Relatório Parcial PI (rev 5 - 22 abril 2021) (1)

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UNIVERSIDADE VIRTUAL DO ESTADO DE SÃO PAULO 
 
 
 
 
Bruna de Paiva Gonçalves 
Felipe Ferreira Pereira 
Felipe Freitas de Oliveira 
Gabriel Felipe Reis Scarpari 
José Maria Fernandes Marlet 
Rodrigo Vieira Peres 
Tiago Tosca dos Santos 
 
 
 
 
APLICAÇÃO DE MANUFATURA ADITIVA PARA FABRICAÇÃO DE 
HORTAS DOMÉSTICAS COM SISTEMA DE MONITORAMENTO E 
CONTROLE VIA INTERNET 
 
 
 
Link do vídeo: a ser incluído no relatório final 
 
Protótipo: a ser incluído no relatório final 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
São José dos Campos – SP 
2021 
 
 
 
UNIVERSIDADE VIRTUAL DO ESTADO DE SÃO PAULO 
 
 
 
 
 
 
APLICAÇÃO DE MANUFATURA ADITIVA PARA FABRICAÇÃO DE 
HORTAS DOMÉSTICAS COM SISTEMA DE MONITORAMENTO E 
CONTROLE VIA INTERNET 
 
 
 
 
Relatório apresentado na disciplina de 
Projeto Integrador para o curso de Engenharia da 
computação da Fundação Universidade Virtual do 
Estado de São Paulo (UNIVESP). 
 
Tutor: Sergio Barros 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
São José dos Campos – SP 
2021 
 
 
 
GONÇALVES, Bruna de Paiva; MARLET, José Maria Fernandes; OLIVEIRA, Felipe 
Freitas de; PEREIRA, Felipe Ferreira; SCARPARI, Gabriel Felipe Reis; PERES, Rodrigo 
Vieira; SANTOS, Tiago Tosca. APLICAÇÃO DE MANUFATURA ADITIVA PARA 
FABRICAÇÃO DE HORTAS DOMÉSTICAS COM SISTEMA DE MONITORAMENTO E 
CONTROLE VIA INTERNET. __ f. Relatório Técnico-Científico (Engenharia da 
Computação) – Universidade Virtual do Estado de São Paulo. Tutor: Sergio Barros. 
Polo: São José dos Campos / Santana, 2021. 
 
 
RESUMO 
 
a ser incluído no relatório final 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Palavras-chave: a ser incluído no relatório final 
 
GONÇALVES, Bruna de Paiva; MARLET, José Maria Fernandes; OLIVEIRA, Felipe 
Freitas de; PEREIRA, Felipe Ferreira; SCARPARI, Gabriel Felipe Reis; PERES, Rodrigo 
Vieira; SANTOS, Tiago Tosca. APLICAÇÃO DE MANUFATURA ADITIVA PARA 
FABRICAÇÃO DE HORTAS DOMÉSTICAS COM SISTEMA DE MONITORAMENTO E 
CONTROLE VIA INTERNET. __ f. Relatório Técnico-Científico (Engenharia da 
Computação) – Universidade Virtual do Estado de São Paulo. Tutor: Sergio Barros. 
Polo: São José dos Campos / Santana, 2021. 
 
 
 
ABSTRACT 
 
 
a ser incluído no relatório final 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Keywords: a ser incluído no relatório final 
 
 
 
 
Sumário 
1. INTRODUÇÃO 6 
2. DESENVOLVIMENTO 7 
2.1 PROBLEMA E OBJETIVOS 7 
2.1.1 Objetivos da pesquisa 7 
2.1.1.1 Objetivo geral 7 
2.1.1.2 Objetivos específicos 8 
2.2 JUSTIFICATIVA 8 
2.2.1 Aplicação de Design Thinking 8 
2.2.2 Definição do Problema a Ser Resolvido 9 
2.2.3 Contextualização do Problema 10 
2.3 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 10 
2.3.1 Horticultura 10 
2.3.1.1 Tipos de Sistemas 11 
2.3.1.2 Tipos de Hortas 11 
2.3.1.3 Requisitos do Sistema 12 
2.3.2 Manufatura Aditiva 12 
2.3.3 Internet das Coisas 15 
2.3.3.1 Arquitetura IoT 16 
2.3.3.2 Dispositivo IoT 17 
2.3.3.3 Protocolos de Comunicação 18 
2.3.3.4 Middleware 19 
2.4.1 Fabricação de Horta Via Manufatura Aditiva 19 
2.4.2 Esquemático do sistema 21 
2.4.2.1 Sistema de Gotejamento 22 
2.4.2.1.1 Gotejador 22 
2.4.2.1.2 Sensor de Umidade 23 
2.4.2.1.3 Válvula Solenoide 24 
2.4.2.2 Sistema de controle de pH 24 
2.4.2.2.1 Sensor de pH 24 
2.4.2.3 Sistema de controle de iluminação 25 
2.4.2.3.1 Luz ultravioleta 25 
2.4.2.3.2 Fotocélula 25 
3. RESULTADOS 26 
4. CONSIDERAÇÕES FINAIS 27 
REFERÊNCIAS 28 
6 
 
1. INTRODUÇÃO 
 
De acordo com o relatório “Perspectivas da População Mundial 2019” do 
Departamento de Assuntos Econômicos e Sociais da ONU (2019), a população mundial 
atualmente conta com 7,7 bilhões de habitantes em 2019 e presume-se que por volta do 
ano 2050 ela chegue a 9,7 bilhões de habitantes. Este rápido crescimento populacional, 
aliado à elevação da expectativa de qualidade de vida das pessoas, faz com que seja 
imprescindível a melhoria da eficiência da agricultura, para que tal situação seja 
sustentável. 
Conforme Lamas (2017), o setor agrícola vem se deparando com crescentes 
desafios no que tange a produção de alimentos tanto em quantidade quanto em qualidade 
para combater o problema da fome e má nutrição, que afetam negativamente a economia 
dos países. Com o advento da evolução tecnológica, vê-se que a união da agricultura 
com a tecnologia da informação se tornou necessária 
No Brasil, a agricultura tem um papel importantíssimo no desenvolvimento e na 
economia. Aqui, os fazendeiros vêm há muito tempo utilizando-se de técnicas manuais 
para a irrigação que fazem com que as plantações sejam molhadas apenas em períodos 
regulares, acarretando em regiões sendo irrigadas demais e outras de menos. 
 Portanto, observa-se que existe a necessidade de criação de um sistema de 
irrigação que responda à umidade do solo (Soil Moisture Sensing - SMS) de maneira 
adequada (GUTIERRES; NEVES, 2021), permitindo não somente a melhoria da eficiência 
da produtividade como também a economia de água empregada no processo. Este 
sistema é de extrema importância por ter o potencial de prover a máxima eficiência do uso 
da água (Maximum Water Use Efficiency - MWUE). 
A ideia do Projeto Integrador VII é criar um sistema de irrigação autônomo em 
menor escala (hortas domésticas) com sistema de controle e monitoramento via internet 
que permita escalabilidade para utilização em grandes plantações. 
 
 
 
 
 
 
7 
 
2. DESENVOLVIMENTO 
 
2.1 PROBLEMA E OBJETIVOS 
 
O projeto surgiu da detecção da necessidade de criação de um sistema de 
irrigação autônomo, que permitirá melhorar a quantidade e qualidade de alimentos 
produzidos em uma horta doméstica, permitindo sua escalabilidade para sistemas de 
grande porte (grandes plantações). 
Este formato permitirá grande melhora na eficiência de produção de alimentos, 
grande economia de água e a redução de custos de produção tornando o processo mais 
competitivo e sustentável. 
 
2.1.1 Objetivos da pesquisa 
 
O objetivo desse trabalho é permitir que se coloque em prática o que foi 
apresentado até o momento no curso de Engenharia de Computação, integrando as 
matérias estudadas nos semestres anteriores, dando assim, a possibilidade de 
aprofundamento em questões reais, assim como dando a oportunidade de ampliar o uso 
de soluções inovadoras para essas questões. 
Outro objetivo é a utilização da pesquisa como meio para resolver problemas, 
estimular o espírito de equipe, interdisciplinaridade e desenvolvimento de novas ideias. 
 
2.1.1.1 Objetivo geral 
 
O presente trabalho tem por objetivo o desenvolvimento de um sistema de irrigação 
autônomo monitorado e controlado via internet, que quando aplicado em larga escala 
possibilite a melhoria da produtividade e sustentabilidade da cadeia produtiva de 
alimentos como um todo. 
 
 
 
 
 
8 
 
2.1.1.2 Objetivos específicos 
 
O objetivo específico deste projeto integrador é desenvolvimento de um sistema de 
irrigação autônomo de hortas domésticas monitorada por um aplicativo mobile, que 
permita aos seus usuários o monitorarem e controlarem via internet. 
 
2.2 JUSTIFICATIVA 
 
O projeto integrador deste semestre está contextualizado em um ambiente de 
exceção, em meio a uma das piores pandemias da história recente da humanidade 
provocada pelo vírus da Covid 19, perdendo talvez apenas para a peste negra na Idade 
Média e a gripe espanhola. 
Neste contexto da pandemia atual, foi priorizada uma proposta original de trabalho 
integrador, que abrangesse duas soluções, a saber: 
1ª) Aplicação de conceitos da internet das coisas (IoT) a problemas de 
abastecimento. No caso do presente trabalho no monitoramento e controle de hortas 
domésticas em espaços confinados, tais como apartamentos e casa em geral. 
2ª) Utilização de técnica de manufatura aditiva para construção de hortas 
domésticas para espaços confinados, como apartamentos e pequenas residências. A 
técnica de manufatura adotada usa filamentosde polímero PET (polietileno tereftalato) 
obtidos a partir de garrafas PET recicladas. 
 
2.2.1 Aplicação de Design Thinking 
 
Conforme apresentado por Guimarães (2019), a utilização do conceito de Design 
Thinking preconiza a adoção de algumas fases, que podem ser sintetizadas em 5 etapas, 
a saber: 
1- Identificar onde encontrar oportunidades de inovação 
Trata de descobrir onde encontrar caminhos para inovar a partir do conhecimento 
próprio e do ambiente externo. Nesta etapa é importante a “escuta empática”, onde as 
partes envolvidas, a saber: partes interessadas e desenvolvedores conversam sobre os 
problemas e começam a visualizar ideias de potencial interesse. 
 
9 
 
 2- Descobrir a Oportunidade de Inovação 
 
Nesta etapa busca-se ampliar a abrangência das ideias identificadas no item 
anterior e já se inicia a mapear o mercado para saber da atratividade da ideia. Um ponto 
importante foi bem refletir sobre o contexto atual e analisar a pertinência das ideias 
identificadas. 
 
3- Desenvolver a Oportunidade de Inovação (Produto ou Serviço) 
 
A partir das etapas anteriores, inicia-se a etapa de desenvolvimento do produto. 
 
4- Testar as ideias — protótipos 
 
À medida que o desenvolvimento do produto avançar, é iniciado um processo de 
PDCA (“Plan, Do, Check, Act”). A ideia é trazer o cliente/usuário do produto desenvolvido 
para próximo do ambiente de desenvolvimento, de modo a desenvolver um produto “sob 
medida” e que efetivamente atenda às suas necessidades 
 
5- Implementar a solução 
 
A etapa de implementação do produto começa quando forem executados todos os 
passos anteriores. 
 
2.2.2 Definição do Problema a Ser Resolvido 
 
Como problemas básicos a serem trabalhados, foram selecionados o a produção 
de alimentos e indiretamente também o da reciclagem de materiais plásticos pelo uso de 
técnicas de manufatura aditiva. 
Dado o contexto atual das recomendações da Secretaria de Saúde do Estado de 
São Paulo (2021), o desenvolvimento de hortas domésticas pode ser uma possível 
solução para parte do problema de abastecimento e ao mesmo tempo favorecendo o 
isolamento social nestes momentos mais críticos da pandemia. 
10 
 
Além disso, a partir de técnicas de IoT, é possível desenvolver soluções 
customizadas que podem ser aplicadas em várias situações e contextos, além de 
poderem ser expandidas como apresentado nos trabalhos de Antoniolli (2019) e 
Finkelstein (2018). 
 
2.2.3 Contextualização do Problema 
 
A produção de alimentos em espaços confinados se configura em um desafio 
interessante. No caso deste trabalho, optou-se por desenvolver hortas domésticas, 
passíveis de montadas em qualquer ambiente, aproveitando a disponibilidade de várias 
técnicas de manufatura aditiva. 
A definição do tipo de horta a ser desenvolvido, leva em conta a aplicação de 
design thinking e também de brainstorming realizado pelo grupo. A aplicação da solução a 
ser desenvolvida poderá ser facilmente adaptada para outros espaços. A ideia básica é 
desenvolver um pacote de soluções que possa ser integrado para compor soluções para 
problemas mais complexos. 
 
2.3 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 
 
2.3.1 Horticultura 
 
A horticultura é a ciência agronômica que pesquisa métodos de cultivo de plantas, 
desde sua produção até seu aproveitamento, seja fim de alimentação ou estética. A 
prática dessa atividade teve início em locais e épocas diferentes e tem grande importância 
para o início da sociedade civilizada. De acordo livro “As Origens da Horticultura no Brasil” 
houve grupos que cultivaram plantas antes da colonização, a experiência desses 
contribuiu para o que com a chegada dos colonos portugueses acontecesse o verdadeiro 
nascimento da horticultura no Brasil. Outros marcos importantes nessa história ocorreram 
no século XX com a chegada de europeus e asiáticos e no ano de 1939, pois devido a II 
Guerra Mundial o país teve que romper a dependência da importação de sementes da 
Europa, Japão e os Estados Unidos. (DIAS, 1992; BIOMANIA, 2007; MELO E FABRI, 
2017). 
11 
 
A horticultura pode ser praticada tanto para fins comerciais quanto em sua própria 
casa, realizar essa atividade pode trazer alguns benefícios, dentre eles: alimentação 
saudável, por ser algo produzido em casa você tem a certeza da qualidade do alimento, 
redução de custos, sem depender das oscilações da oferta do mercado e atualmente a 
atividade vem apresentando como uma fonte de lazer trazendo bem-estar para quem 
exerce. Em fins comerciais a tecnologia já é aplicada, pensando nisso nosso projeto quer 
empregar a preceitos de internet das coisas em hortas feitas em casa para facilitação do 
cultivo da mesma. (MELO; FABRI, 2017). 
 
2.3.1.1 Tipos de Sistemas 
 
A horticultura pode se dividir em: 
x Olericultura: correspondo o cultivo de verduras e legumes. 
x Fruticultura ou Pomologia: corresponde o cultivo de plantas frutíferas, ou 
seja, que fornece frutos. 
x Horticultura Ornamental: corresponde tanto ao ramo da floricultura, cultivo 
de plantas floríferas, quanto do ramo do paisagismo, plantas ornamentais 
que não produzem flores. (BIOMANIA, 2007) 
 
2.3.1.2 Tipos de Hortas 
 
A horticultura pode ser aplicada em diversos tipos de hortas, com diferentes níveis 
de complexidade quanto ao seu cuidado, as principais são: 
x Hortas comerciais: com grandes áreas de cultivo e com finalidade comercial 
para fins lucrativos, elas normalmente têm grande investimento de 
tecnologia. Podendo ser dividida em especializadas e diversificadas. 
x Hortas educativas: áreas com finalidade para ensinar a horticultura. 
x Hortas experimentais: áreas com finalidade de estudo para novas técnicas 
de cultivo. 
x Hortas caseiras: com pequenas áreas de cultivo e com a finalidade de 
alimentação. 
12 
 
x Hortas domiciliar: com áreas menores que as hortas caseiras elas 
normalmente têm finalidades de lazer. 
Nosso projeto deseja trabalhar com hortas caseiras e domiciliar, aplicando a 
tecnologia para que possa facilitar nos cuidados da horta seja assim melhorando a 
qualidade. (ZÁRATE ; VIEIRA, 2018). 
 
2.3.1.3 Requisitos do Sistema 
 
A horticultura envolve desde a compra certa dos produtos até a realização da sua 
finalidade, seja ela a venda ou consumo, são diversos processos que devem ser bem 
executados. Focado na parte de preparo e cultivo existem três fatores para uma planta se 
desenvolver bem: potencial genético, característica da planta para crescer no meio 
ambiente, manejo, relacionado aos cuidados do cultivo, pois cada planta tem suas 
necessidades de luz, temperatura e umidade. Abaixo será mostrado fatores de grande 
importância para o cultivo que nosso trabalho deseja trabalhar. 
x A irrigação é necessária para que a planta sobreviva e desenvolva. A água 
nas plantas ajuda em sua estrutura, no transporte de nutrientes, seu 
metabolismo e crescimento. Sendo de grande importância para as plantas é 
necessário lembrar que cada uma tem sua necessidade de água diferente. 
x O fator da iluminação nas plantas está relacionado ao crescimento, na 
produção e floração das plantas, logo sendo de grande importância. Cada 
planta tem sua necessidade de luz, plantas de dias longos precisam de um 
maior tempo de luminosidade e as plantas de dias curtos de um tempo 
menor. 
x O pH (índice de acidez) do solo atinge diretamente a absorção de nutrientes 
da planta. O pH do solo deve estar entre 5,5 e 6,5 (DIAS, 1993; CLEMENTE; 
HARBER, 2012). 
 
2.3.2 Manufatura Aditiva 
 
A impressão 3D, também conhecida como manufatura aditiva ou prototipagem 
rápida, é uma técnica versátil de produção que permite a confecção de uma variedade de 
objetos de geometria complexa, com a possibilidade de emprego de diversos materiais 
13 
 
(e.g. polímeros, compósitos, cerâmicas, biomateriais, metais) e com o mínimo de 
desperdício de matéria-prima. Os objetos tridimensionais impressos são produzidosa 
partir de modelos 3D criados digitalmente, utilizando programas de computador CAD 
(computer-aided design). Essa tecnologia foi desenvolvida por Charles Hull em 1986 num 
processo chamado de estereolitografia e desde então deu sequência ao desenvolvimento 
de outras técnicas como sinterização seletiva a laser, Polyjet e modelagem por deposição 
de material fundido (fused deposition modeling, FDM), a mais popular de todas (NGO et 
al., 2018; PARANDOUSH; LIN, 2017; WANG et al., 2017). 
A técnica FDM, formalmente definida como extrusão de material, e também 
conhecida como fabricação com filamento fundido, consiste na deposição de 
termoplástico fundido em camadas controlada por computador. Essa técnica se tornou a 
mais popular entre os usuários mundo afora devido ao custo relativamente menor das 
impressoras e insumos, sendo impulsionada por iniciativas como o Projeto RepRap 
(2019), que consiste no desenvolvimento de projetos livres de hardware e unidades de 
impressoras 3D pela comunidade que o integra. 
Além de ser uma solução de baixo custo, a FDM oferece vantagens como relativa 
facilidade de operação e velocidade de impressão. Por outro lado, a técnica tem 
limitações na resolução de impressão, possui um número limitado de termoplásticos que 
pode operar, gera peças com porosidade e com propriedades mecânicas inferiores, se 
comparado a processos convencionais de fabricação como injeção e até mesmo outras 
técnicas de manufatura aditiva (WANG et al., 2017; NGO et al., 2018). Mesmo assim, a 
técnica de FDM segue avançando com desenvolvimento de materiais mais resistentes 
(e.g. compósitos, nanocompósitos) e soluções que otimizem o processo de impressão e 
atenuem as suas limitações (MOHAMED; MASOOD; BHOWMIK, 2015; PARANDOUSH; 
LIN, 2017; RAHIM; ABDULLAH; MD AKIL, 2019). 
No processo de impressão 3D FDM, um modelo sólido CAD deve ser criado em 
qualquer sistema CAD e convertido em um formato de litografia estéreo (STL), que é uma 
aproximação facetada do modelo. O arquivo STL do modelo é então pré-processado 
usando um software (slicer) que faz o “fatiamento” da peça modelada. Este “fatiamento” 
consiste em várias etapas importantes, incluindo a determinação da orientação da peça 
no volume de construção, corte em finas camadas horizontais, seleção de vários 
parâmetros de processamento e geração de suportes. Os parâmetros do processo podem 
incluir largura de varredura, estilo de construção, ângulo de varredura, diâmetro do bico, 
14 
 
temperatura do bico, temperatura de mesa, percentual de preenchimento, altura de 
camada, etc. Para cada camada fatiada, o software de pré-processamento gera 
"caminhos de ferramentas" ou instruções de construção para a extrusora e motores que 
atuam no movimento do cabeçote e mesa onde a peça é construída. O arquivo pré-
processado do modelo e dos suportes, denominado arquivo de linguagem de máquina 
Stratasys (SML) ou arquivo CMB em algumas máquinas FDM, ou ainda um arquivo G-
code, é então enviado para a máquina FDM para fabricação de peças (MOHAMED; 
MASOOD; BHOWMIK, 2015). 
A fabricação de peças utiliza um filamento termoplástico contínuo que é empurrado 
por um conjunto de engrenagens em direção a um cabeçote aquecido, onde ocorre a 
fusão e a extrusão do material por um bocal de menor diâmetro, conforme ilustra a Figura 
1. O filamento sólido é responsável por exercer a pressão necessária para fazer a massa 
fundida escoar pelo orifício do bocal. Normalmente, o cabeçote pode se movimentar no 
plano x-y, enquanto a base onde o material é depositado se movimenta no eixo z. Cada 
nova camada de material depositado se funde a camada anterior, formando uma peça 
sólida (LIGON et al., 2017; TURNER; GOLD, 2015; WANG et al., 2017). 
 
Figura 1 - Representação da técnica FDM 
 
 
Fonte: Adaptado de Rahim, Abdullah e Akil (2019) 
 
 
 
15 
 
2.3.3 Internet das Coisas 
 
A Internet das Coisas, tradução de Internet of Thnings (IoT), lida com a 
interconexão entre objetos em geral. De uma forma simplista, trata de objetos físicos, 
dotados de sensores, atuadores e conexão com a internet, atuando em conjunto. Este 
conceito está avançando rapidamente e envolvendo uma série de outras aplicações. 
Conforme Finkelstein (2018) e Silva (2017), a IoT permite que objetos do mundo 
físico, os mais variados possíveis, se comuniquem não só entre sí, mas também com 
pessoas. A IoT é o resultado da aplicação de várias disciplinas como por exemplo: 
microeletrônica, sensoriamento, sistemas embarcados e comunicação. 
De acordo com Mattern e Floerkem (2010), vários foram os avanços tecnológicos 
que permitiram o surgimento da IoT, a saber: 
x Comunicação e cooperação: objetos tem habilidade de se interconectar c 
também com recursos da internet. Neste sentido, comunicação sem fio 
assume uma grande importância. 
x Endereçabilidade: os objetos podem ser localizados e acessados por 
serviços remotos. 
x Identificação: cada objeto recebe um identificador único, a partir de 
tecnologias como o IPv4 (Internet Protocol versão 4) ou mais recentemente 
o IPv6, entre outras. 
x Sensoriamento: objetos coletam informações de seu ambiente a partir de 
sensores, além de gravar e enviar. 
x Atuação: esses objetos têm como modificar o seu ambiente, a partir de 
atuadores, tais como válvulas, solenoides entre outros. 
x Processamento da informação embarcada: os objetos possuem um 
controlador ou microprocessador, além de capacidade de armazenamento. 
x Localização: cada objeto tem a informação de sua localização física e 
também pode ser localizado. GPS ou a rede móvel de telefonia são 
exemplos de algumas das tecnologias que podem ser usadas para a 
localização dos objetos. 
x Interface com o usuário: trata-se de se comunicar de forma satisfatória com 
usuários humanos, seja direta ou indiretamente. 
 
16 
 
O conceito de internet das coisas começou a ser desenvolvido a partir de 
pesquisas relacionadas ao campo de identificação por radiofrequência em rede e 
tecnologias de sensores. Rapidamente o conceito de IoT expandiu e agora engloba a 
conexão avançada de dispositivos, de sistemas e de serviços. 
 
2.3.3.1 Arquitetura IoT 
 
Dentro Internet das coisas está organizada com uma arquitetura de camadas. Esta 
estrutura de camadas foi proposta por Zarghami (2013). Foram propostas 5 camadas, 
conforme explicitado na figura 2. 
 
 
Figura 2 - Arquitetura em camadas da Internet das Coisas 
 
Fonte: Adaptado de Zarghami (2013) 
 
A Camada de Tecnologia de Fronteira faz a primeira fronteira entre a parte física e 
a parte virtual. É composta basicamente por sistemas embarcados, etiquetas RFID, além 
de sensores e atuadores. 
17 
 
A camada seguinte, a Camada de Acesso, interliga a camada de fronteira com a 
infraestrutura da internet. Nesta camada é feita a manipulação dos dados obtidos pela 
camada de fronteira. 
A Camada de Middleware procede à agregação e filtragem de dados obtidos dos 
dispositivos de hardwares, além de permitir o controle dos atuadores pelas aplicações. 
Esta camada também trata da grande heterogeneidade dos dispositivos de fronteira, em 
função do aumento das novas tecnologias. 
A última camada, proposta por Zarghami (2013), é a Camada de aplicação, 
responsável pela comunicação com o ser humano, administrando essa interface. 
 
2.3.3.2 Dispositivo IoT 
 
Conforme Vasseur e Dunkels (2010), um objeto dito inteligente é composto por 
uma série de circuito eletrônicos que compõe uma peça de hardware. A arquitetura desse 
hardware é descrita na figura 3, sendo composto por quatro componentes principais, 
abordados na sequência. 
 
Figura 3 - Arquitetura de hardware de um objeto conectado 
 
Fonte: Adaptado de Vasseur e Dunkels (2010) 
 
x O microcontrolador confere inteligência ao objeto conectado a partir do 
software que nele é executado. O microcontrolador é composto por um 
18 
 
microprocessador, memória, timers e interfacespara fazer a ligação aos 
dispositivos externos, tais como: sensores, atuadores e transmissores e 
receptores de rádio. 
x O rádio cuida da comunicação entre o hardware e o mundo externo. Esta 
conexão pode ser ou via rádio com uma antena ou uma conexão com fio. 
x Os sensores e os atuadores fornecem a maneira do objeto inteligente 
interagir com o mundo físico. 
x A fonte de alimentação que fornece energia para o funcionamento de todo o 
conjunto do objeto inteligente. Um ponto a destacar é que todo este conjunto 
é projeto de modo a consumir o mínimo possível de energia. A fonte mais 
usada atualmente são baterias, embora outras fontes de energia também 
sejam disponíveis. 
 
2.3.3.3 Protocolos de Comunicação 
 
Finkelstein (2018) apresenta uma discussão sobre os protocolos de comunicação 
mais adequados à internet das coisas. Segundo o autor, três abordagens podem ser 
consideradas, a saber: 
x Arquiteturas orientas a serviços (SOA): são uma boa opção para interação 
com nodos IoT, pois os serviços web focam o serviço, mantendo 
transparência no que diz respeito ao hardware e as tecnologias de rede 
empregadas. Como exemplo de protocolo orientado a serviços tem-se o 
DPWS (Devices Profile for Web Services). 
x Arquiteturas Orientadas a Recursos: o padrão de maior interesse para IoT é 
CoAP (Constrained Application Protocol), sendo usado em aplicações para 
dispositivos com restrição de energia e de banda. Segue o modelo de 
requisição e resposta, onde um nodo interage através de requisições com o 
servidor. 
x Arquiteturas Orientadas a Mensagens: promove a transferência de dados 
assíncronos entre dispositivos distribuídos. O protocolo MQTT (Message 
Queue Telemetry Transport Protocol), foi desenvolvido pela IBM em 1999 e 
aplicado no contexto de IoT, apresentando como diferenciais o fato de ser 
extreme=amente leve e adaptado para ambientes com alta latência e 
19 
 
conexões não confiáveis. O MQTT Broker administra e organiza as 
mensagens trocadas entre os dispositivos, seguindo um modelo de 
“publish/subscribe”. 
 
2.3.3.4 Middleware 
 
Zarghami (2013) descreve os vários componentes da camada de middleware, cuja 
finalidade é prover uma interface entre os vários protocolos, proceder a abstrações para 
os dispositivos e aplicação além de detectar e administrar o contexto. A figura 4 ilustra os 
vários componentes da camada de midleware. 
 
Figura 4 - Componentes funcionais do middleware para sistemas baseados em IoT 
 
 Fonte: Adaptado de Zarghami (2013) 
 
2.4 MATERIAIS E MÉTODOS 
 
2.4.1 Fabricação de Horta Via Manufatura Aditiva 
 
Os vasos da horta vertical foram impressos a partir de um modelo (Figura 5) no 
formato STL disponibilizado no website Thingiverse, um banco de modelos STL para 
20 
 
impressão 3D. Foi utilizado o software Ultimaker Cura para o fatiamento da peça e 
geração do arquivo G-code para a execução de comandos na impressora 3D, uma Ender 
3 da Creality. 
 
 
Figura 5 – Modelo STL do vaso da horta vertical 
 
Fonte: Autores (2021) 
 
A Figura 6 mostra alguns dos parâmetros de fatiamento para a fabricação da peça. 
Os parâmetros foram selecionados de modo a gerar uma peça com o material 
empregado, de acordo com a geometria do modelo, detentora de integridade estrutural e 
isenta de falhas como delaminação. 
O material empregado para a fabricação dos vasos foi o PET-X da empresa 
HEDRON, um filamento confeccionado a partir de garrafas PET pós consumo modificadas 
quimicamente para gerar peças impressas com excelente resistência mecânica, 
resistência ao impacto, alta tenacidade e vida em fadiga. 
 
 
 
 
 
 
 
 
21 
 
Figura 6 – Parâmetros de fatiamento do vaso no software Ultimaker Cura 
 
 
Fonte: Autores (2021) 
 
2.4.2 Esquemático do sistema 
 
Foi montado um esquema de como os componentes interagem entre si para 
proporcionar a sustentabilidade de todo o ecossistema da plantação. 
 
O sistema é formado por três componentes que atuam diretamente nos vasos das 
plantas e um componente que é o responsável por receber os dados dos sensores, 
analisar e, baseado na análise realizada, ativar ou desativar o funcionamento dos 
componentes. O esquemático do sistema é ilustrado na figura 7. 
 
 
 
 
 
22 
 
Figura 7 – Esquemático do sistema 
 
Fonte: Autores (2021) 
 
2.4.2.1 Sistema de Gotejamento 
 
O sistema de irrigação localizada, ou gotejamento, são recomendados por 
oferecerem maior controle e por serem mais eficientes na aplicação de água nas mais 
diversas condições ambientais. A tecnologia de gotejamento subterrâneo tem sido 
melhorada, gerando mais eficiência de uso da água e nutrientes (Nogueira et al., 1997). 
 
2.4.2.1.1 Gotejador 
 
O gotejador é responsável por manter a umidade do solo constante, com a 
possibilidade de ajuste para dispensar mais ou menos água de acordo com a 
necessidade. 
O sistema de gotejamento subterrâneo é formado por sete componentes: Sistema 
de bombeamento, Tubulação adutora, cabeça de controle, tubulação principal, setores e 
23 
 
subsetores de irrigação, ventosas de duplo efeito e coletores de limpeza. Tem 
como vantagens a economia de água, a menor suscetibilidade aos tratos culturais, maior 
volume de solo molhado, uniformidade de irrigação, redução do vandalismo, fertilização 
mais eficiente, uso de águas residuais, maior durabilidade dos materiais e menor 
incidência de plantas daninhas (Nogueira et al., 1997). 
 
2.4.2.1.2 Sensor de Umidade 
 
O sensor de umidade do solo ou higrômetro, é composto por duas partes, a sonda 
que capta as informações e fica em contato com o solo, e um módulo que possui um chip 
pra ler os dados do sensor e é o responsável por enviar informações ao Arduino. A placa 
possui um potenciômetro que faz o ajuste da sensibilidade do sensor. A figura 8 Código 
de monitoramento do sensor de umidade para Arduino. 
 
Figura 8 – Código de monitoramento do sensor de umidade para Arduino 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Thomsen (2016) 
 
24 
 
2.4.2.1.3 Válvula Solenoide 
 
As válvulas solenoides são “dispositivos eletromecânicos baseados no 
deslocamento causado pela ação de um campo magnético gerado por uma bobina e são 
muito utilizados na construção de outros dispositivos, como é o caso das válvulas para 
controle de fluidos”. (SILVA, 2002, p. 842). 
As válvulas podem ser controladas pelo arduino, realizando o acionamento para 
abertura e fechamento de acordo com a análise das informações provenientes do sensor 
de umidade (KAMOGAWA, 2013, p. 1234). 
 
2.4.2.2 Sistema de controle de pH 
 
Por natureza, os solos são ou se tornam ácidos pela pobreza em bases do seu 
material de origem ou por processos de sua formação que ocasionam na remoção dos 
elementos básicos, como potássio, cálcio, magnésio ou sódio (ANTUNES, 2009). 
 
O potencial hidrogeniônico ou pH (quantidade de prótons H+), possibilita indicar a 
neutralidade, acidez ou mesmo a alcalinidade de uma solução líquida. De acordo com o 
artigo do Laboratório de estudos da GEPEC (1998) “A alteração de alguns minerais bem 
como o uso de alguns fertilizantes podem tornar o solo ácido, prejudicando o crescimento 
de alguns vegetais como a soja, o feijão e o trigo, e diminuir a ação de micro-organismos 
presentes nesse compartimento”., por isso, faz-se fundamental o monitoramento do pH do 
solo para manter um bom nível de produtividade. 
 
2.4.2.2.1 Sensor de pH 
 
O trabalha em conjunto com microcontroladores e é formado por um Eletrodo PH e 
um módulo eletrônico que faz a intermediação com o Arduino. Quando o nível de acidez 
ou alcalinidade atingirem o valor pré-determinado, uma mensagem é enviada para um 
dispositivo pré cadastrado, como um smarthphone, para que a correção possa ser feita, 
com isso, é possível manter sempre os níveis necessários para cada espécies de planta. 
É possível adicionar mecanismos para a liberação de produtos reguladoresde pH 
de forma automatizada, mas essa funcionalidade não foi estabelecida para o atual projeto. 
25 
 
2.4.2.3 Sistema de controle de iluminação 
 
O sistema de controle de iluminação tem como função o controle da frequência 
mínima que as plantas devem receber luz, bem como a intensidade, permitindo que em 
dias nublados, lâmpadas auxiliares sejam ligadas para garantir que cada planta receba a 
quantidade necessária de Radiação Fotossintéticamente Ativa (RFA)para a realização da 
fotossíntese, garantindo o crescimento com maior qualidade. 
 
2.4.2.3.1 Luz ultravioleta 
 
Segundo CABIA (2011) o processo de irradiação de luz ultravioleta (UV-C) é um 
método utilizado para o controle de deterioração, e pode resultar na sanitização da 
superfície de alimentos, reduzindo assim o crescimento de culturas microbianas. 
 
2.4.2.3.2 Fotocélula 
 
Everton Garcia (2013, apud ANGELOCCI, 2002) afirma que “a radiação solar é de 
fundamental importância para todos os processos de acúmulo de energia, proveniente de 
ondas curtas emitidas pelo sol. A radiação solar (RS), na faixa espectral entre 400 a 710 
nm, é utilizada pelas plantas em seu processo fotossintético, sendo denominada de 
Radiação Fotossintéticamente Ativa (RFA ou PAR)”. 
Segundo Garcia (2013, apud TAIZ & ZAIGER, 2004) “pela absorção da RFA as 
plantas convertem a energia luminosa em energia química necessária para seus 
processos vitais”. 
 
 
 
 
 
 
 
26 
 
3. RESULTADOS 
 
a ser incluído no relatório final 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
27 
 
4. CONSIDERAÇÕES FINAIS 
 
 
 
a ser incluído no relatório final 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
28 
 
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