Low-cost weather station for agricultural research/pt

Mais informações sobre este projeto podem ser encontradas no projeto de código aberto no GitHub.

motivo

Todos sabemos que as informações meteorológicas são muito importantes para qualquer pesquisa e gestão agrícola. No entanto, as estações meteorológicas comerciais são muito caras. Isso pode ser um problema quando se necessita de uma grande quantidade ou em comunidades com orçamento limitado. Pensando nisso, esta estação meteorológica de baixo custo foi desenvolvida.

objetivo

Desenvolva uma estação meteorológica para coletar dados de temperatura e umidade do ar, luminosidade, velocidade do vento e precipitação em campo, utilizando Arduino e sensores de baixo custo. A estação é alimentada por um painel solar e baterias. Todos os dados são armazenados em um cartão microSD, juntamente com a data e a hora.

fluxo de trabalho

Em um ciclo que se repete a cada 5 minutos, os sensores coletam os valores dos dados e os armazenam em um arquivo .txt. O arquivo .txt está no cartão microSD. Junto com os dados de leitura dos sensores, a data e a hora também são enviadas para o arquivo .txt.

O arquivo .txt final contém uma linha por leitura, com data, hora e dados dos sensores, todos separados por vírgulas.

algoritmo

O algoritmo foi desenvolvido em C++ utilizando a IDE do Arduino, pois é destinado ao Arduino. Ele está localizado na pasta Algorithm/Programa_o. A estrutura do algoritmo é a seguinte:

• Inclusão de bibliotecas para cartão SD, relógio RTC, sensor de temperatura e umidade;
• Declaração de variáveis ​​para cada sensor e módulo;
• Configuração que é executada apenas uma vez quando o Arduino é reiniciado. Nesta função, são definidos os pinos dos interruptores reed Pluviometer e Anemometer; o cartão microSD é inicializado; o relógio é inicializado e ajustado apenas uma vez; o sensor de temperatura e umidade é inicializado.
• Loop que continua em execução. Nesta função: i) A função de super atraso é inserida para funcionar a cada 5 minutos; ii) os dados do anemômetro (velocidade do vento) são coletados e ajustados; iii) os dados de luminosidade são coletados e ajustados; iv) os dados de temperatura e umidade são coletados; v) os dados do pluviômetro (chuva) são coletados e ajustados; vi) as variáveis ​​de data e hora são coletadas e armazenadas; vii) o arquivo .txt no cartão microSD é aberto e todas as variáveis ​​são armazenadas nele, fechando o arquivo .txt em seguida.
• Função de super atraso. Ela foi criada para coletar dados de chuva e vento a cada intervalo de tempo e, logo em seguida, salvar os dados no cartão microSD. Para contabilizar a chuva e o vento, o dispositivo verifica o estado do interruptor reed e, caso haja alguma alteração, contabiliza os dados e o valor é atualizado.

estrutura e placa de circuito

Para reduzir custos, a estação meteorológica foi toda estruturada em tubos de PVC e enterrada no solo. As estruturas para suportar o painel solar e os sensores foram obtidas na internet e desenvolvidas pelo autor. Para evitar a grande quantidade de fios, uma placa de circuito impresso foi desenvolvida e fabricada pelos autores.

Validação e resultados

Apesar de ter sido construída com tubos de PVC e sensores de baixo custo, a estação meteorológica resistiu ao inverno, à primavera e ao verão do Kansas. O local registrou temperaturas que variaram de 40 graus Celsius a -15 graus Celsius, além de um tornado.

Os dados coletados durante todo o experimento apresentaram resultados semelhantes à realidade, com um baixo número de valores discrepantes.

Dificuldades e trabalhos futuros

Este projeto apresentou problemas relacionados à bateria. Às vezes, a bateria não durava a noite toda, perdendo alguns dados entre as 5h e as 8h da manhã.

Para trabalhos futuros, planejamos adicionar um sensor de umidade do solo, otimizar a bateria, desenvolver um design mais atraente para reduzir custos e mão de obra no manuseio de tubulações e, por fim, integrar a internet para armazenar os dados em um banco de dados remoto.

Como uma grande ambição, o trabalho futuro poderia ser o desenvolvimento de uma rede dessas estações meteorológicas de baixo custo para monitorar o clima em locais com muita variação microclimática, o que pode impactar a agricultura.