Desenvolvimento de um protótipo para gerenciamento e controle de uma estufa baseada em internet das coisas

Abstract

O presente trabalho apresenta o desenvolvimento de um protótipo de estufa para ambientes internos baseada em Internet das Coisas (IoT), projetado para monitorar e controlar variáveis ambientais críticas ao cultivo. O sistema foi estruturado com sensores de luminosidade, temperatura e umidade do ar e do solo, interligados a um microcontrolador Raspberry Pi 4 responsável pela centralização dos dados e acionamento dos atuadores, compostos por ventoinhas, luminária de cultivo, resistor de aquecimento e bomba peristáltica para irrigação. A arquitetura de software, implementada com o Firebase, plataforma de desenvolvimento de aplicativos móveis e web do Google, assegurou o armazenamento de dados e a comunicação em tempo real, possibilitando a integração entre o protótipo físico e o aplicativo móvel. Esse aplicativo, desenvolvido em React Native, framework para criação de aplicativos móveis com JavaScript, utilizando a plataforma Expo, viabilizou a visualização e o gerenciamento da estufa em tempo real, com configuração de variáveis desejadas, calibração de atuadores e acompanhamento por meio de gráficos de tendências. Os testes contemplaram a validação das principais funcionalidades do sistema, incluindo o controle do fotoperíodo da luminária (tempo de exposição à luz artificial em um ciclo de 24 horas), a regulação térmica por meio do aquecedor e das ventoinhas, a verificação do controle de umidade do ar e a avaliação da irrigação automatizada com bomba peristáltica. Além desses ensaios individuais, foi realizado um ciclo experimental de três dias, correspondendo às diferentes fases do cultivo, a fim de avaliar o funcionamento integrado da estufa em operação contínua. Durante todos os ensaios, o sistema efetuou a coleta contínua de dados de luminosidade, temperatura e umidade do ar e do solo, registrando-os em tempo real e possibilitando seu acompanhamento por meio de gráficos de tendência nos intervalos de 1 hora e 24 horas. Essa abordagem permitiu verificar tanto a consistência das medições quanto a resposta automática dos atuadores frente às variações ambientais simuladas e ao comportamento do ciclo de cultivo.This work presents the development of a greenhouse prototype for indoor environments based on the Internet of Things (IoT), designed to monitor and control environmental variables critical to cultivation. The system was structured with sensors for light intensity, temperature, and air and soil humidity, interconnected to a Raspberry Pi 4 microcontroller responsible for data centralization and actuator activation. The actuators consisted of fans, a grow light, a heating resistor, and a peristaltic pump for irrigation. The software architecture, implemented with Firebase, Google’s mobile and web application development platform, ensured data storage and real-time communication, enabling integration between the physical prototype and the mobile application. This application, developed in React Native, a framework for creating mobile applications with JavaScript, using the Expo platform, enabled real-time visualization and management of the greenhouse, with configuration of desired variables, actuator calibration, and monitoring through trend charts. The tests included validation of the main functionalities of the system, including photoperiod control of the grow light (exposure time to artificial light in a 24 hours cycle), thermal regulation through the heater and fans, verification of air humidity control, and evaluation of automated irrigation with a peristaltic pump. In addition to these individual tests, a three-day experimental cycle was conducted, corresponding to different cultivation phases, in order to evaluate the integrated operation of the greenhouse under continuous operation. Throughout all tests, the system performed continuous data collection on light intensity, temperature, and air and soil humidity, recording them in real time and enabling monitoring through trend charts at 1 hour and 24 hours intervals. This approach made it possible to verify both the consistency of the measurements and the automatic response of the actuators to simulated environmental variations and the behavior of the cultivation cycle.