Arquitetura de condicionador digital para sensores de natureza resistiva

Abstract

O projeto desenvolvido tem por objetivo o desenvolvimento de um sistema de medição de temperatura do solo, um parâmetro importante no manejo agrícola que influencia em grande proporção o crescimento das plantas. Esse sistema também é aplicável em outras áreas que necessitam de monitoramento de temperatura. Utilizam-se, como sensor, os coeficientes de temperatura negativo (NTC) TTC-203 integrados a um circuito temporizador CI 555, componentes comuns em lojas de eletrônica no Brasil. A caracterização dos sensores é apresentada detalhadamente no decorrer deste trabalho, ilustrando com tabelas, imagens e equações as respostas dos sensores às variações de temperatura. O tratamento dos sinais de onda quadrada gerados pelo CI 555 em modo astável também é descrito com detalhes, desde as implicações da escolha do capacitor de 100nF até a utilização de dois sensores para carga e descarga com Fator de Trabalho com baixa amplitude de variação para diferentes temperaturas. Esta configuração permite a conversão da variação de temperatura, que altera a resistência elétrica do NTC, em uma variação de frequência de uma onda quadrada, de 100Hz a 1.000Hz que será utilizada como sinal digital no microcontrolador. O desenvolvimento de software embarcado em hardware, utilizando o microcontrolador ESP32, inclui a implementação de filas, listas, interrupções de hardware, funções e threads para uma amostragem eficiente do sinal, facilitando futuras melhorias e aplicações, o código fonte em C é disponibilizado para análise e evolução. O design em placa de circuito impresso (PCB) incorpora o CI 555 e um sistema de alimentação autônomo baseado em baterias, desenvolvido de forma personalizada para aplicação prática em campo. Os resultados, obtidos em testes de laboratório e em campo, demonstram a eficiência e precisão do sistema na leitura da resistência dos sensores e na transformação destes dados em sinal de onda quadrada. Embora as medições do solo não forneçam resultados conclusivos, devido ao pequeno volume de dados coletados, a arquitetura do sistema se mostra robusta na medição da resistência. Melhorias potenciais e futuras aplicações do projeto são contempladas. Incluem-se aprimoramentos no firmware para reduzir o consumo de energia, utilizando o modo DeepSleep do microcontrolador ESP32 para minimizar o consumo energético durante períodos de inatividade. Considera-se também a implementação de um arquivo de configurações e parâmetros, permitindo o uso de diferentes tipos de sensores resistivos e mudança da forma de coleta de sinal, através de mudança de borda do sinal e não pooling como foi implementado. Além disso, sugere-se melhorias no hardware, como a utilização do RST do CI555 durante o DeepSleep, para aumentar a eficiência energética.