# Trabalho 1 - Regador Automático com ESP32 ## Integrantes do grupo | Nome | Matrícula | | ------------------------ | --------- | | Luan Mateus Cesar Duarte | 211041221 | | Lucas Macedo Barboza | 190091720 | | Pablo Santos Costa | 180128817 | --- ## I - Descrição do produto O produto selecionado para estudo e nossa execução do trabalho será o **Regador Automático com ESP32**, um sistema embarcado projetado para automatizar a irrigação de plantas em ambientes residenciais, garantindo a saúde das plantas através do monitoramento e controle eficiente da umidade do solo. A proposta do sistema é utilizar a placa ESP32 como controlador principal, aproveitando suas capacidades de conectividade Wi-Fi e Bluetooth para permitir o monitoramento remoto e ajustes nas configurações de irrigação via interface web. Utilizará de sensores e atuadores para medir a umidade do solo e controlar a liberação de água, respectivamente. ### Funcionalidades principais - Monitoramento em tempo real da umidade do solo. - Controle automático da irrigação com base em dados de umidade. - Acesso remoto e configuração via aplicativo web. ### Público-alvo e contexto de uso O público-alvo do Regador Automático com ESP32 inclui jardineiros amadores, entusiastas de plantas e proprietários de residências que desejam manter suas plantas saudáveis com mínimo esforço. O sistema é ideal para uso em jardins domésticos, hortas urbanas e vasos de plantas, especialmente para aqueles que têm uma rotina agitada ou viajam com frequência. ### Principais aplicações no mercado O Regador Automático com ESP32 se posiciona no mercado de automação residencial, especificamente no segmento de cuidados com plantas e jardinagem. Com o crescente interesse em soluções inteligentes para o lar, este produto atende à demanda por sistemas que facilitam a manutenção de plantas, promovendo a sustentabilidade e o uso eficiente de recursos hídricos. O dispositivo em questão é representado pela figura abaixo: ![Imagem do Produto](./images/imagem-produto.png) **Figura 1 - Regador Automático (CICLOVIVO)** --- ## II - Características Nesta seção, são detalhadas as principais **características técnicas** e **componentes** que compõem o produto em estudo. ### 1 - Unidade de Processamento O chip ESP32 é o microcontrolador principal utilizado no Regador Automático. Ele é baseado na arquitetura Xtensa LX6, operando em frequências de até 240 MHz e possuindo dois núcleos de processamento. O ESP32 oferece conectividade Wi-Fi e Bluetooth integrada, tornando-o ideal para aplicações de IoT (Internet das Coisas). Além disso, o chip conta com uma variedade de periféricos, incluindo ADCs, DACs, interfaces SPI, I2C e UART, que são essenciais para a comunicação com sensores e atuadores no sistema de irrigação automática. ### 2 - Memória O sistema utiliza memória flash integrada de 4 MB para armazenamento do firmware e dados do usuário. Além disso, o ESP32 possui 520 KB de SRAM, que é utilizada para operações em tempo real e processamento de dados dos sensores. ### 3 - Sistema Operacional / Firmware O firmware do produto é executado diretamente no ESP32, que gerência a lógica do regador, utilizando o framework ESP-IDF (Espressif IoT Development Framework). O ESP-IDF fornece uma base sólida para o desenvolvimento de aplicações IoT, oferecendo suporte a multitarefa através do FreeRTOS, gerenciamento de memória, pilhas de protocolos de rede e drivers para os periféricos do ESP32. As principais funcionalidades do firmware incluem: - Leitura dos dados do sensor de umidade do solo. - Processamento dos dados para determinar a necessidade de irrigação. - Controle do atuador (bomba d'água) para liberar água conforme necessário. - Comunicação com o aplicativo web para monitoramento e configuração remota. - Funcionalidades de segurança para proteger a comunicação via Wi-Fi. - Lógica manual para o usuário ignorar o sistema automático e acionar a irrigação conforme necessário. ### 4 - Sensores e Atuadores O sistema utiliza de um conjunto de sensores e atuadores para monitorar e controlar a irrigação das plantas: - **Sensor de Umidade do Solo**: Um sensor capacitivo que mede o nível de umidade do solo, fornecendo dados em tempo real para o ESP32. - **Atuador (Bomba d'Água)**: Um relé é utilizado para controlar a ativação da bomba d'água, permitindo a liberação de água para irrigação conforme as necessidades detectadas pelo sensor de umidade. - **Sensor de Temperatura e Umidade**: Pode ser incorporado para fornecer dados adicionais sobre as condições ambientais, ajudando a otimizar o processo de irrigação. - **Sensor de proximidade**: Pode ser utilizado para detectar a presença de pessoas próximas ao sistema, evitando acionamentos indesejados. - **Tela OLED ou LCD**: Para exibir informações básicas sobre o status do sistema, como leituras de umidade e estado da irrigação. - **Sensor de Nível de Água**: Para monitorar o nível de água no reservatório, garantindo que a bomba não funcione sem água suficiente. ### 5 - Comunicação e Conectividade A conectividade Wi-Fi integrada do ESP32 permite que o Regador Automático se conecte a redes locais, possibilitando o monitoramento e controle remoto através de um aplicativo web. O sistema pode utilizar protocolos como HTTP ou MQTT para a troca de dados entre o dispositivo e o aplicativo, permitindo ao usuário configurar parâmetros de irrigação, visualizar dados em tempo real e receber notificações sobre o status do sistema. ### 6 - Interface de Usuário A interface de usuário é acessada através de um aplicativo web, que permite ao usuário monitorar o status do sistema, ajustar configurações de irrigação e visualizar dados históricos. A interface é projetada para ser intuitiva e fácil de usar, oferecendo gráficos e alertas para facilitar a gestão da irrigação das plantas. Além disso, uma tela OLED 0.98" (I2C) ou LCD 16x2 (I2C) pode ser utilizada para exibir informações básicas diretamente no dispositivo, como níveis de umidade do solo e estado da bomba d'água. --- ## III - Análise Técnica do Funcionamento Nesta seção, será realizada uma análise técnica dos **módulos do sistema** e de suas **tecnologias críticas**. ### 1 - Módulos do Sistema O produto é composto por um conjunto de módulos integrados que trabalham de forma coordenada para oferecer suas funcionalidades de monitoramento e controle de irrigação automática. A seguir, são descritos os principais módulos que compõem o sistema: - **Módulo de Sensoriamento**: Responsável por coletar dados de umidade do solo utilizando o sensor de umidade do solo capacitivo. Esse sensor converte o nível de umidade em um sinal analógico interpretado pela entrada ADC da placa ESP32, fornecendo, assim, informações cruciais para determinar as necessidades de irrigação das plantas. Ademais, sensores de temperatura podem ser adicionados no sistema para permitir a análise das condições ambientais. - **Módulo de Processamento**: A placa ESP32 atuará como núcleo do sistema, processando os dados obtidos pelos sensores. A placa vai processar as informações recebidas, aplicar algoritmos de controle com base em limites de umidade pré-configurados e gerenciando o módulo de controle para acionar ou não o atuador responsável pela irrigação do solo. - **Módulo de Controle**: Tendo os dados processados, esse módulo decide quando ativar o sistema de irrigação. Com isso, os relés serão utilizados para acionar a bomba d'água conforme o nível de umidade detectado. - **Módulo de Conectividade**: O usuário que possui o produto pode gerenciar o equipamento através de uma aplicação móvel ou um sistema web utilizando a conectividade Wi-Fi. Dessa forma, o módulo de conectividade garante a comunicação eficiente entre o dispositivo e o usuário. - **Módulo de Interface de Usuário**: Através de um aplicativo móvel ou sistema web, o usuário pode configurar parâmetros como níveis de umidade desejados e monitorar as leituras de umidade em tempo real, tendo opções de ativar ou não o sistema de irrigação. Alternativamente, informações básicas podem ser exibidas em uma tela OLED 0.98" (I2c) ou LCD 16x2 (I2C). ### 2 - Tecnologias Críticas O protocolo Wi-Fi é a tecnologia que vai permitir a comunicação entre a ESP32 e a rede local, permitindo o acesso remoto ao sistema de irrigação automática. Com isso, o uso de protocolos como HTTP ou MQTT são essenciais para a troca de dados em tempo real, afim de evitar perdas ou atrasos na comunicação. Além disso, o controle da alimentação dos sensores e atuadores é feito pela placa ESP32, que possui pinos GPIO capazes de fornecer energia suficiente para o funcionamento dos componentes conectados. Portanto, o uso de reguladores de tensão e capacitores de desacoplamento podem ser fundamentais para evitar ruídos elétricos e garantir a estabilidade do sistema. --- ## IV - Proposta de Reprodução com ESP32 Nesta etapa, é apresentada uma proposta teórica de **reprodução do produto utilizando a ESP32** e sensores simples disponíveis no ecossistema ESP-IDF. ### 1 - Descrição Conceitual O sistema utilizará um sensor de umidade do solo (analógico) para medir o nível de umidade em tempo real. Além disso, o sensor BMP280 pode ser incorporado para registrar a temperatura e pressão atmosférica, permitindo análise mais precisa das condições ambientais que podem influenciar a necessidade de irrigação. A placa ESP32 atuará como o cérebro do sistema, processando os dados coletados pelos sensores e tomando decisões sobre quando ativar o sistema de irrigação através de limites pré-definidos na implementação. Para controlar a liberação de água, um relé será utilizado para acionar o circuito de irrigação conforme necessário. Por outro lado, a comunicação Wi-Fi permitirá que o usuário monitore e controle o sistema remotamente através de um aplicativo web ou móvel. ### 2 - Diagrama Conceitual ![Diagrama de Blocos](./images/diagrama_conceitual.png) **Figura 2 - Diagrama conceitual do sistema proposto com ESP32** ### 3 - Limitações e Desafios Mesmo realizando a viabilidade técnica da reprodução do produto utilizando a ESP32, alguns desafios e limitações podem ser enfrentados, tais como: - **Precisão dos Sensores**: Sensores analógicos de umidade do solo de custo baixo tendem a apresentar desgaste, podendo afetar a precisão das medições. A calibração adequada dos sensores será essencial para garantir leituras confiáveis. - **Conectividade Instável de Rede**: Em ambientes externos ou distantes, a conectividade Wi-Fi pode ser limitada, afetando a capacidade de monitoramento remoto do sistema. - **Proteção do Hardware**: Por operar em contato com água e solo, os sensores e circuitos devem estar adequadamente isolados e protegidos, evitando dados por umidade. --- ## V - Pesquisa Bibliográfica e Tecnológica Esta seção apresenta **11 artigos científicos** selecionados, divididos entre **tecnologias fundamentais** e **aplicações do produto**. ### 1 - Artigos sobre Tecnologias do Produto | Nº | Título do Artigo | Link | Resumo | | --- | ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------- | -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- | --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- | | 1 | Desenvolvimento de um sistema de irrigação automatizado e controlado por um aplicativo para um quintal produtivo | https://www.eng-mecatronica.divinopolis.cefetmg.br/wp-content/uploads/sites/195/2022/03/TCC-PLouro-VersaoFinal.pdf | Este artigo apresenta uma proposta de um sistema de irrigação automatizado utilizando o modulo ESP 8266-01 e e um aplicativo móvel para controle e monitoramento do usuário ao sistema. | | 2 | IoT-Enabled Smart Drip Irrigation System Using ESP32 | https://www.mdpi.com/2624-831X/4/3/12 | Neste artigo, os autores utilizaram da esp32 para projetar um sistema inteligente de gotejamento para automatizar o processo de irrigação | | 3 | IoT System with ESP32 for Smart Drip Irrigation and Climate Monitoring in Greenhouses | https://www.researchgate.net/profile/Cristian-Castro-24/publication/393137522_IoT_System_with_ESP32_for_Smart_Drip_Irrigation_and_Climate_Monitoring_in_Greenhouses/links/689d67cd1156f345cea0dcce/IoT-System-with-ESP32-for-Smart-Drip-Irrigation-and-Climate-Monitoring-in-Greenhouses.pdf | Este artigo desenvolve um sistema de irrigação inteligente por gotejamento e monitoramento climático baseado em IoT para uso em estufas | | 4 | Designing Low-Cost Capacitive-Based Soil Moisture Sensor and Smart Monitoring Unit Operated by Solar Cells for Greenhouse Irrigation Management | https://www.mdpi.com/1424-8220/21/16/5387 | Este artigo apresenta o design e calibração de um sensor capacitivo de umidade do solo de baixo custo com unidade de monitoramento inteligente operada por células fotovoltaicas solares, demonstrando forte correlação (R² = 0.967) entre leituras do sensor e conteúdo volumétrico de água do solo | | 5 | Internet of Things (IoT) for Soil Moisture Tensiometer Automation | https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36837963/ | Este estudo desenvolve e valida em laboratório um tensiômetro de umidade do solo IoT de baixo custo usando ESP32, sensor BMP180 e cartão SD, capaz de medir tensão até -80 kPa com R² = 0.99 e totalmente autônomo com bateria Li-ion 2400 mAh e painel solar | | 6 | IoT Sensing for Advanced Irrigation Management | https://www.mdpi.com/1424-8220/25/7/2291 | Revisão sistemática sobre aplicações de IoT em gerenciamento de irrigação, destacando o uso crescente de microcontroladores ESP32 e ESP8266, tecnologias de comunicação Wi-Fi, LoRa e ZigBee, e a mudança para soluções de baixo consumo energético e escaláveis em agricultura de precisão | | 7 | A Low-Cost IoT-Driven Reuse of Condensate Water for Automated Irrigation System | https://www.researchgate.net/publication/396204781_A_Low-Cost_IoT-Driven_Reuse_of_Condensate_Water_for_Automated_Plant_Irrigation | Este artigo apresenta a implementação de um sistema automatizado de irrigação de baixo custo usando ESP32, sensor de umidade do solo e protocolo MQTT para monitoramento remoto, permitindo reutilização sustentável de água de ar-condicionado para irrigação automática de plantas domésticas | ### 2 - Artigos sobre Aplicações / Uso do Produto | Nº | Título do Artigo | Link | Resumo | | --- | ------------------------------------------------------------- | ----------------------------------------- | ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- | | 1 | Sistema de irrigação doméstico baseado em internet das coisas | https://lume.ufrgs.br/handle/10183/147673 | Este artigo apresenta um sistema de irrigação automatizado que utiliza a Internet das Coisas (IoT) para monitorar e controlar o sistema de irrigação, com interface via aplicativo móvel e usando protocolo MQTT para comunicação. | | 2 | Embedded server to automatic control of wireless transducer network for irrigation based on Internet of things | https://sitionovo.ifto.edu.br/index.php/sitionovo/article/view/409 | Este artigo apresenta o desenvolvimento de uma solução de monitoramento de culturas usando IoT com servidor embarcado Intel Edison, sensores ESP8266 e protocolo MQTT para estabelecer uma rede de sensores sem fio ad-hoc para irrigação automática e controle preciso | | 3 | Development of a smart irrigation monitoring system using IoT-based wireless sensor network | https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1155/2022/7678570 | Este artigo apresenta um Sistema de Monitoramento de Irrigação Inteligente (SIMS) que utiliza rede de sensores sem fio com protocolo XBeeS2C, sensores capacitivos de umidade do solo baseados em PCB, Raspberry Pi e previsão de chuva para fornecer irrigação otimizada considerando a taxa de evapotranspiração em culturas de trigo | | 4 | An overview of smart irrigation systems using IoT | https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2772427122000791 | Esta revisão destaca a contribuição da irrigação inteligente usando Internet das Coisas (IoT) e sistemas sensóricos em relação aos Objetivos de Desenvolvimento Sustentável (ODS), apresentando como sistemas IoT otimizam o uso de água, melhoram a produtividade agrícola e promovem práticas sustentáveis através de monitoramento remoto e controle automatizado | --- ## VI - Comparativo com Produtos Similares Nesta etapa, são apresentados **produtos similares** ao estudado, permitindo uma análise comparativa de suas especificações. | Produto | Fabricante | Ano | Sensores / Atuadores | Comunicação | Sistema Operacional | Preço Aproximado | Diferenciais | | ----------- | ---------- | ----- | -------------------- | ----------- | ------------------- | ---------------- | ------------ | | Click & Grow Smart Garden 9 | Click & Grow | 2021 | Sistema hidropônico, sensores de umidade, LED grow light, 9 cápsulas | Wi-Fi integrado | Firmware proprietário com app iOS/Android | USD 175-250 | Sistema completo indoor, crescimento compacto, cápsulas pré-semeadas, garantia germinação | | Xiaomi Mi Flora (HHCCJCY01) | Xiaomi | 2019 | Sensor capacitivo de umidade, temperatura, luz, condutividade (fertilidade), BLE 4.1 | Bluetooth Low Energy 4.1 | Firmware BLE com app Mi Home/Flower Care | USD 20-57 | Baixo custo, monitoramento 4 parâmetros, integração Home Assistant/MQTT, sensor capacitivo resistente | | Parrot Pot | Parrot | 2016 | 4 sensores (umidade solo, luz, temperatura, fertilizante), 4 irrigadores, reservatório 2.2L | Wi-Fi e Bluetooth 4.0 BLE | Firmware com app Flower Power (iOS/Android) | USD 99-150 | Rega automática por 1 mês, base dados 8000+ espécies, bateria 6 meses, modo plant sitter | | Rachio 3 (8 zonas) | Rachio | 2023 | Controlador Wi-Fi, integração com sensores climáticos e previsão meteorológica | Wi-Fi, compatível com Alexa e Google Home | Firmware cloud-based com app Rachio | USD 197 (8 zonas) | Certificação EPA WaterSense, previsão meteorológica avançada (NOAA), economia 20%+ água, instalação 30min | | GARDENA smart Sensor | GARDENA | 2022 | Sensor capacitivo de umidade e temperatura do solo, radio sem fio | Radio (gateway requer Wi-Fi/LAN) | Firmware GARDENA smart system com app | EUR 73 | Medição precisa raiz das plantas, operação 1 temporada (2 pilhas AA), integração sistema modular GARDENA | --- ## VII - Referências Bibliográficas > CICLOVIVO. “Faça você mesmo um irrigador solar automático com materiais reaproveitados”. Casa – Abril Web, 12 jun. 2020. Atualizado em 12 jun. 2020. Disponível em: https://casa.abril.com.br/faca-voce-mesmo/faca-voce-mesmo-um-irrigador-solar-automatico-com-materiais-reaproveitados/. Acesso em: 08 nov. 2025. > > Espressif Systems. ESP32 Series Datasheet v4.9. Shanghai: Espressif Systems, 2023. Disponível em: https://www.espressif.com/sites/default/files/documentation/esp32_datasheet_en.pdf. Acesso em: 09 nov. 2025. > > GREHS, Daniel Henrique. Sistema de irrigação doméstico baseado em Internet das Coisas. 2016. 55 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia de Computação) – Instituto de Informática, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 2016. Disponível em: https://lume.ufrgs.br/handle/10183/147673. Acesso em: 08 nov. 2025. > > LOURO, P. Pedro Victor. Desenvolvimento de um sistema de irrigação automatizado e controlado por um aplicativo para um quintal produtivo. 2022. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado ou Graduação em Engenharia Mecatrônica) – Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais, Campus Divinópolis, Divinópolis, 2022. Disponível em: https://www.eng-mecatronica.divinopolis.cefetmg.br/wp-content/uploads/sites/195/2022/03/TCC-PLouro-VersaoFinal.pdf. Acesso em: 08 nov. 2025. > > MUNDO PROJETADO. Sensor de Umidade Capacitivo para Solo. Mundo Projetado, s.d. Disponível em: https://mundoprojetado.com.br/sensor-de-umidade-capacitivo-para-solo/. Acesso em: 10 nov. 2025. > > PEREIRA, Gilroy P.; CHAARI, Mohamed Z.; DAROGE, Fawwad. IoT-Enabled Smart Drip Irrigation System Using ESP32. IoT, Basel: MDPI, v. 4, n. 3, p. 221-243, 2023. Disponível em: https://doi.org/10.3390/iot4030012. Acesso em: 08 nov. 2025. > > Quiroz, Joseph J. Correa; Barrueto, Max A. Toribio; Vargas, Cristian Castro. IoT System with ESP32 for Smart Drip Irrigation and Climate Monitoring in Greenhouses. Vol. 9, No. 3, June, 2025. Disponível em: https://www.researchgate.net/profile/Cristian-Castro-24/publication/393137522_IoT_System_with_ESP32_for_Smart_Drip_Irrigation_and_Climate_Monitoring_in_Greenhouses/links/689d67cd1156f345cea0dcce/IoT-System-with-ESP32-for-Smart-Drip-Irrigation-and-Climate-Monitoring-in-Greenhouses.pdf. Acesso em: 08 nov. 2025. > > The Engineering Projects. ESP32 Pinout, Datasheet, Features & Applications. 2020. Disponível em: https://www.theengineeringprojects.com/2020/12/esp32-pinout-datasheet-features-applications.html. Acesso em: 09 nov. 2025. > > ABDELMONEIM, Ahmed Ali et al. Designing Low-Cost Capacitive-Based Soil Moisture Sensor and Smart Monitoring Unit Operated by Solar Cells for Greenhouse Irrigation Management. _Sensors_, v. 21, n. 16, 5387, 2021. Disponível em: https://www.mdpi.com/1424-8220/21/16/5387 . Acesso em: 10 nov. 2025. > > ABDELMONEIM, Ahmed Ali et al. Internet of Things (IoT) for Soil Moisture Tensiometer Automation. _Micromachines_, v. 14, n. 2, 263, 2023. Disponível em: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36837963/. Acesso em: 10 nov. 2025. > > ABDELMONEIM, Ahmed Ali et al. IoT Sensing for Advanced Irrigation Management. _Smart Agricultural Technology_, 2025. Disponível em: https://www.mdpi.com/1424-8220/25/7/2291 . Acesso em: 10 nov. 2025. > > ALMEIDA, Tiago da Silva et al. A Low-Cost IoT-Driven Reuse of Condensate Water for Automated Irrigation System. _Revista Sítio Novo_, v. 4, n. 2, p. 6-18, 2020. Disponível em: https://www.researchgate.net/publication/396204781_A_Low-Cost_IoT-Driven_Reuse_of_Condensate_Water_for_Automated_Plant_Irrigation. Acesso em: 10 nov. 2025. > > BASTELGARAGE. Xiaomi Mi Flora Care Bluetooth Plant Sensor. Disponível em: https://www.bastelgarage.ch/xiaomi-mi-flora-care-bluetooth-plant-sensor. Acesso em: 10 nov. 2025. > > CLICK & GROW. The Smart Garden 9 Specifications. Disponível em: https://www.clickandgrow.com/products/the-smart-garden-9-pro. Acesso em: 10 nov. 2025. > > GARDENA. smart Sensor | GARDENA. Disponível em: https://www.gardena.com/int/products/smart-system/smart-system/smart-sensor/967986501.html. Acesso em: 10 nov. 2025. > > KATYARA, Suman et al. Development of a smart irrigation monitoring system using IoT-based wireless sensor network. _Water Science & Technology_, v. 90, n. 11, p. 3294-3308, 2024. Disponível em: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1155/2022/7678570. Acesso em: 10 nov. 2025. > > OBAIDEEN, Khaled et al. An overview of smart irrigation systems using IoT. _Energy Nexus_, v. 7, 100124, 2022. Disponível em: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2772427122000791. Acesso em: 10 nov. 2025. > > PARROT. Parrot Pot - Smart Flower Pot. Designboom, 7 set. 2016. Disponível em: https://www.designboom.com/technology/parrot-pot-smart-plant-irrigation-09-07-2016/. Acesso em: 10 nov. 2025. > > RACHIO. Rachio 3 Smart Sprinkler Controller. Disponível em: https://www.rachio.com/products/rachio-3/. Acesso em: 10 nov. 2025. ---