Tecnologias para monitoramento da evapotranspiração: desenvolvimento de métodos para coleta e armazenamento de dados em áreas rurais

Abstract

A escassez dos recursos hídricos no planeta leva-nos ao desenvolvimento de tecnologia para o uso racional, a preservação e o acesso a água potável tanto para o consumo humano, como para a produção de alimentos. A presente tese visa por meio da cooperação de um projeto universal financiado pelo CNPq, o desenvolvimento de métodos e protocolos de comunicação para otimizar a troca de informação dos dispositivos empregados em sua estrutura. O presente trabalho apresenta o desenvolvimento e a implementação de um sistema de integrado para coleta, armazenamento, e visualização de dados ambientais, com foco na robustez, acessibilidade. Inicialmente, foi realizada uma revisão bibliográfica sistemática para identificar as principais tecnologias e métodos relacionados ao monitoramento de culturas vegetativas. A partir disso, foram desenvolvidos dois protótipos principais: o primeiro, com gravação direta no banco de dados MySQL, visou validar a comunicação entre dispositivos e o armazenamento inicial dos dados. O segundo protótipo, mais robusto, utilizou um Raspberry Pi configurado com containers Docker para hospedar serviços essenciais, incluindo o Broker Mosquitto para gerenciamento de tópicos MQTT, o Node-RED para processamento e gravação de dados no banco de dados InfluxDB, o Grafana para criação de dashboards e visualizações interativas, e o Portainer para gerenciamento dos containers. Os resultados demonstraram avanços significativos na comunicação e no armazenamento de dados, bem como na criação de aplicações intuitivas para visualização. A estrutura em mesh utilizada para conectar os dispositivos apresentou bom desempenho em ambientes com pequenos obstáculos e distâncias de aproximadamente 1 km. Entretanto, desafios relacionados à atenuação da transmissão em ambientes com barreiras robustas foram superados com a inclusão de dispositivos retransmissores. O sistema desenvolvido provou-se eficiente para aplicações de monitoramento ambiental, integrando tecnologias acessíveis e escaláveis, com potencial para utilização em diversas áreas e evidenciam que o aprimoramento e customização podem ser aplicados em outros seguimentos do agronegócio baseados em IoT.

The scarcity of water resources on the planet drives the development of technologies aimed at the rational use, preservation, and access to potable water for both human consumption and food production. This thesis, conducted in cooperation with a universal project funded by CNPq, focuses on the development of methods and communication protocols to optimize the exchange of information between the devices employed in its structure. This work presents the development and implementation of an integrated system for the collection, storage, and visualization of environmental data, with a focus on robustness and accessibility. Initially, a systematic literature review was conducted to identify the main technologies and methods related to the monitoring of vegetative crops. Based on this review, two main prototypes were developed. The first prototype, which stored data directly in a MySQL database, aimed to validate communication between devices and the initial storage of data. The second, more robust prototype, employed a Raspberry Pi configured with Docker containers to host essential services, including the Mosquitto Broker for managing MQTT topics, Node-RED for processing and storing data in the InfluxDB database, Grafana for creating dashboards and interactive visualizations, and Portainer for managing Docker containers. The results demonstrated significant advancements in communication and data storage, as well as in the creation of intuitive applications for data visualization. The mesh structure used to connect the devices performed well in environments with small obstacles and transmission distances of approximately 1 km. However, challenges related to signal attenuation in environments with robust barriers were mitigated by incorporating repeater devices. The developed system proved to be efficient for environmental monitoring applications, integrating accessible and scalable technologies. Furthermore, the results indicate that the system can be improved and customized for other segments of agribusiness based on IoT technologies.