UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA ”JÚLIO DE MESQUITA FILHO” CÂMPUS EXPERIMENTAL DE SÃO JOÃO DA BOA VISTA BACHARELADO EM ENGENHARIA DE TELECOMUNICAÇÕES LETÍCIA BARBOSA FIDANZA SISTEMA DE COMUNICAÇÃO PARA REDE DE SENSORES SEM FIO APLICADA AO CONTROLE AMBIENTAL SÃO JOÃO DA BOA VISTA 2018 LETÍCIA BARBOSA FIDANZA SISTEMA DE COMUNICAÇÃO PARA REDE DE SENSORES SEM FIO APLICADA AO CONTROLE AMBIENTAL Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à Universidade Estadual Paulista "Júlio de Mesquita Filho" como requisito para obtenção de título de Bacharel em Engenharia de Telecomunicações. Orientador: Profo Dr. André Alves Ferreira Coorientador: Profo Dr. José Augusto de Oliveira SÃO JOÃO DA BOA VISTA 2018 Fidanza, Letícia Barbosa Sistema de comunicação para rede de sensores sem fio aplicada ao controle ambiental / Letícia Bar- bosa Fidanza. -- São João da Boa Vista, 2018. 66 p. : il. color. Trabalho de Conclusão de Curso – Câmpus Experimental de São João da Boa Vista – Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho”. Orientador: Prof. Dr. André Alves Ferreira Bibliografia 1. Detectores 2. Fazendas 3. Internet 4. Monitoramento ambiental 5. Redes de sensores sem fio 6. Sustentabilidade 7. Telecomunicações CDD 23. ed. – 621.382 Ficha catalográfica elaborada pela Biblioteca-BJB Bibliotecário responsável: João Pedro Alves Cardoso – CRB-8/9717 http://sjbv.unesp.br/#!/biblioteca/ LETÍCIA BARBOSA FIDANZA SISTEMA DE COMUNICAÇÃO PARA REDE DE SENSORES SEM FIO APLICADA AO CONTROLE AMBIENTAL Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à Universidade Estadual Paulista "Júlio de Mesquita Filho" como requisito para obtenção de título de Bacharel em Engenharia de Telecomunicações. Orientador: Profo Dr. André Alves Ferreira Coorientador: Profo Dr. José Augusto de Oliveira Data de aprovação: / / BANCA EXAMINADORA: Profo Dr. André Alves Ferreira Orientador/UNESP-SJBV Profo Dr. Marcelo Luís Francisco Abbade UNESP-SJBV Profo Dr. Rafael Abrantes Penchel UNESP-SJBV Dedico este trabalho primeiramente a Deus, ao meu pai Renato, à minha mãe Sirley, à minha avó Maria e aos meus irmãos Leonardo e Lara. AGRADECIMENTOS Em primeiro lugar agradeço aDeus, fonte da vida e da graça. Agradeço a minhafamília pela confiança, por compreender minha ausência sempre apoiando todas as minhas decisões e não medindo esforços para fazer tudo quanto era possível para que eu pudesse chegar até aqui. Aos meus orientadores,Prof.Dr. André Alves Ferreirae Prof.Dr. José Augusto de Oliveirapor acreditarem no meu potencial, por me proporem desafios e mostrarem os melhores caminhos. Exem- plos de profissionais e de pessoas que desejo seguir. Aos técnicosMarcelo Jorgee Mirian por não medirem esforços para ajudar, me acompanhando em todos os processos de desenvolvimento, executando muito mais que suas funções. Por acreditarem tanto em mim, profissionais que admiro e amigos que levarei por toda a vida. Aos meus amigos, por estarem sempre comigo e me sustentarem nas horas mais difíceis. Por me proporcionarem os melhores anos da minha vida, pela cumplicidade e por serem tão únicos e espe- ciais, com eles a caminhada foi muito mais fácil. Em especial agradeço aLarissa, Jéssica, Melissa, WelersoneAllan, por me ajudarem a ser quem sou, por acreditarem em mim quando eu mesma já não conseguia, me desafiaram a ser melhor todos os dias. Ao Joãopela ajuda na Biblioteca Unesp Câmpus São João da Boa Vista. Aosprofessorese funcionáriosda Unesp Câmpus de São João da Boa Vista por contribuírem para a minha formação. “Tudo que está no plano da realidade já foi sonho um dia” (LEONARDO DA VINCI) RESUMO O conceito de Internet das Coisas (Internet of Things-IoT) propõe a conectividade como agente das rotinas diárias, facilitando no gerenciamento das tarefas. No ambiente de produção agrícola, por exem- plo, o uso da IoT promove inúmeros benefícios no controle e na manutenção das tarefas no campo. Com o aumento da população mundial torna-se necessário o uso de mecanismos, afim de otimizar a produtividade e previsibilidade no processo produtivo. Nesse contexto, as Redes de Sensores Sem Fio (RSSF) são ferramentas utilizadas para controle ambiental na lavoura. A automação da produção agrícola e o monitoramento são necessários para rápidas tomadas de decisão, aumento da produção agrícola, além da economia de recursos naturais, evitando-se desperdícios com a irrigação e a perda de produção pelas condições climáticas. As maiores dificuldades encontradas são o desconhecimento quanto à aplicação das tecnologias no setor agropecuário, à infraestrutura e à interoperabilidade com outros sistemas de controle para automação do meio rural. Dessa maneira, este projeto tem o intuito de implementar uma solução escalável e aplicável, tanto para o pequeno, quanto para o grande produ- tor. Por meio do levantamento dos principais aspectos relevantes na implementação da tecnologia no campo e da construção de uma RSSF capaz de adquirir dados como temperatura e umidade, processar e transmitir ao usuário em uma interface que facilite as tomadas de decisões e controle sobre sua plantação, a baixo custo e de forma sustentável, levando em conta as condições do ambiente estudado e o impacto técnico e ambiental da implementação dessa solução. PALAVRAS-CHAVE: Internet das Coisas. Sensores. Rede de Sensores Sem Fio. Monitoramento ambiental. Fazenda Tropical 4.0. Sustentabilidade. ABSTRACT The Internet of Things (IoT)concept proposes connectivity as an agent of daily routines, making it easier to manage tasks. In the agricultural production environment, for example, the use of IoT pro- motes numerous benefits in control and maintenance. With the increase of the world population it becomes necessary the use of mechanisms, in order to optimize the productivity and predictability in the productive process. In this context, Wireless Sensor Networks (WSNs) are tools used for environ- mental control in the field. The automation of agricultural production and monitoring are necessary for rapid decision-making, increasing agricultural production beyond saving natural resources, avoi- ding waste with irrigation and loss of production due to climatic conditions. The greatest difficulties encountered are the lack of knowledge about the application of technologies in the agricultural sector, the infrastructure and the interoperability with other control systems for rural automation. In this way, this project intends to implement a scalable and applicable solution for both the small and the large producer. Through the survey of the main relevant aspects in the implementation of the technology in the field and the construction of an WSN capable of acquiring data such as temperature and humidity, to process and transmit to the user in an interface that facilitates the decision making and control on its planting, down cost and in a sustainable way, taking into account the conditions of the studied environment, the technical and environmental impact of the implementation of this solution. KEYWORDS: Internet of Things. Sensors. Wireless Sensor Network. Environmental monitoring. Tropical Farm 4.0. Sustainability. LISTA DE ILUSTRAÇÕES Figura 1 Áreas específicas de planejamento da IoT no Brasil . . . . . . . . . . . . . . . 15 Figura 2 Rede de comunicações na fazenda digital . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 Figura 3 Funcionalidades presentes em uma Rede de Sensores Sem Fio . . . . . . . . . 29 Figura 4 Imagem do formulário de pesquisaSurveydisponibilizado online. . . . . . . . 34 Figura 5 Arquitetura básica do nó componente da RSSF . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 Quadro 1 Microcontrolador Arduino Nano . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 Quadro 2 RTC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 Quadro 3 Módulo nRF24L01+ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 Quadro 4 Sensor LM35 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 Figura 6 Circuito regulador de tensão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 Figura 7 Ligações feitas no Top e Botton da PCB, respectivamente na imagem . . . . . . 43 Figura 8 Impressão da PCB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 Figura 9 Fluxograma de funcionamento do nó sensor da RSSF . . . . . . . . . . . . . . 44 Figura 10 Protótipo nó sensor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 Figura 11 Fluxograma de funcionamento do nó central da RSSF . . . . . . . . . . . . . . 46 Figura 12 Protótipo nó central . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 Figura 13 Pipes de comunicação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 Figura 14 Estrutura do pacote enviado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 Quadro 5 Principais fatores para manutenção de uma plantação . . . . . . . . . . . . . . 50 Figura 15 Importância da iluminação, temperatura e umidade para uma plantação . . . . . 51 Figura 16 Uso de tecnologias de automação no campo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 Figura 17 Soluções propostas para automação do campo . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 Figura 18 Análise do cenário de desenvolvimento sustentável no campo usando a ferra- menta matriz F.O.F.A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 Figura 19 Nós central (COM10) e Sensor (COM12) em estado de espera . . . . . . . . . 56 Figura 20 Transmissão de informações pelo nó sensor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 Figura 21 Recepção de informações pelo nó central . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 Figura 22 Interface Spyder de linguagemPythonpara de aquisição de dados . . . . . . . 59 Figura 24 Snapshot do recebimento do último pacote de dados . . . . . . . . . . . . . . . 60 Figura 25 Controle de temperatura durante o dia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 Figura 23 Snapshots dados aquisitados pelo nó sensor e Recebidos pelo nó central . . . . 62 LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS IoT Internet of Things RSSF Rede de Sensores Sem Fio MEMS Micro Electro Mechanical Systems GPS Global Positioning System M2M Machine-To-Machine DoS Denial of Service DEP Data End Point DIP Data Integration Point MANET Mobile Ad hoc Network QoS Quality of Service FOFA Forças, Oportunidades, Fraquezas e Ameaças RTC Real Time Clock IDE Integrated Development Environment SPI Serial Peripheral Interface SS Slave Select MOSI Master Out Slave In MISO Master In Slave Out SCK Serial Clock PWM Pulse Width Modulation SCL Slave Clock SDA Slave Data ISM Industrial Scientific and Medical GFSK Gaussian Frequency Shift Keying FSK Frequency Shift Keying ESB Enchanced ShockBurst PCB Printed Circuit Board SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 1.1 Definição do problema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 1.2 Objetivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 1.2.1 Objetivos Específicos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 1.3 Justificativa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 2 TECNOLOGIA E SUSTENTABILIDADE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 2.1 Evolução tecnológica da agricultura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 2.1.1 Agricultura Digital: Agricultura 4.0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 2.1.1.1 Potencial de aplicação da IoT no ambiente rural . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 2.2 Sustentabilidade na agricultura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 2.2.1 Limitação de recursos naturais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 2.2.2 Impacto sobre a agricultura familiar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 2.2.3 Uso e ocupação do solo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 2.2.4 Uso de agrotóxicos e nutrientes químicos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 3 CONVERGÊNCIA DE REDES DE COMUNICAÇÃO EM AMBIENTES IN- TELIGENTES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 3.1 Princípios da Internet das Coisas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 3.1.1 Objetos inteligentes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 3.1.2 Blocos básicos de construção da IoT. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 3.2 ComunicaçãoMachine-To-Machine. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 3.2.1 Desafios na comunicação M2M. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 3.3 Rede de Sensores Sem Fio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 3.3.1 Modelo funcional de uma RSSF. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 3.3.1.1 Estabelecimento da Rede . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 3.3.1.2 Manutenção . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 3.3.1.3 Sensoriamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 3.3.1.4 Processamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 4 MATERIAIS E MÉTODOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 4.1 Pesquisa de levantamento de informações . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 4.2 Desenvolvimento da Rede de Sensores Sem Fio . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 4.2.1 Unidades básicas dos nós sensores. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 4.2.1.1 Unidade de Processamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 4.2.1.2 Unidade de Comunicação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 4.2.1.3 Unidade de Sensoriamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 4.2.1.4 Unidade de Energia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 4.2.2 Meio físico de transmissão. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 4.2.2.1 Modulação GFSK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 4.2.2.2 Banda de frequência . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 4.2.2.3 Canais de RF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 4.2.2.4 Taxa de transmissão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 4.2.3 Funcionamento do sistema. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 4.2.4 Desenvolvimento do protótipo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 4.2.4.1 Nós sensores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 4.2.4.2 Nó central . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 4.2.5 Topologia de Rede . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 4.2.5.1 Protocolo de comunicação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 4.2.5.2 Estrutura do pacote de dados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 5 RESULTADOS E DISCUSSÕES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 5.1 Tratamento dos dados pesquisasurvey . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 5.2 Verificação do funcionamento do protótipo construído . . . . . . . . . . . . . . . 55 5.3 Aquisição e tratamento dos dados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 6 CONCLUSÕES E TRABALHOS FUTUROS . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 REFERÊNCIAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 12 1 INTRODUÇÃO A Internet das Coisas (Internet of Things- IoT), pode ser definida como uma extensão da Internet em que os objetos adquirem capacidade de conexão, comunicação e processamento de informações. A conexão com a rede mundial de computadores possibilita o acesso remoto a objetos, ou seja, “a Internet das Coisas permite que pessoas e coisas possam se conectar a qualquer hora, em qualquer lugar, com qualquer coisa, utilizando qualquer caminho, rede ou serviço” (PEREIRA; CARVALHO, 2017). Esses mesmos objetos passam a ter capacidade de prover serviços, atuando de forma autô- noma. A partir das novas funcionalidades atribuídas aos objetos, provenientes da IoT, inúmeras são as possibilidades de suas aplicações na indústria, saúde e agricultura, por exemplo. Por outro lado, também surgem desafios técnicos que devem ser explorados para a disseminação das aplicações prá- ticas (SANTOS et al., 2016). As potenciais aplicações da IoT na agricultura abrangem inúmeros cenários, nos quais o conceito de conectividade e previsibilidade estão diretamente relacionados com a necessidade do ambiente de produção, no qual as respostas das plantas ao clima são de extrema importância para a precisão nas tomadas de decisões, a fim de otimizar a produtividade e a qualidade no cultivo agrícola (TZOUNIS et al., 2017). A produção agrícola está inserida em um contexto de crescente produtividade e competitividade devido ao aumento populacional. Com a necessidade do desenvolvimento de pesquisas e aplicações no setor da produção de alimentos, tem-se nos ambientes controlados, a identificação e monitora- mento de quais os elementos externos que mais interferem na produção. Dessa maneira, o controle obtido a partir de dados coletados leva à prevenção de pragas e doenças, por exemplo, e ainda influen- ciam diretamente na diminuição do uso de insumos agrícolas e redução de resíduos, proporcionando uma produção sustentável que reflete em maior qualidade dos produtos, durante o ano todo (EM- PRESA BRASILEIRA DE PESQUISA AGROPECUÁRIA, 2014) . Quanto maior o número de va- riáveis de controle, maior a complexidade do sistema que proporciona uma melhor caracterização do ambiente em que problemas podem ser tratados pontualmente, sendo esse o maior desafio da pesquisa. Tem-se então, uma tomada de decisão mais rápida em relação a aumento de produção e minimização dos impactos e desperdícios no campo, e certa no quesito de atacar diretamente questões característi- cas de cada propriedade, a partir do uso de ferramentas tecnológicas como as Redes de Sensores Sem Fio (RSSF). As RSSFs foram promovidas por meio da convergência de três principais tecnologias sendo elas os microprocessadores, os sistemas de comunicação sem fio e os sistemas micro eletromecânicos (do inglês,Micro Electro Mechanical Systems- MEMS 1). É função da RSSF o monitoramento e controle do ambiente em que este sistema está inserido, podendo ser constituído por milhares de “nós 1 TORRES, Henrique.Embarcados. 2014. Disponível em: . Acesso em: 17 set. 2018 https://www.embarcados.com.br/mems/ 13 sensores”(LOUREIRO et al., 2003). Dessa forma, este trabalho propõe a integração de uma rede de comunicações, onde cada nó é responsável pelo monitoramento e comunicação com um ponto específico na rede, como uma maneira de otimizar e ampliar o controle do produtor sobre sua área de plantio. 1.1 DEFINIÇÃO DO PROBLEMA Nesse contexto, evidencia-se a necessidade de estabelecer a interface entre os sistemas de produ- ção no campo e a tecnologia. A otimização na realização de atividades no campo é obtida no sentido do acesso amplo às informações, por meio do desenvolvimento de meios que provenham maior co- nhecimento a respeito do ambiente rural, facilitando assim a tomada de decisão e o uso sustentável dos recursos dentro da cadeia produtiva do agronegócio. Busca-se o gerenciamento modular, com ações que visam um manejo voltado para as características específicas de cada propriedade, baseados em dados obtidos pelo uso da IoT. 1.2 OBJETIVO O objetivo desse trabalho é implementar e analisar a comunicação entre os nós de uma RSSF, com o intuito de obter informações de monitoramento de uma área rural. 1.2.1 Objetivos Específicos Para atingir o objetivo deste trabalho, pode-se estabelecer os seguintes objetivos específicos para pesquisa: • Identificar fatores e variáveis que são importantes para a sustentabilidade ambiental de um sistema de agricultura 4.0; • Implementar uma Rede de Sensores Sem Fio (RSSF) capaz de adquirir dados de temperatura e umidade, processar e transmitir dados a uma central de fácil acesso ao usuário; • Desenvolver uma solução ao pequeno produtor tanto no quesito econômico, com uma solução de baixo custo, quanto na ampliação do uso de tecnologias para controle, com economia dos recursos hídricos, melhoria do tratamento do solo e aumento de produtividade; • Implementar a solução na forma de protótipo para análises reais; • Possibilitar a interoperabilidade com outras redes de controle por meio da IoT. 14 1.3 JUSTIFICATIVA A agricultura, no panorama geral está diante de diversos desafios. Tendências globais estão di- retamente relacionadas com a segurança alimentar, pobreza, sustentabilidade global dos alimentos e sistemas agrícolas. São quatro os principais aspectos que norteiam as demandas futuras da agricultura mundial sendo eles a demografia e escassez de recursos naturais(CLERCQ; VATS; BIEL, 2018). Analisando o setor específico da agricultura tem-se um cenário de aumento do consumo e con- sequentemente necessidade do aumento produtivo. Espera-se um aumento populacional de33%, em comparação aos 7,6 bilhões de outubro de 2017 (CLERCQ; VATS; BIEL, 2018). Dessa maneira, há um aumento da demanda por alimentos, pois o crescimento econômico é lento, de50% em relação à produção agrícola de 2013 (CLERCQ; VATS; BIEL, 2018). Os consumidores hoje atribuem um valor significativo aos alimentos frescos, de alta qualidade e uso reduzido de insumos agrícolas, o que impõe aos produtores um estabelecimento de nível de qualidade para se produzir com rapidez e de forma a garantir a segurança alimentar. No que se refere aos recursos naturais, terras agrícolas do mundo têm se tornado improdutivas, cerca de25% das terras agrícolas são consideradas altamente degradadas,sofreram alguma perturba- ção física, química ou biológica, enquanto outros44% são moderadamente ou ligeiramente degradas. Em questão de recursos hídricos, cerca de40% da população rural mundial vive em áreas com escas- sez de água (CLERCQ; VATS; BIEL, 2018). Tais limitações de terras e recursos têm influência direta no surgimento de fazendas menores, com menor produção e aumento da pobreza rural. A agricultura nesse cenário pode ser uma causa primária e indireta de degradação das terras agrícolas com a falta de planejamento, erosão do solo, gerenciamento indevido de culturas, uso desequilibrado de fertilizantes e sistemas de irrigação mal planejados. O uso massivo da IoT propõe revolucionar a economia e o dia a dia da população mundial. O Brasil, com o intuito de refletir tais vertentes da tecnologia, busca nortear este desenvolvimento tecno- lógico através de medidas diretivas contidas no documento “Relatório do plano de ação – Iniciativas e Projetos Mobilizadores”, resultado do estudo “Internet das Coisas: um plano de ação para o Brasil” (BRASIL, 2017), liderado pelo Banco Nacional de Desenvolvimento Econômico e Social (BNDES), juntamente com o Ministério da Ciência, Tecnologia, Inovações e Comunicações (MCTIC). Trata-se de um estudo estratégico para o país no que se diz respeito a IoT e o desenvolvimento tecnológicos em vários setores econômicos como indústria, saúde e agricultura, ilustrado pela Figura 1, esta imagem descreve quais os principais aspectos que serão considerados prioritários para o desenvolvimento da IoT no Brasil, além da motivação e necessidade de cada setor destacando-se a agricultura que pro- porcionaria um uso eficiente dos recursos naturais, uso eficiente de maquinário agrícola, segurança sanitária e inovação tecnológica para as tarefas do campo. Nesse aspecto, os sistemas aplicados de IoT para agricultura e processamento dos alimentos contribuem para a manutenção e gerenciamento das tarefas agrícolas. O uso cada vez mais disseminado de sensores para determinar condições como temperatura e umidade da plantação, enquanto processadores podem gerenciar tarefas de colheita, 15 transporte, armazenamento e processamento. Figura 1 – Áreas específicas de planejamento da IoT no Brasil Fonte: Relatório do Plano de Ação (BRASIL, 2017) Tendo em vista a necessidade de soluções para o setor agrícola, o plano de ação de IoT para o Bra- sil no setor rural tem como perspectiva: aumentar a produtividade, a relevância do Brasil no comércio mundial de produtos agropecuários, com elevada qualidade e sustentabilidade sócio ambiental, por meio do uso difundido do IoT no campo e posicionar o Brasil como o maior exportador de soluções 16 de IoT para agropecuária tropical. Através de ferramentas como uso eficiente de insumos e recursos naturais, uso eficiente de maquinário, segurança sanitária e inovação. Nesse contexto, evidencia-se a necessidade de estabelecer a interface entre os sistemas de produ- ção no campo e a tecnologia, visando a otimização do tempo de resposta, no sentido do acesso amplo às informações, além de meios que provenham maior conhecimento a respeito do ambiente rural fa- cilitando assim a tomada de decisão e o uso sustentável dos recursos dentro da cadeia produtiva do agronegócio. Por isso esse trabalho busca, de forma prática, implementar efetivamente a comunicação entre os nós de uma rede de sensores para o monitoramento ambiental, de forma que seja adaptável às necessidades dos pequenos e grandes produtores agrícolas. Dessa maneira, obtêm-se modularmente ações dentro da perspectiva de um manejo agrícola baseado no controle das características de solo e gerenciamento com o uso da IoT. Contudo, há um grande abismo teórico e técnico a ser abran- gido dentro desta perspectiva, que consiste na implementação e estudo de tecnologias e sistemas de controle com soluções integradas e acessíveis ao pequeno produtor. 17 2 TECNOLOGIA E SUSTENTABILIDADE Segundo a Comissão Mundial sobre o Meio Ambiente e Desenvolvimento criada pelas Nações Unidas, “Desenvolvimento Sustentável” é conceituado como o “desenvolvimento capaz de suprir as necessidades da geração atual, sem comprometer a capacidade de atender as necessidades das futuras gerações”, ou seja, da busca do equilíbrio econômico e ambiental (WWF, 2017). A sustentabilidade é um conceito que integra o desempenho econômico, a responsabilidade ambiental e a equidade social. 2.1 EVOLUÇÃO TECNOLÓGICA DA AGRICULTURA De acordo com o CEMA (European Agricultural Machinery), (EUROPEAN AGRICULTURAL MACHINERY, 2017), a evolução da agricultura a partir do século XX se deu de maneira gradativa e bem determinada de em cinco fases: a. Agricultura 1.0 Tem início no século XX, em um sistema de trabalho intensivo na agricultura, porém com baixa produtividade. A produção era suficiente para alimentação da população, caracterizada por pequenas fazendas e cerca de 1/3 da população ativa no processo de produção primário (EUROPEAN AGRICULTURAL MACHINERY, 2017). b. Agricultura 2.0 Essa fase teve início no fim dos anos 50, conhecida como “A Revolução Verde”, com o uso de técnicas de manejo com o uso de nitrogênio suplementar, pesticidas sintéticos, fertilizantes e máquinas especializadas com o aumento da escala de produção (EUROPEAN AGRICULTU- RAL MACHINERY, 2017). c. Agricultura 3.0 Em meados da década de 90 é incorporado ao campo, o GPS (do inglês,Global Positioning System- Sistema de Posicionamento Global) para orientação manual, dando início à “Agricul- tura de Precisão”. O uso de equipamentos com monitores de rendimento, com base em entradas de amostras de solo e localização de GPS. O início da incorporação da telemática aplicada ao monitoramento de máquinas propôs a otimização dos processos logísticos na fazenda. O foco era a redução de custos visando lucratividade e o desenvolvimento de produtos diferenciados. A agricultura de precisão otimizou as operações ao gerir as variações do campo com suas ca- racterísticas específicas (EUROPEAN AGRICULTURAL MACHINERY, 2017). d. Agricultura 4.0 18 Sua evolução se deu com base em diversas tecnologias como sensores e atuadores elétricos (equipamentos que podem substituir a operação manual das válvulas em diversos locais) me- lhorados e mais baratos, microprocessadores de baixo custo, comunicação em banda larga, sis- temas de armazenamento em nuvem, análise de grande fluxo de dados. Com a Agricultura 4.0 alguns fenômenos foram introduzidos ao sistema produtivo agrícola, a prestação de servi- ços físicos passa a usar ferramentas não físicas, como algoritmos, para transformar dados em informação agregando valor aos produtos, com o intuito de otimizar, reduzir o risco e a vul- nerabilidade de influências externas à produção. Além disso, o surgimento de ecossistemas agrícolas combinando plataformas de dados de diversas fontes, sensores e equipamentos no campo, possibilitou ao agricultor monitorar suas operações. Dessa forma, as tomadas de deci- sões com base em hipóteses quantificadas aumentaram o resultado financeiro. Nesse sistema, os dados digitais proporcionaram a base da colaboração entre partes do sistema que passaram a oferecer diferentes serviços, a diferentes interessados. Em vias gerais, a Agricultura 4.0 é um termo referente a Indústria 4.0 já que a evolução se deu de forma paralela à do mundo industrial. A Agricultura 4.0 tornou possível a informação digital no campo, por meio da construção de uma rede de operações agrícolas, proporcionando a comunicação entre parceiros externos, fornecedores e clientes executados eletronicamente, pela transmissão, processamento e análise de dados em sua grande parte automatizados (EU- ROPEAN AGRICULTURAL MACHINERY, 2017). e. Agricultura 5.0 Trata-se da próxima evolução da agricultura, com perspectiva de se fundamentar na robótica e na inteligência artificial (EUROPEAN AGRICULTURAL MACHINERY, 2017). 2.1.1 Agricultura Digital: Agricultura 4.0 A “Agricultura Digital” está relacionada tanto com a evolução da engenharia agrícola, da agricul- tura de precisão e da construção de redes inteligentes. A Figura 2 mostra os vários níveis e fluxos de informações em uma fazenda digital, com ecossistemas de produção conectados por um fluxo contínuo de dados, baseado no conhecimento que permite automação de processos de produção sus- tentáveis. Devido a complexidade dos processos de produção agrícola, a diversidade de parceiros envolvidos (fornecedores, clientes, contratantes, etc.) e as várias fontes de informação, surgem estru- turas complexas de redes de comunicação na agricultura digital. Dois requisitos devem ser atendidos para que a agricultura digital seja possível (EUROPEAN AGRICULTURAL MACHINERY, 2017): 1. Máquinas inteligentes: Capazes de receber, enviar e gerar (utilizando sensores) dados do pro- cesso; 19 2. Máquinas conectadas: Providas de uma interface que permita fluxo de informações entre má- quinas, transparente aos parceiros de negócios e organizado acesso às informações. Os dados gerados, no contexto da agricultura digital, precisam ser gerenciados de forma que se mantenham controláveis e administráveis pelo produtor. Dessa maneira, os portais de dados são fer- ramentas para o controle, por meio da qual o agricultor direciona e restringe informações mantendo sua ”propriedade” dos dados e da sua produção. Os dados tornam o ambiente agrícola mais produ- tivo e sustentável. Com a transparência e rastreabilidade dos processos produtivos, há uma melhor qualidade dos alimentos, aumento de produção e minimização do impacto ambiental (EUROPEAN AGRICULTURAL MACHINERY, 2017). Figura 2 – Rede de comunicações na fazenda digital Serviços e Informações Controle Interno de Produção Manutenção de Serviços CLIENTE FORNECEDOR CONSULTOR AUTORIDADE FABRICANTE COMERCIANTE CONTRATANTE PORTAL DE DADOS A EQUIPAMENTO PARA ORDENHA, ARREFECIMENTO, ALIMENTAÇÃO , ETC. PRODUTOR GPS SENSORES DE MONITORAMENTO DE PLANTAÇÃO PORTAL DE DADOS C PORTAL DE DADOS B EQUIPAMENTO PARA COLHEITA TRATOR Fonte: Produção da própria autora, adaptada de (EUROPEAN AGRICULTURAL MACHINERY, 2017) 2.1.1.1 Potencial de aplicação da IoT no ambiente rural A tecnologia aplicada à agricultura pode contribuir para otimização, racionalização, redução das perdas de produção, e minimização do impacto ambiental causado pelas práticas agropecuárias. Al- gumas práticas tecnológicas podem ser incorporadas ao ambiente agrícola, tais como (Ministério da Ciência, Tecnologia, Inovações, 2017): 20 • Monitoramento dos sistemas de produção por meio de detecção e verificação da variabilidade temporal e espacial; • Controle de qualidade, rastreabilidade e procedência de produtos; • Minimização de perdas por variações climáticas; • Otimização de técnicas de manejo do solo; • Planejamento operacional na gestão de tempo, consumo de insumos (água por exemplo); • Gestão remota; • Detalhamento do produto; • Controle automatizado na qualidade de produção; • Veículos agrícolas inteligentes e autônomos. A IoT gera valor a partir de dados extraídos com o sensoriamento do mundo real. Sensores, pro- cessadores e memórias ganham avanços em sua capacidade e eficiência, em tecnologias com menor custo que evoluem exponencialmente. Juntamente com sistemas avançados de análise de dados, a IoT é inserida no cotidiano das atividades humanas. Algoritmos, para o processamento de dados distri- buídos em tempo real, limitam os sistemas de baixa potência, como redes de sensores. Contudo, no contexto da IoT, tem-se os objetos conectados, com a necessidade de realocação da sobrecarga com- putacional e com possibilidade de armazenamento em nuvem ou a distribuição entre os dispositivos interligados (TZOUNIS et al., 2017). 2.2 SUSTENTABILIDADE NA AGRICULTURA A sustentabilidade na agricultura está diretamente associada à estabilidade, dado um conjunto de aspectos ambientais e econômicos. Trata-se da previsibilidade ao se manter uma produção regular ao longo do tempo. A perspectiva de desenvolvimento sustentável está relacionada com a preservação de recursos renováveis e não-renováveis, a partir de boas práticas de negócios, capacidade de assimilação dos impactos ambientais e consequentemente boa gestão ambiental. Em um cenário de crescimento expo- nencial da população, com aumento da produção, em contrapartida à limitação dos recursos naturais disponíveis, é necessário o uso de tecnologia propõe uma padronização, afim de atender critérios de qualidade, além de ações que busquem minimizar os impactos negativos das mudanças climáticas no ambiente rural (DUNG; HIEP, 2017). 21 2.2.1 Limitação de recursos naturais O setor agrícola é o maior consumidor de água, sendo esse o recurso determinante ao desenvolvi- mento da agricultura, dessa forma faz-se necessário controle e administração desse recurso a fim de possibilitar um manejo justo, por meio do uso da tecnologia para o benefício do pequeno e grande produtor. A agricultura consome por volta de 69% de toda a água derivada das fontes (rios, lagos e aquíferos subterrâneos) enquanto que 31% são destinados à indústria e consumo doméstico (PAZ; TEODORO; MENDONCA, 2000). O uso da IoT pode ocorrer por meio de sensores, adaptáveis a diversas culturas agrícolas, onde o monitoramento ambiental de fatores como temperatura, umidade do solo, fornecem dados suficientes para a atuação de uma irrigação eficiente, evitando-se desperdício de água e proporcionando ações pontuais no gerenciamento e tempo de manejo das plantações. 2.2.2 Impacto sobre a agricultura familiar Dados gerados pelo último censo agropecuário 2006 do Instituto Nacional de Geografia e Esta- tística (IBGE) mostram que a agricultura familiar é responsável por cerca de 70% da produção de alimentos e ocupa cerca de 74% da mão-de-obra no campo, com a contribuição de 35% no Produto Interno Bruto do país (CASTILHO, 2006). As diretrizes para a formulação da Política Nacional da Agricultura Familiar e Empreendimentos Familiares Rurais são dadas pela Lei No 11.326 (BRASIL, 2006). Mesmo com toda a potencialidade do segmento de agricultura familiar, o grande desafio continua sendo o aumento regular da produção de forma a suprir as necessidades do agricultor que lida com baixos recursos e são muitas vezes impedidos de produzir durante todo ano por falta de alternativas tecnológicas aplicáveis à sua realidade. Nesse aspecto a IoT tem o potencial de suprir essa falta de alternativa tecnológica atuando principalmente no monitoramento adequado dos recursos hídricos e nos controles de temperatura e umidade do solo, para um gerenciamento consciente dos recursos. 2.2.3 Uso e ocupação do solo Uso e ocupação do solo referem-se à forma de planejamento para o controle da utilização do espaço, a fim de definir as atividades permitidas àquele local. Deve ocorrer sob intervenção do Muni- cípio ou do Estado, que buscam legalmente a integração entre desenvolvimento e proteção ambiental (CONSELHO REGIONAL DE ENGENHARIA E AGRONOMIA DO MATO GROSSO, 2016). A avaliação do uso e da ocupação do solo em ambientes rurais é uma ferramenta para o diagnóstico agro-ambiental, para o manejo da propriedade rural, para a tomada de decisão e para gerenciamento da produção agrícola. O uso de tecnologias de automação do campo por exemplo, podem contribuir para a avaliação do impacto econômico, social e ambiental da cobertura da terra (CAVICHIOLI et 22 al., 2009). Se uma maior produtividade é obtida com uma menor área ocupada, menores são os ambientais produzidos. 2.2.4 Uso de agrotóxicos e nutrientes químicos O uso de tecnologias de automação do campo pode ainda elevar o nível de controle em relação a pragas e doenças. Assim, ao passo que as variáveis de monitoramento são ampliadas, há um aumento da qualidade do produtos produzidos no campo. Com a verificação contínua das necessidades da lavoura, há um menor uso de agrotóxicos e de nutrientes químicos. 23 3 CONVERGÊNCIA DE REDES DE COMUNICAÇÃO EM AMBIENTES INTELIGENTES 3.1 PRINCÍPIOS DA INTERNET DAS COISAS A Internet das Coisas (IoT) surgiu a partir do avanço em vários setores como os sistemas embar- cados, microeletrônica, comunicação e sensoriamento. A IoT passa a ser compreendida como uma extensão da Internet que proporciona aos objetos a capacidade computacional e de comunicação, pela qual se obtêm conexão com a rede mundial de computadores. Assim, essa conexão atribui aos objetos características tanto do acesso remoto, quanto de provedores de serviços. Tais interfaces de conexão de objetos comuns ampliam as oportunidades de aplicações no âmbito social, acadêmico, rural e in- dustrial. No entanto, tais adaptações ampliam os desafios técnicos de inserção desse novo modo de conectividade (SANTOS et al., 2016). Com o advento da IoT tem-se uma mudança de conceito em relação à definição de rede de com- putadores, refletindo a nova realidade tecnológica. Segundo Tanenbaum (TANENBAUM; WETHE- RALL, 2011) “Rede de Computadores é um conjunto de computadores autônomos interconectados por uma única tecnologia”, sendo essa tecnologia entendida como um conjunto de meios de trans- missão (fios, fibra óptica, ar) e por sinais (sinais ópticos, ondas eletromagnéticas), por exemplo. Já em 2014,(KUROSE; ROSS, 2014) , abordam o termo “Rede de Computadores” como obsoleto, visto que há uma grande quantidade de equipamentos e tecnologias que fazem uso da Internet, não mais constituída predominantemente por computadores. Uma definicão mais rigorosa de IoT segundo oEuropean Research Cluster on the Internet of Thingsse contextualiza por ser “[...] uma infraestrutura dinâmica global com capacidades de autoconfiguração, baseada em protocolos de comunicação padronizados e interoperáveis, onde ‘coisas’ virtuais e físicas possuem identidades, atributos físicos e personalidades virtuais, usam interfaces inteligentes e estão integradas de maneira transparente à Rede de informações.” (EURO- PEAN RESEARCH CLUSTER ON THE INTERNET OF THINGS, 2014). Nesse contexto, tanto rede de computadores quanto a IoT possuem a funcionalidade de interconexão, a medida que a rede passa a ser composta não mais só por computadores, mas por outros dispositivos. 3.1.1 Objetos inteligentes Em seu livro, “O design do dia-a-dia”, Donald Norman (2006) questiona a funcionalidade dos objetos e as bases para sua criação a fim de que satisfaçam as necessidades do usuário: “E se os objetos cotidianos ao nosso redor ganhassem vida?”,“E se pudessem sentir nossa presença, nosso 24 foco de atenção, nossas ações, e pudessem responder com informações relevantes sugestões e ações?” (NORMAN, 2006). Dessa maneira, os “Objetos Inteligentes”Smart Objects) estabelecem comunicação com outros dispositivos, ao serem acessados pela rede. Podem ser definidos como “Objetos capazes de se adaptar, aprender, interagir, memorizar e coordenar esforços com outros objetos: essa é a mudança revolucionária que veremos até o fim dessa década. E serão mais objetos interagindo entre si do que seres humanos – seremos uma minoria comunicativa no planeta” (FLORIDI, 2014). Nesse contexto, os objetos inteligentes são de extrema importância na evolução da IoT, pelo fato de possuírem capacidade de comunicação e processamento combinados a sensores, o que modifica utilidade de tais objetos. Na IoT, a unidade básica dehardwareapresentará ao menos uma das se- guintes características, (LOUREIRO et al., 2003): a) unidade(s) de processamento; b) unidade(s) de memória; c) unidade(s) de comunicação e; d) unidade(s) de sensor(es) ou atuador(es). Atualmente, há uma heterogeneidade de equipamentos conectados à grande rede tais como TVs, Laptops, automóveis, entre outros. Ao fazer uso dos recursos desses objetos, será possível adaptá-lo ao seu contexto, controla-lo tornando possível assim troca de informações uns com os outros, acesso à Internet e a interação com pessoas. Ao mesmo tempo, novas aplicações surgem, cidades inteligentes (Smart Cities), saúde (Healthcare), casas inteligentes (Smart Home), agricultura (Floresta tropical 4.0). Neste cenário, pode-se ressaltar dois fatores críticos na IoT. O primeiro é a falta de padronização desses objetos, que tornam incompatíveis e impossibilitam a plena conexão entre dispositivos de diferentes fabricantes. O segundo fator se refere à segurança, o grande fluxo de dados possibilita grande abertura que impossibilitam tratar problemas como ataques de negação de serviço (Denial of Service– DoS2), por exemplo (PEREIRA; CARVALHO, 2017). Dessa maneira, torna-se essencial cada vez mais definições quanto aos blocos básicos de construção da Iot. 3.1.2 Blocos básicos de construção da IoT A combinação de diversas tecnologias complementares viabilizando a integração de objetos no ambiente físico ao mundo virtual, resultam na IoT (SANTOS et al., 2016). Dessa forma, os blocos básicos de construção da IoT são: 1. Identificação: Levando-se em consideração a conexão à rede de computadores, os objetos de- vem ser unicamente identificados a fim de promover a comunicação bilateral(entre centrais e dispositivos e vice-versa). 2 F-SECURE, Denial of Service(DoS). 2018. Disponível em: . Acesso em: 17 set. 2018 https://www.f-secure.com/en/web/labs_global/denial-of-service https://www.f-secure.com/en/web/labs_global/denial-of-service 25 2. Sensores/Atuadores: Sensores são responsáveis por coletar as informações no ambiente em que estão inseridos, para armazenamento ou encaminhamento desses dados para processamento. Atuadores podem interferir no ambiente em reação aos dados coletados. 3. Comunicação: Corresponde às técnicas aplicadas para conectar objetos inteligentes. Estão diretamente relacionadas ao consumo dos objetos, considerado um fator crítico. Algumas tec- nologias são WiFi, Bluetooth, IEEE 802.15.4 e RFID. 4. Computação: Unidades responsáveis pelo processamento, tais como microcontroladores, res- ponsáveis pela execução de algoritmos locais nos objetos inteligentes. 5. Serviços: A IoT pode prover diversas categorias de serviços, das quais pode-se destacar: • Serviços de Identificação, com função de mapear Entidades Físicas (EF) (como tempera- tura, instante de coleta de dados, interessantes ao usuário) em Entidades Virtuais; • Serviços de Agregação de Dados que coletam e sumarizam dados obtidos a partir de obje- tos inteligentes; • Serviços de Colaboração e Inteligência atuam sobre os dados obtidos dos serviços de agregação de forma a decidir qual forma de atuação adequada à determinados cenários; • Serviços de Ubiquidade tem a função de fornecer os serviços de colaboração e inteligência em qualquer momento ou lugar em que sejam funcionais. 6. Semântica: Trata-se da capacidade de se extrair conhecimento a partir dos dados obtidos dos objetos inteligentes. 3.2 COMUNICAÇÃOMACHINE-TO-MACHINE A IoT é resultado da evolução da tecnologia de comunicação Máquina-a-Máquina (Machine-To- Machine-M2M), ou seja, da conexão que permite aplicações de monitoramento remoto e transmissão de dados transparentes ao usuário, agilizando processo e reduzindo custos. Na IoT, objetos “conec- táveis” por meio de chips e sensores, geram compartilhamento de dados em sistemas que atingem pessoas, cidades, empresas e governos. As comunicações M2M surgiram de tecnologias com o intuito de promover uma comunicação autônoma entre dispositivos e equipamentos sem intervenção humana. Dessa maneira, IoT e M2M criam condições de compartilhamento de informação entre dispositivos no ambiente em que estão inseridos, ao mesmo tempo que existe auto-organização das sub redes. A IoT fornece a base para a interligação de várias redes de comunicação M2M promovendo serviços às pessoas. Dois componentes principais são combinados para definir o conceito básico de uma aplicação M2M sendo eles:Data End Poit(DEP) eData Integration Point(DIP). O DEP é o dispositivo M2M 26 dotado da capacidade para recolher, processar e enviar dados. Já o DIP é o dispositivo cliente no final do processo, tem a capacidade de agregar e utilizar os dados requeridos da aplicação. Esse dispositivo é constituído por um servidor. 3.2.1 Desafios na comunicação M2M Os desafios a serem considerados mais importantes para a realização eficiente das comunicações M2M são custo de implementação, eficiência energética espectral, privacidade e segurança dos siste- mas e das aplicações, além da gestão e controle de inserção de dispositivos previstos para integrar a rede (GOUVEIA, 2013): a. Custo de implementação O custo de implementação abrange tanto o custo dos dispositivos durante o desenvolvimento da rede como também a sua manutenção. Assim, uma solução de M2M só se torna aplicável à medida que é viável no aspecto funcional e no que tange às necessidades e desejos dos utiliza- dores finais. Essa solução envolve um estudo profundo do impacto de mercado, assim como os benefícios em detrimento dos custos de implementação. b. Eficiência energética Tal quesito é motivado principalmente pelo impacto ambiental causado, pelo desperdício de energia e pela redução de custos associados. Trata-se de adoção de soluções que englobem tecnologias com consumos eficientes, potências reduzidas e maior tempo de vida útil. c. Eficiência espectral Pelo fato de inúmeras tecnologias de redes sem fios participarem da estrutura interligada da IoT e nas comunicações M2M, tais tecnologias possuem características próprias de funcionamento, onde centenas de dispositivos são agrupados em redes locais. Dessa maneira, o maior desafio da eficiência espectral diz respeito a interferência espectral e atribuições de canais de ligação de uplink/downlink(ascendente/descendente) que suportem o tráfego elevado de pacotes enviados em rajadas. d. Privacidade e segurança de dados dos sistemas e aplicações Junção de redes com características distintas levanta questões no que diz respeito a segurança e proteção dos meios de comunicação. A comunicação entre redes de potência reduzida e redes banda larga (broadband), necessitam de métodos otimizados de criptografia e sistemas de gerenciamento de chaves para autenticação. As interligações de redes sem fio através da Internet têm como requisito protocolos de segurança. No âmbito da segurança, a privacidade é um dos fatores mais importantes. Tanto para fornecedores como para operadores, deverão obrigatoriamente adotar o compromisso de fiabilidade dos seus serviços, ou seja, tornar possível 27 a gestão da informação pelos próprios usuários, além de manter políticas de não violação dos direitos desses utilizadores. Trata-se de um conjunto de soluções denominado“privacy by design”, no qual os usuários são munidos de ferramentas para gerência de seus próprios dados. e. Gestão e controle de milhões de dispositivos previstos Um dos desafios mais complexos é gerir uma rede de dispositivos autônomos e interligados. Os dispositivos apresentam níveis comportamentais de acordo com a aplicação ao qual é associado, e de acordo com os dispositivos que compartilham do mesmo ambiente. A identificação única associada a cada dispositivo, os torna “conscientes” de suas funções e dos demais dispositi- vos e aplicações. A auto-organização de rede está diretamente relacionada às capacidades de processamento e comunicação da rede, tornando-a mais eficiente conforme o aumento dessas capacidades. Assim, uma solução para esse desafio está voltada para uma organização pautada em grupos de dispositivos, por aplicação ou contexto. Torna-se necessário uma nova geração de processadores de comunicação que gerencie de forma consistente e controlada os disposi- tivos e suas ligações, além da capacidade de associar suas funcionalidades com os serviços correspondentes. 3.3 REDE DE SENSORES SEM FIO Redes de Sensores Sem Fio (RSSF) são sistemas constituídos por “nós Sensores” que atuam de maneira colaborativa para uma determinada aplicação. Os “nós” que formam essa rede são dispositi- vos autônomos que possuem capacidade de sensoriamento, processamento de dados e comunicação. Os nós são arranjados de maneira que haja uma comunicação direta ou indireta, e também de forma que os dados coletados possam ser transmitidos até pontos específicos da rede. Avanços na área de microprocessadores, microssistemas eletromecânicos e comunicação sem fio têm fundamentado o uso de sensores “inteligentes” em processos físicos, químicos e biológicos, den- tre outros. Um “sensor” nada mais é do que um dispositivo intermediador que converte o estímulo do meio físico, como temperatura, umidade, luminosidade, para grandezas elétricas que serão interpre- tadas e processadas para um maior controle sobre o ambiente. O sensor permite aquisição, leitura e transmissão de informações De maneira geral, muitas vezes um “sensor” é tratado como um dispositivo de capacidade reduzida constituído de um ou mais sensores capazes de recolher informações do meio em que estão inseridos, processando ou não estas informações e disseminando-as por meio de uma rede. Tais dispositivos são os “nós” da RSSF. Trata-se de vários sensores em um único chip, controlados pela lógica do circuito integrado, adicionado de uma interface de comunicação sem fio. O termo “Sensor Inteligente” está relacionado com chips que possuem um ou mais sensores com capacidade de processamento de sinais e comunicação de dados. Os avanços tendem para a redução do custo de produção e melhorias de capacidade destes dispositivos. 28 Há vários aspectos contrastantes entre as RSSFs e as redes de computadores tradicionais. As RSSFs têm um grande número de nós distribuídos nos quais trabalha-se com restrição de energia e ferramentas para autoconfiguração, a fim de reajustes a ocasionais problemas como falha de comuni- cação e inoperabilidade dos nós. Uma RSSF necessita de alto grau de cooperação para executar as tarefas definidas pela rede, dessa maneira tornam-se necessários algoritmos distribuídos como proto- colos de comunicação e eleição de um mestre a fim de fundamentar a autonomia necessária à rede. RSSFs podem ser classificadas como uma especialidade de rede móvelad hoc(MANET – Mobile Ad hoc Network). Numa rede tradicional, exemplificada pela Internet, a comunicação entre os ele- mentos computacionais se dá por meio de uma infraestrutura de estações rádio base. Já em uma rede móvelad hoc, os elementos computacionais fazem a troca de dados entre si. Dessa forma, organiza- cionalmente RSSFs e MANETS são idênticas, com dispositivos que comunicam entre si utilizando enlaces de comunicação sem fio. Porém, enquanto as MANETs têm a função de prover suporte à co- municação entre esses elementos computacionais, as RSSFs assumem uma função colaborativa nos quais os elementos sensores provêm dados, que são processados e enviados. 3.3.1 Modelo funcional de uma RSSF Segundo Loureiro et al (2003) destacam-se cinco principais atividades nas quais se estabelecem as funcionalidades de uma rede de sensores, como pode ser identificado na Figura 3, sendo elas: o estabelecimento da rede, a manutenção, o sensoriamento, o processamento e a comunicação. Podendo ocorrer simultaneamente com diferentes períodos ativos ao longo do ciclo de vida da rede de sensores. Nota-se também que a manutenção está presente em todos os períodos. 29 Figura 3 – Funcionalidades presentes em uma Rede de Sensores Sem Fio Fonte: Produção da própria autora. 3.3.1.1 Estabelecimento da Rede Independentemente da aplicação o estabelecimento da rede de sensores se dá pela disposição dos nós sensores e a formação da rede. Comumente os nós são lançados sobre a área a ser monitorada, seja de forma aleatória ou ainda a partir da formação de pontos estratégicos de monitoramento constituindo a formação da rede. Primeiramente, os nós podem realizar rotinas de identificação de localização e/ou formação declustersa fim de estabelecimento de comunicação. As RSSFs são caracterizadas por serem sistemas auto organizados (self-organizing) em que os nós sensores podem se organizar de forma não previamente estabelecida, apresentando adaptabilidade em relação às condições de monitoramento do meio, de forma dinâmica em reação a possíveis falhas, degradação do dispositivo, localização dos nós, trocas de tarefas e requisitos de forma a atender a rede. A redundância, consequência da alta densidade de nós, pode ser aproveitada como uma forma alternativa de organização com o objetivo de prolongar o tempo de vida do sistema. Outro aspecto importante das RSSFs é a localização. Existem sistemas distribuídos nos quais se admite que cada nó sensor é unicamente identificável no contexto da rede. Estes endereços tornam-se parte do pacote afim de identificar fonte e destino. Em sistemas tradicionais, os endereços podem ser utilizados para especificar uma comunicação com outro ponto da rede além de fornecer informação a respeito de rotas alternativas de informações por meio dos nós estabelecidos. Uma outra estratégia, aplicada a uma rede de sensores em que não há um posicionamento prees- 30 tabelecido, é a nomeação de dados no lugar da nomeação de nós sensores. Uma grande densidade de elementos torna possível a exploração da redundância da rede afim de aumentar o tempo de vida do sistema adaptando o uso dos nós em função da demanda. Essa redundância pode ser explorada também através de software pela correlação das informações coletadas por diferentes nós sensores, com o intuito de reduzir a redundância de informação que trafegam pela rede. 3.3.1.2 Manutenção A atividade de manutenção tem por finalidade prolongar o tempo de vida da rede, aumentar a pre- visibilidade do sistema e atender a demanda do usuário. Durante a vida útil dos dispositivos da rede, alguns nós consomem níveis de energia que podem comprometer seu funcionamento. Dessa maneira, a manutenção é aplicável em diversos períodos operação da rede, atuando de forma reativa, preven- tiva, corretiva e/ou adaptativa aos eventos recorrentes. Suas funcionalidades podem ser aplicadas nas demais fases de estabelecimento, sensoriamento, processamento e/ou comunicação. As funcionalidades de uma rede não se dão de forma ordenada, a topologia lógica nas RSSFs acontecem de forma dinâmica, até mesmo nas redes de nós sensores estacionários, para que haja uma redistribuição de funções em caso de falhas. Dessa forma, os recursos de manutenção devem garantir redundância de soluções a fim de prolongar o período de funcionamento das RSSFs. 3.3.1.3 Sensoriamento A avaliação das características ambientais estão diretamente associada às atividades de coleta de dados e sensoriamento. Dependendo do tipo de aplicação, tem-se possibilidades de avaliação do evento monitorado a partir da determinação de distância do objeto de monitoramento, interferências na comunicação provenientes do ambiente, especificidades dos dados coletados, volume de informa- ções e frequência de amostragem. Assim como a determinação de áreas de sobreposição de cobertura dos nós, nos quais a intersecção possa resultar em correlação de informações na rede ou influenciar no estado de ativação ou desativação de dispositivos como influência direta. A suscetibilidade à falhas dos nós sensores pode estar associada a diversos fatores como falta de energia, inoperância temporária ou definitiva de dispositivos, dentre outros. Assim, faz-se neces- sário que a quantidade de sensores ativos na rede seja suficiente para manter a rede operante e nos mecanismos de prevenção dessas falhas. a. Coleta de Dados: A finalidade de uma rede de sensores é fazer o levantamento de informações úteis para uma aplicação específica por meio do processamento de dados a fim de transmiti-los para um ou mais pontos da rede, em que os nós sensores estabelecem meios de conexão com a “Estação Base” . A coleta de informações implica na cobertura dos sensores e a exposição dos sensores em relação a área de estudo. A cobertura envolve aspectos como a Qualidade de serviço (Quality of Service 31 – QoS), ou seja, da capacidade de tratar os diferentes fluxos ou classes de tráfego atendendo às necessidades de cada fluxo, caracterizada por quatro parâmetros principais: largura de banda, atraso, flutuação e perda de dados para a determinação de problemas de cobertura sobre vários aspectos (TANENBAUM; WETHERALL, 2011). Já a exposição é definida como a capacidade comum de observação de um alvo do Sensor. A natureza do Sensor determina as funções de sensoriamento. b. Sensoriamento distribuído: As RSSFs fazem uso do sistema de monitoramento distribuído de uma área. Alternativamente o sistema de monitoramento pode ser feito de forma centralizada com o uso de satélite ou radar. No entanto, a alternativa de sensoriamento distribuído se sobressai levando-se em consideração os seguintes aspectos: • Maior tolerância a falhas utilizando a redundância de dispositivos; • Maior área de cobertura pela associação colaborativa de pequenos sensores; • Adaptabilidade do sistema em relação a aplicação, levando-se em conta número apropri- ado de sensores; • Reconfiguração de sistema em reação a alguma falha; • Garantir o funcionamento do sistema de sensoriamento mesmo com a combinação de informações provenientes da reconfiguração da rede; • Otimizar o desempenho do sensoriamento com sensores de natureza diferente; • Garantir monitoramento contínuo; • Capacidade de monitoramento discreto de cada nó e combinação com outros nós; • Uso de diferentes tecnologias como sensores de pequena distância para monitoramento local; • Proximidade dos sensores dos objetos alvo. 3.3.1.4 Processamento O processamento é subdividido em dois tipos sendo eles o de suporte e o de informação. a. Processamento de suporte: Trata-se do processamento funcional dos Sensores, relacionado diretamente comunicação e manutenção de rede. Envolve o gerenciamento das atividades que fazem uso de protocolos, por exemplo. 32 b. Processamento da informação: Leva-se em consideração os requisitos de aplicabilidade da rede e de funções colaborativas dos nós dentro da rede. Dessa maneira, os dados coletados estarão sujeitos a compressão, correlação, criptografia digital, etc. Além dos estímulos (gatilhos) de coleta de dados, a partir de limites e parâmetros de comparação para cada atividade. Assim, o processamento de dados dentro da RSSF deve atender aos seguintes requisitos: • Tolerância a falhas: a topologia de rede deve ser pensada de forma a evitar a perda de informa- ções contidas nos pacotes de dados; • Escalabilidade: A solução do sensoriamento por meio de uma rede deve atender desde uma escala reduzida da ordem de dezenas e centenas de sensores, como também pode ter uma pros- pecção de implementação em uma rede de milhares de sensores; • Característica do Hardware: O proposta para o desenvolvimento de cada nó é que o dispositivo tenha um baixo custo e que a automação seja massiva, ou seja, obter controle da maior área possível a baixo custo; 33 4 MATERIAIS E MÉTODOS A realização deste trabalho se fundamentou em duas etapas distintas: primeiro com a pesquisa de levantamento de dados (pesquisa do tipoSurvey) e depois com o desenvolvimento efetivo do pro- tótipo de uma RSSF. A primeira etapa ocorreu pelo uso do método de pesquisaSurvey, de consulta a um grupo de profissionais, por meio de um formulário com perguntas abertas voltadas para o en- tendimento das necessidades que podem ser supridas com o uso de tecnologias de telecomunicações para o campo. Foram consultados estudantes e engenheiros da área agrônoma, a fim de entender as necessidades e aplicações da automação no campo. Foram obtidos parâmetros e detalhes de projeto fundamentais para a segunda etapa de desenvolvimento do protótipo. A segunda etapa ocorreu com o desenvolvimento de um protótipo RSSF para aplicação prática. 4.1 PESQUISA DE LEVANTAMENTO DE INFORMAÇÕES Nesta etapa foi estruturado, com o auxílio da plataformaGoogle Forms, um questionário distri- buído online, com perguntas aplicáveis a profissionais da área agrônoma, com o título de “Tecnologias de sustentabilidade e automação no campo”, Figura 4. Este questionário foi distribuído pontualmente a grupos de pesquisa acadêmicos e industriais que estão diretamente envolvidos com os problemas e com a realidade do manejo do campo. Foram consultados 9 profissionais com faixa etária entre 21 e 51 anos, possibilitando assim uma avaliação de experiências em suas fases distintas de evolução e com visões diferentes em relação à agricultura e seus desafios. Dentre as instituições aos quais os profissionais estavam vinculados pôde-se identificar: • Fundação Educacional de Itupeva • Epagri - Empresa de Pesquisa Agropecuária e Extensão Rural de Santa Catarina • Unesp - Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho • Embrapa - Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária • UFLA - Universidade Federal de Lavras Além de perguntas básicas para identificação do perfil do entrevistado, o questionário foi organi- zado com base em sete perguntas específicas com possibilidade de respostas abertas e que pudessem servir de fomento para implementações e embasamento técnico de interesse do projetos. As perguntas feitas foram as seguintes: 1. “Quais os principais fatores (tais como umidade, iluminação, temperatura, entre outros) que você considera importantes para a manutenção de uma plantação?” 34 2. “Qual a importância da temperatura, iluminação e umidade em uma plantação? Explique.” 3. “Pensando em um sistema de monitoramento automatizado de uma plantação, qual seria o inter- valo de tempo (segundos/minutos/dias/meses) para o acompanhamento ideal de uma cultura? Se possível exemplifique.” 4. “Você acha importante o uso de tecnologias de automação no campo? Por que?” 5. “Você faz uso de alguma tecnologia de automação relacionada ao processo de produção agrí- cola? Se sim, qual tipo de tecnologia? Explique um pouco sobre ela.” 6. “Nesta perspectiva de tecnologias de automação na agricultura, quais seriam as principais solu- ções para gerar-se um avanço no agronegócio brasileiro?” 7. “Você acha possível o desenvolvimento sustentável no campo? Explique.” Figura 4 – Imagem do formulário de pesquisaSurveydisponibilizado online. Fonte: Produção da própria autora. 4.2 DESENVOLVIMENTO DA REDE DE SENSORES SEM FIO Nesta etapa do projeto, levando-se em consideração as informações obtidas pela entrevista, identificou- se a necessidade de um sistema adaptável às condições do agricultor e da implementação de uma tecnologia de baixo custo. Atendendo a esses requisitos foi desenvolvido o sistema de comunicações da RSSF. 4.2.1 Unidades básicas dos nós sensores Pensando-se na arquitetura de uma RSSF, tem-se a divisão em cinco unidades básicas que consti- tuem os nós da rede, Figura 5 que podem ser analisadas e otimizadas modularmente: 35 Figura 5 – Arquitetura básica do nó componente da RSSF Unidade de Energia Unidade de Processamento Unidade de Comunicação Transceptor Antena Microprocessador ARQUITETURA BÁSICA DO NÓ Fonte Regulador de tensão Sistema Operacional, Algoritmos e Protocolos Conversor DC/AC RTC Unidade de Sensoriamento Sensores Conversor A/D Unidade de Memória Memória (RAM/ROM) Armazenamento em Cartão de Memória / Nuvem Fonte: Produção da própria autora. 4.2.1.1 Unidade de Processamento Gerenciadora dos processos desde a aquisição dos dados, envio e recepção de informações. Neste projeto, a unidade de processamento é composta por um microcontrolador Arduino, com a funciona- lidade de receber os comandos dos sensores e encaminhar as informações para a transmissão via RF, e também oReal Time Clock(RTC), elemento que possibilita a sincronização das tarefas de cada Nó da rede. 1. Microprocessador Arduino Para a gestão dos processos foi utilizado o Arduino, uma plataforma de desenvolvimento com um microcontrolador Atmel. O Arduino é programável viaIntegrated Development Environ- ment, ou Ambiente de Desenvolvimento Integrado (IDE) utilizando linguagem baseada em C/C++. O Arduino, utilizado na sua versão Nano, foi escolhido especificamente por ser uma versão voltada para a criação de protótipos, por possuir pequenas dimensões e também por ser facilmente acoplado aprotoboardse placas de circuito impresso. a. Memória Nos controladores Arduino existem três tipos de memória (ARDUINO, 2018b): 36 • Memória Flash: Espaço do dispositivo onde ocorre oBootloader, onde o programa feito na IDE do Arduino (sketch) precisa ser gravado para execução após umReset (boot) carregando o software recebido pela serial (loader) (QUADROS, 2011). Para o Arduino Nano tem-se um espaço de 32 KB, dos quais 2 KB são reservados ao bootloader. • Memória SRAM: Memória onde ocorre a manipulação das variáveis durante a execu- ção dosketch, memória de acesso aleatório estático. Trata-se de uma memória volátil, onde a suspensão de energia implica na perda dos dados armazenados. No Arduino Nano 2kB são reservados para a memória SRAM. • Memória EEPROM: Utilizada para armazenamento de informações a longo prazo, com espaço disponível de 1kB no Arduino Nano. b. Entradas e saídas Podem ser utilizadas como entradas e saídas cada um dos 14 pinos digitais do Arduino Nano utilizando as funçõespinMode(), digitalWrite()edigitalRead(),cada pino fornece/recebe no máximo 40mA com um resistorpull-up interno. Alguns pinos ainda possuem funções específicas: • Serial: São os pinos 0 (RX) e 1 (TX) utilizados para receber e transmitir dados seriais, respectivamente. • Interrupções externas: Pinos 2 e 3, configurados para disparar interrupções com alte- rações da borda de subida ou de descida do pulso. • Serial Peripheral Interface(SPI), método de comunicação para interconexão de dispo- sitivos mestre (próprio microcontrolador) e escravo (módulos acoplados), para essa comunicação são utilizados os pinos 10, 11, 12 e 13. O pino 10 (SS -Slave Select) é utilizado para ativação/desativação de dispositivos específicos. O pino 11 (MOSI - Master Out Slave In) é utilizado como linha mestre de comunicação para envido de dados aos periféricos. O pino 12 (MISO -Master In Slave Out) proporciona o envido de dados do escravo ao mestre. Já o pino 13 (SCK -Serial Clock), é responsável pela sincronização de dados gerados pelo do mestre (ARDUINO, 2018c). • Pulse Width Modulation(PWM) corresponde aos pinos 3, 5, 6, 9, 10 e 11, variam seu valor médio em uma forma de onda periódica. A funçãoanalogWrite()permite ope- ração com uma onda quadrada,duty cycleespecificado na função. (SOUZA, 2014). c. Especificações técnicas No Quadro 1 estão as especificações técnicas a respeito do microcontrolador Arduino Nano, utilizado neste projeto. 37 Quadro 1 – Microcontrolador Arduino Nano Parâmetros Caracterização do microcontrolador Microcontrolador Atmel ATmega328 Tensão recomendada 7 a 12 V Voltagem de operação (nível lógico) 5 V Pinos digitais input/output 14 (dentre eles 6 podem ser saídas PWM) Pinos entrada analógica 8 Corrente contínua por pino I/O 40 mA Memória Flash 32 KB (2 KB para o bootloader) SRAM 2 KB EEPROM 1 KB Dimensões 18 x 45 mm Fonte: Informações adaptadas (ARDUINO, 2018a) 2. Relógio de Tempo Real O Real Time Clock, Relógio de Tempo Real (RTC), é o elemento que possibilita o sincronismo de tempo das rotinas realizadas pelos nós da rede. Possui uma fonte de energia acoplada para manter o funcionamento regular e corretos valores de data e hora, de forma que a ausência de energia seja suprida, podendo utilizar baterias comuns (CR3032) ou recarregáveis (LIR2032) (MADEIRA, 2017). O RTC utilizado no desenvolvimento deste projeto é o RTC DS3231. Trata-se de um relógio de alta precisão, baixo custo e baixo consumo de energia. Tal módulo possibilita a obtenção de informação a respeito de segundos, minutos, horas, dias, meses, anos, realizando ajustes automáticos de meses com menos de 31 dias e anos bissextos. a. Especificações técnicas O RTC DS3231 utiliza o protocolo de comunicação I2C, com dois pinos de comunicação: SCL (Slave Clock), clock de saída para o mestre, e SDA (Slave Data) dados de saída para o mestre (SILÍCIO, 2018). As informações técnicas sobre o RTC são dadas no Quadro 2. Quadro 2 – RTC Parâmetros Caracterização do RTC Tensão de operação 3.3 a 5 V Corrente 1.5 mA Chip de memória AT24C32 Interface de comunicação I2C Pinos de comunicação com o microcontrolador SDA(A4) ; SCL (A5); VCC (5V); GND Dimensões 38 x 22 x 14 mm Fonte de alimentação Bateria CR2032 ou LIR2032 (recarregável) Fonte: Informações adaptadas (FILIPEFLOP, 2017) 38 4.2.1.2 Unidade de Comunicação A unidade de comunicação consiste na interface que possibilita a troca de informações entre os pontos da rede. Neste projeto foi utilizado módulo RF nRF24L01+. Trata-se de um transceptor, dispositivo que incorpora tanto elementos de recepção quanto de transmissão do sinal, desenvolvido com base no chip daNordic Semiconductor, utilizado em aplicações sem fio (wireless). a. Informações técnicas Projetado para atuar na banda ISM (do inglês,Industrial Scientific and Medical). Trata-se de uma banda de frequência livre de 2.4 GHz a 2.525 GHz. O módulo transceptor nRF24L01+ possui 128 canais disponíveis para comunicação. Em conjunto com o transceptor, faz-se ne- cessário o uso de antenas para irradiação do sinal. Para este projeto foi usado um módulo que possui uma antenapatch impressa em sua estrutura, que pode atingir um alcance de até 100m em campo aberto (NORDIC SEMICONDUCTORS, 2006), este foi utilizado no nó cen- tral, supondo este estático. O modelo utilizado no projeto foi o módulo nRF24L01+PA+LNA, que possui amplificador de potência (PA) eLow Noise Amplifier(LNA), utilizado para os nós Sensores, dada sua mobilidade e distanciamento do nó Central. Quadro 3 – Módulo nRF24L01+ Parâmetros Caracterização do módulo Tensão 1.9 a 3.6 V ( recomendado 3.3V) Taxas de transmissão 256Kbps, 1Mbps ou 2Mbps Banda de operação 2.4GHz a 2.525GHz Número de canais disponíveis 128 Corrente durante a transmissão 11.3mA Corrente em repouso 900nA Potência de transmissão 0(máx), -6dBm, -12dBm ou -18dBm Sensibilidade do receptor -82dBm a 2Mbsp Capacidade do buffer 1 a 32bytes de dados por vez Temperatura de operação -40◦C a 85◦C Dimensões 15x29mm Fonte: Informações adaptadas (NORDIC SEMICONDUCTOR, 2016) b. Interface de comunicação com o microcontrolador A interface de comunicação com o microprocessador é a SPI, no qual o módulo transceptor é o escravo e o microprocessador é o mestre, para que haja troca de informações. A comunicação ocorre pelo barramento SPI do Arduino. utilizando os pinos digitais 9 (CE), 10(CSN), 11(MOSI), 12 (MISO) e 13 (SCK) (HU INFINITO COMPONENTES ELETRÔNI- COS, 2006). Tais pinos estabelecem a comunicação entre o processador e o periférico. 39 4.2.1.3 Unidade de Sensoriamento A unidade de sensoriamento é a interface intermediadora entre o meio físico e o digital. Por meio dela são adquiridos os parâmetros de controle do sistema, dados de monitoramento e caracterização do ambiente. Neste projeto foi utilizado o sensor LM35 produzido pelaTexas Instruments. a. Funcionamento A variação de tensão de saída (pinoVout) é linearmente proporcional à temperatura medida pelo sensor, fazendo uso de uma das entradas analógicas, neste projeto a entrada A0, do microcon- trolador para leitura e cálculo da temperatura. O sistema de conversão da temperatura se baseia na leitura do sensor e na conversão do valor lido para um intervalo de 0 a 5 V. A variável pro- cessada é do tipofloat, apresentando valores decimais de temperatura. Seu sinal de saída é de 10mV para cada Grau Célsius de temperatura. b. Informações técnicas Devido ao baixo consumo de corrente, 60µA, o aquecimento do próprio sensor é de menos de 0.1◦C ao ar livre. A tensão de operaçãoVs pode variar de 4 a 30V (TEXAS INSTRUMENTS, 2017). As especificações técnicas deste sensor são dadas pelo Quadro 4. O LM35 apresenta diversos tipos de encapsulamento, sendo o mais comum deles o T0-92 que se assemelha a um transistor. Quadro 4 – Sensor LM35 Parâmetros Caracterização do sensor Tensão de alimentação 4 - 30V Escala de medição ◦C (Centígrados) Fator de escala linear 10 mV/◦C Faixa de operação -55◦C a 150◦C Baixo aquecimento próprio 0.08◦C ao ar livre Precisão 0.25◦C em temperatura ambiente e 0.75◦C na faixa de ope- ração Fonte: Informações adaptadas (TEXAS INSTRUMENTS, 2017) c. Alimentação O LM35 pode ser utilizado de duas formas, com alimentação simples ou simétrica. Esta forma de alimentação determinará a escala de saída em modo completo (-55◦C a 150◦C) ou modo básico (2◦C a 150◦C). 4.2.1.4 Unidade de Energia Responsável pelo fornecimento de energia ao sistema de forma a atender as necessidades básicas de aquisição, processamento e transmissão dos dados, durante o tempo de vida da RSSF. 40 Para a execução deste projeto, foi necessária uma fonte de energia que permitisse a mobilidade e autonomia dos nós sensores, por isso o uso da bateria LiPo (Lithium Polymer), com uma tensão nominal de 7,4V. Dessa maneira, fez-se necessário a utilização de um circuito regulador de tensão, juntamente com o regulador de tensão LM350, pois os pinos de sinal dos dispositivos precisam operar em 3.3V. Figura 6 – Circuito regulador de tensão Produção da própria autora. 4.2.2 Meio físico de transmissão Em um enlace de micro-ondas a propagação das ondas eletromagnéticas até o dispositivo que irá receber o sinal se dá através do espaço livre (DIAS et al., 2016). Os sinais como são fornecidos pelo transmissor não podem ser enviados através dos canais de transmissão. Assim, é necessário a modulação, a fim de modificar esse sinal com uma onda eletromagnética portadora adequada ao canal utilizado. 4.2.2.1 Modulação GFSK O rádio transceptor nRF24L01+ utiliza a camada física para a transmissão de mensagens por on- das de rádio em modulação GFSK (Gaussian Frequency Shift Keying). Nesta modulação, os dados são codificados de acordo com a frequência da portadora (determinado pelo canal utilizado no módulo transceptor), de forma análoga à modulação FSK (Frequency Shift Keying), com variação da frequên- cia da portadora em função do sinal digital a ser transmitido. No entanto, os pulsos passam por um filtro gaussiano antes de entrar no modulador, afim de suavizar a transição entre os valores dos pulsos. Dessa maneira, a modulação GFSK promove uma melhor eficiência espectral já que limita a largura do espectro modulado (MALBURG, 2004). 41 4.2.2.2 Banda de frequência O transceptor nRF24L01+ foi projetado para atuar na bandaIndustrial Scientific and Medical, banda ISM, de 2.4 GHz, uma das partes do espectro eletromagnético destinada ao desenvolvimento Industrial, Científico e Médico. As bandas ISM são faixas de frequência destinadas ao desenvolvi- mento livre nas quais não há necessidade de licenciamento. Há, porém, estabelecendo-se uma limita- ção de potência com o sistema operando com uma saída menor do que 125 mW (Agência Nacional de Telecomunicações, 2018). Muitas tecnologias de grande importância para as telecomunicações operam na faixa de frequência de 2.4 GHz tais comoBluetoothe Wi-Fi. Dessa maneira, serviços de radiocomunicação operantes nestas faixas de frequência estão sujeitos a interferência resultantes de outras fontes potenciais, já que não existem restrições quanto ao número de transmissores ou protocolos definidos (BEZERRA, 2017). 4.2.2.3 Canais de RF A frequência do canal RF determina o centro do canal usado pelo transceptor. Dessa forma, a banda de operação do dispositivo vai de 2.400 GHz a 2.525 GHz, a largura de banda do canal é de 1 MHz. A largura de banda do canal varia de acordo com a taxa de transmissão utilizada, a 1 Mbps a largura de banda ocupada pelo canal é de 1 MHz, para 2 Mbps a largura é de 2 MHz. Para garantir que os canais não se sobreponham o uso de canais adjacentes devem obedecer ao espaçamento de 2 MHz pelo menos (NORDIC SEMICONDUCTOR, 2016). 4.2.2.4 Taxa de transmissão Para a comunicação na rede, um fator muito importante é a taxa de transmissão, o transceptor nRF24L01+ pode ser configurado para 250 kbps, 1Mbps ou ainda 2MBps (NORDIC SEMICON- DUCTOR, 2016), uma das vantagens em relação a outros dispositivos de mesma função (tais como Zigbee). Uma taxa de transmissão de dados mais alta implica em um menor tempo para a recepção da mesma e ainda uma menor probabilidade de colisão entre mensagens (GIARETTA, 2014), porém, deve-se levar em consideração que taxas mais baixas possuem maior capacidade de alcance.Dadas as condições de comunicação do ambiente rural, onde as distâncias entre a estação de informação e os objetos de monitoramento são relativamente grandes, além dos obstáculos naturais como vegetação e relevo, nesse projeto foram adotadas taxas de transmissão de 250Kbps. 4.2.3 Funcionamento do sistema O sistema da RSSF é composto por nós sensores (sistemas integrados de dispositivos com a fun- ção de adquirir informações, processar enviar), e nó central (sistema integrado de dispositivos com funções de receber, processar e armazenar as informações). Assim, tanto os nós Sensores quanto o nó 42 central fazem uso da rádio frequência, através do transceptor nRF24L01+, enquanto o monitoramento dos nós sensores é feito por sensores de temperatura LM35, com o intuito de verificar as condições ambientais de uma plantação. Os nós sensores têm a atribuição de enviar os dados adquiridos do local em que estão instalados com valores de temperatura, ou seja, realiza funções específicas de monitoramento e medição para enviar suas informações ao nó central. Este trabalho busca avaliar a efetividade da chegada dessas informações, assim como a influência dos dispositivos, e o funcionamento aplicado do projeto. Para o acesso aos dados monitorados, aplicam-se os conceitos de comunicação M2M e IoT pro- pondo a automação do sistema, permitindo ao usuário a otimização de tarefas. Dessa maneira, para implementação das rotinas utilizou-se o monitor Serial da IDE do Microcontrolador. As rotinas executadas pelos pontos da rede para a realização das tarefas serão apresentadas para a configuração e exibição dos dados. 4.2.4 Desenvolvimento do protótipo O funcionamento desse projeto se deu com a elaboração de um protótipo para testes de comuni- cação. Dessa maneira, construiu-se tanto um nó Sensor quanto o nó Central a fim de se obter uma amostra da efetividade na recepção de informações da Rede de Sensores Sem Fio. Em uma placa de circuito impresso PCB (do inglês,Printed Circuit Board) as unidades de comunicação (Transceptor nRF24L01+), de processamento (Microprocessador Arduino Nano e RTC), de energia (bateria) e de sensoriamento (sensor LM35), foram organizadas de forma que cada componente ficasse na melhor disposição possível.Essa melhor posição foi definida pela necessidade de desenvolvimento de nós sensores, com a menor dimensão possível, vislumbrando baixo custo, escalabilidade e não interferên- cia entre os próprios dispositivos. Para que não houvesse interferência entre as unidades na placa de circuito no momento de transmissão do sinal, foram desenvolvidas 19 versões do protótipo até que a distribuição destes fosse favorável para o funcionamento dos componentes e para que não houvesse comprometimento do sinal enviado. Já que se trabalha em uma frequência de 2.4 GHz, em que o comprimento de onda é da dimensão de centímetros (mesma dimensão da distância entre os compo- nentes da placa). Além do arranjo dos dispositivos, foi pensado um isolamento com barreiras entre cada componente, porém a organização dos dispositivos foi suficiente para não interferência, sendo possível o funcionamento dos nós. Dessa forma, a fabricação do protótipo envolveu essencialmente o levantamento dos componentes utilizados, a simulação e o projeto de disposição dos elementos, assim como a impressão, limpeza e soldagem dos componentes na PCB. O arranjo dos dispositivos na PCB são distribuídos em duas faces, sendo elas a face superior, “Top”, lado em que onde os dispositivos são colocados diretamente e a face inferior, “Botton”, onde ocorre a soldagem e elementos dissipadores de calor. A Figura 7 representa a placa de circuito im- presso impressa pela prototipadora, com as trilhas e arranjo final dos seus componentes, mostrando 43 a parte inferior e superior das ligações feitas. Para este projeto levou-se em conta as restrições das dimensões físicas dos componentes, com o intuito de minimizar os caminhos de conexão entre os mesmos. A etapa de impressão da PCB foi feita por meio da prototipadora de circuitos impressos disponível em laboratório, modeloLPKF Protomat S63, como mostra na Figura 8, com o processo de impressão da PCB, desgaste do subtrato e furos para a fixação dos componentes na placa. Figura 7 – Ligações feitas no Top e Botton da PCB, respectivamente na imagem Fonte: Produção da própria autora. Figura 8 – Impressão da PCB Fonte: Produção da própria autora. 4.2.4.1 Nós sensores O nó sensor tem como rotina (principais tarefas programadas para serem exceutadas) a configu- ração dos periféricos (unidade de sensoriamento, de comunicação e processamento) assim como as interrupções das sub-rotinas. Tais sub-rotinas têm a função de aquisição dos dados do sensor (me- 44 dição de temperatura), e fazer as conversões necessárias para que estes dados sejam enviados ao nó central. O monitoramento do ambiente rural possibilita que se trace um perfil da área a longo prazo, com intervalos específicos de coleta de dados. Esse sincronismo do nó sensor se dá pelo dispositivo RTC, onde os dispositivos seguem um envio coordenado por intervalos de tempo específicos. Para maior aumentar a significância estatística, é obtido um conjunto de 60 amostras de forma arbitrária, já que o sistema é adaptável para qualquer intervalo de coleta de dados. O nó sensor foi programado para adquirir informações e enviar durante 1 minuto, no intervalo de 1s, ou seja, 60 pacotes serão enviados do nó sensor para o nó Central. Esses pacotes são numerados de 1 a 60 a fim de que se assegurar uma mesma quantidade de amostragem para comparações periódicas dos dados enviados pelo nó sensor e recebidos pelo nó central. O fluxograma da Figura 9 representa, resumidamente, o funcionamento da aquisição e monito- ramento do nó sensor. A rotina do nó sensor envolve a inicialização das variáveis do sistema e a verificação do horário de aquisição dos dados. A aquisição de dados ocorre por meio da conversão dos estímulos físicos para elétricos no sensor e então é feito o processamento e envio da mensagem. Para cada pacote formado é incrementado um valor no contador, pois cada mensagem possui um nú- mero de identificação. Para este sistema, quando o contador atinge o valor de 60 é interrompida as atividades do nó, que volta ao seu estado de espera para nova aquisição no instante estipulado. Figura 9 – Fluxograma de funcionamento do nó sensor da RSSF Fonte: Produção da própria autora. 45 A estrutura final do nó sensor, pode ser vista pela Figura 10 onde estão dispostas as unidades de processamento (Arduino Nano e RTC), de sensoriamento (sensor de temperatura LM35) e alimenta- ção por fonte externa, fixados na PCB. Figura 10 – Protótipo nó sensor Fonte: Produção da própria autora 4.2.4.2 Nó central A principal função do nó central da rede é o gerenciamento de tarefas. Após o recebimento dos pacotes, ocorre a função de armazenamento dos dados recebidas. Dessa forma os dados poderão ser analisados pelo operador. A rotina principal configura os periféricos (RTC, transceptor e unidade de armazenamento do cartão SD), e realiza as interrupções necessárias para as sub-rotinas. Ao entrar no loop, ciclo de tarefas executadas, é verificado se há algum dado recebido nobuffer, em caso negativo, registra a inacessibilidade do nó sensor que deveria enviar a informação naquele momento. Por outro lado, se há identificação de recebimento de dados, este é armazenada em um arquivo referente ao nó Sensor com o qual se estabeleceu a comunicação. O fluxograma da Figura 11 esquematiza o funcionamento do gerenciamento do nó Central, que inicializa-se com a declaração de variáveis e fica em estado de monitoramento do canal com a verificação dobuffer. Se há dados recebidos no buffer, essa mensagem é lida e a informação útil, temperatura analisada, é armazenada como um dos parâmetros do gráfico do perfil de temperaturas recebidas. Ao verificar que obufferestá vazio, o nó central volta ao seu estado de monitoramento do canal. 46 Figura 11 – Fluxograma de funcionamento do nó central da RSSF Fonte: Produção do própria autora. Para o nó central, como pode ser vista pela Figura 12 a unidade de sensoriamento é retirada da PCB, já que suas funções são concentradoras das informações recebidas dos demais pontos da rede, é mantido o RTC para sincronismo das tarefas, o transmissor e o módulo Arduino. Figura 12 – Protótipo nó central Fonte: Produção da própria autora 47 4.2.5 Topologia de Rede A topologia de rede é o layout físico da RSSF proposta, ou seja, como os nós componentes estão dispostos no ambiente a ser monitorado. Pensando-se no ambiente rural como cenário de aplicação deste projeto, leva-se em consideração distâncias variáveis entre a unidade de monitoramento e o objeto a ser monitorado. Na topologia em estrela os nós componentes deste arranjo, chamados nós sensores, se direcionam ao nó Central, que detém o controle e supervisão do sistema. Neste projeto tanto a topologia física, de posicionamento dos Nós, quanto a topologia lógica, organização de comunicação, são coinciden- tes. Desta maneira, o nó central receberá os requerimentos de rede, sendo ele um concentrador de informações com função de solicitar dados aos nós sensores, receber informações, verificar eventuais falhas de comunicação e armazenar os dados recebidos para processamento. 4.2.5.1 Protocolo de comunicação A opção pelo módulo transceptor nRF24L01+ se deu pelo fato dohardwareser de baixo custo, além de suportar uma topologia em estrela com transmissão de dados bidirecional entre transmissores e receptores. Este módulo possui capacidade de “ouvir” até seis transmissores simultaneamente, sem que haja interferência entre eles. Cada Módulo RF nRF24L01+ apresenta seis ”Tubos”, chamados Pipesde dados que se comunicam paralelamente em endereços lógicos únicos. Para que a comuni- cação entre transmissor (Tx) e receptor (Rx) ocorra, faz-se necessário que o mesmo endereço seja configurado em ambos os módulos (HU INFINITO COMPONENTES ELETRÔNICOS, 2006). O módulo nRF24L01+ utiliza o protocolo ESB (Enchanced ShockBurst), que possibilita a comu- nicação bi-direcional de pacotes, com montagem, temporização, confirmação e retransmissão auto- mática de pacotes (HU INFINITO COMPONENTES ELETRÔNICOS, 2006). 48 Figura 13 – Pipes de comunicação Fonte: Adaptada de (HU INFINITO COMPONENTES ELETRÔNICOS, 2006). 4.2.5.2 Estrutura do pacote de dados O envio da informação de um ponto a outro da rede requer um critério quanto às informações associadas, a fim de promover um processamento adequado dos dados recebidos. Assim, o nó central precisa conhecer a origem da informação, qual horário foi adquirido os dados no sistema e qual o valor monitorado. Sendo assim, essas informações são concatenadas em uma só sentença que é enviada do nó Sensor para o nó Central como pode ser visto na Figura 14. A sentença que será enviada ao nó central é composta de quatro partes: Identificação, número de pacote, horário de aquisição e temperatura. A identificação é o “endereço” do nó, número corres- pondente ao nó Sensor que está enviando a informação. Assim, a sentença que chega no nó Central fornece a origem da informação dentro da rede, já que cada nó sensor é unicamente identificado e está associado a uma área específica. A segunda parte da sentença identifica qual o número do pacote enviado. A programação de envio de mensagem é flexível, podendo ocorrer em instantes específicos de tempo (segundos, minutos, horas). Para os testes foram realizados o envio de 60 amostras (pacotes), cada pacote foi enviado em cada segundo. A terceira parte da sentença é responsável pelo momento de aquisição da leitura, subdivide-se em horas, minutos e segundos, separados por “:”. 49 A última parte corresponde a carga útil da informação, ou seja, à medida de monitoramento que no caso é representada pela temperatura do nó em questão. Figura 14 – Estrutura do pacote enviado Fonte: Produção da própria autora 50 5 RESULTADOS E DISCUSSÕES 5.1 TRATAMENTO DOS DADOS PESQUISASURVEY As respostas para cada pergunta do questionário foram avaliadas e filtradas utilizando diferentes ferramentas, buscando-se compreender como a tecnologia pode atender às necessidades do setor da agricultura e promover a sustentabilidade. • Questão um: Principais fatores para manutenção de uma plantação Na primeira pergunta do questionário foi avaliado o grau de impacto de cada um dos fatores considerados importantes para a manutenção de uma plantação. Observou-se certa regularidade nas respostas que pode ser organizada por meio do Quadro 5 com base na apresentação de fato- res levantados pelos próprios entrevistados, identificando-se as necessidades a serem supridas na agricultura tais como temperatura, iluminação, umidade do solo, fertilidade do solo (nutrien- tes), compactação, disponibilidade de água, pragas e doenças, umidade relativa do ar, genética e sanidade. Quadro 5 – Principais fatores para manutenção de uma plantação Fatores R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 R9 Temperatura + + + + + + + + + Iluminação / Radia- ção + + + + + + + + Umidade do Solo + + + + + + + + + Fertilidade do solo / Nutrientes + + + Compactação + Disponibilidade de água / Irrigação + + + Pragas e doenças + + Umidade Relativa do Ar + Genética + Sanidade + Fonte: Produção da própria autora. No Quadro 5, o símbolo “+” é considerado como unidade de impacto para cada resposta dos nove entrevistados (R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8, R9). Dessa maneira o “+” é atribuído com base na importância considerada em relação aos demais fatores. Nota-se que os fatores de maior impacto foram temperatura, iluminação e umidade do solo. 51 • Questão dois:Importância da temperatura, iluminação e umidade em uma plantação A partir das respostas obtidas na entrevista, na segunda pergunta, foi feita uma filtragem das informações para a identificação dos padrões de palavras chave que pudessem relacionar as prin- cipais necessidades associadas à temperatura, iluminação e umidade em uma plantação, como pode ser visto na Figura 15. Dessa maneira, o monitoramento de tais fatores tem influência positiva na otimização do sistema. Figura 15 – Importância da iluminação, temperatura e umidade para uma plantação Fonte: Produção da própria autora. Com a iluminação estão associadas condições como o desenvolvimento da planta e fonte de energia, realização do processo de fotossíntese, crescimento e variações de fotoperíodo que necessitam de condições ótimas de acordo com cada cultura. Já o fator temperatura é um fator crítico que em condições extremas pode causar danos fisioló- gicos à planta. A temperatura está diretamente relacionada com o metabolismo das plantas e requer condições específicas para cada espécie. A umidade do ar tem relação direta com o desenvolvimento de doenças e pragas que podem se estabelecer na plantação. As variações de umidade durante o ano podem ainda favorecer diferentes épocas para o plantio, devido a absorção de nutrientes. Dessa maneira, observa-se que os fatores levantados têm grande impacto no desenvolvimento da planta, necessitando de monitoramento. • Questão três: Intervalo de tempo de observação e monitoramento de uma plantação Em relação à terceira pergunta, foi questionado qual o período de tempo necessário para o monitoramento de uma cultura, pensando-se em intervalos de segundos, minutos, dias ou meses. 52 As respostas não apresentaram um padrão, já que os ciclos das culturas são diferentes. O que pôde-se identificar é a necessidade da elaboração de um sistema de monitoramento adaptável a essas necessidades, portanto deve ser funcional tanto para períodos curtos em intervenções frequentes de otimização de produção agrícola, como também monitoramentos a longo prazo para acompanhamento do desenvolvimento das plantas. • Questão quatro: Uso de tecnologias de automação no campo Para o tratamento dos dados obtidos pela pergunta número quatro do questionário foi utilizada a ferramenta de qualidade, o Diagrama de Ishikawa, também conhecido como “Diagrama de Causa e Efeito”(FORTLOGIC, 2016). Dessa maneira foi possível estabelecer a relação entre as principais causas da automação do campo, traçando os pontos problemáticos e oportunidades de soluções para este cenário. As respostas foram avaliadas com base na identificação dos principais conceitos presentes nas respostas dos entrevistados. Figura 16 – Uso de tecnologias de automação no campo Fonte: Produção da própria autora. Pela Figura 16 identificamos graficamente como causas os fatores ambientais, a ecoeficiência, a mão-de-obra e fatores econômicos, que levam a automação do campo. Dentre os fatores am- bientais estão o uso crescente de insumos agrícolas e uso e ocupação do solo que requerem monitoramento contínuo, além da escassez de recursos naturais tais como o uso excessivo de água nas plantações, ferramentas de tecnologias no meio rural podem resultar em um uso sus- tentável. Dessa maneira, a ecoeficiência busca uma produção voltada para a manutenção dos 53 recursos naturais e redução dos impactos a partir do uso consciente dos recursos nesse cenário com o uso das ferramentas tecnológicas de monitoramento. No que diz respeito a mão de obra, a automação propõe uma maior capacitação e adaptação quanto aos instrumentos utilizados e uma conscientização em relação às necessidades da produção e manutenção dos recursos. Já em relação ao fator econômico, propõe uma maior previsibilidade da produção e consequen- temente aumento produtivo e de qualidade dos produtos em uma produção mais eficiente, em termos de diminuição dos recursos utilizados em relação ao produto final obtido. • Questão cinco: Uso de tecnologia no campo pelos entrevistados A pergunta cinco do formulário busca fazer um levantamento se tecnologias de automação estão sendo aplicadas no ambiente agrícola. Nesse sentido as respostas foram unânimes, nenhum dos entrevistados utilizam alguma tecnologia de automação. Isso evidencia a necessidade de estudos e implementações práticas na área das tecnologias de automação do campo. • Questão Seis: Perspectivas para a automação da agricultura Na questão seis, os entrevistados discorreram a respeito das perspectivas de automação na agri- cultura e quais seriam as soluções para que houvesse um avanço no agronegócio brasileiro. A avaliação das respostas proporcionou o levantamento dos aspectos ilustrados na Figura 17 por meio da identificação dos principais fatores discorridos nas respostas abertas. Figura 17 – Soluções propostas para automação do campo Fonte: Produção da própria autora. Em síntese, as questões giram em torno do investimento em pesquisas e desenvolvimento de novas soluções tecnológicas para o setor do agronegócio. Levando em consideração desenvol- 54 vimento técnico, uso dos recursos naturais, impactos ambientais que podem ser minimizados, otimização de tarefas no campo, capacitação técnica de mão-de-obra e aspectos sociais. • Questão Sete: Desenvolvimento sustentável no campo Quando perguntados em relação a possibilidade do desenvolvimento sustentável no campo, per- gunta sete do questionário, os entrevistados abriram margem para um levantamento estratégico que serve de fundamentação para as principais necessidades do projeto. Assim, foi possível a elaboração da matriz de análise SWOT. O nome SWOT, vem da sigla em inglêsStrenghts (Forças),Weaknesses(Fraquezas),Opportunities(Oportunidades) eThreats(Ameaças), assim a análise também pode ser conhecida por Matriz F.O.F.A, em português (SEBRAE, 2016). Figura 18 – Análise do cenário de desenvolvimento sustentável no campo usando a ferramenta matriz F.O.F.A � ✁ ✂ ✄ ☎ ✆ ✝✞✟ ✠✡☛☞✟✌✡✍ ✎✟✞ ☞✌✞✏✑✟✞ ✡✒✠✓☛✟✍✡✞✔ ✕✟✌✞✖✠✗✡✘✙✟ ✖ ✠✖☛✏✚✖✠✡✘✙✟ ✎✖ ✛✠✖✡✞ ✎✖✒✠✡✎✡✎✡✞✔ ✜✏✢✟✑✡✘✙✟ ✎✖ ✗✛✠☞✡✞ ✖✢✡✚✡✞ ✎✟ ✚✠✟☛✖✞✞✟ ✚✠✟✎✏✢☞✗✟ ✡✒✠✓☛✟✍✡✣ � ✂ ☎ ✤ ✥ ✦ ✧ ☎ ✆ ✁ ★ ✁ ✂ ✩ ✥ ✪ ✫ ✬ ☎ ✬ ✦ ✆ ☎ ✭ ✦ ☎ ✄ ☎ ✆ ✮✯✰✯✱✲✳✴✲✵✶✯✱✷✳ ✰✸✰✷✯✱✷✹✲✯✴ ✱✳ ✺✻✶✼✳ ✕✡✚✡☛☞✢✡✘✙✟ ✢✽☛✌☞☛✡ ✎✟ ✚✠✟✎✏✢✟✠ ✠✏✠✡✍✔ ✕✟✌✞☛☞✖✌✢☞✾✡✘✙✟ ✎✡ ✌✖☛✖✞✞☞✎✡✎✖ ✎✖ ✿✖✠✠✡✑✖✌✢✡✞ ✚✡✠✡ ✚✠✖✞✖✠✗✡✘✙✟ ✎✟ ✡✑❀☞✖✌✢✖✣ ❁✞☛✡✞✞✖✾ ✎✖ ✠✖☛✏✠✞✟✞ ✌✡✢✏✠✡☞✞✔ ✕✟✌✢✡✑☞✌✡✘✙✟ ✡✑❀☞✖✌✢✡✍✔ ❂✖☛✌✟✍✟✒☞✡✞ ✡✚✍☞☛✛✗✖☞✞ ✡ ✠✖✡✍☞✎✡✎✖ ✎✟ ✡✒✠☞☛✏✍✢✟✠✔ ❂✖☛✌✟✍✟✒☞✡✞ ✎✖ ❀✡☞❃✟ ☛✏✞✢✟✣ ❄✌✢✖✠✖✞✞✖ ✞✟☛☞✡✍ ✖ ✖☛✟✌❅✑☞☛✟ ✌✡ ✞✏✞✢✖✌✢✡❀☞✍☞✎✡✎✖✔ ❁❆✏☞✍✓❀✠☞✟ ✖✌✢✠✖ ✚✠✟✎✏✘✙✟ ✖✿☞☛☞✖✌✢✖ ✖ ✞✏✞✢✖✌✢✛✗✖✍✣ ❇❈❉❊❋●❍ ■❇ ❏❇❑▲❋▼ ◆❖P❖◆❖❇ Fonte: Produção da própria autora. Dessa forma, a matriz F.O.F.A é uma importante ferramenta que favorece a análise da elabo- ração de projetos voltados para o desenvolvimento sustentável no campo, onde as “Forças” e “Fraquezas” são referentes ao ambiente interno e as “Oportunidades” e “Ameaças” se relacio- nam com o ambie