NEPEM REGEN | Precision Environmental Control

Sistema de Controle Estocástico para Experimentação em Melhoramento de Linhaça (Linum usitatissimum)

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📌 Visão Geral

O REGEN (Regulação de Geração Ambiental) é um núcleo de controle em tempo real projetado especificamente para o NEPEM/UFSC. Diferente de controladores comerciais genéricos, o REGEN utiliza Edge Analytics para calcular variáveis fisiológicas críticas, como o VPD (Déficit de Pressão de Vapor), garantindo que o cultivo de linhaça opere em sua zona de máxima eficiência fotossintética.

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🧬 Lógica de Controle Avançada

1. Dinâmica Hídrica (Anti-Overshooting)

O sistema implementa uma Máquina de Estados Não-Bloqueante para gerenciar a inércia hídrica do substrato.

• Threshold de Ativação: $U_{solo} < 50%$.
• Estratégia: Injeção de volume quantizado por pulso temporal.
• Lockdown Period: Bloqueio de re-irrigação baseado no Lag-Time de infiltração calibrado.

2. Algoritmo Termodinâmico (VPD Analytics)

Cálculo local em tempo real utilizando a equação de saturação de vapor de Tetens:

$$e_s = 0.6108 \cdot \exp\left(\frac{17.27 \cdot T}{T + 237.3}\right)$$ $$VPD = e_s \cdot (1 - \frac{UR}{100})$$

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🛠️ Especificações de Hardware (BOM)

Componente	Especificação Técnica	Função
MCU	ESP32-WROOM-32 (Xtensa LX6)	Core de processamento e RTOS
Sensor de Ambiente	Adafruit SHT31-D (I2C)	Termodinâmica de alta precisão
Sensores de Solo	2x Sondas Capacitivas V2.0	Umidade Volumétrica (VWC)
Gestão de Energia	UPS 18650 Power Path	Backup de 5V ininterrupto (No-Break)
Atuadores	Relés Optoacoplados 5V	Isolação Galvânica de Cargas
Interface USB	Chip CH9102X	Comunicação Serial

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📂 Estrutura do Projeto (ESP-IDF Standard)

nepem-regen/
├── CMakeLists.txt          # Configuração global do projeto
├── partitions.csv          # Tabela de partições (NVS, App, LittleFS)
├── main/
│   ├── main.cpp            # Entry point (app_main) e loop principal
│   ├── CMakeLists.txt      # Registro de fontes e dependências
│   ├── sensors.hpp         # Abstração de I2C, ADC e filtros EMA
│   └── control_logic.cpp   # Algoritmos de Irrigação e cálculos de VPD
├── components/             # Drivers específicos (SHT31, MQTT)
└── sdkconfig               # Definições do FreeRTOS e WPA2-Enterprise

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🔌 Pinout & Conectividade

Pino ESP32	Função	Direção	Protocolo
GPIO 21	SDA (SHT31-D)	I/O	I2C
GPIO 22	SCL (SHT31-D)	O	I2C
GPIO 34	Sensor Solo 01	I	ADC (Analog)
GPIO 32	Detecção AC (UPS)	I	Digital
GPIO 26	Relé Bomba	O	Digital
GPIO 27	Relé Ventilador	O	Digital

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📊 Protocolo de Telemetria (CSV Layout)

Os dados são transmitidos via UART (115200 bauds) para captura e análise em Python/R:

TIMESTAMP;EVENT_TYPE;T_AIR;RH_AIR;VPD;SOIL_MOIST;POWER_SRC

Exemplo: 1714135200;LOG_PERIODIC;24.5;65.0;1.05;55.2;AC_POWER

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🚀 Deployment Científico

Configuração de Ambiente

. $HOME/esp/esp-idf/export.sh
idf.py set-target esp32

Autenticação Eduroam

Acesse idf.py menuconfig -> Component config -> Wi-Fi e configure as identidades EAP-PEAP (Credenciais IdUFSC).

Compilação e Flash

idf.py build flash monitor

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⚠️ Integridade Estrutural & Segurança

• Failsafe Operacional: Caso o sensor SHT31 falhe, o sistema força a ventilação para mitigar picos térmicos.
• Proteção Elétrica: Uso obrigatório de diodos de flyback (ex: 1N4007) em paralelo com as bobinas dos relés para suprimir EMI.
• Power Awareness: O firmware monitora a transição para modo bateria para ajustar a taxa de amostragem.

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🤝 Créditos & Institucional

NEPEM - Núcleo de Estudos e Pesquisa em Experimentação e Melhoramento Vegetal CCA - Centro de Ciências Agrárias | UFSC

Líder de Desenvolvimento: Matheus Lopes Machado
Orientação: Laboratório de Melhoramento Vegetal.

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Este software é fornecido 'as-is' para fins estritamente acadêmicos e de pesquisa científica.