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Ambiente e agricultura · 2025/2

Irrigação inteligente com ESP32

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Sistema de Irrigação Inteligente com ESP32 para Agricultura de Precisão

Identificação

Aluno: Lucas Víctor Ferreira de Araújo
Matrícula: 211063194
Disciplina: Fundamentos de Sistemas Embarcados
Semestre: 2025/2

1. Objetivo

O presente trabalho propõe o desenvolvimento de um sistema de irrigação inteligente baseado em ESP32, com foco na agricultura de precisão.
O sistema integra sensores ambientais e de solo, módulos de controle, câmeras e conectividade IoT, permitindo decisões automáticas de irrigação adaptadas ao tipo de cultura plantada.

Busca-se promover a eficiência no uso de recursos hídricos, o monitoramento remoto e o controle automatizado, utilizando tecnologias acessíveis e de código aberto.

2. Descrição do Produto

2.1 Funções Principais

  • Leitura de umidade do solo, temperatura e umidade do ar.
  • Acionamento automático da bomba d’água via módulo relé.
  • Envio de imagens do campo por ESP32-CAM.
  • Armazenamento e visualização de dados em dashboard web.
  • Configuração de limiares de irrigação por tipo de planta.

2.2 Público-Alvo e Aplicações

Voltado para pequenos e médios produtores agrícolas, pesquisadores e desenvolvedores de tecnologia rural que buscam otimizar a irrigação e o monitoramento de plantações com baixo custo.

2.3 Componentes e Funções

Componente Função Observação
ESP32 Unidade central de controle Processamento e conectividade Wi-Fi
Sensor de umidade do solo (capacitivo) Mede teor de umidade Alta precisão e durabilidade
Sensor DHT22 Mede temperatura e umidade do ar Dados climáticos locais
ESP32-CAM Captura imagens do campo Suporte a streaming Wi-Fi
Módulo Relé 5V Aciona bomba d’água Interface segura de potência
Fonte 5V/12V Alimentação Dependente da bomba usada

3. Análise Técnica

O sistema proposto combina sensoriamento, controle e conectividade IoT em um fluxo distribuído.
O ESP32 atua como nó inteligente, responsável por processar leituras locais e comunicar-se com o servidor para registro e análise.

Principais desafios técnicos:

  • Calibração de sensores de solo.
  • Estabilidade de conexão Wi-Fi em áreas rurais.
  • Consumo energético (uso de Deep Sleep).
  • Sincronização entre câmeras e sensores.

4. Proposta de Reprodução com ESP32

4.1 Descrição do Funcionamento

  1. O sensor de umidade envia leituras periódicas ao ESP32.
  2. O microcontrolador compara os valores com o limiar definido para o tipo de planta.
  3. Caso o solo esteja seco, o relé é acionado para ativar a bomba d’água.
  4. Dados e imagens são enviados via Wi-Fi para o servidor.
  5. O servidor processa e exibe as informações no dashboard web.

4.2 Diagrama Conceitual Geral (Mermaid)

flowchart TB
    A[🌱 Sensores de Solo e Ambiente] --> B[⚙️ ESP32 - Processamento Local]
    C[📷 ESP32-CAM - Captura de Imagens] --> B
    B --> D[☁️ Servidor Web / Nuvem]
    D --> E[📊 Dashboard e Interface Web]
    B --> F[💧 Relé + Bomba d'Água - Irrigação]
    
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4.3 Arquitetura Interna do Nó ESP32 (Mermaid)

flowchart TB
    A[🌡️ Sensores: Solo, DHT22, LDR] --> B[🧠 Módulo de Controle ESP32]
    B --> C[📡 Comunicação MQTT/HTTP]
    B --> D[🔌 Saída Digital - Relé]
    D --> E[💧 Bomba D’água]
    
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5. Pesquisa Bibliográfica e Tecnológica

A seguir, apresentam-se oito artigos científicos — quatro sobre tecnologias que viabilizam o produto e quatro sobre aplicações práticas. Cada resumo é composto por duas partes: resumo técnico e relação com o projeto.

5.1 Tecnologias que viabilizam o produto

IoT Based Smart Irrigation System by using ESP32 and Adafruit IO (CEUR Workshop Proceedings, 2021)

📄 PDF Acesso Aberto Resumo técnico: Propõe um sistema IoT de irrigação usando ESP32 e o serviço Adafruit IO. Utiliza sensores de solo e o protocolo MQTT para comunicação eficiente, obtendo economia média de 35% de água em comparação a métodos convencionais. Relação com o projeto: Fundamenta a arquitetura básica de comunicação e automação do sistema proposto, com uso de ESP32, MQTT e controle de irrigação.

Wireless Sensor Networks for Precision Agriculture (MDPI Sensors, 2023)

📄 Link Resumo técnico: Analisa o uso de redes de sensores sem fio em agricultura de precisão, comparando protocolos como Zigbee, LoRa e Wi-Fi quanto a alcance, latência e consumo energético. Relação com o projeto: Fornece base para justificar a escolha do Wi-Fi/MQTT na comunicação entre sensores e servidor.

Smart Sensors and Smart Data for Precision Agriculture (MDPI Sensors, 2024)

📄 Link Resumo técnico: Apresenta estratégias de integração entre sensores ambientais, coleta de dados em tempo real e técnicas de fusão de dados em edge computing. Relação com o projeto: Reforça o uso do ESP32 como nó inteligente capaz de consolidar informações de múltiplos sensores.

IoT System with ESP32 for Smart Drip Irrigation and Climate Monitoring in Greenhouses (European Scientific Journal, 2023)

📄 Link Resumo técnico: Desenvolve um sistema de irrigação por gotejamento controlado via ESP32, com sensores DHT22 e de umidade, avaliando estabilidade e desempenho em estufa. Relação com o projeto: Demonstra a viabilidade prática do ESP32 no controle de irrigação em tempo real e monitoramento climático.

5.2 Aplicações do produto

Internet of Things (IoT)-Based Smart Agriculture Irrigation (MDPI, 2024)

📄 Link Resumo técnico: Apresenta experimentos em campo com irrigação automatizada baseada em sensores IoT, resultando em 42% de economia de água e aumento de produtividade. Relação com o projeto: Valida o impacto positivo da automação na gestão hídrica e eficiência do sistema.

Precision Agriculture with IoT (Springer, 2023)

📄 Link Resumo técnico: Aborda a aplicação da IoT em agricultura de precisão, integrando sensores, atuadores e modelos de decisão. Relação com o projeto: Justifica o uso de múltiplos sensores e controle por lógica embarcada.

Design and Implementation of an Intelligent IoT-Based Smart Irrigation System (SSRN, 2023)

📄 Link Resumo técnico: Descreve a implementação de um sistema inteligente de irrigação com base em ESP32 e IA leve para previsão de umidade. Relação com o projeto: Inspira futuras melhorias com aprendizado de máquina e controle adaptativo por cultura.

Integrating Artificial Intelligence Into an Automated Irrigation System (Preprints.org, 2024)

📄 Link Resumo técnico: Propõe pipeline de dados entre sensores, câmeras e rede neural para automatizar decisões de irrigação. Relação com o projeto: Corrobora a integração entre visão computacional (ESP32-CAM) e controle de irrigação automatizado.

6. Comparativo com Produtos Similares

Produto Conectividade Sensores Controle Remoto Preço (médio) Plataforma
Xiaomi Mi Smart Irrigation Wi-Fi Umidade e clima App R$ 500 Fechado
GreenIQ Hub Wi-Fi Clima e solo App/Web R$ 600 Parcialmente aberto
RainMachine Touch HD Wi-Fi Clima App/Web R$ 800 Fechado
OpenSprinkler Ethernet/Wi-Fi Solo e tempo App/Web R$ 400 Open Source
Proposta ESP32 Wi-Fi Solo, clima e câmera Web Local/Nuvem R$ 150 Aberto e personalizável

7. Conclusão

O Sistema de Irrigação Inteligente com ESP32 demonstra viabilidade técnica e econômica como solução de baixo custo, escalável e sustentável para o setor agrícola. A combinação de sensores, câmeras e controle embarcado oferece uma ferramenta prática para modernização da agricultura familiar, reduzindo custos e ampliando o monitoramento.

8. Referências

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