umidade do solo, umidade do ar e temperatura ambiente. 
 
 
1.1 AUTOMAÇÃO 
 
 
Automação é definido como “[...] um sistema de controle pelo qual os 
mecanismos verificam a sua própria operação, efetuando medições e introduzindo 
correções, sem a necessidade da intervenção do homem” (FUENTES; ROGGIA, 
2016, p.15). 
Segundo a Eletromania (2011) os sistemas automatizados abrangem 
vários tipos de áreas diferentes, podendo ser aplicados em uma simples máquina ou 
em toda uma planta industrial, como é o caso de uma usina de açúcar e álcool. O que 
difere é a quantidade de equipamentos monitorados e controlados. Estes 
equipamentos podem ser desde simples válvulas, até motores complexos. De uma 
forma geral, o diagrama (Veja Figura 1) demonstra o processo sob controle, onde os 
equipamentos correspondem tanto aos atuadores quanto aos sensores. 
 
 
Figura 1 – Diagrama simplificado de um 
controle industrial. 
Fonte: Eletromania, 2011, n.p. 
20 
 
1.1.1 Histórico 
 
 
“Desde a pré-história o homem vem desenvolvendo mecanismos e 
invenções com o intuito de reduzir o esforço físico e auxiliar na realização de 
atividades” (ROGGIA; FUENTES, 2016, p.15). 
Ainda de acordo com os mesmos autores (IBIDEM, p.15), para 
exemplificar, “[...] podem-se citar como exemplo a roda para movimentação de cargas 
e os moinhos movidos por vento ou força animal”. 
Murrelektronik (2018) concorda que a automação industrial teve seu 
ponto de partida após 1950 com o desenvolvimento da eletrônica e com o 
aperfeiçoamento dos processos de produção na Inglaterra, embora a automação 
industrial já apresentasse alguns indícios de sua existência em meados do século 
XVIII. A automação, nessa época, caracterizava a movimentação automática de 
materiais. 
 
 
1.2 AUTOMAÇÃO NA AGRICULTURA 
 
 
Embrapa (2020) confirma que a automação agropecuária pode ser 
entendida como um sistema no qual os processos operacionais de produção agrícola, 
pecuária e/ou florestal são monitorados, controlados e executados por meio de 
máquinas e ou dispositivos mecânicos, eletrônicos ou computacionais, para ampliar a 
capacidade de trabalho humano. 
Para Embrapa (2020): 
 
Desse modo, a automação exerce a sua função sobre processos agrícolas, 
pecuários e florestais para aumentar a produtividade do sistema e do 
trabalho; otimizar o uso de tempo, insumos e capital; reduzir perdas na 
produção; aumentar a qualidade dos produtos e melhorar a qualidade de vida 
dos trabalhadores da lavoura e das cadeias. Ela empresta o termo tanto do 
ramo da automação industrial como comercial, devido ao agronegócio estar 
integrado a uma gestão ampla, em elos paralelos e encadeados. 
 
Para efeitos práticos e de fácil entendimento, a irrigação será definida 
aqui como: as técnicas, formas ou meios utilizados para aplicar água artificialmente 
21 
 
às plantas, procurando satisfazer suas necessidades e visando a produção ideal para 
o seu usuário. Esta definição engloba todas as formas de irrigar uma planta, desde 
aquela realizada com uma simples mangueira de jardim até o equipamento de 
irrigação mais sofisticado. A seguir, alguns detalhes sobre alguns métodos de 
irrigação. 
 
 
1.2.1 Irrigação por aspersão 
 
 
O método de irrigação por aspersão consiste em aplicar a água ao solo 
na forma de gotas, imitando o efeito da chuva (Veja Figura 2), através da 
fragmentação dos jatos de água que se espalham no ar, caindo na superfície. A 
fragmentação dos jatos é obtida através da passagem da água pressurizada pelos 
orifícios existentes em dispositivos mecânicos chamados aspersores (TESTEZLAF, 
2011). 
Na aplicação, “[...] o sistema de irrigação com aspersores é indicado para 
áreas maiores, com pouca interferência de obstáculos como árvores, arbustos e 
construções” (VIQUA, 2018, n.p). 
 
 
Figura 2 – Irrigação por aspersão. 
Fonte: Agroprós, s.d. 
22 
 
1.2.2 Irrigação por microaspersão 
 
 
Testezlaf (2011) concorda que neste tipo de sistema, a água é aplicada 
sobre o solo em uma área localizada (Observe Figura 3), geralmente pelas raízes das 
plantas. Quando comparados a outros sistemas de irrigação, esses sistemas utilizam 
pequenas vazões, devido ao uso de aspersores com o diâmetro dos orifícios 
reduzidos submetidos a baixas pressões. 
O sistema de irrigação por microaspersão “[...] é indicado para ambientes 
menores, como canteiros, jardineiras, jardins pequenos, implantados em áreas 
externas, estufas e casas de vegetação” (VIQUA, 2018, n.p). 
 
 
Figura 3 – Irrigação por microaspersão. 
Fonte: Irrigaqui, s.d. 
 
 
 
 
 
23 
 
1.2.2 Irrigação por gotejamento 
 
 
Segundo Testezlaf (2011), a característica da irrigação por gotejamento 
é adicionar uma pequena quantidade de água gotejando em alta frequência 
(reduzindo o intervalo de irrigação ou deslocamento de irrigação) para a área da raiz 
das plantas para molhar parte da superfície do solo, reduzindo assim as perdas e 
apresentando maiores aplicações em comparação com sistemas de aspersão. Essa 
forma de aplicação de água determina a distribuição da água no solo abaixo do ponto 
de aplicação na forma de bulbos úmidos, neste caso, apenas uma pequena área 
saturada fica exposta na superfície do solo (Veja Figura 4). 
 
 
Figura 4 – Irrigação por gotejamento. 
Fonte: Irrigação, 2018. 
 
 
 
 
 
24 
 
1.3 ARDUINO 
 
 
“O Arduino (Veja Figura 5) é o que chamamos de plataforma de 
computação física ou embarcada, ou seja, um sistema que pode interagir com seu 
ambiente por meio de hardware e software” (MCROBERTS, 2011, p. 22). 
De acordo com Oliveira et al. (1995, p.13): entende-se por Arduino como 
“[...] uma versátil plataforma de prototipagem eletrônica, de hardware e software 
aberto, de baixo custo e muito fácil de usar”. 
Ainda segundo os autores (IBIDEM, p.13): 
 
Quando falamos em Arduino devemos ter em mente três conceitos: hardware 
que é a placa que possui como componente central um microcontrolador da 
família ATmega; software que consiste em uma linguagem de programação 
e um ambiente de desenvolvimento derivados do Processing. O terceiro 
conceito é a comunidade, composta por um grande número de pessoas que 
compartilham os seus conhecimentos e projetos na Internet, disseminando a 
plataforma. 
 
 
 Figura 5 – Modelos de Arduino 
 Fonte: FilipeFlop, 2014, n.p. 
 
 
 
 
 
 
25 
 
1.4 SENSORES 
 
 
Segundo Albuquerque e Thomazini (2011), sensor basicamente é um 
dispositivo sensível a alguma forma de energia (Veja Figura6), tais como: térmica, 
cinética e luminosa, relacionando informações sobre uma grandeza que precisa ser 
medida, como velocidade, corrente, pressão, temperatura, posição, aceleração, 
umidade, nível, vazão etc. 
 
 
 Figura 6 – Transformação de efeitos físicos em elétricos. 
 Fonte: Electric Concept, 2015, n.p. 
 
 
1.4.1 Sensores Analógicos 
 
 
“Esse tipo de sensor pode assumir qualquer valor no seu sinal de saída 
ao longo do tempo, desde que esteja dentro da sua faixa de operação” 
(ALBUQUERQUE; THOMAZINI, 2011, p.16). 
Ainda de acordo com os autores (IBIDEM, p.16), diversas grandezas 
físicas podem assumir qualquer valor ao longo do tempo (Veja Figura 7), como por 
exemplo: velocidade, vazão, umidade, temperatura, força, ângulo, luminosidade, 
nível, distância e torque. Essas variáveis são aferidas por elementos sensíveis com 
circuitos eletrônicos não digitais. 
26 
 
 
 Figura 7 – Sinal analógico variando no tempo. 
 Fonte: Embarcados, 2017, n.p. 
 
 
1.4.2 Sensores Digitais 
 
 
“Esse tipo de sensor pode assumir apenas dois valores no seu sinal de 
saída ao longo do tempo, que podem ser interpretados como zero ou um” 
(ALBUQUERQUE; THOMAZINI, 2011, p.16). 
Sobre os valores de zero ou um (Veja Figura 8), Albuquerque e 
Thomazini (2011, p.16) explicam que: 
 
Não existem naturalmente grandezas físicas que assumam esses valores, 
mas eles são assim mostrados ao sistema de controle após serem 
convertidos pelo circuito eletrônico do transdutor. É utilizado, por exemplo, 
em detecção de passagem de objetos, encoders na determinação de 
distância ou velocidade etc. 
 
 
 Figura 8 – Valores digitais de 0 ou 1. 
 Fonte: Embarcados, 2017, n.p. 
27 
 
1.4.3 Termistor 
 
 
Albuquerque e Thomazini (2011) concordam que os termistores são 
resistores termicamente sensíveis, ou seja, semicondutores eletrônicos cuja 
resistência elétrica varia de acordo com a temperatura. 
Ainda de acordo com os autores (IBIDEM, p.90), os termistores “[...] são 
úteis industrialmente para detecção automática, medição e controle de energia física”. 
Albuquerque e Thomazini (2011) afirmam que existem duas variedades 
básicas de termistores: Os de coeficiente positivo de temperatura (PTC), a resistência 
aumenta com a temperatura, e ao contrário, os de coeficiente negativo de temperatura 
(NTC), a resistência diminui com a temperatura (Veja Figura 9). 
 
 Figura 9 – Comparação entre os termistores. 
 Fonte: Cedraz Service, 2017, n.p. 
 
 
 
 
 
 
 
 
28 
 
1.4.4 Sensor capacitivo 
 
 
“Os sensores capacitivos são dispositivos eletrônicos que detectam 
proximidade de materiais orgânicos, plásticos, pós, líquidos, etc., sem a necessidade 
de contato” (FUENTES; ROGGIA, 2016, p.25). 
Sobre o princípio de funcionamento (Veja Figura 10), Fuentes e Roggia 
(2016, p.25) explicam que: 
 
[...] baseia-se na geração de um campo elétrico por um oscilador controlado 
por capacitor. O capacitor é formado por duas placas metálicas montadas na 
face sensora de forma a projetar o campo elétrico para fora do sensor. 
Quando um material aproxima-se do sensor o dielétrico do meio se altera, 
alterando a capacitância. Essa alteração aciona o estágio de saída. 
 
 
 Figura 10 – Diagrama de funcionamento do Sensor Capacitivo. 
 Fonte: Fuentes e Roggia, 2016, p.25. 
 
 
1.4.5 Sensor de umidade do solo 
 
 
Eletrogate (2019) explica que o sensor de umidade do solo (Veja Figura 
11) mede basicamente a resistividade da terra utilizando duas sondas que medem a 
quantidade de volume de água no solo. Quanto mais molhada estiver a terra, menor 
será a resistividade. E ao contrário, quanto mais seca estiver a terra, maior a 
resistividade. 
A Irrigat (2019) complementa afirmando que as sondas (duas superfícies 
metalizadas e isoladas uma da outra) quando posicionadas, criam uma corrente 
29 
 
elétrica. Essa corrente passando pela resistência do solo desenvolverá uma diferença 
de potencial (tensão), que será medida pelo conversor ADC do Arduino (portas 
analógicas). Quanto maior for a tensão medida pelo Arduino, menor a umidade do 
solo. No caso de um solo mais úmido, a tensão medida será menor. 
 
 
Figura 11 – Modelo de sensor de umidade do solo. 
Fonte: Eletrogate, 2019, n.p. 
 
Neste trabalho foram ressaltados alguns tipos de sensores utilizados no 
desenvolvimento do projeto, no entanto existem inúmeros outros tipos. 
 
 
1.5 COMPUTAÇÃO EM NUVEM 
 
 
A InfoEscola (s.d) afirma que o termo “Computação em nuvem” faz 
referência a uma tecnologia que permite ao usuário acessar programas, banco de 
dados, arquivos e serviços de forma remota (Veja Figura 12), de qualquer lugar do 
30 
 
mundo e a qualquer hora por meio da internet, com agilidade e escalabilidade, sem a 
necessidade de instalação de programas. 
O Estudo Prático (2015) complementa explicando que o armazenamento 
de dados é feito através de serviços on-line, via rede, e no momento em que o usuário 
precisar realizar determinada tarefa, basta conectar ao serviço on-line para fazer uso 
das ferramentas, salvar os arquivos e acessá-los posteriormente de qualquer outro 
lugar. 
 
Figura 12 – Computação em Nuvem. 
Fonte: InfoEscola, s.d, n.p. 
 
 
1.6 SISTEMA SUPERVISÓRIO 
 
 
“Os sistemas supervisórios permitem que sejam monitoradas e 
rastreadas informações de um processo produtivo ou instalação física” (COELHO, 
2010, p.3). 
31 
 
Coelho (2010, p.3) explica que as “[...] informações são coletadas 
através de equipamentos de aquisição de dados e, em seguida, manipulados, 
analisados, armazenados e, posteriormente, apresentados ao usuário”. 
Coelho (2010) concorda que muitos sistemas de automação industrial 
fazem o uso dos sistemas de monitoração e comunicação via computação, 
automatizando o controle dos processos industriais, fazendo a coleta de dados no 
campo, e apresentando os dados de forma amigável e facilitada para o operador, 
utilizando recursos gráficos elaborados (IHM) (Veja Figura 13). 
Sobre a praticidade dos supervisórios, Coelho (2010, p.3) sugere que: 
 
A partir do momento em que a monitoração e o controle de um processo são 
feitos com a ajuda de um sistema supervisório, o processamento das 
variáveis de campo é mais rápido e eficiente. Qualquer evento imprevisto no 
processo é rapidamente detectado e mudanças nos set-points são 
imediatamente providenciadas pelo sistema supervisório, no sentido de 
normalizar a situação. Ao operador fica a incumbência de acompanhar o 
processo de controle da planta, como o mínimo de interferência, excetuando-
se casos em que sejam necessárias tomadas de decisão de atribuição restrita 
ao operador. 
 
 
 Figura 13 – Pirâmide Hierárquica da Automação Industrial 
 Fonte: Bertelli, 2015, p.7. 
 
Pelos expostos acima podemos observar que a automação é um dos 
assuntos tecnológicos mais abordados atualmente, fazendo que esteja presente em 
diversas áreas, inclusive na irrigação de jardins, tema a ser abordado nesse trabalho. 
 
32 
 
 
 
2 PROCEDIMENTOS METODOLÓGICOS 
 
 
Como mencionado anteriormente, este trabalho tem por objetivo o 
aprofundamento sobre o conhecimento de um sistema de irrigação automatizado e a 
construção de um projeto. Desta maneira, a metodologia utilizada será uma pesquisa 
aplicada seguida pela construção de um protótipo funcional. A seguir, será 
apresentada a descrição dos materiais e dos procedimentos metodológicos a serem 
desenvolvidos nesta pesquisa. 
 
 
2.1 MATERIAIS 
 
 
Na sequência, será apresentada uma breve descrição das 
características de cada material utilizado no desenvolvimento do projeto. 
 
 
2.1.1 Arduino Uno R3 
 
 
Excelente para projetos de baixo custo, o Arduino Uno possui diversas 
características interessantes(Veja Tabela 1). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
33 
 
Tabela 1 – Características do Arduino Uno 
Parâmetros Dados 
Tensão de operação 5V 
Pinos I/O digitais 14 pinos (6 podem ser usados PWM) 
Pinos de entrada analógica 6 pinos 
Velocidade de Clock 16 MHz 
Resolução do ATmega328 10 bits 
Alimentação USB ou via fonte externa 5V 
Fonte: Embarcados, 2020. 
 
Por se tratar de um controlador que os autores já tiveram um contato 
anteriormente, será informado alguns fatores fundamentais que influenciaram na 
escolha. 
O Arduino Uno foi escolhido devido a sua praticidade de uso, além de 
oferecer pinos de entrada/saída mais que suficientes para a elaboração do projeto. 
Outro fator fundamental na escolha do controlador foi a facilidade em programar e 
fazer a comunicação com outros periféricos. Embarcados (2020) concorda que a 
programação pode ser feita com a própria IDE do Arduino, utilizando a linguagem de 
programação C++. O ATmega328 fornece comunicação serial utilizando os pinos 
digitais 0 (RX) e 1 (TX), usados para receber (RX) e transmitir (TX) dados seriais. 
 
 
2.1.2 Módulo relé eletromecânico 
 
 
FilipeFlop (2020) afirma que o relé é um tipo de componente 
eletromecânico que através de suas características (Observe Tabela 2), possui a 
função de fazer o controle de cargas, como por exemplo: motores, lâmpadas, válvulas 
eletromecânicas e outros diversos tipos de atuadores (FILIPEFLOP, 2020). 
Foi feito a escolha em utilizar um relé simples, de apenas 1 canal, 
suficiente para o controle do atuador (válvula solenoide). 
 
34 
 
Tabela 2 – Características do relé eletromecânico 
Parâmetros Dados 
Corrente máxima 10A 
Tensão de operação 5V 
Carga VCA 250V 
Carga VDC 30V 
Fonte: FilipeFlop, 2020. 
 
 
2.1.3 Sensor de umidade do solo 
 
 
Foi escolhido esse tipo de sensor devido as características (Observe 
Tabela 3) que suprem as necessidades encontradas no desenvolvimento do projeto, 
além de possuir uma grande praticidade em trabalhar com o Arduino, facilitando a 
coleta de dados. A UsinaInfo (2020) afirma que a sonda possui uma resistência à 
corrosão por ser constituída de aço inoxidável, proporcionando uma durabilidade 
elevada. 
 
Tabela 3 – Características do sensor de umidade do solo 
Parâmetros Dados 
Corrente máxima 20mA – 30mA (saída) 
Tensão de operação 3.3V – 12V DC 
Temperatura de operação -25 ~ 85 ºC 
Fonte: UsinaInfo, 2020. 
 
 
 
 
 
 
35 
 
2.1.4 Display supervisório Nextion 
 
 
O Display Nextion é um dispositivo que pode ser usado como uma 
interface homem-máquina (IHM), que apresenta na tela as informações sobre 
variáveis de um processo a ser controlado. O usuário consegue fazer interações 
através da sua tela touch, como enviar comandos para algum acionamento ou apenas 
trocar de tela para observar um gráfico. 
Além disso, o Nextion possui seu próprio editor de telas, que será 
abordado mais à frente. 
Como visto acima, o Nextion foi escolhido como supervisório devido as 
suas características (Observe Tabela 4), além de sua praticidade no desenvolvimento, 
na realização da comunicação com o Arduino e a sua interface totalmente intuitiva. 
 
Tabela 4 – Características do Display Nextion 
Parâmetros Dados 
Tamanho 7.0” 
Resolução 800*480 
RAM 3584 Byte 
MCU 48 MHz 
Temperatura de trabalho -20 ~ 70ºC 
Tensão de operação 5V 
Corrente de operação 510mA com brilho da tela no máximo 
Fonte: Nextion, 2020. 
 
 
 
 
 
 
36 
 
2.1.5 Sensor DHT11 
 
 
O sensor DHT11 é um dos componentes mais práticos quando se trata 
de medição de temperatura e umidade em pequenos projetos. 
Como deseja-se fazer um acompanhamento do ambiente, para em 
seguida fazer diversas comparações de como a umidade do solo se comporta em dias 
com climas diferentes, e por possuir características (Observe Tabela 5) que se 
encaixam nas nossas necessidades, o DHT11 tornou-se uma excelente escolha para 
se trabalhar. 
 
Tabela 5 – Características do sensor DHT11 
Parâmetros Dados 
Faixa de medição de umidade 50% a 90% UR 
Faixa de medição de temperatura 0º a 50º Celsius 
Tensão de operação 3 – 5VDC (5.5VDC Máximo) 
Corrente 200µA a 500mA 
Precisão de medição de umidade ± 5,0% UR 
Precisão de medição de temperatura ± 2.0 ºC 
Fonte: FilipeFlop, 2013. 
 
 
2.1.6 Válvula solenoide 
 
 
Jefferson (s.d) confirma que o atuador utilizado no processo, a válvula 
solenoide do modelo NF (normalmente fechado) possui uma bobina que ao receber 
corrente elétrica, gera-se um campo magnético, fazendo com que o êmbolo da válvula 
seja acionado, criando um sistema de abertura e fechamento. O campo magnético é 
o responsável pelo pino ser puxado para o centro da bobina, abrindo a válvula e 
liberando a passagem do fluído. Entretanto, quando a bobina perde energia, o pino 
37 
 
exerce uma força através de seu peso e da mola instalada, fechando a válvula e 
consequentemente bloqueando a passagem do fluído. 
Foi feito a escolha da válvula solenoide devido a sua simples utilização, 
custo e eficiência, possuindo características (Veja Tabela 6) que atendem as 
necessidades do projeto. 
 
Tabela 6 – Características da válvula solenoide 
Parâmetros Dados 
Tensão bobina 127 VCA / 60Hz 
Fluxo máximo de água 40 L/min 
Temperatura máxima 60 ºC 
Medida dos bocais Entrada: ¾" – Saída: ¼" 
Corpo Termoplástico 
Modelo NF com 1 canal 
Fonte: Emicol, 2020. 
 
 
2.1.7 NodeMCU 
 
 
“O NodeMCU é uma plataforma open source da família ESP8266 criado 
para ser utilizado no desenvolvimento de projetos IoT” (MASTERWALKER, 2017, n.p). 
A escolha da NodeMCU se baseou na necessidade de exportar e 
acompanhar os dados via nuvem. Por possuir WiFi nativo, baixo consumo de energia 
e características (Observe Tabela 7) que suprem nossa necessidade, a placa se 
tornou uma excelente opção de implementação. 
 
 
 
 
 
 
38 
 
Tabela 7 – Características do NodeMCU 
Parâmetros Dados 
Tensão de operação 5V DC 
Memória Flash 4 MB 
Memória RAM 128 Kb 
Temperatura de operação -40 ºC até 125 ºC 
Pinos operacionais 3.3V DC 
Corrente máxima 12 mA 
Fonte: Blog MasterWalker, 2017. 
 
 
2.1.8 Conversor de Nível Lógico Bidirecional 
 
 
O conversor é um pequeno módulo capaz de diminuir sinais lógicos de 
5V para 3,3V ou elevar de 3,3V para 5V. 
“Considerado bidirecional, conta com dois pares de pinos de nível 
elevado para o rebaixado, e vice-versa, possuindo duas entradas e saídas em cada 
lado, o que possibilita trabalhar de forma independente” (USINAINFO, 2020, n.p.). 
A necessidade de converter os sinais lógicos que o Arduino (5V) 
transmitia via serial para a NodeMCU (3,3V), obrigou o uso do conversor que através 
de suas características (Veja Tabela 8), atendem as necessidades para que os dois 
controladores se “comunicassem”. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
39 
 
Tabela 8 – Características do Conversor Bidirecional 
Parâmetros Dados 
Modelo CNL8 
Alta tensão 5V 
Baixa tensão 3,3V 
GND/VCCA/VCCB Tensão de Referência 
Quantidade de canais 8 canais independentes 
Fonte: Usinainfo, 2020. 
 
 
2.1.9 Materiais auxiliares 
 
 
Foram utilizados alguns materiais auxiliares no desenvolvimento, tais 
como, mangueira de jardim, presilhas, chuveirinho de banheiro, jumpers, caixa em 
MDF, protoboard, fio de cobre para as ligações de energia elétrica, plugue e tomadas. 
 
 
2.2 PLATAFORMAS 
 
 
Logo abaixo, será apresentada uma breve descrição das características 
de cada plataforma utilizada no desenvolvimento do projeto. 
 
 
2.2.1 IDE do Arduino 
 
 
A IDE do Arduino (Veja Figura 14) é um software gratuito de 
desenvolvimento que faz a gravação do código diretamente no microcontrolador. 
40 
 
Dentro da IDE, encontra-se diversas ferramentas que auxiliam na 
criação do código, como editores e compiladores, demonstrando sua funcionalidade 
e versatilidade. 
 
 
Figura 14 – IDE do Arduino. 
Fonte: Os autores. 
 
 
2.2.2 Nextion Editor 
 
 
O NextionEditor (Observe Figura 15) é um software de desenvolvimento 
para a plataforma Nextion, onde pode-se facilmente montar interfaces IHM, 
simplesmente arrastando e soltando componentes na sua tela, como: controles 
deslizantes, gráficos, botões, textos, imagens, animações etc. 
41 
 
 
Figura 15 – Nextion Editor. 
Fonte: Os autores. 
 
 
2.2.3 IBM Cloud – Internet of Things (IoT) 
 
 
A IBM Cloud – Internet of Things (IoT) é uma plataforma em nuvem 
gratuita que permite receber dados via wireless, trabalhá-los, e demonstrá-los através 
de interfaces gráficas e numéricas (Veja Figura 16). 
 
 
42 
 
 
Figura 16 – Exemplo de um gráfico da plataforma em nuvem. 
Fonte: IBM Watson. 
 
 
2.3 METODOLOGIA 
 
 
O propósito inicial do projeto é elaborar um sistema de irrigação 
automático controlado através do nível de umidade do solo. 
Utilizando como referência um nível de umidade definido pelos autores, 
se a umidade recuar a um nível menor que o estabelecido, o sistema atuará uma 
válvula que fará a irrigação por um certo tempo até a umidade do solo atingir o valor 
estabelecido. 
As condições das variáveis serão constantemente monitoradas em um 
sistema supervisório local e em nuvem, desenvolvidos pelos autores. 
 
 
2.3.1 Desenvolvimento do circuito eletrônico 
 
 
Todos os componentes foram pensados e escolhidos pelos autores com 
o propósito de elaborar um projeto rentável e que apresentasse bons resultados. 
43 
 
Inicialmente foram posicionados todos os componentes em uma 
protoboard para a comunicação com o Arduino, o dispositivo Nextion e a ESP8266. 
Foram utilizados ¾ dos barramentos externos da protoboard para energização de 5V, 
e ¼ restante para a energização de 3,3V (Veja Figura 17), voltados para a alimentação 
dos componentes, energia essa fornecida pelo próprio Arduino, que por sua vez, foi 
alimentado diretamente por uma fonte externa. 
 
 
Figura 17 – Alimentação dos barramentos. 
Fonte: Os autores. 
 
O módulo do sensor de umidade do solo possui quatro pinos de conexão, 
sendo dois para a alimentação e dois para dados. Em relação aos pinos de saída de 
dados, um é utilizado para saída analógica (AO) e outro para saída digital (DO) 
(Observe Figura 18). 
44 
 
 
Figura 18 – Módulo sensor umidade do solo. 
Fonte: Usinainfo. 
 
O sensor DHT11 possui quatro pinos de conexão, sendo dois para a 
alimentação, um para dados e o outro sem conexão (NC) (Observe Figura 19). Dentro 
do sensor, existe um microcontrolador integrado responsável por fazer as medições e 
transmiti-las no formato digital através do pino de saída de dados. 
A Aosong (s.d), fabricante do componente, concorda que o interessante 
é a forma como é realizada a transferência de dados entre o microcontrolador e o 
DHT11, pois a partir de seu protocolo de comunicação, os dados são enviados e 
recebidos por um único barramento serial, ou seja, a comunicação ocorre nos dois 
sentidos, do sensor para o microcontrolador e vice-versa. 
Após a leitura do sensor, os dados são enviados em 5 segmentos de 8 
bits (40bits): 
• Os dois primeiros bytes referem-se ao valor medido da umidade do 
ar de forma integral e decimal respectivamente; 
• O terceiro e quarto bytes referem-se ao valor medido da 
temperatura de forma integral e decimal respectivamente; 
• O último byte é o checksum dos dados. 
45 
 
 
Figura 19 – Sensor DHT11. 
Fonte: RoboCore. 
 
O sinal de saída do sensor de umidade de solo é analógico, e de acordo 
com a tensão de referência trabalhada, vai variar de 0 a 5V. Como o ATmega328 
possui 10 bits de resolução, ao utilizar uma tensão contínua de 5V, temos uma 
resolução de: 
 
 
Conforme calculado, as entradas analógicas possuem um valor de 
degrau de aproximadamente 4,88mV, e através da função AnalogRead, na 
programação, é possível converter em um número inteiro que varia de 0 a 1023 
conforme a entrada. No final, os valores inteiros de 0 a 1023 são mapeados para um 
novo valor mínimo e um novo valor máximo, de 0 a 100 respectivamente (Veja Figura 
20). 
 
 
Figura 20 – Linha de código que faz o mapeamento do sinal do sensor. 
Fonte: Os autores. 
 
Desta maneira, utilizaram-se os seguintes pinos de entradas analógicas 
que possuem um conversor A/D para realizar a conexão: 
46 
 
• Saída analógica A0 do módulo do sensor de umidade do solo foi 
conectado na entrada analógica A1 do Arduino; 
• Pino de dados do DHT11 foi conectado na entrada analógica A0 
do Arduino. 
Os sensores são alimentados diretamente pelo Arduino ligado à 
protoboard com uma tensão contínua de 5V. 
O display Nextion possui quatro pinos de conexão, sendo dois para a 
alimentação e outros dois para comunicação serial (RX e TX) (Observe Figura 21). 
 
 
Figura 21 – Conexões Nextion. 
Fonte: Laboratório de Garagem. 
 
A comunicação foi feita realizando as seguintes ligações: 
• O pino de comunicação RX do display Nextion foi conectado no 
pino TX do Arduino; 
• O pino de comunicação TX do display Nextion foi conectado no 
pino RX do Arduino. 
As conexões de alimentação do Nextion são ligadas em uma fonte 
externa, pois o Arduino não é capaz de fornecer corrente suficiente para o Nextion 
operar. O Arduino fornece em suas saídas uma corrente máxima de 40mA, 
insuficiente para o Nextion que trabalha com aproximadamente 500mA. 
O módulo relé possui as conexões de alimentação e entrada digital que 
receberá a informação para atuar ou não a válvula solenoide. Além disso, possui os 
bornes com os contatos NA, NF e Comum, para controlar a válvula (Observe Figura 
22). 
47 
 
 
Figura 22 – Módulo Relé. 
Fonte: Eletrogate. 
 
A comunicação foi feita realizando a seguinte ligação: 
• O pino de entrada de dados (IN) foi conectado no pino digital 10 
do Arduino. 
A alimentação foi feita de forma semelhante aos demais equipamentos, 
conectando seus pinos de alimentação (VCC e GND) nos barramentos de energia de 
5V da protoboard. 
A válvula solenoide foi conectada no Comum do relé e no plugue de 
energia, ligado em 127V, que está em série com o contato Normalmente Fechado 
(NF), portanto, ao receber um sinal lógico “True” na entrada do relé, a válvula irá atuar, 
liberando o fluxo de fluído. 
Para a comunicação com a nuvem, foi utilizado a placa de 
desenvolvimento NodeMCU (Veja Figura 23), que foi interligada ao Arduino através 
de um conversor de sinal lógico devido a sua diferença de tensão de trabalho. O 
Arduino trabalha em 5V e a NodeMCU em 3,3V. 
48 
 
 
Figura 23 – Composição da Placa NodeMCU. 
Fonte: Blog MasterWalker. 
 
As ligações de alimentação do conversor de sinal (Observe Figura 24) 
foram feitas utilizando os seguintes pinos: 
• Os pinos VCCA e GND, superiores e inferiores, foram conectados 
ao barramento exterior da protoboard alimentados com 3,3V; 
• Os pinos VCCB e GND, superiores e inferiores, foram conectados 
ao barramento exterior da protoboard alimentados com 5V. 
 
Figura 24 – Representação esquemática do conversor 
de sinais. 
Fonte: Os autores. 
49 
 
Para a comunicação de dados entre o Arduino e a NodeMCU, foi 
necessário a criação de duas portas seriais extras no Arduino que foram definidas 
pelos autores a serem os pinos digitais 6 e 7 do Arduino. 
A comunicação foi feita realizando as seguintes conexões: 
• O pino digital D6 do Arduino foi conectado ao canal B0 do 
conversor, que pertence ao conjunto de canais de 5V; 
• O pino digital D7 do Arduino foi conectado ao canal B1 do 
conversor, que pertence ao conjunto de canais de 5V; 
• O pino A0, referente ao sinal lógico recebido pela porta B0 
convertido para 3,3V, foi conectado ao pino TX da NodeMCU; 
• O pino A1, referente ao sinal lógico recebido pela porta B1 
convertido para 3,3V, foi conectado ao pino RX da NodeMCU. 
No esquemático abaixo (Veja Figura 25), foi criado uma representação 
do circuito desenvolvido. 
 
 
Figura 25 – Esquemático do circuito desenvolvido.Fonte: Os autores. 
 
 
50 
 
2.3.2 Desenvolvimento do sistema supervisório 
 
 
Como citado anteriormente, para a criação da tela do supervisório, foi 
utilizado o software Nextion Editor. 
Inicialmente foram criadas as ferramentas de uso e feito os 
posicionamentos na tela de desenvolvimento (Veja Figura 26). Para a criação da tela 
do projeto utilizou-se: 
• Uma imagem de fundo; 
• Um gráfico de linhas, que irá mostrar em tempo real todos os 
dados coletados pelos sensores de forma trabalhada para o projeto; 
• Três barras de progressão, que irão mostrar uma animação 
conforme os dados oscilem; 
• Três caixas de texto que mostrarão de forma numérica, a 
porcentagem de umidade do solo e do ar, além do valor da temperatura em ºC em 
tempo real; 
• Algumas caixas de texto para descrição do que está sendo 
mostrado. 
 
Figura 26 – Desenvolvimento da interface do supervisório. 
Fonte: Os autores. 
 
51 
 
Nas barras de progressão foi feito algumas configurações (Observe 
Figura 27) como a identidade (id) e o nome do objeto (objname), necessárias para 
fazer a comunicação com o Arduino, vinculando os dados trabalhados dos sensores 
com a barra de progresso através do id declarado no código (Veja Figura 28). No caso, 
exemplificou-se a barra de temperatura, porém o conceito se aplica igualmente às 
barras de progresso das umidades. 
 
 
Figura 27 – Configuração de 
uma ferramenta. 
Fonte: Os autores. 
 
 
Figura 28 – Linha de código com configurações a serem declaradas. 
Fonte: Os autores. 
52 
 
Na animação de progresso, foi necessário utilizar duas imagens 
parecidas, uma com o interior transparente e a outra com o interior preenchido (No 
caso utilizou-se vermelho), além de necessariamente possuírem valores de id 
diferentes (Veja Figura 29). 
 
 
Figura 29 – Imagens para 
animação. 
Fonte: Os autores. 
 
Na configuração da barra de progresso, é necessário incluir as 
identidades (id) das duas imagens que serão envolvidas na animação da seguinte 
maneira: 
• bpic = id da imagem transparente, que ficará por baixo (No caso 
da barra de temperatura, utilizou-se o id = 18, referente a imagem do termômetro 
transparente); 
• ppic = id da imagem preenchida, que conforme for aumentando o 
valor recebido pelo sensor, irá sobrepondo proporcionalmente a imagem transparente 
(No caso da barra de temperatura, utilizou-se o id = 17, referente a imagem do 
termômetro com interior preenchido). 
 
 
2.3.3 Desenvolvimento da interface gráfica na nuvem. 
 
 
Inicialmente, para fazer uso das ferramentas da plataforma, foi criado 
uma conta gratuita no site da IBM. Após finalizar a criação da conta, são geradas 
algumas chaves de autenticação, responsáveis por fazer a ponte de comunicação via 
53 
 
protocolo MQTT entre a plataforma em nuvem com o controlador ESP8266 para a 
transferência de dados. 
Em seguida, foi necessário criar um dispositivo que é responsável por receber os 
dados transmitidos pela ESP8266 (Veja Figura 30). 
 
 
Figura 30 – Identificação das chaves geradas e do dispositivo criado. 
Fonte: Os autores. 
 
Com a comunicação e a transferência de dados já estabelecidos, foi 
criado uma interface gráfica para cada variável coletada pelos sensores, que exibirão 
os valores em tempo real (Veja Figura 31). 
 
54 
 
 
Figura 31 – Interface gráfica das variáveis a serem monitoradas. 
Fonte: Os autores. 
 
 
2.3.4 Acabamentos 
 
 
Foi utilizado uma caixa em MDF (20x20x8) para o acabamento do 
projeto, onde foi cortada em sua tampa um retângulo (15,7x9) para o posicionamento 
e visualização do dispositivo Nextion. Em sua lateral, foram feitos vários furos para as 
saídas dos fios de sensores e alimentação. Todo o circuito foi colocado dentro na 
caixa, para uma melhor organização do projeto. Por último, a caixa foi pintada de preto 
(Observe Figura 32). 
55 
 
 
Figura 32 – Visualização do sistema supervisório elaborado. 
Fonte: Os autores. 
 
Para a parte de irrigação, foi implantado um bico com presilha na torneira 
para acoplamento da mangueira de jardim. Na outra ponta da mangueira foi ligado a 
válvula através de outro bico com presilha. A saída da válvula foi ligada em outro 
pedaço de mangueira de jardim que por sua vez, possui um chuveirinho de banheiro 
para reduzir a vazão e espalhar a água (Observe Figura 33). 
56 
 
 
Figura 33 – Projeto construído e implementado. 
Fonte: Os autores. 
 
É importante ressaltar que os tamanhos das mangueiras são relativos, 
dependem do posicionamento do sistema em relação a área que será regada, quanto 
mais distante, maior será a mangueira. No caso, foi utilizado 1,5m para cada 
mangueira. 
Com o projeto finalizado e funcional, foram realizados testes em 
condições climáticas diferentes para uma melhor análise dos resultados, que serão 
apresentados e detalhados no capítulo seguinte. 
 
 
 
 
 
 
 
57 
 
 
 
3 TESTES E RESULTADOS 
 
 
A seguir serão apresentados de forma detalhada os testes e resultados, 
assim como os problemas encontrados e as soluções, utilizando o sistema 
supervisório local e o monitoramento em nuvem, onde foi desenvolvido duas 
programações distintas para cada controlador utilizado (Arduino e ESP8266). 
 
 
3.1 ANÁLISE DE DADOS NO SUPERVISÓRIO LOCAL 
 
 
Para o início dos testes, a primeira etapa realizada foi a calibração dos 
sensores a partir de uma referência conhecida. No caso do sensor de umidade do 
solo, foram escolhidos diferentes meios para medição, estando primeiramente fora de 
contato com qualquer superfície e depois posicionado dentro de um copo com água 
(0% e 100% de umidade, respectivamente) (Observe Figura 34). 
 
 
Figura 34 – Teste calibração do sensor de umidade do solo. 
Fonte: Os autores. 
58 
 
Para calibrar o DHT11, foi utilizado o método de comparação com outros 
equipamentos que realizam a mesma função de medir temperatura e umidade do ar. 
Para calibrar a temperatura, utilizou-se termômetros em um ambiente externo e um 
equipamento de ar-condicionado para ambientes internos, a fim de variar a 
temperatura do local, comparando os valores medidos pelo sensor com os valores 
medidos nos equipamentos. No caso da umidade do ar, fez-se o uso de um 
umidificador para variar a umidade em um ambiente fechado, permitindo que o sensor 
variasse sua leitura de forma gradativa, comparando de forma paralela com a medição 
do umidificador (Observe Figura 35). 
 
 
Figura 35 – Calibração do DHT11. 
Fonte: Os autores. 
 
Com os sensores devidamente calibrados e o monitoramento no 
supervisório exibindo os valores coerentes (Veja Figura 36), a segunda etapa foi a 
análise do limite mínimo de umidade, assim como o tempo de atuação da válvula. 
59 
 
 
Figura 36 – Acompanhamento das variáveis calibradas no supervisório. 
Fonte: Os autores. 
 
Inicialmente, para ampliar a área de irrigação, distribuindo a água de 
uma forma mais suave, a mangueira com o chuveirinho foi posicionada a uma altura 
de aproximadamente 50cm acima do solo (Veja Figura 37). 
60 
 
 
Figura 37 – Posicionamento da mangueira na planta. 
Fonte: Os autores. 
 
Em um primeiro momento, foi utilizado para teste, um limite mínimo de 
45% de umidade do solo com 5s de irrigação constante, levando-se em conta uma 
torneira parcialmente aberta e a sonda posicionada a aproximadamente 10cm de 
profundidade no solo. 
Ao chegar em 44% de umidade do solo, abaixo do limite mínimo, a 
válvula é aberta, liberando o fluxo de água, irrigando a planta (Observe Figura 38). 
Porém percebeu-se que a variação da umidade do solo é lenta, e por isso, a superfície 
do solo antes da irrigação já se encontrava parcialmente seca (Lembrando que a 
sonda estava a 10cm de profundidade). 
61 
 
 
Figura 38 – Irrigação da planta com limite abaixo de 45% de umidade do solo. 
Fonte: Os autores. 
 
Ao analisar o resultado juntamente com a situação da plantaantes da 
irrigação, foi decidido testar com um limite mínimo maior, com a intenção de deixar o 
solo sempre úmido. 
Em um segundo teste, foi alterado o valor mínimo de umidade do solo 
para 75% com 3s de irrigação constante. A vazão da torneira, o posicionamento do 
chuveirinho e a profundidade da sonda permaneceram inalterados. 
Ao atingir 74% de umidade do solo (Observe Figura 39), abaixo do valor 
mínimo, ocorreu a irrigação durante 3s. 
 
62 
 
 
Figura 39 – Irrigação da planta com limite abaixo de 75% de umidade do solo. 
Fonte: Os autores. 
 
Ao analisar o resultado do segundo teste, momentos antes da irrigação, 
a superfície do solo não se encontrava tão seca quanto no primeiro teste e a camada 
medida a 10cm de profundidade encontrava-se parcialmente úmida. Devido ao curto 
tempo de irrigação (3s), a planta recebe um pequeno volume de água, fazendo com 
que o solo permaneça com uma umidade relativamente adequada e aceitável. 
Com todas as configurações feitas, foram realizados testes em 
ambientes diferentes. O primeiro teste foi feito para analisar a variação das leituras 
dos sensores em um ambiente interno fechado, em um período vespertino, com 
intervalo de 20min entre as amostragens (Observe Quadro 1). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
63 
 
Quadro 1 – Teste em ambiente interno fechado. 
Hora Temperatura (ºC) Umidade ar (%) Umidade solo (%) 
18:00 31 48 89 
18:20 30 43 90 
18:40 30 42 89 
19:00 30 42 90 
19:20 29 41 86 
19:40 30 44 86 
20:00 30 50 85 
20:20 30 50 85 
20:40 30 53 84 
21:00 30 54 84 
21:20 29 55 85 
21:40 29 52 85 
22:00 28 51 85 
22:20 28 53 85 
22:40 28 55 84 
23:00 27 54 84 
23:20 28 53 84 
23:40 28 51 80 
00:00 28 50 80 
Fonte: Os autores. 
 
Ao analisar os dados coletados, percebeu-se que a umidade do solo foi 
diminuindo gradativamente, o que pode ser explicado devido a temperatura 
parcialmente elevada no ambiente. Com relação a umidade do ar, foi ligado um 
umidificador das 19h15min às 21h15min, direcionado de forma oposta ao sistema, 
fazendo com que a umidade variasse nesse período. Após desligar o umidificador, 
a tendência da umidade do ar foi de diminuir (Veja Figura 40). 
 
64 
 
 
Figura 40 – Oscilação das variáveis em um ambiente interno fechado. 
Fonte: Os autores. 
 
Em um segundo teste, o sistema foi instalado durante boa parte do dia 
em uma área externa coberta sem incidência do sol no período da manhã, com um 
intervalo de 1h entre as amostragens (Veja Quadro 2). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Teste em Ambiente Interno Fechado
Umidade Solo (%) Umidade Ar (%) Temperatura (ºC)
65 
 
Quadro 2 – Teste em ambiente externo. 
Hora Temperatura (ºC) Umidade ar (%) Umidade solo (%) 
08:00 31 48 89 
09:00 30 43 90 
10:00 30 42 89 
11:00 30 42 90 
12:00 29 41 86 
13:00 30 44 86 
14:00 30 50 85 
15:00 30 50 85 
16:00 30 53 84 
17:00 30 54 84 
18:00 29 55 85 
19:00 29 52 85 
20:00 28 51 85 
21:00 28 53 85 
Fonte: Os autores. 
 
Percebe-se que com o aumento da temperatura, a tendência da umidade 
do ar é diminuir. Em relação a umidade do solo, ao analisar o comportamento no 
período da manhã, por estar posicionado em uma área com sombra, não teve tanta 
variação mesmo com o aumento da temperatura e diminuição da umidade do ar. 
Após as 14h, momento em que o sol começa a incidir sobre a planta, a 
umidade do solo começa a diminuir gradativamente. Ao chegar no valor mínimo de 
umidade do solo estabelecido (74%), a válvula é acionada, irrigando a planta durante 
5s, elevando novamente a umidade do solo para 92% (Observe Figura 41). 
Vale ressaltar que ocorreu uma breve garoa das 14h30min às 14h40min, 
refletindo na oscilação da variável da umidade do ar nesse período. 
66 
 
 
Figura 41 – Oscilação das variáveis em um ambiente externo. 
Fonte: Os autores. 
 
Na sequência foi realizado testes para analisar os dados a partir da 
implementação do sistema em nuvem, para um melhor acompanhamento das 
variáveis. 
 
 
3.2 ANÁLISE DE DADOS NO MONITORAMENTO EM NUVEM 
 
 
Logo no primeiro teste, foi encontrado o primeiro obstáculo a ser 
resolvido. Os dados eram enviados da NodeMCU para o servidor de caractere por 
caractere. Por exemplo, quando deveria ser enviado o valor 52 de umidade do ar, o 
caractere “5” era enviado para a variável de umidade do ar na nuvem e o caractere 
“2” para a variável de umidade do solo na nuvem, comprometendo totalmente o 
monitoramento gráfico. 
Devido a esse problema, foi desenvolvido uma complexa programação, 
agrupando os caracteres de cada variável enviada, para que o servidor conseguisse 
reproduzir os dados de forma correta e demonstrar de forma gráfica. 
 
79 80 79 79 77 77 77 75 74
92
88 86 85 84
64
67 65
62
59
52 52
55
48 47 48 49
50 51
25 26 27 27
28 30
31 31 32 33 33 32 29 28
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
100
08:00 09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00
Teste Ambiente Externo
Umidade Solo (%) Umidade Ar (%) Temperatura (ºC)
67 
 
Na programação (Veja Figura 42) foi criada uma lógica, onde é enviado 
uma letra para a NodeMCU e após ela, são enviados os valores da primeira variável, 
para que ocorra a separação dos números enviados de cada variável. Em seguida, foi 
criado uma condição para coletar esses caracteres enviados, agrupar em uma única 
variável do tipo char e enviar para o servidor. Essa condição foi replicada para as 
demais variáveis existentes. 
 
 
Figura 42 – Lógica de separação dos caracteres de cada variável. 
Fonte: Os autores. 
68 
 
Como a lógica foi desenvolvida para trabalhar as variáveis com dois 
dígitos, foi criado uma outra condição para que quando o sensor atingisse um valor 
inferior a 10, ou seja, com apenas um caractere, o valor enviado fique constantemente 
em 10. Do mesmo modo, foi criado a mesma condição para valores superiores a 99, 
ou seja, com três caracteres, enviando constantemente o valor 99 (Observe Figura 
43). Isso foi necessário para fins de demonstração, pois ao tirar o sensor da planta, 
ele logo iria para zero e atrapalharia a interface gráfica. 
 
 
Figura 43 – Lógica para limitação 
dos dígitos enviados a nuvem. 
Fonte: Os autores. 
 
Após resolver o problema descrito anteriormente, foi realizado um teste 
durante 5min de coleta de dados para analisar o comportamento de forma simultânea 
entre o supervisório local e o monitoramento em nuvem (Observe Figuras 44, 45, 46 
e 47). 
 
 
 
 
69 
 
 
Figura 44 – Acompanhamento da temperatura pela nuvem. 
Fonte: Os autores. 
 
70 
 
 
Figura 45 – Acompanhamento da umidade do ar pela nuvem. 
Fonte: Os autores. 
71 
 
 
Figura 46 – Acompanhamento da umidade do solo pela nuvem. 
Fonte: Os autores. 
 
72 
 
 
Figura 47 – Acompanhamento das variáveis no supervisório local. 
Fonte: Os autores. 
 
A partir dos dados coletados observou-se que os resultados estavam 
coerentes e que o problema havia sido resolvido. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
73 
 
 
 
CONCLUSÃO 
 
 
O objetivo deste trabalho foi desenvolver e implementar um sistema de 
irrigação automatizado, com supervisório local e em nuvem. Com o constante avanço 
da tecnologia em todos os segmentos, procurou-se demonstrar a importância da 
automação na agricultura, permitindo o acionamento da irrigação de maneira 
automática e programada. 
Em resposta as hipóteses levantadas no início deste trabalho, pode-se 
concluir que o sistema de irrigação automático será cada vez mais usado futuramente 
devido ao grande avanço da tecnologia na agricultura e a praticidade que esse sistema 
levará aos agricultores, pois todas as plantas serão sempre regadas quando 
necessário, sem a necessidade de intervenção humana. Em relação aos possíveis 
aprimoramentos, observou-se durante o desenvolvimento desse sistema as seguintes 
ideias:• Derivação de canais para diferentes plantas; 
• Sensor de chuva; 
• Sensor de vazão, para uma possível economia de água; 
• Desenvolvimento de um banco de dados para o armazenamento 
das informações coletadas, gerando históricos, garantindo um melhor controle no 
sistema. 
Após a realização de todos os testes, pode-se concluir que a planta será 
mais afetada durante o período da tarde, onde a concentração de calor será maior e 
fará com que a água presente no solo evapore mais rapidamente, causando a atuação 
da válvula para que a planta seja regada e atinja o nível de umidade desejado. Com 
o supervisório tanto local quanto em nuvem, pode-se acompanhar esse processo 
juntamente com a temperatura e a umidade do ar no ambiente, onde a temperatura 
do ambiente será inversamente proporcional as umidades do solo e do ar, pois quanto 
mais elevada for a temperatura, a tendência será a umidade do solo e a umidade do 
ar diminuírem. 
74 
 
Devido as dificuldades e limitações encontradas durante o ano, este 
trabalho precisou ser readaptado para uma proporção menor e foi implantado em uma 
residência. Mediante todos os objetivos alcançados e com resultados satisfatórios, 
concluiu-se que o sistema cumpriu seus princípios fundamentais, ficando como 
sugestões a trabalhos futuros, sua expansão e aprimoramentos citados 
anteriormente. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
75 
 
 
 
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