Desenvolvimento de estação meteorológica de baixo custo

Abstract

A Agricultura de Precisão (AP) vem cada vez mais se tornando importante para o futuro da agricultura. Com a AP, novas tecnologias são desenvolvidas para repor déficits nutricionais que estão localizados no manejo e cultivo de culturas. Como exemplo desse tipo de tecnologia, tem- se o monitoramento de dados meteorológicos, por meio de estações meteorológicas. Entretanto, esse tipo de equipamento possui altos custos de implantação, impulsionando o desenvolvimento de estações meteorológicas de baixo custo. Assim, objetivou-se com esse trabalho desenvolver uma estação meteorológica de baixo custo. Para isso foram validados os sensores que compõe a estação meteorológica, sendo eles um pluviômetro, um anemômetro, um termo-higrômetro e um piranômetro. Todos esses sensores foram validados por meio de comparação dos sensores de baixo custo com sensores de referência e também com dados meteorológicos obtidos pelo Instituto Nacional de Meteorologia (INMET). Para isso foi utilizado um gráfico de dispersão para obter os coeficientes a e b da equação obtida, o coeficiente de determinação (R²) que comprovem a semelhança entre os dados analisados e o coeficiente de Pearson (r) para validar a estação e determinar a correlação entre os dados analisados. Na validação do pluviômetro de baixo custo, foi utilizado como referência o derramamento de volumes conhecidos de água. Já o anemômetro de baixo custo, terá como referência o sensor TAFR-180 da marca Instrutherm, sendo realizado o experimento em um túnel de vento. O termo-higrômetro foi comparado com o sensor de referência, HOBO ONSET UX100-003. Por último, o piranômetro de baixo custo foi comparado com o sensor de referência, CMP 6 da marca Kipp & Zonen. Todos as comparações foram feitas sob um mesmo período de tempo de coleta dos dados, realizado no período de 21 dias. Para os dados de velocidade média do ar, volume de água acumulado, irradiação solar, temperatura de bulbo seco do ar (tbs) e umidade relativa do ar, os valores de R² obtidos na calibração foram 0,9908; 0,9988; 0,8332; 0,9319 e 0,9603, e os valores de correlação de Pearson obtidos na validação foram de 0,6483; 0,6625; 0,9380; 0,9847 e 0,9698, respectivamente. Com isso, pode-se considerar que os sensores de baixo custo da estação meteorológica apresentam comportamento similar aos sensores de referência à medida que as variáveis meteorológicas variaram. Dessa forma, pode-se concluir que a estação de baixo custo obteve resultados significativos, promovendo a sua usabilidade por usurários que necessitam de dados meteorológicos. Palavras-chave: Agricultura de precisão; Dados meteorológicos; Componentes de projeto aberto; Componentes de baixo custo.Precision Agriculture (PA) is becoming increasingly important for the future of agriculture. With PA, new technologies are developed to replace nutritional deficits that are localized in the management and cultivation of crops. An example of this type of technology is the monitoring of meteorological data using weather stations. However, this type of equipment has high implementation costs, driving the development of low-cost weather stations. The aim of this work was to develop a low-cost weather station. To this end, the sensors that make up the weather station were validated: a rain gauge, an anemometer, a thermo-hygrometer and a pyranometer. All these sensors were validated by comparing the low-cost sensors with reference sensors and also with meteorological data obtained from the National Meteorological Institute (INMET). A scatter plot was used to obtain the a and b coefficients of the equation obtained, the coefficient of determination (R²) to prove the similarity between the data analyzed and Pearson's coefficient (r) to validate the station and determine the correlation between the data analyzed. When validating the low-cost rain gauge, the spillage of known volumes of water was used as a reference. The low-cost anemometer will be based on the Instrutherm TAFR-180 sensor, and the experiment will be carried out in a wind tunnel. The thermohygrometer was compared with the reference sensor, HOBO ONSET UX100-003. Finally, the low-cost pyranometer was compared with the Kipp & Zonen CMP 6 reference sensor. All comparisons were made over the same 21-day data collection period. For the data on average air speed, accumulated water volume, solar irradiation, dry bulb temperature (tbs) and relative humidity, the R² values obtained during calibration were 0.9908; 0.9988; 0.8332; 0.9319 and 0.9603, and the Pearson correlation values obtained during validation were 0.6483; 0.6625; 0.9380; 0.9847 and 0.9698, respectively. With this, it can be considered that the weather station's low-cost sensors behave similarly to the reference sensors as the meteorological variables vary. In this way, it can be concluded that the low-cost station obtained significant results, promoting its usability by users who require meteorological data. Keywords: Precision agriculture; Meteorological data; Open-design components; Low-cost components.