Descrição de Hardware

Controle

Microcontrolador

A ESP32 é um microcontrolador poderoso e versátil, amplamente reconhecido por sua eficiência e recursos avançados. Com dois núcleos de processamento, ela é ideal para aplicações que exigem multitarefa ou processamento paralelo, garantindo desempenho superior. Sua conectividade integrada com Wi-Fi e Bluetooth a torna perfeita para soluções IoT, permitindo fácil comunicação em redes locais ou com dispositivos próximos. Além disso, seu suporte a aplicações em tempo real a torna ideal para sistemas críticos que requerem uma rápida resposta. Por essas razões, a ESP32 foi escolhida como o microcontrolador para o controle da nossa estufa hidropônica, oferecendo a combinação perfeita de desempenho, conectividade e flexibilidade.

Especificações Técnicas

Especificação	Detalhes
Processador	Dual-core Xtensa LX6, 32 bits
Velocidade do clock	Até 240 MHz
Memória flash	4 MB
Memória SRAM	520 KB
Conectividade Wi-Fi	802.11 b/g/n (2,4 GHz)
Conectividade Bluetooth	Versões 4.2 e BLE
GPIOs	Até 36 pinos
Interfaces	UART, SPI, I2C, PWM, ADC, DAC
ADC	12 bits, até 18 canais
Tensão de operação	5V ~ 12V
Consumo em modo deep sleep	~10 µA
Temperatura de operação	-40 °C a +85 °C
Dimensões	48,2 mm x 25,5 mm x 4,6 mm (sem os pinos)

Bomba peristáltica

Para o controle de nutrientes e do pH do tanque, serão adicionadas soluções de ácido e base ao tanque principal. Optou-se pelo uso de bombas peristálticas devido à sua precisão na dosagem, fluxo controlado sem contato direto do fluido com as partes mecânicas que evita danos aos fluidos e equipamentos, além de alta durabilidade e compatibilidade com soluções corrosivas. Essas características garantem segurança e confiabilidade no processo.

Especificações Técnicas

Especificação	Detalhe
Tensão de entrada	12 V
Corrente de carga nominal	350 mA
Vazão nominal	até 100 ml/min
Temperatura de trabalho	entre 0 °C e +40 °C
Umidade relativa de trabalho	até 80%
Velocidade da bomba	até 100 rpm
Velocidade do motor	até 5000 rpm
Diâmetro externo do tubo	4 mm
Diâmetro interno do tubo	2,5 mm
Dimensões	56 mm x 38 mm x 65 mm
Peso	85 g

Bomba de água

A bomba JT100 foi escolhida para circular a água na estufa hidropônica, pois é capaz de manter o fluxo necessário para garantir a distribuição adequada da água para os sistemas de cultivo. Seu design compacto e eficiente, aliado a uma tensão de operação de 3 a 5 V, a torna ideal para esse tipo de aplicação. Além disso, a bomba oferece uma boa elevação de até 1 metro e vazão de água de 1 a 1,5 litros por minuto, garantindo o desempenho necessário para manter o ambiente da estufa estável. Com essas características, a bomba JT100 é uma solução confiável e eficiente para a circulação de água na estufa hidropônica.

Especificações Técnicas

Especificação	Detalhe
Modelo	JT100
Tensão adequada	DC 3 a 5 V
Corrente máxima	~1.5 A
Elevação máxima	1 m
Vazão de água	~1 a 1,5 l/min
Comprimento do fio	7 cm
Diâmetro da entrada	~3,3 mm
Diâmetro da saída	~4,5 mm
Dimensões (CxLxA)	43,5x23x30 mm
Peso	26 g

Válvula Solenoide de Água

A válvula solenoide será utilizada no sistema de controle do nível de água no tanque da estufa hidropônica. Ela é um dispositivo eletromecânico que permite controlar o fluxo de água de maneira automatizada. Quando energizada com 12 V DC, a válvula abre para permitir a passagem de água, retornando à posição normalmente fechada (NF) quando a energia é interrompida.

Especificações Técnicas

Especificação	Detalhe
Tensão	DC 12 V
Modo de Operação	NF (Normalmente Fechado)
Pressão de Operação	0,02 ~ 0,8 MPa
Tamanho da Rosca	1/2"
Temperatura do Fluido	~0ºC a 100ºC

LEDs

O uso de LEDs para o cultivo de alface em estufas hidropônicas oferece vantagens significativas, como maior eficiência energética, controle preciso do espectro de luz e baixa emissão de calor. Os LEDs permitem ajustar a intensidade e o comprimento de onda para otimizar o crescimento das plantas, promovendo maior produtividade e qualidade no cultivo. Além disso, sua longa vida útil e baixa manutenção tornam o sistema mais sustentável e econômico a longo prazo. Por esses motivos, o modelo QBK1200PLUS com chip Samsung LM281B foi escolhido, atendendo às necessidades específicas do cultivo hidropônico.

Especificações técnicas

Especificação	Detalhes
Chip LED	Samsung LM281B
Modelo Board	QBK1200PLUS
Tipo de Plug	UE Plug
Materiais	Alumínio
Tensão de entrada	85-265V
Potência	120 W
Tamanho	45 x 30 cm

Exaustor

O exaustor desempenha um papel essencial no controle da temperatura e circulação de ar dentro da estufa hidropônica. Ele ajuda a evitar o superaquecimento, mantendo condições ideais para o crescimento das plantas. Além disso, a ventilação proporcionada pelo exaustor previne o acúmulo de umidade excessiva, reduzindo o risco de doenças e melhorando a qualidade do cultivo. O exaustor 12V foi escolhido por sua eficiência energética, alta vazão de ar e fácil acionamento.

Especificações técnicas

Especificação	Detalhes
Tensão de operação	12 V
Corrente	0,10 A (máx. 0,18 A)
Potência	1,2 W (máx. 2,16 W)
Velocidade	4500 RPM
Vazão de ar	20,4 CFM
Dimensões	60 x 60 x 20 mm
Tipo de rolamento	Bucha

Raspberry pi

A Raspberry Pi 4, juntamente com uma câmera, oferece uma opção acessível e funcional para o monitoramento remoto de plantas em uma estufa hidropônica. Com conectividade Wi-Fi e suporte a módulos de câmera, ela possibilita a captura de imagens em intervalos definidos, que podem ser enviadas remotamente ao usuário por meio de serviços como MQTT ou e-mail. Essa configuração permite um acompanhamento visual do cultivo de forma prática, reduzindo a necessidade de presença constante na estufa e facilitando o controle das condições de desenvolvimento das plantas.

Sensoriamento

Sensor de PH e Temperatura da Água

O módulo de leitura do sensor de pH BNC PH4502C será utilizado para monitorar o nível de pH da solução nutritiva utilizada na estufa hidropônica. Esse módulo é essencial para garantir o equilíbrio químico necessário ao crescimento saudável das plantas, neste caso, alfaces. O dispositivo realiza a leitura do pH da água com precisão, permitindo a identificação de variações que possam comprometer a absorção de nutrientes pelas plantas.

Além disso, o módulo possui compatibilidade para leitura de temperatura, o que possibilita monitorar e ajustar as condições térmicas da solução. Ambas as medições (pH e temperatura) são integradas ao sistema de automação, permitindo ajustes em tempo real para assegurar um ambiente ideal para o cultivo hidropônico.

Especificações Técnicas

Especificação	Detalhe
Modelo	PH-4502C
Tensão de Aquecimento	5 ± 0.2 V (AC/DC)
Corrente de Trabalho	5-10 mA
Intervalo de Concentração de pH	pH 0-14
Intervalo de Detecção de Temperatura	0-80°C
Tempo de Resposta	5 segundos
Tempo de Estabilidade	60 segundos
Consumo de Energia	0,5 W
Temperatura de Trabalho	-10 ~ 50°C
Umidade de Trabalho	95% RH (umidade nominal de 65% RH)
Dimensões (CxLxE)	~61 x 32 x 16 mm
Peso	23g

Medidor de TDS – Sensor de Condutividade da Água Analógico

O medidor de TDS (Total Dissolved Solids) é um sensor analógico utilizado para medir a condutividade elétrica da água, indicando a concentração de sólidos dissolvidos na solução nutritiva da estufa. Essa medição é fundamental para avaliar a qualidade e a concentração dos nutrientes disponíveis para as plantas, garantindo que o meio hidropônico esteja adequado para o cultivo de alfaces.

Especificações Técnicas

Especificação	Detalhe
Modelo	TDS Meter
Comunicação	Sinal analógico
Tensão de Trabalho	3.3 ~ 5.5 VDC
Sinal de Saída	0 ~ 2.3 V
Corrente de Trabalho	3 ~ 6 mA
Faixa de Medição (TDS)	0 ~ 1000 ppm
Interface do Módulo	Condensação
Interface do Eletrodo	Condensação
Comprimento do Cabo	~60 cm
Dimensões (CxL)	42 x 32 mm
Peso	23 g

Temperatura e Umidade Ambiente

O sensor DHT11 será utilizado para monitorar a temperatura e umidade relativa do ar no ambiente da estufa, parâmetros cruciais para o controle climático necessário ao cultivo eficiente das plantas, como o alface. Essas variáveis impactam diretamente o crescimento saudável das culturas e a prevenção de condições adversas, como excesso de umidade ou temperaturas inadequadas.

O DHT11 combina um sensor capacitivo de umidade e um termistor para oferecer medições precisas, com comunicação digital que facilita sua integração ao sistema de automação da estufa. Esse sensor possui boa estabilidade e confiabilidade a longo prazo, sendo ideal para o monitoramento contínuo do ambiente interno, contribuindo para a manutenção das condições ideais de cultivo.

Especificações Técnicas

Especificação	Detalhe
Modelo	DHT11
Tensão de Operação	3 ~ 5 V (máximo 5,5 V)
Faixa de Medição de Umidade	20 ~ 90% UR
Faixa de Medição de Temperatura	0º ~ 50ºC
Corrente de Operação	Máximo de 500 mA durante o uso; 100 ~ 150 μA em modo de espera
Precisão de Medição de Umidade	± 5,0% UR
Precisão de Medição de Temperatura	± 2,0ºC
Tempo de Resposta	2 segundos
Dimensões (CxLxE)	23 x 12 x 5 mm (sem terminais)

Sensor Ultrassônico

O sensor ultrassônico será instalado no tanque de água da estufa hidropônica para medir a altura do nível da solução nutritiva. Ele utiliza ondas ultrassônicas para calcular a distância entre o sensor e a superfície do líquido, permitindo a determinação precisa do nível de água no reservatório. Essa informação é crucial para garantir que o sistema de irrigação mantenha o volume adequado de solução nutritiva, evitando tanto a falta quanto o excesso de água.

Câmera

Uma câmera será instalada na estufa para registrar o desenvolvimento das plantas, permitindo que o usuário acompanhe seu crescimento de forma visual e detalhada. As imagens capturadas possibilitam a observação das mudanças ao longo do tempo, auxiliando no monitoramento das condições das plantas e garantindo maior controle sobre o processo de cultivo.

Alimentação

Fonte de alimentação DC

A fonte de 12 V 5 A escolhida para a mini estufa é uma fonte chaveada . Essa fonte foi projetada para converter a tensão da rede elétrica (geralmente 220V) em uma saída de 12V DC com uma capacidade de corrente de 5 A, suficiente para alimentar os diversos componentes do sistema da mini estufa, como sensores, LEDs, e uma bomba de inspeção.

A Fonte Chaveada se utiliza de um circuito oscilador que converte a tensão de entrada em uma alta frequência de alternância e, em seguida, regula essa alternância para fornecer uma saída de tensão estabilizada. Essa fonte é mais eficiente, compacta e leve, com menor perda de calor e melhor capacidade de ajuste de carga, o que é ideal para aplicações em sistemas de automação e controle.

A fonte de 12 V e 5 A vai atuar convertendo a energia elétrica da rede de 220 V em 12 V de corrente contínua (DC). Essa tensão de saída vai ser usada para alimentar a placa ESP32 e outros componentes do sistema da mini estufa, como os sensores de temperatura, pH e umidade.

Especificação	Detalhe
Potência	60w
Entrada	AC 110-220v
Frequência	AC 60Hz
Saída	DC 12v 5A
Conexão por borne	5 Bornes (Fase, Neutro, Terra, Positivo Saida 12V, Negativo Saida 12V)
Material	Alumínio e Metal
Dimensões	11cm (C) 8cm (L) 4cm (A)

Regulador de tensão

O regulador de tensão LM350 é um componente fundamental no hardware da estufa hidropônica. Ele é responsável por estabilizar a alimentação elétrica, convertendo uma tensão de entrada variável em uma saída ajustável entre 1,2V e 33V, no projeto da estufa será calibrado para uma saída de 5V. Com capacidade para fornecer até 3A de corrente, o LM350 garante uma alimentação confiável e eficiente para os sensores, microcontrolador e atuadores do sistema, protegendo-os contra flutuações e picos de tensão.

Capacitores de desacoplamento estrategicamente posicionados na entrada e saída do regulador contribuem para a estabilidade do circuito, reduzindo ruídos e ripple, o que é essencial para o funcionamento seguro e contínuo dos dispositivos conectados.

Versionamento

Versão	Data	Modificação	Autor
1.0	02/12/2024	Documento inicial criado.	Luiz Phelipe
1.1	02/12/2024	Textos integrados em um arquivo só	Luiz Phelipe
1.2	20/01/2025	Atualização dos textos do PC2	Luiz Phelipe