Equipa:	Grupo 02: Gabriel Santos (Coord.) , Tiago Lima , João Braz , João Ribeiro , André Brandão
Empresa:	Sinuta S.A.
Orientadores:	Arnaldo Oliveira (DETI) Ricardo Correia (Sinuta S.A.) Diogo Matos (Sinuta S.A.)

Os incêndios florestais fustigam o mundo e, em particular o nosso país, provocando diversos efeitos nefastos. Assim, é necessário que estes sejam detetados o mais rapidamente possível para que a intervenção seja feita o mais próximo da deflagração do mesmo. Este projeto é uma rede de sensorização da floresta com recurso a um sistema autónomo energeticamente e de custo reduzido para que, em caso de perigo iminente de incêndio, o seu combate seja mais fácil pelas entidades competentes.

Desafio

Em Portugal, em agosto de 2022, a área ardida devido aos incêndios desse ano ultrapassava os 100 mil hectares, segundo os dados do ICNF. Esta área corresponde a 10 vezes a região de Lisboa. Mitigar o constante perigo de incêndios é de extrema importância em Portugal. É neste contexto que surge este projeto, consistindo numa rede de sensores LoRa para monitorização de incêndios florestais.

O produto desenvolvido tem como objetivo detetar e localizar incêndios para que estes sejam controlados e extintos o mais rapidamente possível. O tempo que um incêndio demora a ser detetado tem influência no seu desenvolvimento. A deteção de um incêndio em fase de pré-aquecimento, isto é, na fase em que os gases libertados podem ser detetados por sensores, facilita e diminui o tempo de reação dos meios de combate. Com o conhecimento da localização precisa do incêndio, os meios de combate facilmente direcionam as suas forças para o local do mesmo. Complementando estes serviços, o sistema ajuda na prevenção de incêndios pois monitoriza a temperatura e a humidade, permitindo identificar as zonas de maior perigo.

Alcançados estes objetivos, são reduzidos os custos económicos, são preservados ecossistemas ambientais, é atenuado o risco de seca e são salvaguardadas vidas humanas e animais.

É apresentado de seguida o esquema geral do projeto:

Resultados

O sistema desenvolvido é constituído por uma rede de unidades de sensorização, um concentrador, uma gateway e um servidor que permite comunicar com uma entidade exterior ao sistema. Os sensores detetam gás, temperatura, pressão atmosférica, altitude e humidade.

As unidades de sensorização e os concentradores que estarão espalhados pela floresta são módulos autónomos do ponto de vista energético. A alimentação é obtida através de energia solar recolhida por um painel solar que foi dimensionado considerando os casos máximos de utilização. A energia elétrica fornecida pelo painel solar é gerida por um controlador de carga que encaminha a mesma para a bateria e para os restantes módulos do sistema.

A unidade de sensorização comunica os dados recolhidos com um concentrador através de comunicação LoRa. O concentrador, por sua vez, comunica estes dados e a própria localização (uma vez que possui um módulo GPS), através de comunicação LoRa para a gateway.

Por fim, num servidor (raspberry Pi), está instalado o chirpstack (ferramenta para gestão de gateways LoRaWAN) e o Nodered (ferramenta para a interligação do hardware com a dashboard). Neste é feita a receção, por MQTT, através do LoRa Packet Forwarder e de uma Gateway Bridge, dos dados provenientes da gateway. De igual modo, no flow realizado no Nodered, estão também presentes as funções de decisão de deteção de incêndio, através da variação da resistência do gás do ar, e de design da dashboard, que é apresentada ao utilizador final do projeto.

É apresentado de seguida o diagrama de blocos do projeto:

Mais informação

Nesta secção iremos entrar maior detalhe sobre a constituição do nosso trabalho.

Depois de desenvolvidos o firmware para os dois módulos, tivemos, em testes, os seguintes dados provenientes do sensor e do GPS, respetivamente:

De seguida, com as unidades do sistema já totalmente funcionais, foram desenhadas duas caixas para se colocarem os circuitos dos protótipos, gateway e unidade de sensorização, bem como os painéis solares. As caixas foram desenhadas usando o sofware FUSION 360. Estes modelos foram desenhados de forma a terem uma boa rigidez, uma área de encaixe para a placa furada e ter uma forma de aparafusar a caixa ao painel solar, tal como é mostrado de seguida:

De seguida, foi feito o design da dashboard que é apresentada ao utilizador. Esta consiste num mapa onde está marcada a localização da gateway e há um pop-up com as informações provenientes do sensor a ela alocado. Se ocorrer a deteção de um incêndio, algo ocorrido pela mudança da resistência do gás, o meio de alerta para este é a intermitência entre a cor laranja e vermelho do pino de localização da gateway, como podemos ver pelas duas imagens da dashboard seguintes, sem e com deteção de incêncio, respetivamente:

De seguida, podemos ver a gateway conectada e ativa na interface do chirpstack, ferramenta para gestão de gateways LoRaWAN para o utilizador final, onde este pode ver todas as informações provenientes das gateways do sistema tais como: estado, altitude, número de pacotes recebidos, etc.

Por fim, o projeto inteiro ficou organizado e disposto como é mostrado na imagem seguinte:

Apresentamos, os consumos reais já testados do sistema e o orçamento final do mesmo, respetivamente:

	Kit Esp32		GPS		Sensor BME680		LoRa
	Teórico	Prático	Teórico	Prático	Teórico	Prático	Teórico	Prático
Sleep	20 mA	4 mA	-----	-----	0.9 mA	0.4 mA	0.2 uA	0.2 mA
Forced	-----	-----	-----	-----	18 mA	8 mA	-----	-----
Normal	260 mA	45 mA	-----	-----	-----	-----	-----	-----
CAD	-----	-----	-----	-----	-----	-----	6 mA	2 mA
Transmit	-----	-----	-----	-----	-----	-----	18 mA	16 mA
Received	-----	-----	-----	-----	-----	-----	13 mA	11 mA
Tracking	-----	-----	67 mA	69 mA	-----	-----	-----	-----
Acquired	-----	-----	60 mA	60 mA	-----	-----	-----	-----

O vídeo do funcionamento do projeto pode ser consultado em: https://pind2223.web.ua.pt/projects/g02_PI22-23_VideoProjeto.mp4