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Universidade do Algarve

1. D 3 5 status ctpar get int stat fd Esta fun o devolve status 0 se as interrup o est desactivada ou status 1 se a inter rup o est activa D 3 6 val ctparport read sel fd int flag Esta fun o l a select line da porta paralela Se o par metro int flag for O significa que a interrup o est desactivada e a fun o retorna imediatamente o valor lido Caso int flag seja 1 significa que a interrup o est activa o que leva a que esta fun o fique bloqueada at que a interrup o seja levantada D 3 7 ctparport write fd value Esta fun o escreve o valor value para o porto de dados da porta paralela O valor value deve ser um valor entre O e 255 8 bits Anexo E Interface Gr fico Manual do utilizador C sar A D Teixeira Centro de Sistemas Inteligentes Faculdade de Ci ncias e Tecnologia Universidade do Algarve Campus de Gambelas 8000 Faro Resumo Neste manual de utilizador apresentado um interface gr fico programado em Python Gtk que permite alterar as refer ncias alterar os par metros de controlo apresentar o valor dos 76 ANEXO E TT sensores apresentar os valores dos erros o estado dos actuadores e do sensor de fluxo E 1 Introdu o O Interface Gr fico permite ao operador do processo de controlo da solu o nutriente a altera o e verifica o dos par metros de uma forma intuitiva A apresenta o e altera o dos par metros de co
2. CAP TULO 2 IMPLEMENTA O 32 Legenda eom AC Fase Lacan Neutro DC 1 DO Sinal Cab S rie Pete o E e E ee eee Se ee be aaan gt Para uso em actua o Comutador gt nd Bloco Terminal Placa de aquisi o de dados 5 a Controlo do sistema antigo Sensor de pH d a Conector DIN de 32 Pinos ri Sinal de kga Figura 2 11 Interliga o dos diversos dispositivos de aquisi o 2 1 12 Interliga o dos diversos dispositivos Nesta subsec o mostrada uma descri o gr fica Figuras 2 11 e 2 12 geral da interliga o dos diversos dispositivos referidos anteriormente Esta descri o tem em vista o esclareci mento de alguma d vida que possa ter surgido das explica es anteriores Para esta descri o gr fica ser intelig vel optou se por separar o sistema em actua o e aquisi o Obviamente que na implementa o pr tica estes dispositivos encontram se todos ligados em conjunto 2 2 Implementa es de software Esta sec o descreve o software realizado neste projecto de fim de curso Para o desenvol vimento do mesmo foram utilizadas as linguagens Python e C A linguagem C foi utilizada CAP TULO 2 IMPLEMENTA O 33 Legenda E sonne Povo Fase LI gout Neutro Tusunusussusaua PC eme meme Fase do s
3. de controlo uma tens o entre 3V e 15V cont nuos onde a corrente tens o nominal de 5V de 15mA Esta especifica o cumprida atrav s dos drivers TTL citados anteriormente sa da este dispositivo consegue comutar tens es alternas entre 12V e 280V sendo a corrente m xima admitida de 10A ou 25A valores RMS dependendo das condi es de refrigera o Para um melhor esclarecimento sobre o dispositivo aconselha se a consulta da informa o dispon vel em 12 O suporte para este rel ao contr rio dos m dulos opto acoplados foi constru do para o efeito numa placa de circuito impresso Isto devido ao facto do referido rel n o se encaixar na placa da RS AMIDATA e da mesma n o suportar correntes t o altas O layout do su porte foi copiado da placa RS e encontra se representado na Figura Para permitir que o Light Emiting Diode 8Deutsches Institut f r Normung CAP TULO 2 IMPLEMENTA O 25 Ilhas para soldar os contactos da Alimenta o T Ilhas para soldar os contactos do Fus vel F P mcs ci g Ilhas para soldar os contactos da entrada de controlo Ilhas para soldar os contactos da saida AC e mE tias para soldar os contactos da entrada DC Ilhas para soldar os contactos de componentes complementares 1 resist ncia e 1 diodo Figura 2 6 Layout do circuito para o rel de estado s lido em placa de circuito impresso rel funcione em boas condi es de refr
4. defeito gain 1 ganho 2 gain 2 ganho 10 gain 10 e ganho 100 gain 100 Caso seja definido um outro ganho assumido o valor por defeito ou seja 1 adc enable timer adc e adc disable timer adc As fun es de activa o e desactiva o do timer encontram se definidas mas de momento n o t m qualquer utilidade visto que o modo 3 de funcionamento n o considerado adc set single adc Esta fun o define o funcionamento n o diferencial para a ADC Isto implica a exist ncia 16 canais adc set deferential adc Esta fun o define o funcionamento diferencial para a ADC Isto implica a exist ncia de 8 canais em vez de 16 adc set io adc Esta fun o configura o ADC para transferir a informa o atrav s de opera es de I O adc set dma adc Esta fun o configura o ADC para transferir a informa o atrav s de DMA ANEXO C 66 adc set channel adc channel Esta fun o permite a selec o do canal para o ADC O valor de channel pode ser um valor entre O e 15 no modo n o deferencial ou um valor entre O e 7 no modo diferencial channel adc get channel adc Esta fun o devolve o canal channel actualmente em uso adc set channel man adc Esta fun o define a selec o manual dos canais adc set channel auto Esta fun o define a selec o autom tica dos canais adc start conv adc Esta fun o desencadeia uma convers o no modo 0 I O ou iniciando uma sequ ncia de
5. e consiste num sistema onde as plantas n o t m qualquer meio de sustenta o ao n vel das ra zes ao contr rio dos outros m todos referidos em 1 1 As plantas s o alimentadas por um fluxo cont nuo de nutrientes que flui ao longo de canais No fim dos canais a solu o n o absorvida pelas plantas re introduzida no tanque de mistura original sendo novamente misturada com novos nutrientes caso seja necess rio e de novo bombeada para os canais O pH condutividade e temperatura da solu o s o controlados por instrumenta o electr nica Os controladores actuam sobre as bombas e elementos de aquecimento de modo a transferir uma correcta quantidade de cido e nutrientes dos tanques de fornecimento para o tanque de mistura e a manter uma correcta temperatura da solu o Os tanques de fornecimento cont m cido e uma concentra o padr o dos nutrientes macro nutriente e micro nutrientes Um diagrama explicativo deste sistema pode ser visto na Figura 1 3 CAP TULO 1 INTRODU O 11 1 1 4 Controlo hidrop nico Os controladores mais usados neste tipo de sistemas podem ser classificados como 3 Controladores On Off A ac o de controlo resulta simplesmente em ligar ou desligar um actuador Controladores Moduladores Estes controladores s o normalmente usados para con trolo de v lvulas que recebem uma entrada pulsada onde a abertura da v lvula proporcional frequ ncia dos pulsos ou dura o dos m
6. isto o tempo entre a primeira chegada de nutrientes no in cio do segmento de canal e a primeira chegada no fim do segmento Por ltimo r a taxa de decaimento dos nutrientes em hertz Hz que no caso particular deste sistema fun o da taxa de absor o de nutrientes por parte das plantas Deste modo o ganho em regime estacion rio 20 0 dado por 1 G 1 2 1 rT tzl Ap s uma discretiza o 1 1 resulta em Te aQ 4X amp bouk s 1 3 onde 6 definido por round a1 exp Gamat e bo G 1 a1 De referir que estas rela es s o exactas se up constante durante At A fun o de transfer ncia discreta que relaciona a concentra o no fim do segmento de canal no instante k com a concentra o no in cio do segmento medida instantes antes dada por boz l az Th 1 4 Um correcto n mero destas fun es de transfer ncias dispostas em s rie levam ob ten o de um modelo para um canal completo Os valores de 6 a e bo assim como o correcto n mero de fun es de transfer ncia foram estimados usando o m todo recursivo IV Instrumental Variable Young 1984 1985 CAP TULO 1 INTRODU O 14 Os resultados mostrados no artigo demonstram que o modelo ADZ representa bem o sistema NFT Os efeitos do tanque de recolha foram desprezados como j tinha sido referido anterior mente dado que na altura da publica o os testes ainda n o eram significativos Os aut
7. 2 IMPLEMENTA O 19 ADC Timer 2 ADC Timer 2 Output Trigger e To computer BOX 49 47 45 43 41 39 37 35 33 29 25 23 21 19 17 15 13 11 9 o6 0 0 00009 6 o o ojo ojo o o o o o 50 48 46 44 42 40 38 36 34 30 26 24 22 20 18 16 14 12 10 al q dao de all o o o o 8 6 4 2 y Digital Ground Digital Ground Digital Ground C port LSB B port A port y C port MSB DAC Timer 1 DAC Timer 1 Output Trigger Figura 2 2 Pinos do DIO e respectiva fun o Neste projecto usam se unicamente as conex es digitais DIO Digital Input Output dado que se pretende somente ligar ou desligar dispositivos Estas conex es s o apresentadas ao exterior atrav s de um conector IDC Insulation Displacement Connector de 50 pinos Fi gura 2 2 Os pinos de 1 a 24 s o as sa das de um NEC uPD71055 que equivalente ao Intel 18255 PIC Estes circuitos integrados fornecem conex es vocacionadas para enviarem ou recebe rem sinais TTL A comunica o com estes dispositivos feita atrav s de 4 portos de 8 bits Os primeiros 3 A B e C podem ser configurados como entradas sa das sendo o quarto re servado para controlo O wPD71055 pode funcionar em um de 3 modos No primeiro modo Modo 0 os portos A B e C s o usados para simples opera es de leitura e escrita sem uso de handshaking O segundo modo Modo 1 permite a troca de dados atrav s das portos A e B sendo os sinais de ha
8. 44d tar gz e um sistema Linux Intel com um kernel 2 4 x suporte para m dulos no Kernel os header files do Kernel o gcc e o utilit rio insmod e seus relacionados ANEXO A 48 A 2 2 Instala o passo a passo Para uma instala o f cil aconselh vel seguir os seguintes passos e descompactar o ficheiro tar xzvf bct adc 44d tar gz e entrar no direct rio bct adc 44d e executar make clean seguido de make e introduzir o m dulo bct adc 44d o no Kernel insmod bct adc 44d o adc44d base port porto base O par metro adc44d base port define o porto base Se este par metro for omitido o porto base por defeito 0x300 A 2 3 Remo o do m dulo Para remover o m dulo basta executar rmmod bct adc 44d A 3 Usando o driver Ap s a inser o do m dulo no Kernel necess rio criar n s no sistema de ficheiros Esta cria o feita pelo utilizador root atrav s do comando mknod da seguinte forma mknod dev lt nome gt c lt major gt lt minor gt O nome pode ser qualquer um mas sugere se que seja usado os nomes descritos na Ta bela ANEXO A 49 O major escolhido para o driver o 60 ou seja um dos n meros dispon veis para uso local n o registado Os minors associados a cada dispositivo podem tamb m ser vistos na Tabela Resu Tabela A 1 Numera o dos dispositivos e conven o de nomes para o driver bct adc 44d Dispositivo minor N no si
9. DAC desactivada ou 0x04 DAC activa e ioctl s relacionados com o ADC ADC44D ADC RST faz um reset ao ADC ADC44D ADC SMODE selecciona o modo de funcionamento para o ADC Deve ser passado como terceiro argumento um dos valores expostos na Ta bela A 4 Tabela A 4 Valores poss veis do argumento para o ioctl ADC44D ADC SMODE Valor Modo Descri o 0x00 0 Funcionamento por opera es individuais de I O 0x01 1 Funcionamento por reactiva o autom tica 0x03 2 Funcionamento em fun o do Timer ADC44D ADC SGAIN selecciona qual o ganho a ser usado nas leituras O valor a passar deve ser um dos mostrados na Tabela A 5 Tabela A 5 Valores poss veis do argumento para o ioctl ADC44D ADC SGAIN Valor Ganho 0x00 1 Defeito 0x01 2 0x02 10 0x03 100 ADC44D ADC DTIMER desactiva o timer ADC44D ADC ETIMER activa o timer ADCAAD ADC SING define os canais como n o diferenciais ANEXO A 53 ADC44D ADC DIFF define os canais como diferenciais ADC44D ADC STO define a transfer ncia de informa o atrav s de opera es de I O ADC44D ADC SDMA define a transfer ncia de informa o atrav s de DMA n o funcional at ao momento ADC44D ADC SCHAN selecciona um dos canais Deve ser passado um n mero de O a 15 para o funcionamento n o diferencial ou entre O e 7 para o funcionamento diferenc
10. altera o de um programa de computador n o impli cando qualquer substitui o de hardware Assim o processo de altera o da estrat gia torna se numa tarefa de f cil execu o permitindo simultaneamente o uso de estrat gias de controlo mais robustas que o simples controlo anal gico Este projecto tem como objectivo implementar paralelamente a um sistema de controlo anal gico j existente um novo sistema de controlo da solu o nutriente implementado por um P C O sistema anal gico encontra se instalado num painel dentro de uma estufa hidrop nica localizada no Centro de Desenvolvimento de Ci ncias e T cnicas de Produ o Vegetal Faculdade de Engenharia Dos Recursos Naturais Universidade do Algarve Com este paralelismo o controlo pode ser realizado pelo sistema antigo ou pelo novo sistema bastando para tal seleccionar o pretendido atrav s de um comutador manual O objectivo final melhorar o controlo das vari veis da solu o nutriente usando t cnicas mais avan adas de controlo Este objectivo conseguido atrav s da programa o de controladores digitais no P C A presen a dos dois sistemas permite a compara o do comportamento do sistema antigo com o comportamento do novo sistema digital O sistema anal gico controla o pH e a condutividade o novo sistema para al m destas vari veis da solu o pretende controlar tamb m a temperatura da mesma Os trabalhos realizados neste projecto passaram pelo lev
11. controlador foi necess rio fazer uma monitoriza o do sinal de rega Este sinal gerado no sistema antigo atrav s de um sensor de fluxo Este sensor indica a passagem e a aus ncia de fluxo atrav s da passagem ou n o de corrente alterna 220V Para a aquisi o deste sinal para o PC foi usado um m dulo opto acoplado da Crydom modelo JAC5A Este m dulo j tinha sido referido na sub sec o como m dulos de entrada Estes apresentam sa da uma diferen a de potencial dependente da alimenta o neste caso 5V quando n o existe uma tens o alterna na entrada e uma diferen a de potencial nula quando a mesma tens o existe A liga o deste com o computador feita atrav s de um dos pinos destinados para leitura na porta paralela do PC Para este fim foi desenvolvido um novo driver para a referida porta que ser exposto na sub sec o 2 2 2 A raz o para n o se usar o data logger para a aquisi o deste sinal adv m do facto do mesmo ser de alarme e necessitar de uma monitoriza o permanente 2 1 9 Porta paralela Um computador pessoal possui uma porta paralela que normalmente usada para comunicar com perif ricos como o caso da impressora Esta porta pode no entanto ser usada para outros fins como o caso de aplica es de controlo O integrado usado pela porta paralela do mesmo tipo do usado no DIO da placa de aquisi o Esta etapa ditada por um temporizador que comanda tamb m a
12. convers es no modo 1 reactiva o autom tica ready adc data ready adc Esta fun o devolve 1 se os dados est o prontos para leitura ou O caso contr rio value adc read adc Esta fun o l os 12 bits da ADC sem verificar se os dados est o ou n o prontos para leitura ou seja limita se a ler um registo ANEXO C 67 value adc_recv adc mode gain channel Esta fun o realiza todos os passos necess rios para uma convers o correcta Esses passos s o defini o do modo de funcionamento defini o do ganho escolha do canal in cio da convers o e verifica o de fim de convers o C 3 3 M dulo adc44d dac Caso n o seja dito nada em contr rio sempre levantada a excep o DAC IOERR em caso de erro nas fun es descritas abaixo dac dac open Esta fun o abre o n no sistema de ficheiros dev adc44d dac devolvendo o respectivo descritor dac Se a opera o n o for bem sucedida gerada a excep o DAC OPEN dac close dac Esta fun o fecha o ficheiro dev adc44d dac identificado pelo descritor dac Em caso de erro levantada a excep o DAC CLOSE dac reset dac Esta fun o faz um reset ao DAC channel dac get channel dac Esta fun o devolve o canal channel em uso no DAC ANEXO C 68 dac select channel dac channel Esta fun o permite seleccionar um dos 4 canais dispon veis Esta selec o feita atribuindo ao par metro channel o n me
13. es de entrada Ilhas para soldadura das conec es de sa da Figura 2 4 Layout do circuito para os drivers TTL em placa de circuito impresso ser visto na Figura 2 4 Foi necess rio a inclus o de 3 integrados 74LS06 dado que o sistema pode conter at 17 elementos de comuta o 2 1 4 Elementos de comuta o Para a comutac o dos actuadores foram comprados dois tipos de dispositivos m dulos opto acoplados e rel s de estado s lido Os m dulos opto acoplados s o da Crydom modelo OAC5A e s o usados para actuar sobre as bombas de injec o de nutrientes sendo deste modo usados 3 dispositivos deste tipo Estes m dulos apresentam uma corrente de entrada de 10 mA a 5V cont nuos A tens o de entrada pode variar entre 2 5V e 6V dando se a comuta o aos 2V sa da estes disposi tivos podem comutar tens es nominais de 240V alternos sendo a tens o m xima e m nima CAP TULO 2 IMPLEMENTA O 23 Figura 2 5 Placa de suporte para os m dulos opto acoplados admitidas de 280V e 24V alternos respectivamente A corrente m xima em estado on de 3A especifica o que suficiente para este projecto como referido na sub sec o 2 1 5 Os m dulos aqui referidos s o de sa da entrada DC sa da AC mas tamb m existem dispositi vos deste tipo que recebem entrada uma tens o AC devolvendo uma tens o DC m dulos de entrada Esta variante til para fazer a monitoriza o de linhas
14. paralela denominado de SPP Neste modo determinados pinos encontram se re servados somente para entrada ou somente para sa da n o sendo permitida a comunica o bi direccional pelo mesmo pino Existem outros modos de funcionamento EPP ECP 2 que permitem uma comunica o mais avan ada 16 Estes saem fora do mbito deste tra balho n o sendo desta maneira explicados no relat rio 2 1 10 Fonte de alimenta o Para alimentar toda a electr nica anteriormente citada foi adquirida uma fonte de ali menta o est vel Esta fonte foi adquirida mais uma vez RS AMIDATA e consegue fornecer 8A a 5V cont nuos 2 1 11 Altera o do sistema antigo Para permitir o funcionamento do sistema antigo e do novo sistema foi adicionado um comutador manual ao painel Este comutador permite comutar o controlo para o sistema anal gico ou para o sistema controlado pelo PC A Figura 2 10 mostra a integra o do comu tador manual no painel O sistema antigo tamb m possui sensores de pH e condutividade mas devido ao facto de estes se encontrarem degradados e da documenta o dos controlado res que fazem interface com os sensores n o se encontrar dispon vel optou se por comprar novos sensores que ser o ligados directamente ao data logger 8Standard Parallel Port Enhanced Parallel Port 10Rxtended Capabilities Port CAP TULO 2 IMPLEMENTA O 31 Figura 2 10 Diagrama do painel incluindo o comutador manual
15. pela fonte do PC Esta substitui o foi poss vel dado as tens es e correntes fornecidas por esta serem suficientes para alimentar a electr nica em quest o Estas fontes possuem um melhor sistema de filtragem que a fonte comprada A dificuldade de comuta o dos m dulos 43 CAP TULO 3 RESULTADOS 44 adv m do facto de estes terem que descarregar algumas capacidade internas para se dar a comuta o Quando a resist ncia da carga aos bornos muito elevada esta descarga lenta necessitando para tal de uma carga adicional Foram ent o introduzidas resist ncias na ordem das dezenas de kQ nos m dulos que apresentavam dificuldades de comuta o solucionando assim o problema Ap s a resolu o das imperfei es anteriormente referidas o sistema funcionou durante quinze dias sem falhas Cap tulo 4 Conclus o e trabalho futuro Como j foi salientado anteriormente um dos objectivos deste projecto passava pela mo dela o dos canais de nutrientes de um sistema NFT e pela implementa o de um controla dor para a solu o nutriente nos canais Tais objectivos n o foram poss veis de atingir por raz es referidas em 2 2 5 Pode se dizer que neste projecto foi desenvolvido todo o hard ware e software ou seja todo o sistema de actua o e aquisi o Este sistema forma a base que ir permitir a integra o de algoritmos de controlo da solu o nutriente Pode se concluir a partir dos testes referido
16. s o alterados numa base de dados e lidos da mesma Estes ser o usados futuramente para o desenvolvimento do algoritmo de controlo A mesma base de dados armazena os valores dos sensores e dos erros Os valores dos sensores s o introduzidos atrav s de um programa que por sua vez l a mem ria do data logger O estado do sensor de fluxo lido da CAP TULO 2 IMPLEMENTA O 41 porta paralela do computador que por sua vez est ligada ao referido sensor como se mos tra em 2 1 12 Por ltimo o estado dos actuadores lido a partir da placa aquisi o de dados 2 2 5 Interliga o dos diversos componentes de software Esta sub sec o tem como objectivo expor de uma forma gr fica Fig 2 17 a interliga o final dos diversos componentes de software Alguns dos componentes expostos na Figura 2 17 ainda n o se encontram desenvolvidos ou est o parcialmente desenvolvidos Estes componentes s o o algoritmo de controlo e a base de dados O algoritmo de controlo ainda n o se encontra desenvolvido pelo facto de ter havido atrasos na entrega do equipamento utilizado na elabora o do sistema de actua o e aquisi o e pelo facto dos canais de nutrientes n o se encontrarem instalados na referida estufa at data da elabora o deste relat rio A base de dados encontra se em parte desenvolvida bastando adicionar apenas algumas tabelas Para o teste do interface gr fico foi usada uma base de dados com inform
17. 2 2 Implementa es de software 2 aa a ee 2 2 1 Linguagem de programa o Python llle 222 Device drivers 2 2 3 C digo de alto n vel 2 2 4 Interface gr fico 2 2 5 Interliga o dos diversos componentes de software 3 Resultados 4 Conclus o e trabalho futuro e A Zo Instala o passo a PASSO s xx e Rx RA OR Yo Ee A 2 3 Remo o do m dulo vi 26 27 28 28 30 30 32 32 33 34 39 39 41 43 45 46 NDICE A 4 3 ioctl AL open ecelose oy ke oo e eee BSS xp Bo eek OS S wk eS eS oe B 1 Introdu o ude ee ade eee ow ies 4 ee Wn es a ee en coat mo sesh ee ad apse ep RUNENER E a re ee re are ere eran ere B 3 Usando o driver B 4 Acesso dos programas do utilizador ao dispositivo BAT Tac seque 43 3 qe E od dg E angues d EN NE nu gas BO BAS docu uu toe RSV RIP ROS OR RISE UR Ee morcs Sg wong LLLI eg ck WS ee He ee eB A oe O ee C 2 Uso dos m dulos vii 48 49 50 50 50 54 55 56 56 56 57 57 58 58 58 59 59 59 61 NDICE 0 2 1 Pr requisitos C 2 2 Como usar os m dulos C 3 Descri o das fun es de cada m dulo ee C 3 1 M dulo adc44d 3 2 M dulo adc44d ade 3 3 M dulo adc44d dac 3 4 M dulo adc44d dio D 1 Introdu o Ls D 2 U
18. AC sendo tamb m usados neste projecto como explicado na sub sec o A informa o detalhada destes dispositivos pode ser consultada em 11 Para fazer as conex es com os terminais destes dispositivos foi adquirida uma placa de suporte no distribuidor RS AMIDATA cuja refer ncia 9632 118 Fig 2 5 Esta placa possui 16 sockets onde os m dulos se encaixam sendo fixados atrav s de um parafuso incorporados nos mesmos Para este projecto s o usados 4 posi es sendo as CAP TULO 2 IMPLEMENTA O 24 restantes reservadas para uso futuro Cada posi o possui um LED que indica quando um m dulo de sa da est activado ou quando um m dulo de entrada tem uma tens o alterna na sua entrada Para protec o de cada dispositivo a placa de suporte possui fus veis de 3 15A As conex es digitais entradas dos m dulos com os drivers s o feitas atrav s de um conector DIN 41612 de 32 pinos As sa das entradas de pot ncia s o feitas atrav s de terminais dotados de parafusos Al m dos m dulos anteriormente referidos foi ainda necess rio a aquisi o de um rel de estado s lido usado para actuar sobre uma resist ncia de aquecimento da solu o nutriente sub sec o 2 1 5 A resist ncia requer uma corrente de aproximadamente 9A a 220V alternos especifica o que os m dulos opto acoplados n o conseguiam cumprir O rel adquirido do fabricante Crydom modelo PF240D25 Este rel requer na entrada
19. Entre os mais importantes pode se citar azoto N f sforo P e pot ssio K sendo estes conhecidos como macro nutrientes Al m destes minerais tamb m s o considerados macro nutrientes Sulfato S C lcio Ca e Magn sio Mg Os micro nutrientes est o presentes em pequenas quantidades nas plantas Fazem parte deste grupo os seguintes elementos Boro B Cobre Cu Cobalto Co Ferro Fe Mangan sio Mn Molibd nio Mo e Zinco Zn Industrialmente o controlo desta solu o feito essencial mente pela manuten o do seu pH condutividade el ctrica e temperatura sendo os macro e micro nutrientes introduzidos sobre a forma de sais por exemplo CaCls KH3PO etc CAP TULO 1 INTRODU O 7 pH O pH uma medida do grau de acidez ou alcalinidade de uma solu o Esta medida expressada como o logaritmo negativo da concentra o de i es hidrog nio H numa solu o pH logio H Se a concentra o de i es hidrog nio sobe ent o o pH decresce e vice versa A escala de pH compreende valores entre 0 e 14 correspondendo um pH entre 0 e 7 a uma solu o cida e entre 7 e 14 a uma solu o b sica ou alcalina O valor 7 corresponde a subst ncias neutras como o caso da gua destilada No caso da hidroponia um correcto controlo do pH importante para manter uma ab sor o equilibrada dos diversos nutrientes Numa cultura hidrop nica um valor recomendado de pH por v rios autores situa se en
20. Par metros de Controlo campos contiverem caracteres n o num ricos ou valores fora dos intervalos admiss veis para as vari veis os valores n o s o guardados Nesta situa o gerada uma mensagem de erro Fig E 4 e o controlo do programa de novo devolvido s janelas anteriormente referidas Para sair de qualquer uma das janelas basta pressionar o bot o Sair perdendo se os dados introduzidos caso estes n o tenham sido previamente guardados Figura E 4 Mensagem de erro ANEXO E 81 Visualiza o do estado dos actuadores Para visualizar o estado dos actuadores basta clicar sobre o bot o Estado Actuadores Posteriormente mostrada a janela exposta na Figura Figura E 5 Apresenta o gr fica do estado dos actuadores Visualiza o dos valores dos sensores de uma forma gr fica A visualiza o da evolu o dos valores dos sensores pode ser vista graficamente pressionando o bot o Ver Gr ficos na janela principal De seguida mostrada a janela exposta na Figura Figura E 6 Janela de escolha dos gr ficos A partir desta janela pode ser seleccionado o gr fico que se pretende visualizar Por exemplo se for pressionado o bot o Temperatura mostrado o gr fico visualizado na Figura Estes gr ficos mostram valores numa janela deslizante de dimens o 10x Intervalo de c lculo ANEXO E 82 Temperatura 1 1 J 7 i 304 22 000 2 000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 3000 10909 p 10
21. Sa da 0x9B Entrada Entrada Entrada Entrada ADC44D DIO GMODO CW devolve a control word que est activa A 4 4 open e close Estas primitivas est o definidas para todos os dispositivos anteriormente referidos A pri mitiva open devolve um descritor que corresponde a um dispositivo aberto Por exemplo para o DAC temos fd open dev adc44d dac w Este descritor usado pelas restantes primitivas para actuarem sobre o dispositivo A primitiva close fecha um dispositivo aberto atrav s do descriptor correspondente ex close fd Anexo B ctparport Manual do utilizador C sar A D Teixeira Centro de Sistemas Inteligentes Faculdade de Ci ncias e Tecnologia Universidade do Algarve Campus de Gambelas 8000 Faro 59 ANEXO B 56 Resumo O m dulo para o Linux Kernel ctparport o permite o acesso porta paralela do PC S o permitidas opera es de leitura escrita e de controlo da interrup o B 1 Introdu o O m dulo ctparport um character device driver que permite o suporte da porta para lela do PC por parte do Kernel Linux A documenta o desta porta pode ser consultada em 15 O driver suporta a escrita de dados atrav s do porto de dados porto base leitura de dados atrav s do porto de status porto base 1 e o accionamento da interrup o atrav s da mo nitoriza o do pino 10 O Interrupt Handler apenas permite o desbloque
22. TTL O wPD71055 da placa de aquisi o s pode interactuar com circuitos TTL n o podendo deste modo controlar os m dulos de comuta o opto acoplados e o rel usados neste tra CAP TULO 2 IMPLEMENTA O 21 Ilhas para soldadura de Terminais de facil uso ss ether sesso Ilhas para soldadura do Cabo IDC TINTE rsssseosevovvvvs Figura 2 3 Layout do bloco terminal em placa de circuito impresso balho Para contornar este problema foi necess rio o desenvolvimento de um circuito de adapta o Analisando os datasheets dos rel s verificou se que estes requeriam entrada 10 mA e 15mA a 5V Consultando a lista da fam lia l gica em causa escolheu se o integrado cuja refer ncia 7 L S06 Este dispositivo engloba 6 drivers inversores que conseguem compor tar uma corrente de 40 mA no n vel l gico inferior sa da em colector aberto satisfazendo plenamente os requisitos As especifica es detalhadas deste circuito integrado podem ser consultadas em 10 Este circuito foi projectado e concebido numa placa de circuito impresso cujo layout pode Existem duas correntes de entrada dado que existem dois tipos de rel s esta quest o ser explicada na subsec o 2 1 4 CAP TULO 2 IMPLEMENTA O 22 Ilhas para soldadura das conec es de alimenta o Ilhas para soldadura das conec es de um integrado Ilhas para soldadura das conec
23. Universidade do Algarve Faculdade de Ci ncias e Tecnologia Controlo de temperatura pH e condutividade da solu o nutriente de uma estufa hidrop nica Relat rio do Projecto Final da Licenciatura em Eng de Sistemas e Computa o C sar Alexandre Domingues Teixeira n 15850 Orientador Prof Doutor Ant nio E B Ruano Faro Setembro de 2003 Orientando C sar Alexandre Domingues Teixeira Orientador Prof Ant nio E B Ruano Resumo Uma das vertentes da agricultura moderna caracteriza se por um cultivo sem solo chamado hidrop nico Estas t cnicas de cultivo identificam se por possuir automatismos que permi tem o controlo da solu o nutriente Nas primeiras culturas hidrop nicas esses automatismos aplicavam um controlo anal gico on off embebido e de dif cil altera o O controlo digital mais recente permite a aplica o de algoritmos mais sofisticados e de f cil substitui o O objectivo deste projecto implementar paralelamente a um sistema de controlo anal gico antigo um novo sistema de controlo digital implementado por um PC Esta altera o tem em vista a melhoria do controlo da solu o hidrop nica servindo igualmente para a com para o dos dois sistemas Neste relat rio apresentado um sistema pr tico de actua o e aquisi o para controlo da solu o nutriente de uma cultura hidrop nica i Abstract One of the aspects of modern agriculture is characteris
24. a o fict cia e simula es em laborat rio do estado dos actuadores e sensor de fluxo O programa de leitura do Data logger foi desenvolvido em projectos anteriores sendo futuramente usado neste trabalho CAP TULO 2 IMPLEMENTA O 42 Par metros de Interface Gr fico Reservado Algoritmo de Controlo Driver da Porta Paralela Placa de aquisi o Data logger Figura 2 17 Diagrama explicativo da interliga o dos diversos componentes de software Cap tulo 3 Resultados At ao momento da escrita deste relat rio encontram se completamente desenvolvidos o sistema de actua o e aquisi o Estes sistemas englobam toda a electr nica referida ante riormente bem como todo o software de suporte Por falta de tempo estes sistemas n o foram testados na estufa referida na introdu o O teste realizou se em laborat rio e numa estufa experimental que se encontra no Centro de Ci ncia Viva do Algarve CCVA Os testes realizados na estufa do CCVA permitiram avaliar o sistema a funcionar num ambi ente real servindo deste modo para limar algumas imperfei es que n o foram detectadas em laborat rio das quais se salientam alguma fragilidade na presen a de transit rios na rede p blica e a dificuldade de comuta o dos m dulos opto acoplados em algumas situa es Para resolver o problema da fragilidade face aos transit rio substituiu se a fonte referida em 2 1 10
25. a system call mknod da seguinte forma mknod dev adc44d c 60 minor A letra c indica que o n criado est relacionado com um char driver O n mero 60 refere se ao major number Este n mero identifica o driver associado a um dispositivo ou conjunto de dispositivo usado pelo kernel no momento da abertura para a atribui o de um dispositivo ou conjunto de dispositivos ao respectivo driver Para este driver foi escolhido o major 60 dado ser um dos n meros dispon veis para uso local n o registado A vari vel minor representa um n mero denominado de minor 120s n meros nos intervalos 60 63 120 127 e 240 254 podem da mesma forma ser usados para uso CAP TULO 2 IMPLEMENTA O 37 Aplicac es San Sistema Operativo N s no sistema de ficheiros System Calls adc 44q dac open write Iseek close ioctl He read Fun es de mapeamento da DAC Minor 1 ade44d dac open adc44d dac ioctl Fun es de mapeamento da ADC Minor 2 adc44d adc open adc44d adc ioctl adc44d dac write adc44d dac release adc44d adc read adc44d adc release Fun es de mapeamento da DIO Minor 3 adc44d dio open adc44d dio ioctl adc44d adc read adc44d dio write adc44d dio release J Driver bct adc 44d Major 60 Placa Blue Chip Technolo ADC 4hd e DIO Figura 2 13 Diagrama explicativo do enquadramento do device driver para a placa ADC44D nu
26. a ADC44D incluindo os registos e a l gica Caso esta opera o n o seja bem sucedida gerada a excep o BOARD RESET ver defini o em adc44d py ANEXO C 64 C 3 2 M dulo adc44d adc Caso n o seja dito nada em contr rio sempre levantada a excep o ADC IOERR em caso de erro nas fun es descritas abaixo adc adc_open Esta fun o abre o n no sistema de ficheiros dev adc44d adc devolvendo o respectivo descritor adc Se a opera o n o for bem sucedida gerada a excep o ADC OPEN adc close adc Esta fun o fecha o ficheiro dev adc44d adc identificado pelo descritor adc Em caso de erro levantada a excep o ADC CLOSE adc reset adc Esta fun o faz um reset ao ADC adc set mode adc mode Esta fun o define o modo de opera o do ADC poss vel definir 3 modos mas neste momento a escolha do terceiro modo n o tem qualquer utilidade visto que os timers n o s o considerados nesta vers o do driver Os modos v lidos s o funcionamento por opera es individuais de 1 0 mode 0 e funcionamento por reactiva o autom tica mode 1 No ltimo modo referido anteriormente a ADC automaticamente reactivada ap s a leitura da ltima amostra Caso seja definido o terceiro modo de funcionamento mode 3 gerada a excep o ADC INTERR ANEXO C 65 adc set gain adc gain Esta fun o define o ganho da ADC poss vel definir 4 ganhos ver Anexo A ganho por
27. abordado o m todo NFT visto ser o m todo que se pretende utilizar futuramente na estufa A solu o nutriente ap s passar pelas ra zes das plantas pode ser reaproveitada ou n o No primeiro caso diz se que o sistema re circulat rio sendo esta topologia utilizada em Meio de crescimento inerte para as ra zes feito de fibras finas fabricadas a partir de rocha CAP TULO 1 INTRODU O 5 sistemas NFT e em sistemas que usam cascalho No segundo caso trata se de um sistema n o re circulat rio ou em malha aberta sendo esta topologia usada nos restantes m todos anteriormente referidos 1 1 1 Vantagens e desvantagens Este tipo de cultura pode trazer v rios benef cios quer para o produtor quer para o con sumidor Ao n vel do consumidor pode se referir os produtos hidrop nicos tendem a ser vendidos devidamente embalados prevenindo o contacto com meios poluentes durante o transporte A embalagem pode tamb m servir para uma correcta identifica o do produto origem nome do fabricante etc certificando o produto Para o produtor in meras vantagens se levantam tanto do ponto de vista econ mico ambiental como do ponto de vista da qualidade de vida Economicamente de salientar uma redu o de gastos em m o de obra e em m quinas devido ao facto do processo de tratamento do solo ser desnecess rio Por outro lado uma melhor gest o da gua e dos nutrientes imposta pelo cultivo hidrop nico leva a uma poupa
28. amb m descrito para cada dispositivo espec fico a sua interliga o com os restantes 2 1 1 Placa de aquisi o de dados A transforma o da ac o de controlo resultante do algoritmo em execu o no PC para um sinal el ctrico feita neste projecto por uma placa de aquisi o de dados do fabricante Blue Chip Technology modelo ADC44D Fig 2 1 17 CAP TULO 2 IMPLEMENTA O 18 Baidar caro adado analcqicas Seiden entradas digitain Figura 2 1 Placa de aquisi o de dados BCT ADC44D Esta placa possui 24 entradas sa das digitais 3 temporizadores program veis e 20 entra das e sa das anal gicas Dois dos temporizadores possuem sa da para o exterior funcionando o terceiro como pr escalonador dos outros dois A convers o anal gica digital assegurada por uma ADC com 12 bits de resolu o Esta possui 16 canais entradas simples ou 8 canais entradas diferenciais A ADC pode con verter entradas com amplitude entre 50mVolts at 10 Volts A convers o digital anal gica feita por uma DAC de 4 canais que podem fornecer uma tens o entre 10 Volts e uma corrente entre 0 e 20 mA A resolu o da DAC de 12 bits As convers es anal gicas entradas ou sa das podem ser feitas sobre controlo I O de inter rup es ou DMA podendo se utilizar os temporizadores para controlo da taxa de opera o A especifica o detalhada desta placa pode ser vista em Y Direct Memory Access CAP TULO
29. antamento do sistema j existente tanto ao n vel do sistema de controlo como ao n vel do sistema de rega Seguiu se o projecto Sigla inglesa para Personal Computer P C CAP TULO 1 INTRODU O 3 Controlo do painel Anal gico Perturba es Solu o nos Computador Controlador Canais El Aquecimento Sinais dos Sensores Figura 1 1 Diagrama esquem tico da estrutura de controlo seguida e realiza o de toda a electr nica de interface do P C com os actuadores e sensores Por fim realizou se todo o software necess rio para permitir o controlo da electr nica desenvolvida e a apresenta o dos dados adquiridos A programa o de um controlador digital para as vari veis da solu o tendo como modelo para os canais uma s rie de fun es de transfer ncia de primeira ordem com tempos de atraso tal como se tinha pensado no inicio do projecto n o foi poss vel dado aos normais atrasos na entrega dos componentes e na montagem dos canais de nutrientes Todo o sistema de actua o e aquisi o foi desenhado tendo em vista a estrutura de controlo que pode ser vista na Figura Nesta figura vis vel a rela o entre o novo e o velho controlo Pode tamb m ser extra do desta figura que o sistema tratado neste projecto do tipo MIMO 2Entende se como canais a estrutura por onde circula a solu o nutriente e onde s o fixadas as plantas Estes canais s o caracter sticos do m todo NET N
30. bomba de injec o de gua no tanque e a bomba que injecta a solu o nutriente nos canais CAP TULO 2 IMPLEMENTA O 29 Figura 2 9 Diagrama explicativo da porta paralela de um PC de dados anteriormente referida O diagrama explicativo da porta paralela encontra se apresentada na Figura O acesso a esta porta feito atrav s de 3 portos consecutivos de 8 bits O primeiro denominado de porto de dados e encontra se normalmente no endere o 0x378 15 correspondendo cada bit aos pinos de 2 a 9 Este porto somente de sa da de dados n o sendo permitidas opera es de leitura O segundo porto encontra se no endere o 0x379 e denominado de porto de estado Este permite ler dados do pino 10 ao 13 e tamb m do 15 A sa da de dados ainda pode ser feita por mais 4 pinos 1 14 16 e 17 escrevendo para o porto de controlo que se encontra no endere o 0x37a O bit 4 deste porto denominado de IRQ ENABLE e permite activar ou n o o accionamento de uma interrup o para esta porta Normalmente a interrup o utilizada a n mero 7 sendo esta accionada quando o n vel l gico passa de 1 para O no pino 10 Os restantes bits deste registo encontram se reservados ou permitem controlar o restante funcionamento da porta paralela Por ltimo os pinos de 18 a 25 s o de retorno terra O modo de funcionamento anteriormente explicado refere se ao funcionamento standard CAP TULO 2 IMPLEMENTA O 30 da porta
31. e c digo foi desenvolvido em Python e a sua fun o resume se a 1 Abrir n s do sistema de ficheiros que tenham correspond ncia com os drivers ante riormente referidos Por exemplo dev adc44d dac dev ctparport etc 2 Executar as primitivas open close ioctl read e write do SO que possuam uma fun o de mapeamento nos drivers 2 2 4 Interface gr fico A chave para uma f cil adop o de um sistema de controlo digital frequentemente reside no seu emprego como apresentador de informa o fundamental que o operador do processo tenha um quadro claro do estado do processo e que seja f cil a sua interac o com o pro cesso Para este projecto foi desenvolvido em Python Gtk um interface gr fico Fig que permite a apresenta o e a altera o dos valores das refer ncias pH Condutividade e Tem peratura e dos valores de alguns dos par metros de controlo intervalo de c lculo e actua o Os valores dos sensores s o apresentados em caixas de texto sendo tamb m poss vel a sua apresenta o de uma forma gr fica Por ltimo este interface apresenta o estado dos actu CAP TULO 2 IMPLEMENTA O 40 Figura 2 15 Janela principal do Interface gr fico Figura 2 16 Apresenta o gr fica do estado dos actuadores adores bombas e resist ncia e do sensor de fluxo como se mostra nas Figura e Os valores das refer ncias e dos par metros de controlo apresentados neste interface
32. e channels xii 49 51 51 52 52 54 68 Cap tulo 1 Introdu o As culturas de plantas directamente no solo s o limitadas por diversos factores tais como a dif cil determina o da quantidade de fertilizantes a usar na rega depend ncia da localidade da cultura por exemplo clima solos ridos m qualidade das guas etc m gest o da gua maior perigo do aparecimento de doen as nas ra zes entre outros O cultivo de plantas sem solo conhecido como hidrop nico permite minimizar os problemas anteriormente cita dos Numa cultura deste tipo todos os nutrientes que as plantas necessitam s o fornecidos por uma solu o balanceada O correcto controlo desta solu o contribui significativamente para um aumento ao n vel da produ o n o desprezando a qualidade Este controlo realizado em sistemas antigos por controladores anal gicos onde a estrat gia de controlo resume se a ligar ou desligar actuadores funcionamento on off Estes controladores normalmente possuem uma nica estrat gia de controlo implementada em hardware que por regra n o pode ser alterada A altera o da mesma implica possivelmente a substitui o do controlador e de toda a electr nica adjacente O controlo digital implementado por micro processadores CAP TULO 1 INTRODU O 2 possibilita a aplica o de novas estrat gias de controlo onde a altera o do comportamento do sistema passa simplesmente pela
33. e queira escrever para todos os registos de dados do DIO value dio read dio Esta fun o devolve um inteiro de 24 bits resultante da leitura de todos os portos do DIO Tal como a fun o dio write dio value usada como fun o de base por outras fun es de leitura apresentadas de seguida value dio lt porta gt recv dio As fun es dio lt porta gt recv dio l em o valor value de um dos portos do DIO A B C CL ou CH Por exemplo para o porta a fun o chama se dio a recv dio value dio recv dio Esta fun o l um inteiro de 24 bits do DIO ou seja afecta todos os portos Esta uma melhoria da fun o value dio read dio e deve ser usada sempre que se queira ler de todos os portos do DIO Anexo D C digo de Alto N vel para a porta paralela Manual do utilizador C sar A D Teixeira Centro de Sistemas Inteligentes Faculdade de Ci ncias e Tecnologia Universidade do Algarve Campus de Gambelas 8000 Faro Resumo Neste manual de utilizador apresentado um m dulo Python que faz interface com o driver ctparport Este permitem o controlo da porta paralela a partir de programas escritos em 72 ANEXO D 73 Python D 1 Introdu o O C digo de Alto N vel para a porta paralela composto por um m dulo que usa as primitivas do SO e implementa os condicionalismos e pol ticas de programa o no espa o do utilizador que n o s o devem ser implementadas ao n ve
34. ed for culture without soil called hydroponic These culture techniques are identified for possessing automatic systems that allow the control of the nutrient solution In the first hydroponic cultures these automatic systems apply an on off analogic control integrated and of difficult alteration The more recent digital control allows the application of more intelligent algorithms of easy adaptation The objective of this project is to implement in a parallel way to a old analogic control system a new digital control system implemented on a PC This alteration has in sight the improvement of the control of the hydroponic solution serving equally for the comparison of the two systems A practical actuation and acquisition system for control an hydroponic nutrient solution is presented in this report ill Agradecimentos Gostaria de agradecer ao Prof Doutor Ant nio E B Ruano pelo convite para trabalhar neste projecto e pelas condi es proporcionadas para o seu desenvolvimento Especiais agradecimentos ao Eng Pedro Fraz o pelo apoio e pela oportunidade de experi menta o do sistema desenvolvido no Centro de Ci ncia Viva do Algarve Um grande obrigado ao Laborat rio de Optoelectr nica pela ced ncia do material que per mitiu a realiza o de parte do hardware Agradecimentos FCT pela concess o da bolsa de inicia o investiga o cientifica BIC ao abrigo do projecto POCTI 33906 MGS 2000 A tod
35. eguida pelos interfaces que possui com muitas system calls e bibliotecas e pela CAP TULO 2 IMPLEMENTA O 34 propriedade de ser extens vel atrav s da adi o de novos m dulos implementados numa lin guagem compilada como por exemplo o C ou o C A apresenta o de informa o gr fica facilmente conseguida por interfaces com diversos sistemas de janelas Um n mero extenso de m dulos j desenvolvidos permitem o tratamento simplificado de arrays Numeric py c lculo de FFTs e opera es de lgebra linear atrav s do interface com as bibliotecas FFTPACK e LAPACK do Fortran fft py e LinearAlgebra py Todas as propriedades anteriormente referidas e muitas mais fazem desta linguagem uma ferramenta ptima para um desenvolvimento r pido e eficiente de aplica es em engenharia 2 2 2 Device drivers Introdu o Um device driver pode ser visto como uma camada de software entre um dispositivo e o Sistema Operativo SO A fun o desta camada ocultar completamente o funcionamento do dispositivo permitindo que este seja comandado nica e exclusivamente por primitivas standard do Sistema Operativo SO As primitivas s o independentes do driver sendo mapeadas para um dispositivo especifico atrav s do mesmo Por exemplo a primitiva open pode ser usada para abrir um ficheiro de texto como pode ser usada para activar uma placa de aquisi o de dados O programador de drivers deve te
36. eja indicado este argumento em qualquer caso do tipo unsigned char e ioctl s relacionados com o DAC ADC44D DAC RST faz um reset ao DAC ADC44D DAC TRANS SMODE define o modo de transfer ncia do DAC servindo tamb m para accionar a interrup o Para isso necess rio um terceiro argumento este argumento deve ser 0 Transfer ncia atrav s de simples opera es de I O 0x01 Accionamento da interrup o e 0x02 Transfer ncia atrav s de DMA ANEXO A 51 ADC44D DAC GCHAN faz com que a primitiva ioctl devolva o canal actual do DAC ADC44D DAC ECHAN selecciona quais os canais que podem ser usados para tal deve ser passado como argumento um dos valores listados na Tabela Tabela A 2 Valores poss veis do argumento para o ioctl ADC44D DAC ECHAN Valor Canais activos 0x00 Todos 0x01 1 2e3 0x02 0 2e3 0x03 2e3 0x04 0 1e3 0x05 le3 0x06 0e3 0x07 3 0x08 0 1 2 0x09 le2 0x0a 0e2 0x0b 2 0x0c 0el 0x0d 1 0x0e 0 OxOf Nenhum ADC44D DAC SCHAN selecciona qual o canal a ser usado Deve ser passado um dos valores apresentados na Tabela A 3 Tabela A 3 Valores poss veis do argumento para o ioctl ADC44D DAC SCHAN Valor Canal 0x00 0 0x01 1 0x02 2 0x03 3 ANEXO A 52 ADC44D DAC SREF MODE activa ou desactiva o DAC Deve ser passado como argumento adicional 0x00
37. ens ph real aqui int real setp cond real erro cond real sens cond real date date setp temp real erro temp real sens temp real LL date date date date date date E Figura E 1 Tabelas da base de dados de teste modo as tabelas min mas para o interface funcionar e colocar o servidor de base de dados postmaster a funcionar postmaster i D lt directoria da base de dados e descompactar o ficheiro interface tar gz e entrar na directoria interface gerada e executar python proj py ANEXO E T9 E 2 3 Como utilizar o interface Janela principal Ao executar python proj py mostrada a janela visualizada na Figura Figura E 2 Janela principal do interface Esta janela mostra os dados instant neos e os bot es de acesso a outras janelas Alterar as Refer ncias ou os Par metros de Controlo Para alterar as refer ncias ou os par metros de controlo basta clicar no bot o Alterar na rea Refer ncias ou na rea Par metros de Controlo da janela principal Ap s esta opera o mostrado no ecr uma das janelas mostradas na Figura Nestas janelas basta escolher com o rato um ou v rios campos pH Condutividade Temperatura Intervalo de C lculo ou Intervalo de Actua o e introduzir os valores Para actualizar os valores na base de dados basta pressionar o bot o Guardar Se alguns dos ANEXO E 80 Figura E 3 Janelas de altera o das Refer ncias e dos
38. ento do device driver para a porta paralela Major 6 J Driver ctparpot que identifica um dispositivo aberto Atrav s deste inteiro pode se executar qualquer system call que possua uma fun o de mapeamento definida no driver Driver para a porta paralela do PC O driver desenvolvido para a porta paralela usa a mesma arquitectura que o driver desen volvido para a placa de aquisi o de dados sendo neste caso usado o major number 6 n mero reservado para a porta paralela O dispositivo pode ser acedido atrav s do n dev ctparport O uso de primitivas do SO sobre este n permite a escrita de dados atrav s do porto de dados primitiva write a leitura de dados atrav s do porto de estado primitiva read e o accionamento da interrup o atrav s da monitoriza o do pino 10 A fun o de tratamento da interrup o Interrupt Handler apenas permite o desbloqueio da opera o de leitura quando a interrup o surge O diagrama explicativo deste driver encontra se exposto na Figura 2 14 CAP TULO 2 IMPLEMENTA O 39 2 2 3 C digo de alto n vel Como foi dito em um device driver deve ser o mais simples poss vel deixando as politicas para camadas superiores de software Para este projecto foi desenvolvido c digo de alto n vel que implementa as referidas politicas ou condicionalismos e que por sua vez utilizado como intermedi rio entre os programas do utilizador e o driver Est
39. esmos Controladores Proporcionais Este tipo de controladores fornecem uma ac o de con trolo proporcional ao desvio em rela o refer ncia erro Controladores Implementados em Micro processadores Para implementar um con trolo mais geral ou seja o controlo simult neo de v rias vari veis com algoritmos de controlo mais sofisticado por vezes utilizado um sistema micro processador Nestes sistemas os controladores s o programas de computador controlo digital que recebem o estado do sistema atrav s de circuitos de convers o de entrada e devolvem o resultado da computa o para o ambiente atrav s de circuitos de convers o de sa da Os circuitos de convers o de entrada sa da s o o interface entre o programa de compu tador controlador e o ambiente a controlar Os conversores de entrada est o ligados aos sensores e convertem grandezas f sicas continuas em sinais digitais intelig veis pelo micro processador Por sua vez os conversores de sa da realizam a opera o in versa Podem ser classificados como circuitos conversores os seguintes dispositivos ADC Analog to Digital Converters DAC Digital to Analog Converter interfaces CAP TULO 1 INTRODU O 12 de pulsos para interac o com sensores de sa da pulsada e com actuadores de entrada pulsada e interfaces digitais para interac o com dispositivos que funcionam em estado ON OFF Como j tinha sido referido anteriormente o objectiv
40. etes e Network interfaces Permitem a transac o de dados entre computadores Estes dispositivos n o s o orien tados para acessos atrav s de cadeias de caracteres n o sendo deste modo facilmente mapeados por um n do sistema de ficheiros Estes interfaces s o nomeados pelo SO como ethx onde x o n mero associado ao interface sendo as system calls read e write substitu das por system calls relacionadas com a transfer ncia de pacotes CAP TULO 2 IMPLEMENTA O 36 O SO Linuz considera outros tipos de dispositivos de menor import ncia n o sendo deste modo referidos neste trabalho Driver para a placa 4DC44D Como a placa de aquisi o de dados escolhida para actua o n o vinha acompanhada de driver para Linux muito poucas placas de aquisi o de dados trazem driver para Linus foi necess rio o desenvolvimento do mesmo A placa ADC44D pode ser encarada como um character device sendo deste modo desenvolvido um char driver para a mesma Dado a explica o do funcionamento do driver ao n vel do kernel ser extensa neste relat rio optou se por fazer uma pequena explica o geral de como este actua como intermedi rio entre o SO e a placa ADC44D Esta explica o vai ser feita atrav s da analise da Figura 2 13 Foram criados tr s n s no sistema de ficheiros dev adc44d dac dev adc44d adc e dev adc44d dio Estes foram criados usando
41. ial ADC44D ADC GCHAN devolve o canal actual do ADC ADC44D ADC SCHAN MAN define o modo manual de selec o de canais ADC44D ADC SCHAN AUTO define o modo autom tico de selec o de canais ADC44D ADC START desencadeia uma convers o no modo 0 ou uma sequ ncia de convers es no modo 1 ADC44D ADC DT READY devolve o estado da convers o 0 Completa ou 1 Em progresso e ioctl s relacionados com o DIO ADC44D DIO SMODO CW define a control word no Modo 0 As control words definem se as diferentes portas A B C low e C high s o de entrada ou sa da A configura o imposta por cada uma encontra se listada na Tabela ANEXO A 54 Tabela A 6 Listagem e fun o das control words do DIO a funcionar no Modo 0 Porta Control word A B C high C low 0x80 Sa da Sa da Sa da Sa da 0x81 Sa da Sa da Sa da Entrada 0x82 Sa da Entrada Sa da Sa da 0x83 Sa da Entrada Sa da Entrada 0x88 Sa da Sa da Entrada Sa da 0x89 Sa da Sa da Entrada Entrada Ox8A Sa da Entrada Entrada Sa da 0x8B Sa da Entrada Entrada Entrada 0x90 Entrada Sa da Sa da Sa da 0x91 Entrada Sa da Sa da Entrada 0x92 Entrada Entrada Sa da Sa da 0x93 Entrada Entrada Sa da Entrada 0x98 Entrada Sa da Entrada Sa da 0x99 Entrada Sa da Entrada Entrada Ox9A Entrada Entrada Entrada
42. icheiros dev adc44d dio devolvendo o respectivo descritor dio Se a opera o n o for bem sucedida gerada a excep o DIO OPEN ANEXO C TO dio close dio Esta fun o fecha o ficheiro dev adc44d dio identificado pelo descritor dio Em caso de erro levantada a excep o DIO CLOSE dio set mode0 cword dio word Esta fun o define a control word word para o DIO a funcionar no modo 0 Existem mais dois modos de funcionamento mas estes n o s o considerados pelo driver As control words definem quais dos portos do DIO s o para entrada ou para sa da A listagem dos valores que word pode assumir pode ser vista na Tabela A 6 dio get mode0 cword dio Esta fun o devolve a control word activa no DIO a funcionar no modo 0 dio write dio value Esta fun o escreve um inteiro de 24 bits value para os registos de dados do DIO ou seja afecta todos os portos Esta fun o usada como fun o de base pelas fun es de escrita apresentadas de seguida dio lt porta gt send dio value As fun es dio lt porta gt send dio value escrevem o valor value para um dos portos do DIO A B C CL ou CH Por exemplo para a porta A a fun o chama se dio a send dio value ANEXO C 71 dio send dio value Esta fun o escreve um inteiro de 24 bits para o DIO ou seja afecta todos os portos Esta uma melhoria da fun o dio write dio value e deve ser usada sempre que s
43. igera o permitindo assim a comuta o de correntes mais elevadas foi inserido o suporte numa caixa de uma fonte de alimenta o avariada onde a ventoinha proporciona uma circula o de ar constante refrigerando o rel 2 1 5 Actuadores As bombas de injec o de nutrientes j se encontravam no sistema antigo sendo assim partilhadas pelo sistema antigo e pelo novo sistema A selec o de controlo feita atrav s de um comutador manual Estas bombas pneum ticas s o fabricadas pela RENA e requerem para funcionamento 6 Watts sendo este requisito completamente satisfeito pelos m dulos opto acoplados A resist ncia de aquecimento requer uma pot ncia de 2000 Watts sendo para tal necess rio CAP TULO 2 IMPLEMENTA O 26 Planta Legenda wm Canais Tubagem Retoffio 1 T gt S Estufa Sensores E de Temperatura Mistura mem XM Tanque de Mistura Sensores uem de pH e Condutividade Figura 2 7 Disposi o dos sensores no sistema de rega um elemento de comuta o especial como j foi referido na sub sec o 2 1 4 Este elemento de aquecimento possui um termostato de protec o que consegue comutar correntes at 16 A numa gama de temperaturas entre 0C e 400 2 1 6 Sensores Para este projecto foram usados sensores de 3 tipos temperatura pH e condutividade A futura disposi o dos sensores no sistema pode ser vista na Figura Este
44. ilable http focus ti com lit ds symlink sn741s06 pd 11 Series oac s moac x4oac ac output modules Crydom datasheet Online Available http www crydom com pdf io_oac pdf 12 Series pf PowerFin up to 25amp 120 240 380 480 vac ac output Crydom datasheet Online Available http www crydom com pdf pf pdf 13 Easidata MK4 Handbook Environdata Austr lia Pty Ltd 44 Percy Street Warwick Quennsland Australia 4370 rev 181200 14 I Harries Interfacing to the ibm pc parallel printer port Online Available http www doc ic ac uk ih doc par 15 P H Anderson Use of a pc printer port for control and data acquisition Online Available http et nmsu edu etti fall96 computer printer printer html 16 W N Engineering Parallel port background Online Available www fapo com porthist htm 17 M Lutz Programming Python O Reilly 1996 BIBLIOGRAFIA 89 18 H Daniel Resumo das aulas de sistemas de tempo real 2003 resumo das Aulas 19 20 21 22 23 Te ricas da Cadeira de Sistemas de Tempo Real J C Alessandro Rubini Linux Device Drivers 2nd Edition O Reilly 2001 M C Daniel P Bovet Understanding the Linux Kernel O Reilly 2000 F L D J Guido van Rossum Python Tutorial 2002 M Pilgrim Dive Into Python 2002 F T A Alpi Cultivo en invernadero Mundi Prensa 1991
45. ilizador root atrav s do comando mknod da seguinte forma mknod dev lt nome gt c lt major gt lt minor gt O nome pode ser qualquer um mas sugere se que seja usado dev ctparport O major escolhido o 6 dado ser o n mero reservado para esta porta Neste caso o driver s controla um dispositivo o que leva a que s exista um minor Nesta situa o foi escolhido o minor 1 Por exemplo o comandos para criar o n no sistema de ficheiros mknod dev ctparport c 6 1 O n assim criado s pode ser acedido pelo utilizador root Caso se queira dar privil gios a outros utilizadores tem que se utilizar o comando chmod B 4 Acesso dos programas do utilizador ao dispositivo Os programas do utilizador comunicam atrav s de simples opera es de I O usando as primitivas do SO B 4 1 read O uso desta primitiva faz com que seja lido um byte do porto de estado ANEXO B 59 B 4 2 write O uso desta primitiva faz com que seja escrito um byte para o porto de dados O valor de size t count deve ser 1 byte Caso contr rio a opera o n o tem efeito sendo retornado EMSGSIZE B 4 3 ioctl Nota Para usar a primitiva ioctl necess rio incluir a biblioteca ctparport h Os ioctl s definidos encontram se listados abaixo um terceiro argumento necess rio caso seja indicado este argumento em qualquer caso do tipo unsigned char e CTPARPORT INT ON acciona a interrup o para a porta paralela caso
46. io da opera o de leitura quando a interrup o surge B 2 Instala o do driver B 2 1 Pr requisitos Para instalar o driver necess rio e um PC com porta paralela e o ficheiro ctparport tar gz e um sistema Linux Intel com um kernel 2 4 x ANEXO B 57 e suporte para m dulos no Kernel os header files do Kernel o gcce o utilit rio insmod e seus relacionados B 2 2 Instala o passo a passo Para uma instala o f cil aconselh vel seguir os seguintes passos e descompactar o ficheiro ctparport tar gz e entrar no direct rio ctparport e executar make clean seguido de make e introduzir o m dulo ctparport o no Kernel insmod ctparport o par io base porto base ctparport irq n mero da in terrup o O par metro opcional par jo base define o porto base Se este par metro for omitido o porto base por defeito 0x378 Por sua vez o par metro opcional ctparport irq define o irq a utilizar para a porta paralela O n mero standard para esta porta o 7 sendo deste modo aconselh vel o seu uso A omiss o deste par metro na introdu o do m dulo no Kernel simplesmente desactiva o funcionamento atrav s de interrup es B 2 3 Remo o do m dulo Para remover o m dulo basta executar rmmod ctparport ANEXO B 58 B 3 Usando o driver Ap s a inser o do m dulo no Kernel necess rio criar n s no sistema de ficheiros Esta cria o feita pelo ut
47. ionada com o total de sais dis solvidos sendo deste modo um indicador eficaz da composi o da solu o hidrop nica A condutividade el ctrica dada em microsiemens cm j4S cm milisiemens cm mS cm ou micromho cm jumho cm Para esta vari vel da solu o ao contr rio do pH n o existem valores recomendados dado estes dependerem da altura do ano da fase de crescimento da planta e da qualidade da gua Ainda h a referir o facto da condutividade aumentar cerca de 2 por cada grau c lsius da solu o o que leva a que os controladores desta vari vel possuem um compensador de temperatura integrado 3 Temperatura As flutua es da temperatura da solu o hidrop nica afectam o pH da solu o bem como a solubilidade dos nutrientes Estudos indicam que um valor ptimo para a temperatura da solu o situa se no intervalo 20 C e 22 C Caso a temperatura da gua saia fora deste intervalo muitos elementos de percurso micro nutrientes tornam se insol veis tendo o mesmo efeito que o uso de valores extremos para o pH 5 CAP TULO 1 INTRODU O 10 Legenda T Estufa Mistura ja r Tanque de Mistura by Amostragem da solu o a corvos Controle de Bombas Figura 1 3 Implementa o esquem tica do sistema NFT 1 1 3 NFT Nutrient Film Technique Este sistema m todo foi desenvolvido por Cooper no Reino Unido em 1975 3
48. ismos e pol ticas de programa o no espa o do utilizador que n o s o devem ser implementadas ao n vel do driver espa o do Kernel facilitando o uso e controlo da placa ADC44D por parte de programas Python C 2 Uso dos m dulos C 2 1 Pr requisitos Para usar os m dulos necess rio e ter o m dulo bct adc 44d o instalado ter os n s dev adc44d dac dev adc44d adc e dev adc44d dio a apon tar para o driver bct adc 44d em caso de d vida num dos t picos anteriores aconcelhavel consultar o manual do utilizador do driver descrito no Anexo e o ficheiro adc44d tar gz e um interpretador de Python ANEXO C 63 C 2 2 Como usar os m dulos Para uma utiliza o f cil aconselh vel seguir os seguintes passos e descompactar o ficheiro adc44d tar gz e Copiar os m dulos presentes na directoria adc44d para o direct rio de desenvolvi mento do c digo Outra alternativa adicionar a path onde os m dulos se encontram atrav s de sys path append lt path gt ap s import sys no c digo Python e importar o m dulo que se deseja atrav s de import lt m dulo gt ou form lt m dulo gt import lt objecto gt Por exemplo caso se queira aceder DAC basta adicionar no programa from adc44d dac import lt objecto gt ou import adc44d dac C 3 Descri o das fun es de cada m dulo C 3 1 M dulo adc44d adc44d reset adc file Esta fun o faz um reset completo plac
49. istema antigo i i N o usado i A E Neutro do sistema antigo 4 Bombas Sensor de Fluxo Placa de aquisic o de dados Comutador Manual A sinal de Rega k F 1 f ooog e f 1 F i Bn Porta n Wt Paralela gt y u Conector DIN de 32 Pinos Controlo do sistema antigo Figura 2 12 Interliga o dos diversos dispositivos de actua o para o desenvolvimento dos device drivers ou seja para comunica o de baixo n vel com a placa de aquisi o de dados e com a porta paralela Esta escolha foi realizada pelo facto desta linguagem possuir bibliotecas que permitem o acesso directo ao dispositivo mantendo a sua rapidez caracter stica Para o desenvolvimento de software de alto n vel foi escolhido o Python 2 2 1 Linguagem de programa o Python O Python uma linguagem interpretada de scripting de dom nio p blico sendo simultani amente uma linguagem de alto n vel Very High Level Language VHLL e uma linguagem din mica orientada a objectos Object Oriented Dynamic Language OODL 17 Pode ser comparada ao T CL Perl Scheme ou Java Esta linguagem possui m dulos classes excep es tipos de dados de alto n vel e tipagem din mica A sua grande portabilidade 44 cons
50. istemas podem ser usados em qualquer tipo de cultura hidr ponica Da mesma forma foi feito um levantamento do circuito el ctrico do painel de controlo tendo como objectivo o conhecimento dos pontos de interface do mesmo com os actuadores e sensores Este conhecimento foi essencial para posteriormente se realizar o interface dos mesmos actuadores e sensores com o sistema controlado pelo PC O levantamento deste cir cuito encontram se representados na Figura 1 4 onde apresentado os pontos de liga o com as bombas e com os sensores Este circuito composto basicamente por tr s controladores anal gicos por elementos de comuta o dos actuadores rel s e por interruptores manuais de selec o de fun es Dois dos controladores s o de pH sendo o restante de condutividade A presen a de dois controladores de pH t m como fundamento um controlo mais seguro CAP TULO 1 INTRODU O evitando injec es excessivas de cido na solu o 16 Cap tulo 2 Implementa o Neste cap tulo s o apresentados as implementa es realizadas neste projecto Na sec o 2 1 s o apresentadas as implementa es de hardware sendo na sec o apresentadas as implementa es de software 2 1 Implementa es de hardware Esta sec o relata o hardware utilizado neste projecto de fim de curso Nas sub sec es seguintes s o apresentadas as caracter sticas dos diferentes dispositivos utilizados sendo t
51. l do driver espa o do Kernel permitindo que programas Python consigam aceder e controlar f cilmente a porta paralela D 2 Uso do m dulo D 2 1 Pr requisitos Para usar o m dulo necess rio e o m dulo ctparport o devidamente instalado no Kernel o n dev ctparport criado e a apontar para o driver ctparport Em caso de d vida aconcelh vel a leitura do manual do utilizador do driver que se encontra no Anexo B e o ficheiro ctparport py tar gz e um interpretador de Python D 2 2 Como usar o m dulo Para uma utiliza o f cil aconselh vel seguir os seguintes passos ANEXO D 74 e descompactar o ficheiro ctparport_py tar gz e Copiar o m dulo presente na directoria ctparport py para o direct rio de desenvol vimento do c digo Outra alternativa adicionar a path onde o m dulo se encontra atrav s de sys path append lt path gt ap s import sys no c digo Python e importar o m dulo atrav s de import ctparport ou form ctparport import lt objecto gt D 3 Descri o das fun es do m dulo D 3 1 fd ctparport open Esta fun o abre o n dev ctparport devolvendo o descritor correspondente D 3 2 ctparport close ctpar fd Esta fun o fecha o ficheiro dev ctparport D 3 3 ctpar enable int fd Esta fun o activa a interrup o da porta paralela D 3 4 ctpar disable int fd Esta fun o desactiva a interrup o da porta paralela ANEXO D 75
52. mber Este usado somente pelo driver identificado pelo major number O driver dife rencia os v rios dispositivos sob seu controlo pelo seu minor number No nosso caso usou se a seguinte conven o DAC minor 1 ADC minor 2 e DIO minor 3 O sistema operativo ao executar a system call open identifica qual o driver correspondente a um dispositivo ou conjunto de dispositivos atrav s do major associado ao n do sistema de ficheiros que se pretende abrir atribuindo de seguida o comando do dispositivo ao res pectivo driver Da mesma forma o driver identifica qual o dispositivo especifico que se pretende abrir atrav s do minor Ap s estas identifica es executada a fun o de open adc44d dac open adc44d ade open e adc44d dio open que executa na placa os procedi mentos de abertura espec ficos do dispositivo em causa Estas fun es diferem de driver para driver mapeando a ac o da system call open para um dispositivo espec fico No fim da opera o de abertura a system call open devolve um inteiro file descriptor local CAP TULO 2 IMPLEMENTA O 38 Aplica es Sistema Operativo N no sistema de ficheiros System Calls open write seek close ioctl n read Fun es de mapeamento Minor 1 ctparport open ctparport ioctl ctparport read ctparport write ctparport release Porta Paralela Figura 2 14 Diagrama explicativo do enquadram
53. n a de recursos Os produtos agr colas tendem a ser mais uniformes e de melhor qualidade facilitando a sua comercializa o A n vel ambiental um menor n mero de pulveriza es requeridas por estas culturas imp e uma menor polui o dos solos reflectindo se tamb m numa melhor qualidade de vida para o trabalhador agr cola visto que est menos exposto a pesticidas A qualidade de vida do trabalhador agr cola tamb m aumentada pelo facto deste tipo de trabalho ser mais limpo e mais leve CAP TULO 1 INTRODU O 6 Como inconvenientes h a apontar os elevados custos iniciais impostos pela prepara o do terreno para as estufas e para a constru o das mesmas a grande depend ncia da energia el ctrica que alimenta o v rios sistemas de bombagem e controlo e o elevado conhecimento t cnico necess rio Ainda h a referir a maior probabilidade de propaga o de doen as pelo facto de num sistema com re circula o onde existe uma grande popula o de plantas um individuo doente poder contaminar parte da popula o 1 1 1 2 A solu o nutriente A solu o nutriente de uma estufa hidrop nica composta por nutrientes dissolvidos em gua onde o balanceamento dos nutrientes depende da esp cie vegetal em quest o Estes nutrientes podem ser divididos em macro nutrientes e micro nutrientes As plantas neces sitam de 16 minerais para o seu crescimento no entanto existem alguns que s o mais im portantes que outros
54. ndshaking fornecidos atrav s do porto C No ltimo modo Modo Conectores que fazem a conex o atrav s do deslocamento do isolamento do condutor 8 Programmed Input Output CAP TULO 2 IMPLEMENTA O 20 3 os dados s o transferidos pelo porto A sendo o handshaking feito mais uma vez pelo porto C Para este projecto foi considerado o funcionamento somente no Modo 0 dado este interface servir s para ligar e desligar actuadores n o sendo utilizado para nenhum tipo de comunica o avan ada As Control Words assim como toda a documenta o sobre estes dispositivos encontram se descritas em 9 O DIO fornece ainda e Linhas de retorno digitais essenciais para inter actuar com qualquer circuito e Os sinais do temporizador do ADC e do DAC 2 1 2 Bloco terminal de 50 posi es O DIO da placa de aquisi o de dados apresenta um conector IDC de 50 pinos como meio de comunica o para o exterior liga o directa de fios individuais a este conector uma tarefa dif cil e pouco segura dado que podem ocorrer curto circuitos e m s liga es que podem afectar negativamente o funcionamento do sistema de actua o Para resolver esta quest o foi constru do um bloco terminal de 50 posi es que faz a deriva o do conector IDC para terminais de f cil utiliza o Este dispositivo foi desenvolvido numa placa de circuito impresso cujo layout pode ser visto na Figura 2 3 2 1 3 Drivers
55. ntrolo e das refer ncias s o feitas atrav s de caixas de texto Os valores dos sensores s o apresentados em caixas de texto sendo tamb m poss vel a sua apresenta o de uma forma gr fica Por ltimo este interface apresenta o estado dos actuadores bombas e resist ncia e do sensor de fluxo atrav s de figuras Os valores dos sensores dos erros e dos par metros de controlo s o resultantes de uma pesquisa a uma base de dados sendo o estado dos actuadores e do sensor de fluxo obtidos atrav s do c digo explicado nos Anexos C e D E 2 Uso do interface E 2 1 Pr requisitos Para usar o interface necess rio e ter os m dulos bct adc 44d o e ctparport o instalados e teros n s dev adc44d dac dev adc44d adc dev adc44d dio e dev ctparport a apontar para os drivers bct adc 44d e ctparport em caso de d vida num dos t picos anteriores aconcelhavel consultar os manuais do utilizador dos drivers des critos nos Anexos e B ANEXO E 78 e o ficheiro interface tar gz e um interpretador de Python e os m dulos Python gtk GtkExtra gtkextra e psycopg e PostgreSQL E 2 2 Como por interface a funcionar Para uma utilizac o f cil aconselh vel seguir os seguintes passos e criar uma base de dados PostgreSQL com as tabelas apresentadas na Figura E 1 caso esta n o exista Aten o Esta base de dados para efeitos de teste contendo deste calc int real setp ph real erro ph real s
56. o deste projecto a implementa o de um sistema de controlo digital onde o controlador implementado num sistema micro processador neste caso um PC 1 2 Artigo relevante Um artigo do ano de 1985 6 exp e a modela o e controlo de um sistema hidrop nico NFT Neste trabalho s o considerados relevantes para a modela o somente os canais de nutrientes sendo os efeitos provocados pela bombagem e pelo tanque de mistura desprezados No entanto indicado como trabalho futuro a considera o destes aspectos na respectiva modela o A modela o efectuada tem como base testes experimentais realizados com uma subst ncia de percurso neste caso nitrato de pot ssio Para exprimir matematicamente os resultados das experi ncias ao fm de 28 semanas foi considerado um modelo ADZ Agregated Dead Zone Este modelo foi concebido considerando balan os de massa de nitrato de pot ssio ao longo de um segmento do canal O tanque de recolha considerado como continuamente agitado de onde resulta a seguinte equa o diferencial dx t 2 r 7 z t put 7 1 1 CAP TULO 1 INTRODU O 13 onde u t a concentra o do nutriente a entrada do segmento de canal em mgl no tempo t s a t a concentra o mgl sa da do segmento de canal T o tempo de resid ncia do modelo ADZ em segundos definido por E onde Q o caudal e Vg o volume considerado no modelo 7 o tempo de atraso de transporte
57. omutador manual 31 2 11 Interliga o dos diversos dispositivos de aquisi o 32 LISTA DE FIGURAS xi 2 12 Interliga o dos diversos dispositivos de actua o ls s 33 2 13 Diagrama explicativo do enquadramento do device driver para a placa ADC44D 37 2 14 Diagrama explicativo do enquadramento do device driver para a porta paralela 38 2 15 Janela principal do Interface grafico lll 40 2 16 Apresenta o gr fica do estado dos actuadores 004 40 2 17 Diagrama explicativo da interliga o dos diversos componentes de software 42 CERA ee ENS 78 E 2 Janela principal do interface a a 79 80 o RD Oe eae SE ws Ate So Pec A A 80 E 5 Apresenta o gr fica do estado dos actuadores ls 81 E 6 Janela de escolha dos gr ficos a a 81 E 7 Gr fico da evolu o dos valores simulados para a vari vel Temperatura 82 Lista de Tabelas A 3 Valores poss veis do argumento para o ioctl ADC44D DAC SCHAN A 4 Valores poss veis do argumento para o ioctl ADC44D ADC SMODE A 5 Valores poss veis do argumento para o ioctl ADC44D ADC SGAIN A 1 Numera o dos dispositivos e conven o de nomes para o driver bct adc 44d A 2 Valores poss veis do argumento para o ioctl ADC44D DAC ECHAN A 6 Listagem e fun o das control words do DIO a funcionar no Modo 0 C 1 Valores poss veis do argumento channels na fun o dac enabl
58. ooo 1 000 2 000 3000 4 000 5 000 6 000 7 000 8000 3000 1000 Tempo em minutos Figura E 7 Gr fico da evoluc o dos valores simulados para a vari vel Temperatura Bibliografia 1 R R do Carmo Junior O que hidroponia Online Available www terravista pt bilene 7810 oque htm 2 H Warehouse What is hydroponics Online Available http www hydroponics webcentral com au what default htm 3 M Schwarz Soilless Culture Management Springer Verlag 1995 4 P Howard M Resh Hydroponic Food Production 5th ed Woodbridge Press Publishing Company 1995 5 S Carruthers Hydroponic Gardening J Patrick Ed Lothian Books 1993 6 P Young M A Behzadi A Chotai and P Davis The modelling and control of nutrient film systems 7 ADC 44d Multi Function Analogue Input Output Card User Manual Blue Chip Technology Ltd Online Available http www bluechiptechnology co uk drivers ADC 44D user manual pdf 83 BIBLIOGRAFIA 84 8 Cabosul Gloss rio especifica es de termos t cnicos Online Available http www cabosul com br glossario glossario htm 9 82c55a chmos programmable peripheral interface Intel datasheet Online Available ftp download intel com design periphrl datashts 23125604 pdf 10 Sn541s06 sn74ls06 sn74ls16 hex inverter buffers drivers with open collector high voltage outputs Texas Instruments datasheet Online Ava
59. ores referem que este facto n o dificultou o desenho do sistema de controlo visto que a resposta do referido tanque ser r pida Os resultados das experi ncias demonstram que a absor o de nutrientes por parte das plantas baixo durante uma experi ncia consequentemente a estima o de r pouco sig nificativa Uma solu o proposta pelos autores passa por considerar tempos longos para as experi ncias no entanto no momento da elabora o do artigo ainda n o tinha sido aplicada Para a estima o de r os autores basearam se em literatura t cnica dispon vel de sistemas NFT onde indicado que a absor o de nutrientes est intimamente relacionada com a in tensidade da luz Os resultados obtidos para o ganho estimado em regime estacion rio est o muito pr ximos da unidade o que leva a propor que o ganho seja considerado mais baixo para tomar em conta as percas n o consideradas 1 3 Levantamento do sistema antigo Para a compreens o do funcionamento do sistema de rega foi feito um levantamento do mesmo Este sistema apresentava todas as caracter sticas do sistema NFT apresentado em 1 1 3 com a diferen a que no lugar de canais possuia sacos cheios de uma subst ncia inerte Esta diferen a n o imp s nenhum entrave no desenvolvimento do sistema de actua o e CAP TULO 1 INTRODU O 15 Qu BIEN Ligacoes Para as Bombas Figura 1 4 Circuito el ctrico do painel de controlo aquisic o dado que estes s
60. os os colegas de licenciatura e que trabalham no Centro de Sistemas Inteligentes um muito obrigado pela companhia e apoio nas horas de maior stress Finalmente um agradecimento especial a minha fam lia por sempre acreditarem em mim e por nunca me faltar nada durante o curso ndice 1 Introdu o 1 1 1 2 A hidroponia lt se e soe s sa coso mono kd PR DER e e ee 1 1 1 Vantagens e desvantagens llle 1 1 2 A solu o nutriente oaoa a 1 13 NFT Nutrient Film Technique 2 424 24 e444 a 1 1 4 Controlo hidrop nico euo sabe E e Rom Eod RR xo Rege Artigo relevante pras dich deste E deste Oe acd BORIS ae DUE eden 1 3 Levantamento do sistema antigo a llle 2 Implementa o 2 1 Implementa es de hardware oaoa llle 2 1 1 Placa de aquisi o de dados a ss pa a a E Yo x GE exo es I Ase Oe He ca RR RP M 2 e3 Die LL NEED EE ode How Bode xou ci is i a i d 2 15 Act ad res see s sece RAO E oboa a sebo kaa eih Eds gas 10 11 12 14 17 NDICE 2 L6 Sens res oque hn 4k Boe Bt DD wok E o Pee ee SE eds Se 2 1 7 Data logger ded ok Se ee GR RO K SEER OEE DEDE EE 2 1 8 Aquisi o do sinal de rega lll es a wh Beene Ee S Bred O8 A ered a ee an ee ee ae 2 1 10 Fonte de alimentacao 2 1 11 Altera o do sistema antigo 22 229 e 642684648 e084 sa 2 1 12 Interliga o dos diversos dispositivos iss
61. r como preocupa o principal o desenvolvimento de produtos livres de pol ticas Um driver deve realizar somente fun es b sicas de acesso ao dispositivo deixando as pol ticas e condicionalismos para as camadas superiores de software no espa o do utilizador A implementa o de pol ticas ao n vel Um dispositivo pode ser uma por o de hardware ou mesmo de software CAP TULO 2 IMPLEMENTA O 35 do driver arriscado dado que o driver realizado ao n vel do kernel e uma boa pol tica para um utilizador pode ser uma m pol tica para outro 19 Em Unix s o distinguidas tr s classe de dispositivos sendo estas e Character devices Podem ser acedidos como uma cadeia de caracteres como um ficheiro na directoria dev Os drivers para este tipo de dispositivos s o chamados de char drivers e normalmente implementam as System Calls open close write e read b e Block devices Como os character devices s o acedidos por n s do sistema de ficheiros na directoria dev Este tipo de dispositivos diferem dos character devices na gest o interna feita pelo kernel sendo somente acedidos em m ltiplos de um bloco normalmente um bloco um kilobyte ou outra pot ncia de dois Um dispositivo deste tipo pode alojar um sistema de ficheiros fazendo parte desta classe por exemplo os discos r gidos drives de cdroms e drives de disk
62. ro do canal dac enable channels dac channels Esta fun o define quais os canais do DAC que s o activados O par metro channel pode assumir um dos valores listados na Tabela C 1 Tabela C 1 Valores poss veis do argumento channels na fun o dac enable channels Valor Canais activos 0 Nenhum 1 0 2 1 3 0el 4 2 5 0e2 6 le2 7 0 1 2 8 3 9 0e3 10 le3 11 0 1e3 12 2e3 13 0 2e3 14 1 2e3 15 Todos dac ref on dac Esta fun o activa o DAC ANEXO C 69 dac ref off dac Esta fun o desactiva o DAC dac write dac value Esta fun o limita se a escrever value para o registo de dados do DAC servindo como fun o de base para outras fun es Caso se queira escrever correctamente para o DAC deve se usar a fun o dac send dac channel value dac send dac channel value Esta fun o implementa todos os passos necess rios a uma correcta actualiza o do canal channel escolhido Esta usa a fun o dac write dac value para escrever para o registo de dados do DAC value deve conter um inteiro entre 0 correspondente a uma tens o de sa da de 10 V e 4095 correspondente a uma tens o de sa da de 10 V C 3 4 M dulo adc44d dio Caso n o seja dito nada em contr rio sempre levantada a excep o DIO IOERR em caso de erro nas fun es descritas abaixo dio dio open Esta fun o abre o n no sistema de f
63. s dispositivos foram adquiridos juntamente com o data logger sub sec o 2 1 7 e s o fabricados pelo fa bricante Environdata Australia Pty Ltd Este sensores fornecem sa da uma onda quadrada onde a grandeza f sica medida proporcional frequ ncia da onda CAP TULO 2 IMPLEMENTA O 27 Figura 2 8 Diagrama de blocos do data logger 2 1 7 Data logger Para a aquisi o de dados dos sensores foi usado um data logger Easidata MK 4 16CH do mesmo fabricante dos sensores O diagrama de blocos deste deste aparelho mostrado na Figura 2 8 Este data logger possui 16 canais e acumula o sinal de cada sensor durante um per odo de um minuto calculando um valor m dio de cada grandeza medida Estes valores s o usados para extrair valores m dios m ximos m nimos e totais durante longos per odos de tempo A frequ ncia e o tipo de dados a armazenar s o determinados pelo software a correr na PROGRAM AREA Fig 2 8 Ap s a fase de aquisi o e tratamento os dados s o armazenados numa das 4 mem rias sendo posteriormente usado o sistema de comunica o para fazer a transfer ncia os dados para um PC ou para qualquer dispositivo que possua um interface s rie 13 CAP TULO 2 IMPLEMENTA O 28 2 1 8 Aquisi o do sinal de rega O sistema de controlo da solu o nutriente s deve actuar quando a etapa de rega se inicia Para se determinar o tempo de ac o do
64. s em 3 que o sistema de actua o e aquisi o funcionam na pr tica demonstrando a validade do trabalho Para trabalho futuro ap s instala o dos canais de nutrientes na estufa da Universidade segue se a implementa o e teste do equipamento Seguindo se finalmente a modela o dos canais e o desenvolvimento de um algoritmo de controlo 45 Anexo A bct adc 44d Manual do utilizador C sar A D Teixeira amp Pedro Fras o Centro de Sistemas Inteligentes Faculdade de Ci ncias e Tecnologia Universidade do Algarve Campus de Gambelas 8000 Faro Resumo O m dulo para o Linux Kernel bct adc 44d o permite o acesso placa de aquisi o de dados Blue Chip Technology ADC 44D S o permitidos o acesso e controlo do DAC 46 ANEXO A 47 ADC e DIO O controlo dos timers n o permitido at ao momento A 1 Introdu o O m dulo bct adc 44d o um character device driver que permite o suporte da placa de aquisi o de dados Blue Chip Technology ADC 44D por parte do Linux Kernel A documenta o desta placa pode ser consultada em 7 As convers es anal gicas e digitais s o feitas sobre controlo I O n o sendo at ao momento suportado o controlo atrav s de DMA ou interrup es A 2 Instala o do driver A 2 1 Pr requisitos Para instalar o driver necess rio e uma placa de aquisi o de dados Blue Chip Technology ADCAAD para o barra mento ISA o ficheiro bet adc
65. so do m dulo T D 3 1 fd ctparport open D 3 2 ctparport close ctpar fd D 3 3 ctpar enable int fd D 3 4 ctpar disable int fd D 3 5 statusscipar get imt sbat Ed ace doce eh eb ew Rye D 3 6 val ctparport read sel fdint flag ll lln D 3 7 ctparport write fd value Anexo E viii 62 63 63 63 64 67 69 72 73 73 73 73 74 74 74 74 74 75 75 75 76 NDICE ix EL SN seres PELES DA 4E EA ub DDD ee ee oe a TT E 2 Uso do interface 222 ss 77 112 1 Pr requisitos x mae ha ae sa E MEDE RE wu den 77 E 2 2 Como por interface a funcionar 229 do o oro o RE Ron 78 E 2 3 Como utilizar o interface a 24 646824 44 0e8 X RE ad 79 Lista de Figuras p Se Hob ag e did 3 PDP a eode uid ed 8 ead ih WU A web SS d 10 de RR LE AIR gd PRI ay BR ena 15 T 18 2 2 Pinos do DIO e respectiva fun o a oa a 19 2 3 Layout do bloco terminal em placa de circuito impresso 21 2 4 Layout do circuito para os drivers TTL em placa de circuito impresso 22 2 5 Placa de suporte para os m dulos opto acoplados 23 2 6 Layout do circuito para o rel de estado s lido em placa de circuito impresso 25 2 7 Disposi o dos sensores no sistema de rega 22s 26 2 8 Diagrama de blocos do data logger a len 27 Ea piegi 29 2 10 Diagrama do painel incluindo o c
66. stema de ficheiros DAC 1 dev adc44d dac ADC 2 dev adc44d adc DIO 3 dev adc44d dio mindo a sequ ncia de comandos para criar os diversos n s no sistema de ficheiros mknod dev adc44d dac c 60 1 mknod dev adc44d adc c 60 2 mknod dev adc44d dio c 60 3 Os n s criados s podem ser acedidos pelo utilizador root Caso se queira dar privil gios a outros utilizadores tem que se utilizar o comando chmod A 4 Acesso dos programas do utilizador ao dispositivo Os programas do utilizador comunicam atrav s de simples opera es de I O usando as primitivas do SO Os n meros nos intervalos 60 63 120 127 e 240 254 podem da mesma forma ser usados para uso local ANEXO A 50 A 4 1 read Esta primitiva pode ser usada sobre o n correspondente ao DIO e ao ADC O valor de size t count deve ser 3 bytes no caso do DIO e 2 bytes no caso do ADC Caso contr rio a opera o de leitura n o tem efeito e retornado 0 A 4 2 write Esta primitiva pode ser usada sobre o DAC e DIO sendo o valor do par metro size t count 2 e 3 bytes respectivamente Caso o valor deste par metro n o seja o correcto a opera o de escrita n o tem efeito sendo retornado EMSGSIZE A 4 3 ioctl Nota Para usar a primitiva ioctl necess rio incluir a biblioteca bct adc 44d h Os ioctl s definidos e sua opera o encontram se listados abaixo um terceiro argumento necess rio caso s
67. tenha sido definido um IRQ no momento da inser o do m dulo no Kernel e CTPARPORT INT OFF desactiva a interrup o para a porta paralela e CTPARPORT GET INT BIT devolve o estado da interrup o 0 Desactivada ou 1 Activa B 4 4 open e close A primitiva open devolve um descritor que corresponde a um dispositivo aberto Para este dispositivo temos fd open dev ctparport w Este descritor usado pelas restantes primitivas para actuarem sobre o dispositivo ANEXO B 60 A primitiva close fecha um dispositivo aberto atrav s do descritor correspondente ex close fd Anexo C C digo de Alto N vel para a placa ADC44D Manual do utilizador C sar A D Teixeira Centro de Sistemas Inteligentes Faculdade de Ci ncias e Tecnologia Universidade do Algarve Campus de Gambelas 8000 Faro Resumo Neste manual de utilizador apresentado um conjunto de m dulos Python que fazem inter face com o driver bct adc A44d Este conjunto de m dulos permitem o controlo da placa 61 ANEXO C 62 de aquisi o de dados a partir de programas escritos em Python C 1 Introdu o O C digo de Alto N vel para a placa ADC44D composto por um conjunto de m dulos Existindo um m dulo para cada dispositivo DAC ADC e DIO Al m destes existe ainda um m dulo geral que permite realizar um reset completo placa Estes m dulos usam as primitivas do SO e implementam os condicional
68. tre 6 e 7 ou seja uma solu o pouco cida Estes va lores surgem pelo facto da absor o dos nutrientes ser optimizada neste intervalo de valores A absor o de mangan sio cobre zinco e especialmente ferro reduzida a valores altos do pH Por outro lado a valores baixos de pH existe uma pequena baixa na absor o de f sforo pot ssio c lcio e magn sio As ideias anteriormente expostas podem ser sumariadas pela Figura 4 O pH da solu o varia com a luz e temperatura ao longo do dia A fotoss ntese intensa durante as horas de luz provoca um aumento do pH por outro lado ao anoitecer quando a fotoss ntese diminui a respira o intensa causa uma diminui o do pH Um correcto controlo desta vari vel permite que ela se mantenha dentro dos valores reco mendados compensando as flutua es anteriormente referidas Este controlo feito pela adi o de uma concentra o dilu da de cido fosf rico ou n trico diminui o do pH ou pela CAP TULO 1 INTRODU O Fortemente cido Fortemente b sico 6 Intervalo ptimo 7 Figura 1 2 Rela o entre o pH do solo e a absor o de nutrientes CAP TULO 1 INTRODU O 9 adi o de uma solu o dilu da de hidr xido de pot ssio aumento do pH 5 Condutividade el ctrica A condutividade el ctrica uma medida da facilidade de condu o de corrente el ctrica numa solu o aquosa Esta est proporcionalmente relac
69. utrient Film Technique apresentado na sec o e no qual se baseou este projecto Multiple Input Multiple Output CAP TULO 1 INTRODU O 4 Nas sec es seguintes deste cap tulo introdut rio s o introduzidos os conceitos b sicos no que respeita a hidroponia sendo tamb m apresentado o sistema antes da actualiza o e o resumo de um artigo no qual se pretende basear no futuro a modela o do comportamento da solu o nutriente nos canais No cap tulo 2 deste relat rio s o apresentadas as implementa es realizadas quer ao n vel de software quer ao n vel de hardware Segue no cap tulo 3 a descri o dos resultados obtidos e finalmente no cap tulo 4 s o apresentadas as conclus es respectivas sendo tamb m indicadas sugest es para trabalho futuro 1 1 A hidroponia A hidroponia um sistema de cultivo dentro ou fora de estufas onde as plantas n o crescem fixadas ao solo Os nutrientes que a planta precisa para seu desenvolvimento e produ o s o fornecidos so mente por gua 1 2 Neste tipo de cultivo as plantas s o colocadas em canais ou em recipientes onde uma solu o nutriente introduzida podendo as ra zes das plantas estar ou n o envolvidas num meio inerte Em 8 s o descritos cinco m todos de cultura hidrop nica usados comercialmente cultura em areia cultura em rockwool cultura em cascalho NFT Nutrient Film Technique e cultura em saco Neste relat rio ser apenas

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