envmon – Monitor do Meio Ambiente

envmon

envmon - Módulo controlador e outdoor
envmon – Módulo controlador e outdoor

O envmon é um dispositivo com capacidade de tomar ações a partir da análise de eventos do meio ambiente.

Ele monitora a temperatura, umidade relativa do ar e também a umidade do solo.

Os dados coletados dos sensores são armazenados e analisados para criar perfis de irrigação baseado nas estações do ano. Dessa forma as plantas que recebem os cuidados do envmon não estarão nas mãos de um simples regador, pois o envmon é um sistema inteligente para cuidar de plantas da melhor forma possível.

O nome envmon é um acrônimo para Enviroment Monitor (Monitor de Ambiente). Contudo, ele não é um simples monitor, pois ele gerencia os dados coletados, envia informações para a nuvem, possui um bonito ambiente de gerenciamento e o mais importante de tudo é que ele cuida das plantas com muito carinho.

O envmon foi criado para cuidar das plantas adequadamente sem ferir a estética do jardim ou da varanda. Dessa forma, todo sistema é discreto e bonito.

Objetivo

Todas as plantas precisam de luz solar e de água para crescerem bonitas e saudáveis. Sabemos que a luz do sol é abundante, ela está presente de forma natural e gratuita.

O foco do trabalho do envmon é a irrigação.

O propósito do dispositivo consiste em analisar o meio ambiente para proporcionar a quantidade de água necessária para a planta. Dessa forma as plantas irrigadas pelo envmon poderão receber a quantidade ideal de água de acordo com a estação do ano.

Isso permitirá que o trabalho de irrigação seja feito de forma automatizada e o jardineiro/agricultor possa ficar tranquilo, pois o envmon estará cuidando do trabalho que precisa ser realizado com frequência. É a solução ideal para quem cultiva plantas e precisa viajar sem pedir para alguém colocar água nas plantas, ou ficar desapontado por perder o jardim após o período de viagem de férias.

Todos as informações de funcionamento, monitoração e configurações do dispositivo precisam ser acessíveis pela Internet de forma segura.

É evidente que muitas plantas precisam de cuidados adicionais, seguindo regras de adubação, poda, amarração e até mesmo transplante de terra. Contudo essas atividades não são tão frequentes como a irrigação. Dessa forma uma planta pode viver de forma saudável por semanas ou até mesmo vários meses sem receber esses cuidados.

Descrição

Todos componentes do sistema foram distribuídos de forma inteligente para garantir um funcionamento perfeito e seguro. A distribuição se dá em 3 módulos:

  • Controlador – Equipamento com conectividade à Internet (WiFi ou cabo), onde as configurações e os dados coletados dos sensores são armazenados.
  • Módulo outdoor – Dispositivo onde estão instalados os sensores de temperatura e umidade relativa do ar. Esse dispositivo se conecta aos sensores e bombas.
  • Sensores e bombas – O sensor de umidade de solo é obviamente instalado no substrato da planta e próximo a ela estará a bomba de água que fará a irrigação.
Controlador - Componentes internos
Controlador – Componentes internos

Hardware

Todo sistema foi dividido dessa forma para evitar que o módulo controlador precisasse ficar exposto as temperanças do calor, frio e chuva. Então o controlador pode ficar acondicionado dentro da casa em segurança.

Controlador

O núcleo do sistema é composto por um Arduino Leonardo original e um Dragino Yún Shield. Contudo, poderia ter usado um Arduino Yún original que funcionaria da mesma forma.

Esse hardware proporciona os recursos de aquisição de dados dos sensores, tratamento de informação e conectividade com a Internet que um dispositivo orientado as tendências de IoT precisa.

Controlador - gabinete fechado
Controlador – gabinete fechado

Adicionalmente são usados módulos de relé, sensor de temperatura e umidade relativa do ar (DHT22), sensores de umidade do solo, bombas de água, sistema de refrigeração, fonte de alimentação, LEDs e demais componentes discretos.
Uma bonita caixa foi montada exclusivamente para esse projeto, afim de acondicionar todos componentes do módulo Controlador de forma segura e com excelente exaustão de calor. Para construí-la, usei alumínio anodizado, filme plástico preto, fixadores internos de bronze, placas laminadas de plástico e parafusos de aço inoxidável.

A aparência frontal da caixa foi desenhada para ser levemente rústica. Podemos usar uma impressora 3D para customizar um painel frontal e fixa-lo com imãs nos parafusos frontais. Dessa forma é possível desenhar um tema que se adapte a decoração do local onde o envmon está instalado, tornando o módulo Controlador numa peça de decoração.

Módulo Outdoor

Módulo Outdoor - Componentes internos
Módulo Outdoor – Componentes internos

Sabemos que eletricidade e água formam uma combinação perigosa. Então o módulo Controlador é conectado por um cabo UTP ao módulo outdoor, neste cabo é usado apenas baixa tensão em corrente contínua, garantindo segurança para a instalação.

Software

A estrutura de software do envmon é modular e foi desenhada para proporcionar integração total entre o Arduino, o sistema operacional Linux embutido e recursos da Nuvem.

Arduino

O firmware do sistema que fica acondicionado no Arduino foi desenhado para ser responsivo. O programa foi desenhado para ser muito simples, para responder as requisições de leitura de sensores de forma rápida e precisa.

Linux embarcado

O envmon possui um Linux embarcado. Isso proporciona vários recursos úteis ao usuário:

  • Interface web local – será possível acessar uma bonita interface com todos os dados de monitoração do envmon;
  • Ajuste automático do horário do sistema – Isso permite que o usuário não seja onerado em ajustar manualmente o horário do sistema. Esse recurso também permite que o envmon calcule a estação do atual e aplique o perfil de rega adequado;
  • Interface com a nuvem – Envio de dados de monitoração para a nuvem.
envmon - Interface web embutida
envmon – Interface web embutida

Todos o dados coletados também são armazenados em forma de log para manter um histórico das atividades do sistema.

Nuvem

O envmon envia periodicamente todos os dados para um servidor na nuvem. Os dados brutos são convertidos em informações úteis e então são armazenados de forma organizada em banco de dados.

Banco de dados

Uma vez que as informações estão guardadas de forma segura e otimizada num banco de dados robusto, é possível que outras aplicações utilizem essas informações para os mais diversos fins.

Nagios

O sistema de monitoração Nagios processa as informações, cria gráficos personalizados e realiza notificações.

As notificações são enviadas por padrão por email, mas também podem ser enviadas por SMS, mensagem instantânea (Google Hangouts, MSN, Skype, WhatsApp, entre outros). Por exemplo, se a água do reservatório estiver num nível baixo, será enviada uma mensagem de alerta, dessa forma o cuidador do jardim, não precisará verificar se o tanque de água está cheio, pois o envmon está cuidando disso.

Nagios - Notificação por email
Nagios – Notificação por email

Também é possível visualizar como o envmon está se comportando, pois o Nagios possui uma interface web, que contem todas as informações:

Nagios - Página web com a monitoração de serviços envmon
Nagios – Página web com a monitoração de serviços envmon

Por fim, o Nagios proporciona gráficos com toda a história dos serviços monitorados. O sistema Nagiosgraph armazena as informações por um ano. Pode parecer muito, mas é possível aumentar ainda mais esse período.

Nagios - Gráfico com 9 dias de dados coletados da umidade relativa do ar
Nagios – Gráfico com 9 dias de dados coletados da umidade relativa do ar

Para todos os serviços existe um gráfico com dados diários, semanais, mensais e anuais. É possível visualizar todos os gráficos em conjunto e perceber como a temperatura, a umidade do ar e do solo estão intimamente ligadas. Também é interessante perceber como essas variáveis influenciam diretamente no consumo de água do reservatório.

Nagiosgraph
Nagiosgraph

Como todos esses recursos estão na nuvem, é possível saber como está o jardim por meio de um dispositivo conectado a Internet em qualquer lugar do mundo.

Funcionamento

Baseado na temperatura ambiente, na umidade relativa do ar e na umidade do solo o envmon aplica um perfil de rega baseado na estação do ano.

Características das estações do ano

  • Primavera – Temperatura crescente ao longo da estação, dias com duração média;
  • Verão – Temperaturas elevadas, dias mais longos;
  • Outono – Temperatura decrescente ao longo da estação, dias com duração média;
  • Inverno – Temperaturas baixas, períodos de insolação curtos.

O envmon está preparado para se adequar às estações do ano do hemisfério norte e sul. Baseado na zona de tempo que ele está trabalhando, irá automaticamente adequar o programa que deve seguir.

Assista também aos erros de gravação. 🙂

Confira outros vídeos no meu canal do YouTube.

Futuro

As próximas versões do envmon adicionarão funcionalidades importantes para que o dispositivo seja mais independente e inteligente.

Um dos novos recursos é a capacidade de trabalhar em dois modos de trabalho, a saber:

  • Passivo – O envmon trabalha usando as condições climáticas do local onde está instalado, adequando o perfil de rega com as estações do ano. Este é método de funcionamento atual.
  • Ativo – O envmon simulará as condições climáticas de outra localidade. Neste modo a planta deve ser mantida num ambiente confinado. O envmon realizará a rega e também o processo de insolação com o uso de lâmpadas, dessa forma será possível simular os eventos de amanhecer e anoitecer.

Aferir a pressão atmosférica será um novo recurso que possibilitará a implementação de algoritmos para predição do tempo com precisão.

Adicionalmente já há um esforço para que o envmon trabalhe com múltiplos sensores de umidade da terra, dessa forma será possível regar mais de uma planta.

Os trabalhos também caminham para que tecnologias sem fio sejam usadas para conectar o controlador com um ou mais módulos outdoor.

Conclusão

Com o envmon é possível monitorar o ambiente em que as plantas estão vivendo e usar os perfis de rega de cada estação do ano para que cresçam de forma natural e saudável.

É importante mencionar que o envmon não substitui os cuidados fundamentais de cultivo, pois ainda é necessário obedecer as regras de insolação, adubação, poda e transplante de cada espécie. O envmon auxiliará na tarefa diária de irrigação, permitindo que o mantenedor do jardim possa viajar despreocupado.

O envmon trabalha com os dados provenientes dos sensores. Com base nesses dados podemos deduzir outras informações importantes, como por exemplo a taxa de evaporação de água. Talvez com o uso de algoritmos mais sofisticados, seja possível identificar o consumo de água pela planta e com isso diagnosticar a saúde dela.

Como vimos, o projeto está só começando e é possível melhora-lo para adicionar mais inteligência na monitoração dos recursos e com isso melhorar a condição de vida do jardim.

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