Automação agrícola: integração de hardware e software para o controle da irrigação por sulco. - TURNELL, David John. (1999)
Em torno de 20% da área mundial cultivada depende da irrigação. Uma das modalidades de irrigação, popular nas regiões semi-áridas, inclusive no Nordeste do Brasil, e a irrigação por sulco. Apesar de sua popularidade, este tipo de irrigação se caracteriza por uma baixa eficiência no uso da água, quando o controle e manual. A automação da irrigação por sulco restringe-se tipicamente ao acionamento de válvulas e comportas, em tempos predeterminados, com a finalidade de direcionar o fluxo de agua entre parcelas irrigadas. Para aumentar a eficiência da irrigação por sulco e torna-la mais viável em regiões semi-áridas, investigou-se nesta tese alternativas de hardware e software para a automação do gerenciamento do uso da água. Propôs-se então o desenvolvimento de uma abordagem de controle automático distribuído baseada em um conjunto de estratégias de controle baseado na detecção, em tempo real, da presença de água em múltiplos pontes de uma área irrigada. Três das estratégias de controle foram propostas visando otimizar o uso da agua na irrigação por sulco. Duas destas estratégias baseiam-se no emprego de simulação como suporte ao algoritmo de controle. Uma destas estratégias, 'Análise de Avanço', consiste na otimização da entrada de agua com base em um conjunto de coeficientes de infiltração de agua no solo. Estes coeficientes são identificados em tempo real, durante a primeira fase da irrigação, a partir de dados de avanço da água, conforme uma técnica proposta por Engenheiros Agrícolas. A estratégia de otimização 'Escoamento residual', busca minimizar o escoamento da agua nos finais dos sulcos. A identificação dos coeficientes de infiltração se da a partir das características de avanço/recessão da água. Em qualquer das estratégias propostas, o algoritmo de controle implementa a variação do ciclo de trabalho da entrada de agua apoiado pelo hardware desenvolvido para o sensoreamento e controle distribuído e pelo software de suporte a gestão da irrigação, Este trabalho analisa a influencia exercida sobre o controle por erros no sensoreamento das condições de campo e erros nos parâmetros de entrada do modelo de irrigação adotado. Do ponto de vista de hardware, a partir da constatação da necessidade de métodos de telemetria, de baixo custo e de baixo consumo, para envio de dados sobre curtas distancias (1-2 km), foram desenvolvidas três redes de sensores para detectar a presença de agua no sulco e permitir o controle da entrada de agua no sistema de irrigação. Duas redes são baseadas em elementos sensores resistivos e uma rede e baseada em elementos sensores capacitivos. Foi também desenvolvida uma estação de campo, e os meios para comunicação entre estes elementos e a estrutura de controle (redes de sensores e computador central). O desenvolvimento do hardware levou em consideração a energização disponível no campo, as condições de ruído impostas a comunicação, a robustez necessária para operar nas condições hostis no campo e buscou oferecer uma relação custo beneficio que motivasse a adoção da automação da irrigação. Do ponto de vista de software, foi desenvolvido um sistema, denominado FarmWeb, com base no modelo 'Objeto-Ação', adotado por sistemas distribuídos, para oferecer suporte ao desenvolvimento de aplicações integradas de automação agrícola. Trata-se de um sistema que oferece aplicativos para controle em tempo real da irrigação por sulco, com recursos para a simulação e visualização simultânea, na forma gráfica, de dados sobre a evolução do processo de irrigação. O sistema também oferece mecanismos para comunicação entre aplicações, recursos para multiprocessamento e um conjunto de serviços de suporte as aplicações que facilitam o seu desenvolvimento. Este sistema se propõe a servir como 1) uma plataforma para estudos de alternativas de controle, a partir da simulação dos processos agrícolas a serem controlados, 2) uma base para o desenvolvimento de sistemas de controle que possam ser usados em aplicações reais, e 3) um ambiente didático, quando for utilizado em conjunto com programas para simulação de processos agrícolas. Nesta tese, foram investigados aspectos de integração de hardware e software que possibilitassem um controle distribuído e em tempo real visando a integração em um sistema mais abrangente de automação agrícola. A tese resultou no desenvolvimento tanto de hardware quanto de software que, devido as suas características, poderão ser aplicados no desenvolvimento de aplicações distribuídas em outros contextos da automação agrícola. As soluções propostas adequam-se também a um conceito de agricultura de precisão integrada, no qual diversos processos apoiados por grande numero de estações distribuídas no campo, comporiam um ambiente integrado de automação agrícola.