FACULDADE DE ENGENHARIA DA UNIVERSIDADE DO PORTO Low Energy Communication Network For Control And Supervision Of Hydroponic Farms João Raúl Rodrigues da Silva Lima WORKING VERSION MestradoIntegradoemEngenhariaEletrotécnicaedeComputadores Supervisor: MáriodeSousa Co-Supervisor: CarlosResende July5,2015 (cid:13)c JoãoRaúlRodriguesdaSilvaLima,2015 Resumo Estima-se que até 2050 a necessidade mundial de cereal cresça 51% em comparação ao valor registado em 2000. Este crescimento pode não ser cumprido devido ao facto da área de cultivo da agricultura tradicional estar continuamente a diminuir por causa da ocupação humana ou pela erosãodossolosdevidoaousodepesticidaseexploraçãoderecursosnaturais. Destaforma,uma possível solução para garantir esta previsão é o uso da agricultura hidropônica. No entanto, este tipo de agricultura tem um custo inicial muito elevado o que, muitas das vezes, torna difícil a instalaçãodeumsistemahidropônico. Combasenesteproblema,aFraunhoferAICOSapresentacomoideiaumsistemahidropônico, constituídoporsensoresquecomunicamentresi,abaixocustoedefácilinstalação. Surgeassim o foco desta tese, propor e desenvolver uma rede de sensores. Nesta proposta é apresentada a arquiteturaeacomunicaçãodaredetalcomoohardware, ofirmwareeoconsumoenergéticode cadaelementodarede. i ii Abstract Itisestimatedthatby2050theworldcerealneedwillgrow51%comparedtothevaluerecorded in 2000. This growth might not be met due to the fact that the cultivation area of the traditional agricultureiscontinuouslydecreasingbecauseofhumanoccupationorbysoilerosionduetothe useofpesticidesandexploitationofnaturalresources. Thisway,apossiblesolutiontoensurethis forecast is the use of hydroponic agriculture. However, this kind of agriculture has a very high initialcost,thatoftenmakesitdifficulttoinstallahydroponicsystem. Basedonthisproblem,theFraunhoferAICOSpresentstheideaofahydroponicsystem,con- stitutedbysensorsthatcommunicatewitheachother,atalowcostandofeasyinstallation. Thus arises the focus of this thesis, propose and develop a network of sensors. In this proposal is pre- sented the architecture and the communication of the network such as hardware, firmware and energyconsumptionofeachelementofthenetwork. iii iv Agradecimentos Estadissertaçãosimbolizaaconclusãodecincosanosdeesforço,aprendizagemeambição,como tambémoiníciodeumanovaetapa. Aolongodestescincoanos,deumaformaoudeoutramuitos contribuíramparaminhaformaçãoacadémicaeparaomeucrescimentopessoal. Umadaspessoas quemaiscontribuiufoiaDianaRibas. Atiqueroagradecertodooapoio,paciência,amizade,amoremotivaçãoquesempremedestenos momentosdifíceisdestatese. Em seguida quero agradecer aos meus amigos, que conheci na FEUP, em especial ao André Oliveira, Duarte Silva e Pedro Medeiros. Agradecer-vos por todo apoio e amizade que me de- ramduranteanossapassagempelaFEUP. Por último quero agradecer ao meu orientador, Engenheiro Mário de Sousa, pela grande ajuda e disponibilidade concedida e também a toda a equipa da Fraunhofer, em particular ao meu co- orientador, Engenheiro Carlos Resende, pelo apoio que foi prestado e pelas condições propor- cionadas. JoãoRaúlRodriguesdaSilvaLima v vi ”Onlypassions,greatpassions,canelevatethesoultogreatthings” DenisDiderot vii viii