ARTIGO CRICTE 2014

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Revisão de estratégias de automação para sistemas de irrigação
Jumar Luís Russi
Professor/Pesquisador do curso de Engenharia Elétrica da Universidade Federal do Pampa
jrussi@gmail.com
Jonathan Behrens
Pesquisador do curso de Engenharia Elétrica da Universidade Federal do Pampa
eng.jonathan@esco-gd.com.br
Daniel Lima Lemes
Acadêmico do curso de Engenharia Elétrica da Universidade Federal do Pampa
daniel.l.l@hotmail.com
Paulo Cezar Piovesan Vianna
Acadêmico do curso de Engenharia Elétrica da Universidade Federal do Pampa
paulo.piovesan88@gmail.com 
XXVI CONGRESSO REGIONAL DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA E TECNOLÓGICA
EM ENGENHARIA – CRICTE 2014
8 a 10 de outubro de 2014 – Alegrete – RS – Brasil
Resumo. Neste trabalho é feita uma revisão bibliográfica sobre automatização da irrigação em uma lavoura. Diferentes topologias são abordadas a fim de abranger o maior número de culturas possíveis. 
Palavras-chave: Automatização. Irrigação. Sensores 
1.	INTRODUÇÃO
Segundo o prognóstico da ONU, a população mundial terá um acréscimo de 2,6 bilhões de pessoas até 2050. Diante desse cenário, faz-se necessário um desenvolvimento sólido de tecnologias para aumentar a eficiência energética e a produtividade na agricultura. Um modo de alcançar esse objetivo é o controle da irrigação, disponibilizando a planta somente a quantidade necessária de água, economizando assim energia no tempo de funcionamento das bombas e água.
	Uma revisão bibliográfica é feita a fim de abordar as topologias mais modernas empregadas nessa automatização em todo o mundo. Busca-se enfatizar as características divergentes e listar as vantagens e desvantagens de cada método 
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
Em [1], TAMILVANAN et al, propõe um sistema autossustentável para o controle da irrigação por gotejamento, utiliza-se a rede AD-HOC. Essa topologia baseia-se no princípio onde todos os dispositivos podem comunicar entre si, aumentando assim o alcance da rede. Para que o sistema se auto sustente, utiliza-se um conversor de energia RF em DC, evitando assim baterias e fios. A única parte do sistema que necessita de fonte de alimentação são os atuadores, pois a corrente requerida para manusear a válvula solenoide é maior que a produzida.
JONATHAN BEHRENS, no trabalho [2] apresenta um sistema completo de automatização, sugerindo os parâmetros para quantidade e posição dos sensores, aquisição de dados meteorológicos de duas fontes diferentes, comunicação e algoritmos de controle. Leva-se em consideração também a transpiração das plantas e outros fatores biológicos. Os sensores utilizados são para medir a lâmina de água, servindo assim para culturas submersas. Por fim, um estudo detalhado da viabilidade econômica é apresentado, comparando dados obtidos na prática.
O enfoque dado por (AQEEL-UR-REHMAN et al) [3] é na economia de energia no processo de transmissão de dados. É sugerido que os microcontroladores trabalhem na função sleep e só fiquem ativos quando a função interrupção entrar em execução, através de um sinal enviado pela base. É proposto também uma rede de comunicação baseada no protocolo Zigbee, que apesar de ser lenta na transmissão o seu consumo é baixo.
(XIAOHONG et al) [4] apresentam um sistema de controle baseado na topologia Fuzzy. Essa topologia consiste na construção de tabelas para referência, com os dados ideais para a cultura. Após a aquisição dos dados pelos sensores, uma comparação entre as tabelas é feita e a atuação necessária é envida para os atuadores. O sistema Fuzzy faz uso de uma lógica diferente da binária (verdadeiro ou falso), adicionando estágios intermediários.
Em (SORIANO et al) [5] é apresentada uma análise dos sistemas de bombeamento sob a ótica da agricultura de precisão e proposto um conjunto de soluções que permitam a gestão eficiente da produção de arroz. A solução para realizar o monitoramento das variáveis do sistema prevê a utilização de sensores que interagem com uma central de processamento de dados através de comunicação wireless e cabos óticos. Os sensores que realizam o monitoramento da água são distribuídos em todos os pontos desde a sucção até a lavoura, sendo que o tipo de sensor é específico para cada local. O monitoramento da água no reservatório é realizado através de sensores de nível, nas tubulações os sensores medem a vazão de água, na plantação propõe-se a instalação de sensores de umidade, temperatura e velocidade do vento. Uma das principais sugestões do trabalho é a utilização de um sensor de alerta ambiental. Este sensor tem a função de alertar o produtor/operador sobre o baixo nível dos reservatórios, onde a vazão ecológica do rio ou arroio começa a ser afetada. 
Em (BENZEKRI et al) [6] é descrito e implementado um sistema de baixo custo para controle da irrigação através de um computador. O aplicativo desenvolvido utiliza informações dos sensores de umidade na lavoura e de uma estação meteorológica para tomada de decisão. Um sistema de aquisição de dados com base em microcontroladores e comunicação serial é utilizado para comunicar o computador com o sistema de monitoramento e atuação. As informações climáticas são utilizadas para estimar as perdas por evaporação e verificar a incidência de chuva. O volume de chuva não é levado em consideração no controle das bombas; é considerado apenas se está ou não chovendo no momento em que os sensores indicam a necessidade de água pela lavoura. A contribuição do trabalho é o baixo custo da aplicação, com software desenvolvido em linguagem Delphi para supervisão e interface com o usuário. O sistema de controle é aplicável somente em lavouras com baixa necessidade de água, o que limita sua utilização em lavouras com irrigação por submersão.
Em (FAZACKERLEY et al) [7] é desenvolvido um sistema de controle de irrigação de gramados residenciais utilizando de nós sensores, sensores de umidade e um controlador adaptável. Os nós sensores baseiam-se na leitura da umidade e também no controle da irrigação, enquanto que os sensores sem fio de umidade são distribuídos em diversas regiões de rega para a coleta de informações e envio das mesmas via wireless a um controlador. O controlador adaptável realiza a decisão da irrigação através de um prévio agendamento dado pelo princípio da rega por déficit, ou seja, o tempo de água fornecida é abaixo da necessidade.
(HEMA et al) [8] implementam uma rede de sensores sem fio voltada a automação da irrigação de culturas permanentes. O trabalho evidencia o aperfeiçoamento da rede de sensores sem fio WSN levando em consideração o arranjo espacial das culturas no campo. Visando aumentar a área de cobertura dos sensores, as culturas foram organizadas em espaçamento hexagonal. O WSN empregado compunha-se de várias modalidades de sensores, módulos sem fio, além de microcontroladores. O principal desafio da rede proposta foi quanto à alocação dos sensores a campo. Para isso, foi empregado o método aleatório, ao invés do determinista, nele a posição dos sensores é de menor importância, contudo, requer maior quantidade dos mesmos espalhados nas áreas de coleta de dados.
3. CONCLUSÃO
Em países como a China, o rendimento da utilização de água na irrigação é entorno de 30%, isso demonstra a necessidade de implementar métodos para manusear melhor os recursos hídricos. Além disso, excesso de água também é maléfico para as plantas, diminuindo a produtividade. 
A topologia a ser adotada varia da cultura e das dimensões da plantação, necessitando assim de um estudo detalhado e particular. A automatização da irrigação é uma tendência mundial e como a economia brasileira é pautada em commodities, sua aplicação a torna ainda mais importante.
Todos os sistemas propostos possuem três etapas: a aquisição de dados, a aplicação da lógica e os atuadores. A diferença entre eles está na comunicação dos blocos, os sensores e a energia consumida. Como dito anteriormente, a aplicabilidade de cada método está condicionada com fatores externos.
Agradecimentos
	Nossos sinceros agradecimentos às instituiçõesCNPQ e FAPERGS que fomentam o desenvolvimento de pesquisas como essa em todo o país através de bolsas e outros incentivos. Agradecemos também ao Doutor Jumar Luís Russi e ao Jonathan Behrens, que nos tem dedicado tempo e conhecimento para aperfeiçoar nosso espírito de pesquisador. 
4. REFERÊNCIAS
[1] TAMILVANAN E NITHYA. G, MAINTENANCE-FREE SOLAR ENERGY DRIP IRRIGATION USING BATTERY-LESS RF Powered Wireless Sensors over AD-HOC Network.
[2] JONATHAN BEHRENS - Automação da irrigação de lavouras de arroz para melhoria da eficiência energética.
[3] AQEEL-UR-REHMAN, ZUBAIR A. SHAIKH, HUMAIRA YOUSUF, FARAH NAWAZ, MUNEEBAH KIRMANI AND SARA KIRAN, CROP IRRIGATION Control using Wireless Sensor and Actuator Network (WSAN).
[4] XIAOHONG PENG E GUODONG LIU - Intelligent Water-saving Irrigation System Based on Fuzzy Control and Wireless.
[5] SORIANO, M. M.; BAUMHARDT, U. B.; GUIMARÃES, J. C.; PATTA, J. C.. A Agricultura de Informação e as Estações de Bombeamento para o Cultivo do Arroz por Inundação. In: XVII Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos – Norte e Centro Oeste. Pg 1-15, 2007.
[6] BENZEKRI, A.; MEGHRICHE, K.; REFOUFI, L.. PC- Based Automation of a Multi-Mode Control an Irrigation System. In: Symposium on Industrial Embedded Systems, pg 310-315, 2007.
[7] FAZACKERLEY, S.; LAWRENCE, R. Reducing Turfgrass Water Consumption using Sensor Nodes and an Adaptive Irrigation Controller. In: IEEE. 2009.
[8] HEMA, N.; KRISHNA, K. Optimization of Sensor Deployment in WSN for Precision Irrigation using Spatial Arrangement of Permanent Crop.In: IEEE. 2013.