Development and calibration of a prototype soil moisture sensor for application in irrigation systems

The importance of water in agriculture for the success of crops is unquestionable. In the present times, irrigation has become a strategic tool for the success of productions. Among other benefits is the possibility of planting between harvests, which makes it possible to improve the utilization of the agricultural area. Higher productivity can also be achieved through the artificial use of water to the crops. However, a balance must be struck between the interests of production and the socio-environmental criteria. Also, the availability of water in excess can lead to damages, causing the proliferation of fungi and bacteria, and the possible rotting of the roots. In this way, irrigation of crops should demand efficient controls of soil water content, emphasizing the rational and ecologically sustainable use of the natural resources involved. It is known that there are several soil moisture sensors that are able to obtain the water content in the soil, and that can aid in the control of water use. However, the high costs of quality sensors continue to be a barrier to the implantation in crops of small producers, due to their fragile purchasing power. Motivated by this, this work sought to develop a prototype sensor that would allow the measurement of soil moisture, and the main premise would be the low cost. For this, it was necessary to carry out the calibration of the prototype, from simultaneous readings between the same and the reference equipment, the professional sensor Watermark model 200SS-5. Of accessory form, the prototype was designed to communicate with external platforms, possibiliting the integration and real-time monitoring. For the database the data were transmitted through the wireless technology of the ESP8266-12E microcontroller (NodeMCU board). Two platforms were used, the ThingSpeak, as well a another developed by this author for the specific purpose of integration with the prototype. The cost for the prototype development corresponded to 4.2% of the value corresponding to the Watermark sensor, having additional characteristics compared to the reference equipment, the such as communication with external means and the easy integration with automated irrigation systems.A importância da água na agricultura para o sucesso das lavouras é inquestionável. Nos tempos atuais, a irrigação tornou-se ferramenta estratégica para o sucesso das produções. Dentre outros benefícios, está a possibilidade de plantio de entre safras, o que possibilita melhorar o aproveitamento da área agrícola. Uma maior produtividade também pode ser alcançada por meio do uso artificial de condução de água às lavouras. No entanto, deve-se buscar o equilíbrio entre os interesses da produção com os critérios socioambientais. Outrossim, a disponibilização de água em excesso pode acarretar prejuízos, causando a proliferação de fungos e bactérias, e do possível apodrecimento das raízes. Desta forma, a irrigação de lavouras deve demandar controles eficientes do conteúdo de água no solo, primando pelo uso racional e ecologicamente sustentável dos recursos naturais envolvidos. É sabido que existem diversos sensores de umidade do solo que são capazes de obter o teor de água no solo, e que podem auxiliar no controle do uso da água. No entanto, os altos custos dos sensores de qualidade continuam sendo uma barreira para a implantação em lavouras de pequenos produtores, devido aos seus frágeis poderes aquisitivos. Motivado por isso, este trabalho buscou desenvolver um protótipo de sensor que possibilitasse a aferição da umidade do solo, sendo que a premissa principal seria o baixo custo. Para isso foi necessário realizar a calibração do protótipo, a partir de leituras simultâneas entre o mesmo e o equipamento de referência, o sensor profissional Watermark modelo 200SS-5. De forma acessória, o protótipo foi projetado para comunicar-se com plataformas externas, afim de possibilitar a integração e o monitoramento em tempo real. Os dados foram transmitidos para o banco de dados por intermédio da tecnologia wireless do microcontrolador ESP8266-12E (placa NodeMCU). Duas plataformas foram utilizadas, a ThingSpeak, bem como outra desenvolvida por este autor para o específico fim de integração com o protótipo. O custo para o desenvolvimento do protótipo correspondeu a 4,2% do valor correspondente ao sensor Watermark, possuindo características adicionais em comparação ao equipamento de referência, como a comunicação com meios externos e a fácil integração com sistemas de irrigação automatizada