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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/28761| Título: | Estudo de uma solução para monitoramento remoto da umidade de solo por meio da tecnologia FRID e sensores capacitivos |
| Título(s) alternativo(s): | Study of a solution for remote monitoring of soil moisture through rfid technology and capacitive sensors |
| Autor(es): | Castilho, Leonardo Henrique dos Santos |
| Orientador(es): | Pichorim, Sérgio Francisco |
| Palavras-chave: | Solos - Umidade - Medição Sistemas de identificação por radiofrequência Sensores Deslizamentos (Geologia) Agricultura de precisão Método de reflexão sísmica - Processamento de dados Soil moisture - Measurement Radio frequency identification systems Sensors Landslides Precision farming Seismic reflection method - Data processing |
| Data do documento: | 11-Mar-2022 |
| Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| Câmpus: | Curitiba |
| Citação: | CASTILHO, Leonardo Henrique dos Santos. Estudo de uma solução para monitoramento remoto da umidade de solo por meio da tecnologia RFID e sensores capacitivos. 2022. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica e Informática Industrial) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2022. |
| Resumo: | A análise da umidade do solo tem sido cada vez mais necessária na agricultura de precisão bem como na mitigação de riscos de deslizamento de terra. Desta forma, o uso de sensores capacitivos combinado à tecnologia RFID demonstra ser uma ótima alternativa para a leitura remota da umidade do solo. Desta forma, este trabalho explora as características e funcionalidades de uma solução com este arranjo, focado em duas abordagens principais, uma envolvendo o estudo de reflexões RF no âmbito do RFID, e outra relacionada ao estudo da sensibilidade dos sensores de umidade considerando a influência de duas variáveis intrínsecas do solo: temperatura e pH. Desta maneira, ensaios realizados com as tags posicionadas em diferentes alturas (1,4 e 1,7 metros) e distâncias (0,4 a 8 metros) mostram como a propagação do sinal de transmissão pode ser complexa e como as reflexões dos sinais podem produzir resultados construtivos e destrutivos na potência de recepção. Ainda nesse contexto, uma comparação dos dados coletados por um analisador de espectro com simulações usando o modelo Dieletryc Canyon foi apresentada como um caso de estudo para prever a perda de potência do sinal em função da distância entre as antenas de transmissão e recepção, considerando ambientes com quatro reflexões (duas paredes, teto e solo) e apenas uma reflexão (solo). No âmbito dos sensores capacitivos interdigitais, demonstrou-se nos resultados uma alta sensibilidade à temperatura para solo úmido e baixa para solo seco, justificada pela influência da temperatura na permissibilidade elétrica da água. Em contrapartida, no experimento de pH, o sensor capacitivo inserido em soluções de pH 4,0, 7,0 e 10 por 60 minutos demonstrou insensibilidade para todas elas. Já nos experimentos de umidade, foram realizados ensaios preliminares que demonstraram coeficientes de determinação (R²) maiores que 0,9, e em ambiente externo, onde foi possível mostrar a sensibilidade do sensor aos fluxos internos de água no solo. Por fim, no tópico de conclusão, são discutidos os resultados obtidos neste trabalho e aspectos correlatos ao RFID, como distância máxima de leitura, vida útil das baterias e os limites do modelo Dieletryc Canyon apresentado, assim como algumas vantagens e desvantagens no uso dos sensores capacitivos interdigitais considerando a influência da temperatura para medir a umidade do solo, e novas possíveis ramificações para este trabalho. |
| Abstract: | Due to requirements in several contexts like precision agriculture and landslide risk mitigation, soil moisture analysis has been increasingly necessary. In this context, capacitive sensors combined with RFID can be an enforceable alternative to read soil moisture remotely. Hence, this work explores some functionalities aspects of this arrangement, focused on two main study objects, the reflections in RF propagation using RFID and the sensibility of the sensors for moisture considering the influence of two intrinsic soil variables: temperature and pH. Experiments with tags at different heights (1.4 and 1.7 meters) and distances (0.4 until 8 meters) show how transmitting signal propagation can be complex and how signal reflections can produce constructive and destructive results in signal power reception. In the same way, a comparison was presented with data collected by a spectrum analyzer with simulations using the Dieletryc Canyon model as a case of study to predict signal power loss as a function of the distance between transmit and receive antennas, considering environments with four reflections (two walls, top, and ground) and only one reflection (ground). In the case of the interdigital capacitive sensor, a high sensibility to temperature for moisture soils and low for dry soil was demonstrated in results, justified due to the temperature influence in electrical permissibility of water (a concept introduced in the fundamentals topic of this work). In the pH experiment, the capacitive sensor inserted in 4, 7, and 10 pH solutions for 60 minutes demonstrated insensibility for all of them. At moisture experiments, preliminary tests revealed more than 0.9 R² determination coefficients, and at external environment, experimentations with a duration of 10 and 30 days show the sensor sensibility to internal water fluxes in the soil. Finally, at the conclusion topic, results obtained in this work and related RFID aspects as maximum read distance, batteries lifetime, and the limits of the presented Dieletryc Canyon model are discussed, in the same way as some advantages and disadvantages on the use of interdigital capacitive sensors with the influence of temperature to measure soil moisture, and new possibly ramification works interdigital capacitive sensors considering temperature effects to measure soil moisture, and further possible ramification works. |
| URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/28761 |
| Aparece nas coleções: | CT - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrial |
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