Estação de Monitoramento Climático para Horta Marciana
Description
## Descrição da Pesquisa: Hipótese, Coleta, Resultados e Interpretação ### Hipótese A hipótese central é que uma estação meteorológica autônoma de baixo custo, construída com Arduino e sensores DHT22 e LDR, pode monitorar de forma confiável temperatura, umidade e luminosidade em uma horta escolar que simula condições marcianas, fornecendo dados com precisão suficiente para fins educacionais. O sistema deve ser replicável em escolas públicas com custo inferior a R$ 100,00 e os dados devem revelar padrões diurnos consistentes com princípios termodinâmicos básicos. ### Coleta de Dados O firmware do Arduino, escrito em Wiring, realiza leituras a cada 60 segundos utilizando a função `millis()` como referência temporal. Leituras inválidas (`isnan`) são descartadas. Cada dado válido é formatado como CSV contendo: número da leitura, tempo decorrido (minutos), temperatura (°C), umidade (%) e luminosidade (0–1023). No computador, um script em lote (.bat) com PowerShell abre a porta serial (9600 baud) e insere um carimbo de data/hora real em cada linha antes de salvar em CSV, eliminando a necessidade de um módulo RTC no Arduino e garantindo referência temporal absoluta. O sistema gera também um arquivo de log com os horários de início e fim da captura. ### Resultados Testes preliminares em dias ensolarados revelaram ciclos diurnos consistentes: - Temperatura: sobe pela manhã (22–24 °C), atinge pico ao meio-dia (32–34 °C) e declina à tarde. - Umidade: padrão inverso, de 75–80 % pela manhã para 45–50 % no pico térmico. - Luminosidade: máxima (800–850) próxima ao meio-dia solar. O sensor DHT22 apresentou desvio médio de ±0,4 °C e ±2,1 % de umidade em relação a um termo-higrômetro de referência. O sistema capturou eventos transientes como passagem de nuvens e evaporação do orvalho matinal. O custo total dos componentes foi de R$ 96,50. ### Interpretação e Uso dos Dados Os dados podem ser utilizados para: - **Ensino de Física:** gráficos de temperatura vs. tempo e luminosidade vs. temperatura ilustram transferência de calor, equilíbrio térmico e efeito estufa. - **Educação ambiental:** curvas diurnas permitem correlacionar dados com cobertura de nuvens, vento e variações sazonais. - **Horta marciana simulada:** comparação com condições ideais de cultivo permite avaliar e mitigar estresses térmicos/hídricos. - **Análise de dados:** arquivos CSV podem ser importados para planilhas ou Python/R para cálculos de médias, desvios e correlações. Para utilizar, basta abrir o CSV em qualquer planilha, criar gráficos de séries temporais, comparar diferentes dias e expandir o sistema com sensores adicionais (umidade do solo, pressão, CO₂). Este projeto integra física, programação e ciências ambientais, capacitando os alunos como investigadores ativos.
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Steps to reproduce
## Procedimento Metodológico e Protocolo para Reprodução Para assegurar a reprodutibilidade da pesquisa, descrevemos abaixo os procedimentos adotados na coleta dos dados, incluindo instrumentos, softwares e fluxos de trabalho. ### 1. Instrumentos e Materiais - **Placa microcontroladora:** Arduino Uno Rev3 (alimentado via USB). - **Sensores:** - DHT22 (temperatura e umidade) – faixa de -40 a 80 °C, precisão ±0,5 °C. - LDR (Light Dependent Resistor) – Sulfeto de Cádmio (CdS) para luminosidade. - **Componentes auxiliares:** Resistor de 10 kΩ (divisor de tensão), protoboard 400 pontos, jumpers macho-macho, cabo USB tipo A-B. - **Computador:** Windows 10 ou superior, com porta USB disponível. ### 2. Montagem do Circuito (Hardware) 1. **DHT22:** - VCC → 5V do Arduino. - GND → GND do Arduino. - DATA → pino digital 2 (com resistor pull-up interno ativado via software). 2. **LDR:** - Terminal A → 5V do Arduino. - Terminal B → pino analógico A0 e simultaneamente a um terminal do resistor de 10 kΩ. - Outro terminal do resistor → GND do Arduino. ### 3. Configuração do Firmware (Arduino) - **Ambiente de desenvolvimento:** Arduino IDE (versão 2.x) ou plataforma compatível (PlatformIO). - **Bibliotecas necessárias:** - `DHT sensor library` (Adafruit) – disponível no Gerenciador de Bibliotecas da IDE. - **Procedimento de upload:** 1. Abra o arquivo `estacao_meteorologica.ino` (disponível na pasta `/firmware`). 2. Selecione a placa `Arduino Uno` e a porta COM correta. 3. Compile e faça o upload. 4. Abra o Monitor Serial (9600 baud) para verificar se as leituras estão sendo transmitidas. ### 4. Captura e Registro dos Dados (Computador) - **Script de automação:** `captura_dados.bat` (disponível na pasta `/scripts`). - **Fluxo de execução:** 1. Conecte o Arduino ao computador via USB. 2. Identifique a porta serial atribuída (ex.: COM3, COM14) no Gerenciador de Dispositivos. 3. Edite o arquivo `.bat` e ajuste a variável `PORTA` para o valor identificado: ```batch set "PORTA=COM14"