Sistema de monitoramento de temperatura e luminosidade em estufa.

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UNIVERSIDADE VIRTUAL DO ESTADO DE SÃO PAULO 
 
 
 
 
Felipe Bruno do Prado – RA: 1823186 
Gustavo Otaviano – RA: 1820291 
Patrícia Alves Carneiro – RA: 1824991 
Fabrício Dos Santos Araújo – RA: 1828432 
Márcio Tomazini Faleiros De Sousa – RA: 1827220 
 
 
Sistema de monitoramento de temperatura e luminosidade em 
estufa. 
 
 
 
 
 
 
Porto Ferreira – São Paulo 
2021 
 
UNIVERSIDADE VIRTUAL DO ESTADO DE SÃO PAULO 
 
 
 
 
Sistema de monitoramento de temperatura e luminosidade em 
estufa. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Porto Ferreira – São Paulo 
2021 
Relatório Técnico Científico 
apresentado na disciplina de 
Projeto Integrador para o curso 
de Engenharia de Produção da 
Fundação Universidade Virtual 
do Estado de São Paulo 
(UNIVESP). 
Mediadora: Dra. Elisângela de 
Jesus Cândido Moraes 
Mediadora: Dra. Mônica Cristina 
Garbin 
Orientador: Cristhian Araujo 
Rodrigues 
 
RESUMO 
A Internet das Coisas (IoT) é uma nova tecnologia em crescimento. Nesta 
tecnologia, vários dispositivos periféricos e sensores estão conectados, podendo 
coletar e compartilhar dados. As estufas são uma área de estrutura fechada, para que 
os parâmetros ambientais, como chuva forte, alta temperatura, tempestades, não 
possam afetar as plantas dentro dela, sendo assim, pode-se gerenciar o meio 
ambiente dentro da estufa. A criação de um ambiente que ajude o crescimento das 
plantas dentro da estufa, vai definitivamente, melhorar a produção. Para obter o 
melhor crescimento da planta, é necessário que os parâmetros, como temperatura e 
luminosidade, sejam monitorados de vez em quando, e deve ser controlado 
automaticamente para que o ambiente dentro da estufa seja bom para o crescimento. 
Medir os parâmetros ambientais do ambiente é muito importante para uma estufa. 
Para a realização do projeto será empregada as metodologias brainstorming e design 
thinking, para a definição do tema e para desenvolvimento do protótipo 
respectivamente. O objetivo do projeto é fazer estudos para a realiza o de um protótipo 
de sistema de temperatura e luminosidade. O sistema irá monitorar os valores dos 
parâmetros ambientais, que serão frequentemente alterados e gerenciados para obter 
o resultado ideal. Os resultados obtidos através do projeto foram concluídos assim o 
usuário consegue por meio de comunicação via celular controlar a temperatura e a 
luminosidade do local. 
 
 
 
 
 
Felipe Bruno do Prado; Gustavo Otaviano; Patrícia Alves Carneiro; Fabrício Dos 
Santos Araújo; Márcio Tomazini Faleiros De Sousa. Sistema de monitoramento de 
temperatura e luminosidade em estufa. Relatório Técnico-Científico (Engenharia de 
produção) – Universidade Virtual do Estado de São Paulo. Tutor: (Cristhian Araujo 
Rodrigues). Polo de Porto Ferreira, 2021. 
 
ÍNDICE DE ILUSTRAÇÕES 
Figure 1 - Tecnologias de infraestrutura IoT ............................................................. 10 
Figure 2 - Fases do design thinking .......................................................................... 16 
Figure 3 - Placa de desenvolvimento AVR-IOT-WG ................................................. 21 
Figure 4 - Website AVR-IoT ...................................................................................... 22 
Figure 5 - Arquivo para atualização de firmware ....................................................... 23 
Figure 6 - Memória da placa AVR-IoT-WG ............................................................... 23 
Figure 7 - Página para login ...................................................................................... 24 
Figure 8 - Arquivo de configuração ........................................................................... 25 
Figure 9 - Configuração da placa finalizada .............................................................. 25 
Figure 10 - Placa com os LEDs acesos .................................................................... 26 
Figure 11 - Gráfico da luminosidade ambiente .......................................................... 26 
Figure 12 - Gráfico da temperatura ambiente............................................................ 27 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
SUMÁRIO 
 
1. INTRODUÇÃO ..................................................................................................... 5 
2. DESENVOLVIMENTO ............................................................................................ 6 
2.1. Problemas e objetivos ....................................................................................... 6 
2.1.1. Problema .................................................................................................... 6 
2.1.2. Objetivo geral .............................................................................................. 6 
2.1.3. Objetivos específicos .................................................................................. 7 
2.2. Justificativa........................................................................................................ 7 
2.3. Fundamentação teórico .................................................................................... 7 
2.3.1. Processo ..................................................................................................... 7 
2.3.2. Tomada de decisão .................................................................................... 8 
2.3.3. Definição de IoT .......................................................................................... 8 
2.3.4. Sensor ...................................................................................................... 10 
2.3.5. Sensor de temperatura ............................................................................. 10 
2.3.6. Sensor de intensidade de luz .................................................................... 11 
2.3.7. Wi-Fi ......................................................................................................... 12 
2.3.8. Message Queue Telemetry Transport - MQTT ......................................... 12 
2.4. Aplicação das disciplinas estudadas no projeto integrador ............................. 13 
3. METODOLOGIA CIENTIFICA .............................................................................. 14 
3.1. Design Thinking .............................................................................................. 14 
3.2. Brainstorming .................................................................................................. 16 
3.3. Entrevista com um produtor rural .................................................................... 18 
4. Protótipo .............................................................................................................. 20 
4.1 Visão geral da placa de desenvolvimento AVR-IOT-WG ................................. 20 
4.2 Configuração e conexão com o Google’s Cloud Iot Core Platform .................. 21 
4.2.1 Materiais utilizados .................................................................................... 21 
4.2.2 Etapas de configuração ............................................................................. 22 
4.2.3 Etapa de conexão ...................................................................................... 25 
4.3 Análise dos resultados obtidos ........................................................................ 26 
5. CONSIDERAÇÕES FINAIS .................................................................................. 27 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ......................................................................... 28 
 
5 
 
1. INTRODUÇÃO 
Na agricultura tradicional, o agricultor tem que visitar as terras regularmente 
para medir as várias parâmetros como temperatura, umidade, intensidade da luz para 
cultivar as safras certas na hora certa. Mesmo que este sistema de cultivo tradicional 
tenha sido usado há anos, o sistema é precárioe não consegue se mostrar com alta 
taxa de produtividade, já que o agricultor geralmente não consegue medir todos os 
parâmetros com precisão. 
Em contraste, a agricultura em estufa é um sistema onde o agricultor cultiva 
colheitas em ecossistemas onde todos os parâmetros ambientais são ajustados com 
base nos tipos de cultivos. 
Automação em estufa é um método onde o agricultor é capaz de monitorar e 
controlar o ambiente de estufa automaticamente de qualquer lugar no mundo a 
qualquer hora 
Automatizar os processos é uma forma de aumentar a capacidade produtiva, 
cumprimento dos prazos, obter maior controle dos processos através de 
monitoramento remoto e maior capacidade de personalização dos produtos, segundo 
as necessidades dos clientes (ALMEIDA, 2009). 
Com a evolução da internet, no quesito de confiabilidade e largura de banda, 
dos computadores e seus periféricos, bem como dos sistemas embarcados, foi aberto 
um novo horizonte para a automação, a internet das coisas, popularmente conhecida 
como Internet of Things (IoT), o que se trata de uma extensão da internet atual que 
trouxe aos objetos do dia-a-dia a capacidade computacional e de comunicação 
através da internet (SANTOS et al., 2016). 
A Internet das coisas é um novo conceito e paradigma que considera uma 
onipresença de uma grande variedade de coisas (objetos) em diversos ambientes, as 
quais são conectadas de forma cabeada ou com tecnologia sem fio (Wireless) e com 
sistema de endereçamento único, de modo a identificar cada coisa de forma 
independente e possibilitar a interação de um dispositivo com o outro, com isso é 
possível criar novas aplicações e soluções com o objetivo de solucionar problemas 
que antes pareciam não ter resolução. Essa nova tecnologia atua de forma a tornar 
ambientes como, cidades, sistemas de transportes e industrias em sistemas mais 
6 
 
inteligentes e eficientes (VERMESAN; FRIESS, 2014). Todo esse conjunto de 
tecnologias, as quais serão abordadas com mais detalhes durante este trabalho, 
criaram uma revolução na internet e em como as coisas interagem entre si. 
Na realização do trabalho, será utilizado a metodologia brainstorming, para a 
definição do tema. Após o tema ser determinado, utilizara-se da metodologia design 
thinking, com o objetivo de desenvolvimento do projeto e para a criação do protótipo. 
O projeto utilizará dos conceitos da indústria 4.0, sendo eles automação e 
internet das coisas, com o objetivo de melhorar um sistema que até então, pode ser 
considerado primitivo. 
Sendo assim, será proposto um sistema automatizado de monitoramento e 
controle de estufa, que irá incorporar um sensor de temperatura e de luminosidade, 
neste controle a Iot é usada para armazenar dados e processar os dados coletados 
e, finalmente, enviar as informações para o usuário. 
2. DESENVOLVIMENTO 
2.1. Problemas e objetivos 
2.1.1. Problema 
Um dos principais problemas enfrentado na estufa é a falta de um 
monitoramento de temperatura, pois o agricultor muitas vezes não consegue manter 
a temperatura desejada, isso tem um efeito negativo na horta, podendo afetar o 
crescimento das plantas e aumentar o tempo necessário para cultivo. 
A partir disto, foi discutido em grupo um processo adequado para que a estufa 
tenha um monitoramento de temperatura e luminosidade automático, com isso, o 
agricultor pode mudar a temperatura quando desejar, simplesmente pelo celular. 
2.1.2. Objetivo geral 
Este trabalho, tem como objetivo geral demonstrar o uso da tecnologia IoT 
para a automação de uma estufa, bem como seus benefícios e as perspectivas futuras 
com relação a esta tecnologia, por meio de estudos de artigos e um protótipo, 
utilizando uma placa de desenvolvimento para aplicações IoT. 
7 
 
2.1.3. Objetivos específicos 
Analisar a aplicabilidade da tecnologia IoT em uma estufa; 
Realizar um protótipo do funcionamento do IoT, por meio de uma placa de 
desenvolvimento IoT, utilizando comunicação Wi-Fi e protocolo MQTT. 
Verificar redução de custos; 
Pesquisar sobre o conceito de IoT, com objetivo de melhorar o 
compreendimento para a aplicação do projeto; 
2.2. Justificativa 
Identifica-se que existe uma grande dificuldade para os agricultores 
realizarem o controle de temperatura e luminosidade, pois não utilizam equipamentos 
sofisticados e precisam fazer o controle manualmente, levando tempo e sendo um 
processo sem precisão. A partir disto, será feito um sistema para que o agricultor 
possa monitorar a temperatura e luminosidade pelo celular a qualquer distância. Este 
sistema, possui a função de alertar o usuário caso os dados estejam fora do desejado, 
assim, o agricultor pode ajustar os elementos conforme necessário. 
2.3. Fundamentação teórico 
2.3.1. Processo 
Para toda e quaisquer atividade que se realize, seja ela em uma universidade 
ou em um campo de trabalho pode ser descrita como um processo, segundo 
Davenport (1998) o processo segue uma determinada ordem das atividades do 
trabalho no tempo e no espaço, com um começo e um fim, entradas e saídas. Com 
este conceito podemos analisar que um processo é toda uma estrutura para se realizar 
algo adequadamente, sendo um trabalho, uma pesquisa ou até mesmo na produção 
de bens e serviços. 
Na definição acima citamos o tempo e o espaço para definirmos um processo, 
pois o tempo indica o momento em que atividade deve ser realizada, tornando a 
programação mais fácil, sendo que um evento prévio e registrado ajudando no 
planejamento. O espaço também e importante em um processo, pois indica onde a 
atividade será realizada, todo o layout necessário e equipamentos, algumas vezes o 
8 
 
processo pode também começar em uma empresa e terminar em outro local, como 
no caso de transportes. 
2.3.2. Tomada de decisão 
Uma decisão é um compromisso de usar recursos (Ullman, 2001, p. 4). A 
tomada de decisões é um dos processos psicológicos mais fundamentais, embora 
complexos, realizados regularmente por seres humanos. Como os indivíduos realizam 
uma variedade de tarefas e, portanto, executam vários tipos diferentes de decisões 
todos os dias, pode ser difícil formular uma definição exata para a tomada de decisão. 
Segundo Jonassen, uma decisão representa um problema mal estruturado em que é 
preciso avaliar várias opções e se comprometer com uma delas (Jonassen, 2012). 
Existem duas maneiras diferentes de entender como as decisões são tomadas. De 
uma perspectiva racional, as decisões são tomadas para maximizar a utilidade. De 
uma perspectiva naturalística, as decisões são tomadas com menos praticidade, mas 
mais influência de crenças pessoais e experiências anteriores. 
Risco: a informação não está disponível, mas modelos probabilísticos podem 
ser usados porque as distribuições de variáveis aleatórias são conhecidas. 
Incerteza: as distribuições de probabilidade não estão disponíveis, mas outros 
obstáculos são conhecidos (como a radiação que afeta a transmissão de uma antena) 
Ambiguidade: a forma funcional é desconhecida, e o teste de tentativa e erro 
pode ser necessário até mesmo para determinar entradas e saídas 
2.3.3. Definição de IoT 
Internet das coisas (IoT) é uma infraestrutura de dimensões globais voltada 
para à sociedade da informação, permitindo serviços avançados se conectarem a 
coisas (físicas e virtuais). Com a Internet das Coisas, a comunicação provida pela 
Internet se estende para tudo o que nos rodeia, se tornando muito mais do que apenas 
comunicação Machine to Machine (M2M), redes de sensores sem fio, redes de 
sensores cabeados, 2G / 3G / 4G, GSM, GPRS, RFID, WI-FI, GPS, microcontrolador, 
microprocessador, etc. Estes são considerados apenas como tecnologias que tornam 
o conceito de “Internet das Coisas” possível. As tecnologias de que consolidam a 
Internet das Coisas segundo (VERMESAN, FRIESS, 2013) são pontuadas abaixo: 
9 
 
a) Tecnologias que permitem que “coisas” adquiram informações do contextoonde são implementadas; 
b) Tecnologias que permitem que "coisas" processem as informações adquiridas 
do contexto onde são implementadas; 
c) Tecnologias voltadas para a melhoraria da segurança e privacidade. 
As duas primeiras categorias podem ser conjuntamente entendidas como 
blocos de construção funcionais, necessários para a construção da “Inteligência” em 
“coisas”, o que difere a tecnologia IoT da Internet comum. A terceira categoria não é 
um requisito funcional, mas sim um requisito de fato, pois considerando o caso de que 
o mesmo não existisse, a propagação da IoT seria severamente reduzida, pois 
segurança e privacidade são requisitos fundamentais para o mundo digital 
(VERMESAN, FRIESS, 2014). 
A Internet das Coisas não é uma tecnologia única, mas é uma mistura de 
diferentes tecnologias de hardware e software e comunicação. Essas tecnologias 
juntas fornecem os recursos necessários para armazenar, recuperar e processar 
dados, já as tecnologias de comunicação incluem sistemas eletrônicos utilizados para 
comunicação entre indivíduos ou grupos (VERMESAN, FRIESS, 2013). 
Existe um leque muito grande de tecnologias de comunicação, onde a maioria 
delas são adaptadas para atender as necessidades de aplicações IoT, principalmente 
com relação aos requisitos de eficiência energética, velocidade, segurança e 
confiabilidade. Geralmente elas são gerenciadas e mantidas por grandes 
organizações da tecnologia, como Wi-Fi Alliance, Bluetooth SIG, etc. Alguns exemplos 
dessas tecnologias incluem versões com ligações físicas (wired) como Ethernet, e 
sem fio (wireless) como, WI-FI, Bluetooth, ZigBee, GSM, and GPRS, sendo essas 
algumas das tecnologias mais relevantes para a IoT atual (VERMESAN, 
FRIESS,2014). Na Figura 1 é possível observar mais algumas tecnologias que tornam 
a IoT possível. 
10 
 
Figure 1 - Tecnologias de infraestrutura IoT 
 
Fonte - Adaptado de Patel et al., 2016. 
Conforme os blocos acima, pode-se observar como a estrutura dos principais 
sistemas IoT é construída, tendo sempre como base o hardware, constituído por 
semicondutores eletrônicos, e mais acima, observa-se a camada software e os vários 
sistemas de softwares que fazem a ligação entre sistemas diferentes também 
conhecidos como middlewere. Todo esse conjunto de tecnologias torna possível o 
funcionamento de diversos tipos de serviços necessários para a implementação dos 
sistemas IoT. 
2.3.4. Sensor 
Um sensor é um dispositivo que mede uma quantidade física e converte-o em 
um sinal analógico ou digital equivalente, que pode ser lido por um observador ou por 
um instrumento. Monitoramento de um ambiente de estufa envolve sentir as 
mudanças ocorrendo dentro dele, o que pode influenciar a taxa de crescimento em 
plantas. Os parâmetros mais importantes são os temperatura dentro da estufa que 
afeta o processo fotossintético e a luminosidade. 
2.3.5. Sensor de temperatura 
Na agricultura, a temperatura é um dos fatores críticos que determinam 
significativamente o crescimento e o desenvolvimento das plantas. Uma redução na 
temperatura abaixo das condições ideais, geralmente resulta em um crescimento 
Custo efetivo
Rede de 
sensores
Segurança e 
privacidade
Sistema 
embutido
Software
Processament
o de dados e 
sinal
Comunicação
Computação 
em nuvem
Interoperabilida
de
Gerenciamento 
de rede
Tecnologia de 
rede
Gerenciamento 
de dados
Identificação
Internet do 
futuro
Protocolo/ 
Padrões
Integração do 
sistema
Nanoeletrônica Hardware
Serviços de 
descoberta
Armazenament
o de energia e 
energia
Semicondutor 
Eletrônico
11 
 
inferior da planta. Cada cultivo requer um nível de temperatura diferente para o 
processo de fotossíntese e crescimento, o que pode avançar no estágio de 
crescimento da planta. Isso acabará nos trazendo benefícios econômicos 
substanciais. Para cultivo, a temperatura ideal da câmara de crescimento não deve 
ser inferior e superior a 4 e 30 ° C, respectivamente, para o crescimento da planta com 
sucesso. As flutuações de temperatura da câmara de crescimento podem afetar 
significativamente o crescimento da raiz, respiração, transpiração, floração e período 
de dormência. Portanto, os sensores de temperatura podem ser usados para 
monitorar as flutuações de temperatura do sistema. 
 Atualmente, os sensores de temperatura são usados em muitas aplicações, 
como controles ambientais, unidades de processamento de alimentos, dispositivos 
médicos e manuseio de produtos químicos. O sensor de temperatura mede a leitura 
da temperatura em tempo real por meio de um sinal elétrico. Os sensores coletam os 
dados sobre a temperatura de uma fonte específica e convertem os dados em uma 
forma compreensível para um dispositivo ou observador. 
2.3.6. Sensor de intensidade de luz 
Como sabemos, todas as plantas e flores vegetais requerem grandes 
quantidades de luz solar, e cada grupo de plantas reage de maneira diferente e tem 
uma fisiologia diferente para lidar com a intensidade da luz. Algumas plantas 
funcionam bem em baixa intensidade de luz e outras em alta intensidade de luz. No 
entanto, em uma estufa é implementado as condições internamente, por isso é 
necessário que o agricultor forneça quantidade de luz suficiente de pelo menos 8 a 10 
horas por dia para cultivar a planta saudável. A iluminação artificial é a melhor opção 
por apresentar intensidade suficiente para produzir uma planta saudável. 
No sistema convencional, o controle da quantidade de luz presente na câmara 
de crescimento é feito principalmente pelo agricultor por meio da observação da 
condição da planta. No entanto, é uma tarefa demorada e desafiadora fornecer a 
concentração de luz necessária com precisão. Poderia ser uma opção melhor usar 
técnicas de agricultura inteligente para monitorar a intensidade da luz no sistema. As 
técnicas de agricultura inteligente significam usar o sistema de sensores para controlar 
a intensidade da luz. O sensor de luz é um dispositivo eletrônico usado para detectar 
a presença ou não de luz e escuridão. Esse sensor de luz distingue a substância da 
12 
 
luz em uma câmara de crescimento e aumentam ou diminuem o brilho da luz para um 
nível mais confortável. Sensores de luz podem ser usados para controlar 
automaticamente as luzes, como ligar / desligar. Ao adotar a rede de sensores, o 
fazendeiro poderia monitorar a intensidade da luz sem qualquer interferência humana. 
Como os sensores realizarão todo o trabalho, como exemplo, se a intensidade da luz 
na câmara de crescimento fosse menor do que a quantidade de luz necessária para 
o crescimento da planta, o sensor encaminhará automaticamente o sinal para a luz 
LED para acender até que a quantidade de luz alcance o nível desejado. 
2.3.7. Wi-Fi 
O Wi-Fi é um protocolo que permite que vários dispositivos possam se 
comunicar e trocar informações entre si, utilizando ondas de rádio. A Wi-Fi Alliance 
define que um produto que suporte conexão em Rede Local sem Fio (Wireless Local 
Area Network - WLAN) e que são baseados na especificação da IEEE 802, podem ser 
declarados como preparados para conexão Wi-Fi. O IEEE 802 é uma família de 
padrões do Instituto de Engenheiros Elétricos e Eletrônicos (Institute of Electrical and 
Electronics Engineers - IEEE) para redes de área local (Local Area Networks - LAN), 
rede de área pessoal PAN (Personal Area Network - PAN) e redes MAN (Metropolitan 
Area Network - MAN). O Comitê de Padrões IEEE 802 LAN/MAN (LMSC) mantém 
esses padrões. A família de padrões IEEE 802 tem doze membros, numerados de 
802.1 a 802.12. 
A principal vantagem de redes Wi-Fi é que são menos caras que redes 
implementadas utilizando tecnologia cabeada (LANs), e permitem conexões em 
lugares que não é possível a distribuição de cabos de rede, como áreas externas, 
praças, aeroportos, escolas, empresas, entre outros (TEKTRONIX, 2013). 
2.3.8. Message Queue Telemetry Transport - MQTT 
O Message Queue TelemetryTransport (MQTT) é um protocolo que foi 
desenvolvido tendo como base a pilha TCP/IP, cujo surgimento foi por volta do final 
dos anos 90, e a sua aplicação era destinada a vincular sensores em pipelines de 
petróleo a satélites. Sua funcionalidade baseia-se na troca de mensagens de forma 
simultânea, o qual desacopla o emissor do receptor, portanto ele pode ser utilizado 
em ambientes de rede que não são confiáveis. Apenar de conter no seu nome a sigla 
13 
 
MQ (Message Queue) ele não tem nada a ver com filas de mensagens, pois o seu 
modo de troca de informações é baseado no modelo de publicação e assinatura 
(publish e subscribe). Com todas essas funcionalidades e vantagens fornecidas por 
esse protocolo, em 2014 ele se tornou um padrão aberto OASIS, fornecendo desta 
forma, suporte para as linguagens de programação mais populares e sendo possível 
criar diversas implementações de software livre (YUAN, 2017). 
Algumas das vantagens de se utilizar o protocolo MQTT são aqui 
apresentadas, de acordo com YUAN (2017): 
a) O MQTT é um protocolo de rede leve e flexível que oferece o equilíbrio 
ideal para os desenvolvedores de IoT; 
b) O protocolo leve permite a implementação em hardware de dispositivo 
altamente restringido e em redes de largura da banda limitada e de alta latência; 
c) Sua flexibilidade possibilita o suporte a diversos cenários de aplicativo 
para dispositivos e serviços de IoT. 
2.4. Aplicação das disciplinas estudadas no projeto integrador 
A disciplina de Produção de Textos, foi empregada para a criação de um texto 
bem elaborado e coeso. 
A disciplina de Administração, usado para buscar a melhor solução para o 
problema, com o menor custo possível. 
Sistema de informação, foi utilizado na busca de tecnologias, que resolveriam 
o problema em questão. 
Da disciplina de Metodologia Cientifica, foram utilizados os conhecimentos na 
busca por informações e também na parte de entrevista e pesquisa de campo. 
As disciplinas de Informática e Matemática, foram utilizadas para a análise e 
criação de gráficos para a apresentação de dados. 
14 
 
3. METODOLOGIA CIENTIFICA 
3.1. Design Thinking 
O Design Thinking é um processo iterativo em que buscamos entender o 
usuário, desafiar suposições e redefinir problemas na tentativa de identificar 
estratégias e soluções alternativas que podem não ser imediatamente aparentes com 
nosso nível inicial de compreensão. Ao mesmo tempo, o Design Thinking fornece uma 
abordagem baseada em soluções para resolver problemas. É uma maneira de pensar 
e trabalhar, bem como uma coleção de métodos práticos. 
O Design Thinking gira em torno de um profundo interesse em desenvolver 
uma compreensão das pessoas para as quais estamos projetando os produtos ou 
serviços. Isso nos ajuda a observar e desenvolver empatia com o usuário de destino. 
O Design Thinking ajuda-nos no processo de questionamento: questionando o 
problema, questionando suposições, e questionando as implicações. O Design 
Thinking é extremamente útil para lidar com problemas mal definidos ou 
desconhecidos, reenquadrando o problema de maneiras centradas no ser humano, 
criando muitas ideias em debate sessões e adotando uma abordagem prática em 
prototipagem e testes. O Design Thinking também envolve experimentação contínua: 
desenhando, prototipagem, teste e experimentação de conceitos e ideias. 
Existem muitas variantes do processo de Design Thinking em uso hoje, e elas 
têm de três a sete fases, estágios ou modos. No entanto, todas as variantes do Design 
Thinking são muito semelhantes. Elas incorporam os mesmos princípios, que foram 
descritos pela primeira vez pelo ganhador do Prêmio Nobel Herbert Simon em As 
Ciências do Artificial em 1969. Aqui, vamos nos concentrar no modelo de cinco fases 
proposto pelo Instituto Hasso-Plattner de Design em Stanford. Escolhemos esta 
abordagem porque eles estão na vanguarda da aplicação e do ensino do Design 
Thinking. As cinco fases do Design Thinking são as seguintes: 
Fase 1: Simpatize- Pesquise as necessidades dos seus usuários 
Aqui, você deve obter uma compreensão empática do problema que está 
tentando resolver, normalmente por meio de pesquisas do usuário. A empatia é crucial 
para um processo de design centrado no ser humano, como o design thinking, porque 
15 
 
permite que você deixe de lado suas próprias suposições sobre o mundo e obtenha 
uma visão real dos usuários e de suas necessidades. 
Fase 2: Definir - Declare as necessidades e problemas de seus usuários 
É hora de acumular as informações coletadas durante o estágio de Empatia. 
Você então analisa suas observações e as sintetiza para definir os problemas centrais 
que você e sua equipe identificaram. Essas definições são chamadas declarações de 
problema. 
Fase 3: Idealizar - Desafiar suposições e criar ideias 
Agora você está pronto para gerar ideias. A sólida base de conhecimento das 
duas primeiras fases significa que você pode começar a “pensar fora da caixa”, 
procurar maneiras alternativas de ver o problema e identificar soluções inovadoras 
para a definição do problema que você criou. 
Fase 4: Protótipo - Comece a Criar Soluções 
Esta é uma fase experimental. O objetivo é identificar a melhor solução 
possível para cada problema encontrado. Sua equipe deve produzir algumas versões 
baratas e reduzidas do produto (ou recursos específicos encontrados no produto) para 
investigar as ideias que você gerou. Isso pode envolver simplesmente prototipagem 
de papel. 
Fase 5: Teste - Experimente suas soluções 
Os avaliadores testam os protótipos com rigor. Embora esta seja a fase final, 
o design thinking é iterativo: as equipes costumam usar os resultados para redefinir 
um ou mais problemas adicionais. Assim, você pode retornar aos estágios anteriores 
para fazer mais iterações, alterações e refinamentos - para encontrar ou descartar 
soluções alternativas. 
16 
 
Figure 2 - Fases do design thinking 
 
 Fonte: Processos do Design Thinking, 2020 
É importante observar que as cinco fases, estágios ou modos nem sempre 
são sequenciais. Elas não precisam seguir nenhuma ordem específica e muitas vezes 
podem ocorrer em paralelo e se repetir de forma iterativa. Sendo assim, não se deve 
entender as fases como um processo hierárquico ou passo a passo. Em vez disso, se 
deve olhar para ele como uma visão geral dos modos ou fases que contribuem para 
um projeto inovador, em vez de etapas sequenciais. 
3.2. Brainstorming 
Como apresentado anteriormente, na fase 2 do design thinking é preciso 
identificar o problema a ser estudado, para isso foi utilizado a técnica de brainstorming 
(tempestade de ideias). 
Na fase 3 do design thinking é necessário a criação de ideias, para procurar 
maneiras de resolver o problema, neste caso também foi utilizado o brainstorming, 
para desenvolver ideias que resultariam na resolução do problema. 
O brainstorming como uma ideia surgiu pela primeira vez em 1942. O termo 
foi introduzido por Alex Osborn, fundador e executivo de publicidade da agência de 
publicidade americana BBDO. Esta técnica tem como objetivo criar o máximo de ideias 
no menor tempo possível. 
Os participantes do processo de brainstorming apresentam e revelam novas 
ideias como soluções potenciais para um problema específico. Nesse processo, o 
17 
 
brainstorming ajuda a estimular a mente humana para a solução criativa de 
problemas. 
Para realizar esta técnica é necessário forma um grupo de 3 a 10 pessoas 
envolvidas com o tema. Na produção de um brainstorming, os participantes são 
incentivados a apresentar suas ideias. Para não haver conflitos, algumas regras são 
necessárias: 
• É proibido criticar ou fazer julgamento. 
• Não deve haver críticas nas ideias dos outros participantes, pelo contrário todas 
as ideias são bem vindas, incentive ideias não convencionais. 
• Valorizar quantidade acima de qualidade 
• Toda ideia deve ser registrada. 
•Limite de tempo entre 15 e 20 minutos. 
 
 
 
 
 
 
O brainstorming é importante não apenas para melhorar a coesão da equipe 
e o pensamento coletivo, mas também para resolver os problemas existentes na 
empresa. 
Discutir e compartilhar projetos importantes de uma empresa, e seus 
possíveis problemas com uma equipe é uma das maneiras de mostrar a todos, que 
eles são essenciais para ajudar no crescimento do negócio. 
Além disso, é possível que alguns problemas que levariam dias ou meses 
para resolver sozinho, sejam resolvidos em apenas uma reunião. 
 
 
Brainstorming 
Definir problema 
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3.3. Entrevista com um produtor rural 
Para descobrir quais são os problemas enfrentados em uma estufa, foi 
entrevistado o proprietário da empresa BIO Graf, chamado Jose Carlos Graf. 
A seguir estão as perguntas efetuadas pelo grupo, e as respectivas respostas 
do entrevistado. 
1- O que é cultivado na empresa? 
R- Alfaces americano, agrião, almeirão, cebolinha, cheiro verde, chicória, 
coentro, couve, espinafre, hortelã, mandioca, rúcula, salsa e manjericão 
2- Qual o cultivo em hidroponia? 
R- Seis tipos de alfaces, na hidroponia o cultivo é feito é feito sobre 
sombrite. 
3- Qual o cultivo em estufa? 
R- Rúcula, salsa e cebola 
4- Qual o cultivo em campo? 
R- Couve 
5- Qual o projeto já está sendo usado? 
R- Sistema de resfriamento controlando a entrada e saída de água nas caixas 
sendo controlada manualmente. 
6- Quais as maiores dificuldades no plantio e cultivo? 
R- No verão as oscilações de temperatura da água do ambiente [estufa] 
7- Há variação bruscas de temperatura? 
R- Sim, há muitas variações por ser uma área de clima tropical com 
temperaturas muitos elevadas no verão. 
8- A estufa apresenta dificuldades? Quais? 
 R- Com o controle manual dos aspersores de água e com o controle 
manual de temperatura que é feita através de lâmpadas 
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9- Qual a melhoria você consideraria importante uma vez implantado o 
sistema de controle de temperatura e luminosidade? 
 R- Seria considerável em custo benefício na mão de obra no tempo e na 
produção podendo assim produzir mais e com mais agilidade 
10- De quanto em quanto tempo ter que ser aferida a temperatura? 
R- Diariamente e a depender do período da estação entre 12 horas. 
11- Qual tipo de lâmpada é usado na estufa para controle de luminosidade? 
 R-Plafon de led de 50 watts no total de 20 unidades aproximadamente 
em cada estufa. 
12- Quais serão os benefícios de monitorar por meios de sistema, no controle 
da luminosidade e temperatura, respectivamente? 
 R- No controle da luminosidade seria na qualidade dos produtos, e no 
uso de menos defensivos agrícolas. 
No controle da temperatura seria menos percas, nos controles de pragas. 
Diminuição de custos, diminuição de mão de obra, aumento da produção, 
maior qualidade dos produtos, menor probabilidade de perdas por ser um sistema 
online 
O que pensa sobre a implantação deste sistema? 
Seria ótimo no manejo, mais fácil, mais rápido e pratico com muita eficiência. 
Acha que agregaria algum bem estar aos seus colaboradores? 
Sim, na qualidade de vida principalmente por ser controlado a distância, na 
diminuição de tempo de serviço. 
Considerações finais 
Seria muito importante para o melhor manejo, maior economia dos recursos 
naturais, menos uso de defensivos, maior qualidade de vida para os colaboradores. 
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4. Protótipo 
Neste capítulo será demonstrado um experimento de uso real da tecnologia 
IOT, utilizando conexão à internet através da rede Wi-Fi e protocolo MQTT. 
4.1 Visão geral da placa de desenvolvimento AVR-IOT-WG 
 
Para essa implementação foi utilizada a placa de desenvolvimento AVR-IOT-
WG do fabricante Microchip, a qual pode ser conectada à internet utilizado a rede Wi-
Fi e se comunica com o Google’s Cloud IoT Core Platform através do protocolo MQTT. 
Os recursos, que segundo o fabricante Microchip, são oferecidos pela placa 
AVR-IOT-WG são apresentados a seguir: 
a) Microcontrolador ATmega4808; 
b) 4 x LED’s; 
c) 2x botões mecânicos; 
d) MikroBUS header footprint; 
e) Sensor de Luminosidade TEMT6000; 
f) Sensor de Temperatura MCP9808; 
g) Dispositivo de Autenticação Criptográfica ATECC608A; 
h) Módulo Wi-Fi WINC1510; 
i) On-board Debugger; 
j) Alimentação através da USB ou bateria; 
k) Carregador de baterias Li-Ion/LiPo integrado. 
 
Todos os recursos destacados acima podem ser vistos na Figura 3. 
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Figure 3 - Placa de desenvolvimento AVR-IOT-WG 
 
Fonte: próprio autor. 
 
Analisando a Figura 3, pode-se observar que a placa de desenvolvimento 
possui um design compacto, medindo apenas 64mm x 25mm e possui sensores, 
LEDs, botões e várias conexões disponíveis, os quais são muito uteis no 
desenvolvimento de aplicações IoT. 
4.2 Configuração e conexão com o Google’s Cloud Iot Core Platform 
 
A seguir são apresentadas as etapas de configuração necessárias para a 
conexão com o roteador Wi-Fi. Assim que a conexão é realizada a placa AVT-IOT é 
conectada com o Google’s Cloud IoT Core Platform e o processo de troca de dados é 
iniciado, onde as informações de temperatura e luminosidade ambiente são coletadas 
através dos sensores, enviadas pela internet através do protocolo MQTT e exibidos 
em um dashboard no próprio site do fabricante Microchip. 
 
4.2.1 Materiais utilizados 
 
Para esse experimento foram utilizados os seguintes materiais: 
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a) Computador com conexão à internet e porta USB; 
b) Placa de desenvolvimento AVR-IOT-WG; 
c) Roteador Wi-Fi 2.4GHz com conexão à internet; 
d) Cabo micro-USB. 
 
4.2.2 Etapas de configuração 
 
4.2.2.1 Atualização do firmware de placa AVR-IOT-WG. 
 
Figure 4 - Website AVR-IoT 
 
Fonte: próprio autor. 
 
Conforme observado na Figura 4 acima, após conectar a placa ao computador, 
utilizando o cabo USB, houve a necessidade de realizar a atualização do firmware da 
placa, pois foram feitas atualizações no mesmo desde a fabricação da placa. Desta 
forma, foi necessário realizar o download da nova versão do firmware conforme mostra 
a Figura 5. 
 
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Figure 5 - Arquivo para atualização de firmware 
 
Fonte: próprio autor. 
 
Após realizar o download do arquivo AVR-IoT-WG-4.0.0.hex, o mesmo foi 
copiado para a memória da placa de desenvolvimento conforme a Figura 6. Assim que 
este processo foi finalizado a placa estava pronta para ser configurada. 
 
Figure 6 - Memória da placa AVR-IoT-WG 
 
Fonte: próprio autor. 
 
 
 
 
 
 
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4.2.2.2 Configuração do ponto de acesso Wi-Fi 
 
Figure 7 - Página para login 
 
Fonte: próprio autor. 
 
Conforme a Figura 7, nesta etapa foi necessário informar o nome da rede Wi-
Fi e sua respectiva senha, também foi preciso informar qual o tipo de criptografia 
utilizada para proteger a conexão, que nesse caso foi escolhido WPA/WPA2. 
 
4.2.2.3 Download do arquivo de configuração 
 
Após informar as credenciais de acesso à rede Wi-Fi, um arquivo de 
configuração pode ser baixado conforme Figura 8. 
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Figure 8 - Arquivo de configuração 
 
Fonte: próprio autor. 
 
Assim que o download foi completado, o arquivo foi carregado na memória da 
placa AVR-IOT-WG. Após essas etapas, a configuração estava finalizada e todos os 
arquivos necessários estavam carregados na memória, conforme Figura 9. 
 
Figure 9 - Configuração da placa finalizada 
 
Fonte: próprio autor. 
 
4.2.3 Etapa de conexão 
 
Alguns segundos após as configurações terem terminado, a placa já estava 
conectada à rede Wi-Fi e também ao Google’s Cloud IoT Core Platform. O processo 
de conexão foi indicado pelos LEDs de cor azul (Wi-Fi) e amarela (CONN), os quais 
permaneceram acesos de forma a indicar o sucesso da operação, conforme Figura 
10. 
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Figure 10 - Placa com os LEDs acesos 
 
Fonte: próprio autor. 
 
4.3 Análise dos resultadosobtidos 
Assim que todas as etapas de configuração e conexão estavam concluídas, a 
troca de informações pode ser iniciada. Nesta etapa, a placa passou a enviar as 
informações de temperatura e luminosidade ambientes para o Google’s IoT Core 
Platform. Essas informações puderam ser visualizadas em tempo real através dos 
dashboards do próprio fabricante Microchip, os quais são demonstrados utilizando o 
próprio navegador, conforme Figura 11 e Figura 12. 
 
Figure 11 - Gráfico da luminosidade ambiente 
 
Fonte: próprio autor. 
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Figure 12 - Gráfico da temperatura ambiente 
 
Fonte: próprio autor. 
 
 O efeito de oscilação observado na Figura 11, é devido ao efeito “flicker” (fica 
piscando na frequência de 60 ou 120Hz) apresentado pelas lâmpadas de LED 
tubulares presentes no ambiente da demonstração. Já a temperatura ambiente 
apesentada na Figura 12 acima, apresentou o comportamento esperado, com apenas 
algumas pequenas oscilações resultantes da variação intrínseca do próprio sensor. 
Sendo assim, o objetivo de realizar o controle de luminosidade e temperatura 
foram concluídos, melhorando e facilitando a monitoração por parte do agricultor. 
5. CONSIDERAÇÕES FINAIS 
Este novo processo tem como objetivo monitorar alguns fatores que 
influenciam no crescimento e qualidade do plantio. Para isto foi feito um estudo 
de como seria a instalação desse sensor, levando em consideração a 
temperatura e a luminosidade, pois em um meio em que estes não estão 
ajustados, pode interferir no desenvolvimento das plantas. 
Com as análises realizadas, conseguimos verificar que o controle foi 
adequado as necessidades do plantio, sendo assim, obtivemos um resultado 
satisfatório em relação ao crescimento saudável das plantas. 
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Isto mostra que com apenas um sensor, podemos dar início a 
implementação de novos sistemas da indústria 4.0, mesmo em um local que 
até então, não havia tecnologia deste tipo. 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
MJV Team. Fases do Design Thinking: entenda o que é e como funciona 
cada etapa. Disponivel em: <https://www.mjvinnovation.com/pt-br/blog/fases-design-
thinking/ > acessado em 15 de abril de 2021. 
Pereira, Néocles. Gestão por processos. São Calos, 2016. Disponível em: < 
https://drive.google.com/file/d/1ox5ZWCZoFO-ia3wGlROpKdWuADT81sig/view> 
acessado em 15 de abril de 2021. 
Patel, Neil. Brainstorming: O Que É, Como Fazer (Passo a Passo). 
Disponível em: < https://neilpatel.com/br/blog/o-que-e-brainstorming/> acessado em 
20 de abril de 2021. 
ALMEIDA, Paulo. Indústria 4.0: Princípios básicos, aplicabilidade e 
implantação. 1ª ed. São Paulo: Saraiva, 2019 Disponível em: 
<https://books.google.com.br/books?id=cYywDwAAQBAJ&printsec=frontcover&hl=pt-
BR#v=onepage&q&f=false> acessado em 18 de abril de 2021. 
SANTOS, Bruno et al. Internet das Coisas: da Teoria à Prática. Minas 
Gerais: 2016 Disponível em: 
<https://homepages.dcc.ufmg.br/~mmvieira/cc/papers/internet-das-coisas.pdf> 
acessado em 30 de abril de 2021. 
INDÚSTRIA 4.0: Internet das Coisas. FIRJAN, Rio de Janeiro, abr. 2016. 
Disponível em: 
<https://www.firjan.com.br/lumis/portal/file/fileDownload.jsp?fileId=2C908A8A555B47
FF01557E033FAC372E&inline=1> acessado em 21 de abril de 2021. 
WI-FI: Overview of the 802.11 Physical Layer and Transmitter 
Measurements, TEKTRONIX, 2013. Disponível em:> 
https://www.cnrood.com/en/media/solutions/Wi-
Fi_Overview_of_the_802.11_Physical_Layer.pdf> acessado em 24 de abril de 2021. 
29 
 
YUAN, Michael. Conhecendo o MQTT, 2017. Disponível em: 
https://developer.ibm.com/br/articles/iot-mqtt-why-good-for-iot/ Acesso em: 30 de abril 
de 2021. 
Conceito de Sensor. 2013. Disponível em: <https://conceito.de/sensor> 
Acesso em: 20 de abril de 2021. 
Peter, Friess. Ovidiu Vermesan. Internet of Things: Converging 
Technologies for Smart Environments and Integrated Ecosystems, 2013. 
Ullman, D. G. Robust decision-making for engineering design. Journal of 
Engineering Design, 2001. 
Jonassen, D. H. Designing for Decision Making. Association for 
Educational Communications and Technology, 2012. 
Nascimento, Lorrayne. Design thinking: veja como ele pode ajudar na 
melhoria da experiência do usuário. 2020. Disponível em: 
<https://www.access.run/2020/07/design-thinking-2/> Acessado em: 15 de abril de 
2021.