Orientador: Elnatan Chagas Ferreira

Texto em inglês

Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação

Resumo: A constante preocupação em aumentar a produtividade das plantações de uma forma sustentável e otimizando o uso dos insumos agrícolas (água, fertilizantes, pesticidas e produtos para correção do PH) levou ao desenvolvimento da agricultura de precisão, que permite determinar a quantidade...

Resumo: A constante preocupação em aumentar a produtividade das plantações de uma forma sustentável e otimizando o uso dos insumos agrícolas (água, fertilizantes, pesticidas e produtos para correção do PH) levou ao desenvolvimento da agricultura de precisão, que permite determinar a quantidade correta de insumos para cada região do solo (tipicamente um hectare), evitando o desperdício. Sensores de umidade de solo de baixo custo e fácil aplicação no campo são fundamentais para permitir um controle preciso da atividade de irrigação, sendo que os sensores que melhor atendem estes requisitos são os chamados sensores de dissipação de calor ou sensores de transferência de calor. Estes sensores, entretanto, apresentam um problema de baixa sensibilidade na faixa de umidade mais importante para as plantas (umidade de solo 'teta'v variando entre 5% e 35%), pois, para cobrir esta variação de 30% em 'teta'v com resolução de 1%, é necessário medir variações de temperatura de aproximadamente 0,026 ºC nos sensores de pulso de calor a duas pontas e 0,05 ºC para os sensores de pulso de calor de ponta simples. Neste trabalho foi desenvolvido um novo sensor de umidade de solo do tipo pulso de calor de ponta simples, baseado em um único elemento: um transistor bipolar de junção npn, que é usado tanto como aquecedor e como sensor de temperatura de alta precisão. Resultados experimentais, obtidos em medidas realizadas através de uma técnica de interrogação especialmente desenvolvida para este novo sensor mostram que neste trabalho foi possível obter uma sensibilidade cerca de uma ordem de grandeza maior do que nos sensores de pulso de calor com uma ponta e cerca de 20 vezes maior do que nos sensores de pulso de calor de duas pontas. Outra vantagem da técnica desenvolvida é que o aumento da sensibilidade não é obtido às custas do aumento da corrente drenada da bateria para aquecer o sensor. No sensor desenvolvido é utilizada uma corrente de apenas 6 mA para gerar o aquecimento (com energia dissipada de 1,5 J), enquanto que que os sensores de pulso de calor com ponta simples requerem cerca de 50 mA (com 2,4 J de energia dissipada) para operar. Os sensores de pulso de calor de ponta dupla também são fabricados com resistores que requerem cerca de 50 mA para o aquecimento (0.8 J de energia dissipada) para operar corretamente

Abstract: The concern regarding sustainable development and crop inputs optimization (such as water, fertilizers, pesticides and soil PH correction products) has led to the development of the precision agriculture concept, that allows to determine the exact amount of each input required on each...

Abstract: The concern regarding sustainable development and crop inputs optimization (such as water, fertilizers, pesticides and soil PH correction products) has led to the development of the precision agriculture concept, that allows to determine the exact amount of each input required on each ground section (typically one hectare), avoiding waste of inputs. Low-cost and easily handled soil moisture sensors are very important for allowing a precise irrigation control. The class of sensors which fulfill those requirements are the heat transfer sensors, where there are basically two types of devices: dual (or multi) probe heat pulse sensors and single probe heat pulse sensors. However, these sensors have a low sensitivity in the most important range of soil humidity 'teta'v for plants (usually from 5% ? 'teta'v ? 35%). To cover this 30% soil humidity range with 1% resolution it is necessary to measure temperature with a resolution of 0,026 ºC in the dual/multi probe heat pulse sensors and 0,05 ºC in the single probe heat pulse sensor. In this work it was developed a new type of single probe heat pulse sensor, comprised of a single element: an npn junction bipolar transistor, that plays the role of both the heating element and a high accuracy temperature sensor. Experimental results, obtained through an interrogation technique especially developed for this sensor, show sensitivity about one order of magnitude greater than the typical sensitivity of the single probe heat pulse sensors and 20 times greater than dual probe heat pulse sensors. Another great advantage of the developed interrogation technique is that the increase in sensibility is not obtained through a higher current being drained from the batteries that power the sensor. The developed sensor operates at a much lower current level than the other sensors, draining only 6 mA from the battery (with an energy of 150 mW). The single probe heat pulse sensor requires 50 mA and 1.5 J of energy to operate, whilst the dual probe heat pulse sensors are manufactured with resistors which also drain 50 mA from the battery with 0.8 J of dissipated energy