ARTIGO 2020 ATUALIZADO

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CENTRO UNIVERSITÁRIO DO NORTE – UNINORTE 
CURSO DE ENGENHARIA DE AUTOMAÇÃO
Protótipo de uma chocadeira automatizada utilizando Arduino
Magnum Cabral de Aquino1; Honezimo Garcia Vasconcelos2; Henrique de Souza Vieira 3
1Graduando do curso de Engenharia de Controle e Automação, UNINORTE. Email: magnum_aquino26@hotmail.com
2Graduando do curso de Engenharia de Controle e Automação, UNINORTE. Email: honezimogarcia@hotmail.com
3Professor, Doutor do Centro Universitário do Norte, International Universities Laureate.
Faculdade de Engenharia de Controle e Automação
Manaus-Amazonas de 2020
 
Resumo 
Este artigo propõe um sistema de automação para a temperatura de uma chocadeira para aves. O principal objetivo deste trabalho é aplicar a teoria e prática absorvida no curso de engenharia de controle e automação do Centro Universitário do Norte (UNINORTE). Uma chocadeira completa, avalia vários pontos como cadastrar ciclos de diferentes espécies de aves adaptando a temperatura, umidade, rolagem dos ovos e tempo de incubação. A solução proposta compreende apenas a parte de temperatura e tem três módulos: sendo o monitoramento da temperatura utilizando sensor, o controle para manter a temperatura nos dois estágios e a visualização dessas informações.
Palavra-Chave: Automação, Chocadeira, Arduino, Controle
Introdução
Em 2015, o Brasil ultrapassou a China e se tornou segundo maior produtor mundial de carne de frango, atrás apenas dos Estados Unidos (EUA). Os números do Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE) indicam que a produção brasileira chegou a 13,14 milhões de toneladas no ano passado, volume 5,4% superior ao de 2014 é o maior já registrado na história do país.
Por esse motivo, busca-se na avicultura uma maior eficiência tanto no aumento da produção como na redução de custos. Para solucionar esse problema, elaborar a construção física de uma chocadeira automatizada que herda os benefícios de projetos existentes, um equipamento simples e barato que tem como função incubar os ovos de ave, sendo controlado por meio do monitoramento de temperatura utilizando um sensor permitindo assim que dêem continuidade e completem o seu ciclo de nascimento.
A chocadeira será validada para o ciclo de nascimento de galinha caipira. O principal fator para o nascimento dos pintos (filhote de galinha em seus primeiros dias) é a temperatura. O tempo de incubação é entre 19 a 24 dias, em 19 dias alguns pintos começam a quebrar o ovo (nascendo). A temperatura ideal para os 18 dias iniciais é 37,6 ºC, após o nascimento, essa temperatura pode ser reduzida para 37,2 ºC (Dornas Holding, 2020).
A viragem dos ovos também é necessária, pois evita a aderência do embrião à membrana interna da casca e estimula o desenvolvimento da área vascular. Segundo Elibol e Brake (2004) a primeira semana é período mais crítico para a viragem dos ovos. A umidade relativa do ar não é um fator tão determinante para o nascimento dos pintos, entretanto deve ser controlado entre 65-75%.
Assim, pretende-se desenvolver uma chocadeira que tenha o controle da temperatura no período da incubação. Devido os desafios de um mecanismo para viragem automática, a primeiro momento a viragem será feita manualmente.
Metodologia
	O estudo baseou-se em material disponível em pesquisa realizada anteriormente, publicada em livros, revistas, artigos e teses. São utilizadas teorias já trabalhadas por outros autores, onde os textos tornam-se a base para o projeto a ser elaborado. Dessa forma a metodologia desenvolvida pauta-se no trabalho de engenharia para confeccionar o protótipo.
O trabalho está dividido em três partes principais a primeira sendo o projeto estrutural do protótipo da chocadeira, parte elétrica e por fim a parte de programação incluída no Arduino.
Parte estrutural da chocadeira
Como o objetivo é aplicar os conhecimentos adquiridos no curso utilizou-se produtos reutilizados ou de baixo custo, pois deseja ter a prova de conceito das informações pesquisadas, para o nascimento dos pintos.
Os principais materiais mecânicos são:
· Uma caixa térmica de isopor de 50L;
· Tela (29cm x 24cm);
· Bandeja de água;
· Visor de acrílico (20cm x 30cm);
· Tampa de abertura;
· Suporte para IHM.
A estrutura mecânica pode ser vista na Figura 1, na qual mostra o suporte da IHM e o visor de observação dos ovos, colocado em ponto estratégico.
Figura 1: Imagem que mostra o suporte para IHM, visor para observar os ovos e caixa de térmica.
Parte elétrica da chocadeira
A parte elétrica tem como principais pontos, o módulo de relé responsável, por ligar e desligar a lâmpada, o display para a interface com o operador da chocadeira, o sensor de temperatura para informar as condições e microcontrolador responsável pela parte de processamento de todo o sistema. A lâmpada incandescente, pois dissipa calor que irá esquentar a incubadora. A Figura 2 mostra um diagrama de como os dispositivos estão organizados e a direção de como acontece a comunicação.
 
Figura 2: Diagrama de como os componentes estão conectados.
Tem-se a descrição detalhada dos componentes na Tabela 1.
Tabela 1: Componentes elétricos utilizados e sua descrição.
	Nome
	Descrição
	Sensor
	Sensor de Temperatura e Umidade DHT11
	Relé
	Módulo relé com uma entrada acionado por 5V
	Microcontrolador
	Arduino UNO
	Lâmpada
	Lâmpada incandescente 40W
	IHM
	Display 16x2 LCD com KEYPAD Shield para Arduino
A fiação da lâmpada foi feita em paralelo, ou seja, podemos controlador cada lâmpada de forma individual, porém como nosso relé é de apenas um canal, controlamos as duas pelo mesmo canal, na Figura 3 tem-se a chocadeira em pleno funcionamento, podendo também verificar as ligações elétricas.
Figura 3: Vista superior, na qual é possível ver a configuração elétrica do protótipo.
Conforme a demanda de temperatura, processada pelo Arduino que é coletada pelo sensor DHT11, o relé é acionado ou desacionado. Na Figura 4 pode-se verificar a localização do sensor de temperatura DHT11, o ponto escolhido é simétrico as lâmpadas que foram colocadas nas extremidades da caixa de isopor. Na parte abaixo da grade que protege os ovos, existe uma bandeja de água para manter a umidade relativa dentro da incubadora.
Figura 4: Localização do sensor DHT11.
Parte da programação do Arduino
A programação desenvolvida no Arduino é composta pela configuração das condições iniciais, ajuste do display e do timer utilizado. Para desenvolvimento do código é necessário incluir três bibliotecas. A do Display LiquidCrystal.h, do Timer 2 MsTimer2.h e a biblioteca do sensor DHT.h. Na Figura 5, pode-se verificar a inclusão dessas 3 bibliotecas.
Figura 5. Inclusão das bibliotecas necessárias para funcionado do projeto.
Para configurar o sensor utiliza-se “DHT(DHTPIN, DHTTYPE);” sendo DHTPIN o pino que estará ligado no Arduino e DHTTYPE é o tipo do sensor no caso do projeto é o DHT11. A configuração do Display é utilizando a função “LiquidCrystal lcd(rs, en, d4, d5, d6, d7);” passando justamente o pino relacionado a cada função.
Na Figura 6 pode-se verificar a configuração do Timer 2, usando a função set passando o tempo que o Timer será acionado e a função que será chamada quando o timer for ativado. O Timer é configurado para acontecer a cada 5 segundos, um tempo escolhido para o Display ser atualizado.
Figura 6. Configuração do Timer 2.
	A função principal void loop, tem a seguinte estrutura, faz a leitura da temperatura, se a leitura não falhar o algoritmo continua, caso contrário ele aborta.
	O Display irá mostrar a temperatura programada e a temperatura atual, o padrão é quando ligar deixar a temperatura programada em 37.6 ºC. Para modificar a temperatura para 37.2 ºC sendo a temperatura para o segundo ciclo, basta clicar no botão “UP” que será configurado para 37.2 ºC, para voltar para 37.6 ºC basta clicar em “SELECT”. Pressionando no botão “DOWN” escrevemos no Display “UniNorte TCC 2020”. Como verificamos na imagem a seguir:Figura 7: Temperatura programada
A programação para ligar e desligar as lâmpadas utilizou um controle ON/OFF, sendo o valor de referência passado pelo próprio Arduino, conforme explicado na forma de configurar. O Arduino solicita leitura do sensor, o sensor informa e conforme a temperatura está acima do especificado a lâmpada desliga através do relé, caso contrário ela ficará ligada.
O código pode ser totalmente baixado na referência (Aquino et al, 2020a) e também pode-se verificar um vídeo do funcionamento completo da chocadeira na referência (Aquino et al, 2020b).
Resultados e Discussão
O protótipo da chocadeira conta com uma capacidade total de 80 ovos, nessa fase para experimentação utilizou-se 30 ovos férteis provindos de uma granjeira agrícola; uma caixa de isopor medindo 48x72cm de base por 40 cm de altura que é utilizada como parte térmica da chocadeira onde irá se desenvolver o embrião.
Foi realizado a estocagem dos ovos manualmente em uma tela de ferro como suporte, em seguida se dá o processo que iniciou no dia 8 de outubro e dentro do intervalo de 3 dias foi realizado a rolagem dos ovos de 12 em 12 horas com 180º, e a partir do dia 26 começou a rachar os primeiros ovos e nascer o primeiro pinto. Dos 30 ovos que foram colocados nasceram 24 pintos, sendo que destes 2 ovos estragaram e 4 não foram desenvolvido no período de incubação (goraram). Dessa forma aguardou-se um período de 19 dias para o nascimento da primeira ave, todo o processo foi realizado cuidadosamente, como mostra a Figura 7.
Figura 8: Movimento manual de rolagem dos ovos 180º
 A chocadeira possui um acrílico transparente na parte externa da caixa que serve como visor, sem necessidade de abrir a tampa, para verificar como está o processo de nascimento.
O sistema de controle automatizado de temperatura e o movimento de rolagem feito manualmente, isso impede que a ave tenha deficiência ou nasça colada na casca do ovo. Esse controle é necessário para o nascimento da ave, sendo assim, o controle da virada manual do ovo é um fator determinante no desenvolvimento do embrião, que será o próximo para de automatização.
Temperatura, umidade, viragem periódica dos ovos, ventilação e posicionamento adequado são os principais fatores que influenciam no bom desenvolvimento do embrião (SANTANA et al. 2014).
A taxa de natalidade da chocadeira para o primeiro teste foi de 80%, um valor que consideramos muito bom. Pois uma galinha chocando ovos têm uma média de 65%. Apenas como efeito de comparação as chocadeiras comerciais tem uma média de 90% de taxa de natalidade.
Conclusão
O sucesso da incubação artificial de ovos férteis pode ser influenciado por inúmeros fatores, dentre eles, os parâmetros como temperatura, umidade, viragem periódica dos ovos, ventilação e posicionamento adequado. Os dois principais fatores para o nascimento são a temperatura e viragem dos ovos. O processo de viragem foi feito de forma manual, lembrando que essa viragem deve ser interrompida quando os primeiros pintos nascerem e também quando o bico da ave rachar o ovo. A temperatura ideal para o chocamento dos ovos é de 37,6 Graus Celsius. Durante os 18 dias do processo de chocagem, a temperatura se manteve controlada através de um sensor localizado dentro da chocadeira. Esse sensor é responsável por transmitir as informações da temperatura, inclusive possíveis variações que pudessem comprometer a chocagem dos ovos. 
O protótipo desenvolvido é uma ótima opção para quem queira replicar para fazer nascer seus próprios pintos. Com 80% de taxa de natalidade. Não fizemos nenhum monitoramento de umidade, mas o sensor utilizado tem a opção de fazer a leitura. O controle é complexo, mas se colocar alguma sinalização visual informando que esta fora dos limites, é possível que a taxa de natalidade possa chegar em 86,67%, pois os 4 ovos que goraram, poderiam nascer.
Portanto, o protótipo de chocadeira automatizada utilizando Arduino, trás como diferencial a viabilização de um produto de grande utilidade agrícola, a qual não exige um grande investimento e há possibilidade de chocar diversos tipos de ovos como galinha, pato, ganso e outros.
Referências
 
AQUINO, Magnum Cabral, VASCONCELOS, Honezimo Garcia, VIEIRA, Henrique de Souza; Código principal do projeto de TCC, Disponível em: https://drive.google.com/file/d/1psOGWLXqPtAfKkH6JX7k7RP_wkXB5g3D/view?usp=sharing. 2020a.
AQUINO, Magnum Cabral, VASCONCELOS, Honezimo Garcia, VIEIRA, Henrique de Souza; Vídeo do projeto funcionando, Disponível em: https://youtu.be/vnJi_jIP9Yk . 2020b.
DECUYPERE, E., MICHELS. H. Incubation temperature as a management tool: a review. World’s Poultry Science Journal, v. 48, p 28-38, 1992.
Dornas Holding, https://ricardomartim.wixsite.com/dornashomestead/single-post/2017/11/08/tempo-de-nascimento-dos-ovos-caipiras, 2020.
Elibol and Brake (2004). Identification of critical periods for turning broiler hatching eggs during ­incubation British Poultry Science Oct; 45(5): 631 - 637.
IBGE-Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística. Monitor 2 pdf. Indústria do frango no brasil.2015.acessado em 23/11/2020.
MATTOS, J. M. de et al. Construção de chocadeira artesanal para fins comerciais ou consumo próprio. Jornada Científica da UNESC, n. 1, 2018.
SANTANA MEDEIROS, H.M., et al. Incubação: Principais parâmetros que interferem no desenvolvimento embrionário de aves. REVISTA ELETRÔNICA NUTRITIME – ISSN 1983-9006 Disponível em: <htpp:// nutritime.com.br> Acesso em: 18 set. 2014, 15:30. Artigo 245 -Volume 11 - Número 02 – p. 3387– 3398 – Março/Abril 2014.