Desenvolvimento de um protótipo IoT para monitoramento da umidade do solo na cafeicultura

Isadora Bernardo Rezende; Flávio Fraga Vilela

doi:10.47456/bjpe.v12i1.51114

Autores

Isadora Bernardo Rezende Universidade Federal de Lavras (UFLA) Autor https://orcid.org/0009-0008-1706-1674
Flávio Fraga Vilela Universidade Federal de Lavras (UFLA) Autor https://orcid.org/0000-0001-7647-899X

DOI:

https://doi.org/10.47456/bjpe.v12i1.51114

Palavras-chave:

Agricultura de precisão, Monitoramento em Tempo Real. , Umidade do solo, Internet das Coisas

Resumo

A tecnologia tem ampliado a eficiência na agricultura, contudo, no Brasil ainda persiste uma significativa disparidade entre propriedades altamente tecnificadas e aquelas com baixa adoção de soluções tecnológicas. Nesse contexto, o presente estudo apresenta o desenvolvimento de um protótipo baseado em Internet das Coisas para o monitoramento da umidade do solo em lavouras cafeeiras, com o objetivo de fornecer uma solução acessível e viável para apoiar o manejo da irrigação na agricultura de precisão. O protótipo utiliza um sensor resistivo de umidade do solo, um microcontrolador, um display e uma plataforma IoT para medir, visualizar e transmitir dados de umidade do solo em tempo real. O desenvolvimento do sistema seguiu as cinco fases do processo de desenvolvimento de produtos: conceito, planejamento, engenharia, testes e prototipagem. Os testes iniciais foram realizados em ambiente controlado, no qual o sistema apresentou leituras consistentes e respostas imediatas às variações de umidade do solo. Logo, conclui-se que o protótipo IoT apresenta potencial como solução de baixo custo para apoiar o monitoramento em tempo real da umidade do solo em lavouras de café. Para estudos futuros, recomenda-se a utilização de energia solar, a integração com redes de comunicação de longo alcance, aprimoramentos no processo de calibração e a aplicação de técnicas de inteligência artificial.

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Biografia do Autor

Isadora Bernardo Rezende, Universidade Federal de Lavras (UFLA)

Bacharela em Inovação, Ciência e Tecnologia pela Universidade Federal de Lavras Campus Paraíso (2024). Graduanda em Engenharia de Produção pela mesma instituição. Possuo interesse em temas relacionados à Engenharia da Qualidade, Sustentabilidade e Estatística. Me destaco pela facilidade de comunicação, proatividade, abertura a novas experiências e disposição para aprender continuamente. Participei de projetos acadêmicos voltados ao Empreendedorismo e à Inovação, buscando sempre aprofundar meus conhecimentos e ampliar minha atuação profissional. Possuo proficiência em Inglês. https://orcid.org/0009-0008-1706-1674
Flávio Fraga Vilela, Universidade Federal de Lavras (UFLA)

Docente e pesquisador no Instituto de Ciência, Tecnologia e Inovação da Universidade Federal de Lavras (UFLA), com atuação nas áreas de Simulação Computacional, Internet das Coisas (IoT) e Inteligência Artificial (IA). É Doutor em Engenharia de Produção e Gestão pela Universidade Federal de Itajubá (2022), Mestre em Simulação Computacional (2015) e Especialista em Qualidade e Produtividade (2013) pela mesma instituição, além de graduado em Engenharia de Produção pela Universidade Federal de Ouro Preto (2010). Com forte compromisso com a inovação e o desenvolvimento tecnológico, é titular de três patentes, voltadas ao monitoramento em processos assistenciais de urgência e emergência, à mobilidade reduzida de pacientes e ao controle da umidade da pele de pacientes acamados. Também possui diversos softwares registrados junto ao Instituto Nacional da Propriedade Industrial (INPI). Seus projetos de pesquisa buscam integrar tecnologia e eficiência em diferentes setores. Destaca-se a Agricultura de Precisão com IoT e Sensores Inteligentes, que emprega câmeras multiespectrais e hiperespectrais para o monitoramento em tempo real da saúde das plantas, utilizando aprendizado de máquina para otimizar recursos e elevar a produtividade. Outro projeto relevante é o Dispositivo Inteligente para a Cadeia Produtiva do Café, um sistema automatizado que coleta dados de geolocalização, velocidade e vazão no processo de pulverização, promovendo a redução de desperdícios e o aumento da eficiência operacional. Em 2023, teve seu Projeto de Empreendedorismo e Inovação aprovado pela Secretaria de Estado de Desenvolvimento Econômico de Minas Gerais, contribuindo para a criação de negócios inovadores em ciência e tecnologia no ambiente acadêmico. Seu propósito é transformar processos hospitalares, industriais e agrícolas por meio de soluções tecnológicas disruptivas, promovendo avanços sustentáveis, redução de custos e maior eficiência. Atualmente, exerce também a função de Coordenador Adjunto do curso de Engenharia de Produção da UFLA.

Referências

Lira, R. V. de A., Freire, C. R., Da Silva, I. B. T., Neto, V. P. da S., de Oliveira, J. G. D., de Andrade, H. D., & Campos, A. L. P. de S. (2024). A compact CSRR-based microwave sensor for soil water content. Sensors and Actuators A: Physical, 370, 115211. https://doi.org/10.1016/j.sna.2024.115211

Bambini, M. D., Bonacelli, M. B. M., HIGA, R., BONACELLI, M. B. M., & HIGA, R. H. (2018). Pesquisa agropecuária no contexto da e-science: monitoramento de temas e plataformas de data science.

Barbedo, J. G. A. & Meira, C. A. A. (2014). TIC na segurança fitossanitária das cadeias produtivas. Massruhá, S. M. F. S., Leite, M. A. de A., Luchiari Jr., A, 159-189.

Buainain, A. M., Alves, E., Silveira, J. M., & Navarro, Z. (2014). O mundo rural no Brasil do século 21. Embrapa: Brasília, Brazil.

Buainain, A. M., Cavalcante, P., & Consoline, L. (2021). Estado atual da agricultura digital no Brasil: inclusão dos agricultores familiares e pequenos produtores rurais (No. 46958). Naciones Unidas Comisión Económica para América Latina y el Caribe (CEPAL).

Campbell, J. E. (1990). Dielectric properties and influence of conductivity in soils at one to fifty megahertz. Soil Science Society of America Journal, 54(2), 332-341.

Carvalho, N. G. P. (2019). Trabalho humano na indústria 4.0: percepções brasileiras e alemãs dos setores acadêmico e empresarial a respeito do trabalho de pessoas no novo modelo industrial (Doctoral dissertation, Universidade de São Paulo).

Cirani, C. B. S. & Moraes, M. A. F. D. D. (2010). Inovação na indústria sucroalcooleira paulista: os determinantes da adoção das tecnologias de agricultura de precisão. Revista de Economia e Sociologia Rural, 48, 543-565.

Clark, K. B. (1991). Product development performance: strategy, organization, and management in the world auto industry.

Da Silva Gomes, C., Procópio, D. P., Arruda-Oliveira, J. C., Lima, H. J. D. A., & da Silva, R. B. B. (2024). Modernização agropecuária no Brasil. Revista em Agronegócio e Meio Ambiente, 17(4), e12845-e12845.

Earthdata NASA. (2024). Advanced Microwave Scanning Radiometer for EOS (AMSR-E). Recuperado de https://www.earthdata.nasa.gov/data/instruments/amsr-e

Gerhardt, T. E. & Silveira, D. T. (2009). Métodos de pesquisa. Plageder.

Gil, A. C. & Vergara, S. C. (2015). Tipo de pesquisa. Universidade Federal de Pelotas. Rio Grande do Sul, 31.

Greco, R. & Guida, A. (2008). Field measurements of topsoil moisture profiles by vertical TDR probes. Journal of Hydrology, 348(3-4), 442-451.

Hermann, M., Pentek, T., & Otto, B. (2016, January). Design principles for industrie 4.0 scenarios. In 2016 49th Hawaii international conference on system sciences (HICSS) (pp. 3928-3937). IEEE.

Kerr, Y. H., Waldteufel, P., Wigneron, J. P., Delwart, S., Cabot, F., Boutin, J., ... & Mecklenburg, S. (2010). The SMOS mission: new tool for monitoring key elements ofthe global water cycle. Proceedings of the IEEE, 98(5), 666-687.

Khan, N., Ray, R. L., Sargani, G. R., Ihtisham, M., Khayyam, M., & Ismail, S. (2021). Current progress and future prospects of agriculture technology: gateway to sustainable agriculture. Sustainability, 13(9), 4883.

Kiehne, J. & Olaru, M. (2017). Implementing Industrie 4.0 strategies: beyond technical innovations. In Basiq International Conference: new trends in sustainable business and consumption (pp. 363-371).

Klerkx, L., Jakku, E., & Labarthe, P. (2019). A review of social science on digital agriculture, smart farming and agriculture 4.0: new contributions and a future research agenda. NJAS-Wageningen journal of life sciences, 90, 100315.

McColl, K. A., Alemohammad, S. H., Akbar, R., Konings, A. G., Yueh, S., & Entekhabi, D. (2017). The global distribution and dynamics of surface soil moisture. Nature Geoscience, 10(2), 100-104.

Mihret, Y. C., Takele, M. M., & Mintesinot, S. M. (2025). Advancements in agriculture 4.0 and the needs for introduction and adoption in Ethiopia: a review. Advances in Agriculture, 2025(1), 8828400.

Padhee, S. K., Nikam, B. R., Dutta, S., & Aggarwal, S. P. (2017). Using satellite-based soil moisture to detect and monitor spatiotemporal traces of agricultural drought over Bundelkhand region of India. GIScience & Remote Sensing, 54(2), 144-166.

Rozenfeld, H., Aguiar, A. S., Oliveira, C., & Omokawa, R. (1998). Development of a concurrent engineering scenario for educational purposes.

Rozenfeld, H. & Amaral, D. C. (2006). Gestão de projetos em desenvolvimento de produtos. São Paulo: Saraiva.

Salerno, M. S. (1999). Projeto de organizações integradas e flexíveis. São Paulo: Atlas, 11.

Saniuk, S., Grabowska, S., & Gajdzik, B. (2020). Personalization of products in the industry 4.0 concept and its impact on achieving a higher level of sustainable consumption. Energies, 13(22), 5895.

Santos, V. S. & Kienzle, J. (2020). Agriculture 4.0-agricultural robotics and automated equipment for sustainable crop production.

Schwab, K. (2016). The Fourth Industrial Revolution. Geneva: World Economic Forum, 2016.

Seneviratne, S. I., Corti, T., Davin, E. L., Hirschi, M., Jaeger, E. B., Lehner, I., ... & Teuling, A. J. (2010). Investigating soil moisture–climate interactions in a changing climate: A review. Earth-Science Reviews, 99(3-4), 125-161.

Silva Santos, N. C., & Da Silva, W. A. (2019). Desafios e possibilidades da sustentabilidade na agricultura. Revista GeoSertões, 4(7), 10-25.

Silveira, F., Barbedo, J. G. A., da Silva, S. L. C., & Amaral, F. G. (2023). Proposal for a framework to manage the barriers that hinder the development of agriculture 4.0 in the agricultural production chain. Computers and Electronics in Agriculture, 214, 108281.

Stephen, S., Alexander, K., Potter, L., & Palmer, X. L. (2023). Implications of cyberbiosecurity in advanced agriculture.

Thiollent, M. (2025). Metodologia da pesquisa-ação. Cortez editora.

Tortorella, G. L., & Fettermann, D. (2018). Implementation of Industry 4.0 and lean production in Brazilian manufacturing companies. International journal of production research, 56(8), 2975-2987.

Vereecken, H., Huisman, J. A., Pachepsky, Y., Montzka, C., Van Der Kruk, J., Bogena, H., ... & Vanderborght, J. (2014). On the spatio-temporal dynamics of soil moisture at the field scale. Journal of Hydrology, 516, 76-96.

Wang, W., Ertsen, M. W., Svoboda, M. D., & Hafeez, M. (2016). Propagation of drought: from meteorological drought to agricultural and hydrological drought.

Weyer, S., Schmitt, M., Ohmer, M., & Gorecky, D. (2015). Towards Industry 4.0-Standardization as the crucial challenge for highly modular, multi-vendor production systems. Ifac-Papersonline, 48(3), 579-584.

Wheelwright, S. C. & Clark, K. B. (1992). Revolutionizing product development: quantum leaps in speed, efficiency, and quality. Simon and Schuster.

Wigneron, J. P., Schmugge, T., Chanzy, A., Calvet, J. C., & Kerr, Y. H. (1998). Use of passive microwave remote sensing to monitor soil moisture. Agronomie, 18(1), 27-43.

Yazdinejad, A., Zolfaghari, B., Azmoodeh, A., Dehghantanha, A., Karimipour, H., Fraser, E., ... & Duncan, E. (2021). A review on security of smart farming and precision agriculture: Security aspects, attacks, threats and countermeasures. Applied Sciences, 11(16), 7518.

Zhang, D. & Zhou, G. (2016). Estimation of soil moisture from optical and thermal remote sensing: A review. Sensors, 16(8), 1308.