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Tipo: Dissertação
Título: SISTEMA DE IRRIGAÇÃO INTELIGENTE BASEADO EM LÓGICA​ ​FUZZY INTEGRADO COM INTERNET DAS COISAS PARA A​ ​CULTURA DO TOMATE CEREJA​
Autor(es): Novak, Sergio Souza
Primeiro Orientador: Bailão, Adriano Soares de Oliveira
Primeiro Membro da Banca: Teixeira, Marconi Batista
Segundo Membro da Banca: Ribeiro, Fabiana Girotto
Terceiro Membro da Banca: Santos, Charles Barbosa
Quarto Membro da Banca: Francischini, Ricardo
Quinto Membro da Banca: Bailão, Adriano Soares de Oliveira
Resumo: Este trabalho apresenta o desenvolvimento, a implementação e a validação experimental de um Sistema de Irrigação Inteligente por Lógica Fuzzy (SILF), integrado à Internet das Coisas (IoT), projetado para otimizar o uso de água na cultura do tomate cereja (Solanum lycopersicum var. cerasiforme). O sistema visa superar as limitações dos métodos tradicionais de irrigação por tempo fixo, que frequentemente resultam em sub ou superirrigação, lixiviação de nutrientes e desperdício de água. A arquitetura do SILF é composta por: i) uma rede de sensores (umidade do solo, temperatura e umidade do ar) baseada no microcontrolador ESP32; ii) um backend servidor desenvolvido em Python/Flask, que hospeda o módulo de inferência fuzzy; e iii) uma interface web (frontend em Angular) para monitoramento e configuração remota. O núcleo do sistema é um controlador fuzzy do tipo Mamdani, cujos conjuntos e regras de inferência foram definidos com base em consultas a um especialista em fruticultura e na literatura fisiológica da cultura. A cada hora, o sistema processa os dados ambientais em tempo real, aplica 27 regras fuzzy e, por meio do método de defuzzificação do centroide, determina o tempo ótimo de acionamento da bomba hidráulica e da válvula solenoide (0 a 60 minutos). A validação experimental foi conduzida em ambiente protegido, utilizando delineamento em blocos casualizados, em arranjo fatorial 5×3, com cinco volumes de substrato (3, 6, 9, 12 e 15 L) e três métodos de irrigação: i) tradicional (30 minutos contínuos, uma vez ao dia); ii) fracionado (6 minutos a cada 2 horas, totalizando 30 minutos por dia); e iii) inteligente (via SILF). Foram avaliadas 80 plantas de tomate cereja, tendo a drenagem (água excedente) como variável-resposta principal. Os resultados da Análise de Variância revelaram efeitos altamente significativos (p < 0,0001) tanto do método de irrigação quanto do volume de substrato sobre a drenagem, enquanto a interação entre esses fatores não foi significativa (p = 0,3494), indicando a robustez do SILF em diferentes condições. O teste de comparação múltipla de Tukey (α = 0,05) demonstrou que o SILF promoveu redução estatisticamente significativa na drenagem média quando comparado aos métodos tradicionais, não havendo diferença significativa entre os dois métodos de irrigação por tempo fixo. Quanto ao volume de substrato, os vasos de 15 L apresentaram drenagem significativamente menor em relação aos vasos de 3 L e 9 L. Conclui-se que o SILF constitui uma solução tecnológica viável e eficaz, capaz de economizar, em média, de 200 a 300 mL de água por planta por dia, o que representa uma economia potencial de aproximadamente 24 L/dia em uma bancada com 80 vasos. O sistema combina baixo custo, escalabilidade, controle remoto e uma lógica de decisão adaptativa que imita o raciocínio especialista. O trabalho valida o potencial da integração Lógica Fuzzy–IoT para a agricultura de precisão, promovendo um uso mais sustentável dos recursos hídricos.
Abstract: This work presents the development, implementation, and experimental validation of an Intelligent Irrigation System using Fuzzy Logic (SILF), integrated with the Internet of Things (IoT), designed to optimize water use in cherry tomato cultivation (Solanum lycopersicum var. cerasiforme). The proposed system addresses the limitations of traditional fixed-time irrigation methods, which often lead to under- or over-irrigation, nutrient leaching, and water waste. The SILF architecture consists of: (i) a sensor network based on the ESP32 microcontroller for monitoring soil moisture, air temperature, and air humidity; (ii) a Python/Flask backend server hosting the fuzzy inference module; and (iii) a web-based interface developed with Angular for remote monitoring and system configuration. The core of the system is a Mamdani-type fuzzy controller, whose membership functions and inference rules were defined based on consultations with a fruit-growing specialist and on the crop’s physiological literature. Every hour, the system processes real-time environmental data, applies 27 fuzzy rules, and—using the centroid defuzzification method—determines the optimal activation time of the hydraulic pump and solenoid valve, ranging from 0 to 60 minutes. Experimental validation was conducted in a protected environment using a randomized block design with a 5 × 3 factorial arrangement, comprising five substrate volumes (3, 6, 9, 12, and 15 L) and three irrigation methods: (i) traditional (30 continuous minutes once per day); (ii) fractionated (6 minutes every 2 hours, totaling 30 minutes per day); and (iii) intelligent irrigation using SILF. A total of 80 cherry tomato plants were evaluated, with drainage (excess water) as the primary response variable. Analysis of variance (ANOVA) revealed highly significant effects (p < 0.0001) of both irrigation method and substrate volume on drainage. The interaction between these factors was not significant (p = 0.3494), indicating the robustness of SILF under different cultivation conditions. Tukey’s multiple comparison test (α = 0.05) demonstrated that SILF resulted in a statistically significant reduction in average drainage compared to traditional fixed-time irrigation methods, while no significant difference was observed between the two fixed-time strategies. Regarding substrate volume, pots with 15 L exhibited significantly lower drainage compared to those with 3 L and 9 L. It is concluded that SILF is a viable and effective technological solution, capable of saving an average of 200 to 300 mL of water per plant per day, corresponding to a potential reduction of approximately 24 L per day for a bench containing 80 pots. The system combines low cost, scalability, remote control, and adaptive decision-making logic that mimics expert reasoning. This work validates the potential of integrating Fuzzy Logic and IoT technologies for precision agriculture, promoting a more sustainable use of water resources.
Palavras-chave: ​Sistema​ ​Especialista
​Expert​ ​System
​Controle​ ​de​ ​Irrigação
​Irrigation​ ​Control
Conservação​ ​de​ ​Água
​Water​ ​Conservation
Agricultura de Precisão
Precision Agriculture
Produto IoT
IoT Product
Área do CNPq: CIENCIAS AGRARIAS::AGRONOMIA::CIENCIA DO SOLO
Idioma: por
Pais: Brasil
Editor: Instituto Federal Goiano
Sigla da Instituição: IF Goiano
Campus: Campus Rio Verde
Programa/Curso: Programa de Pós-Graduação em Ciências Agrárias – Agronomia
Citação: NOVAK, Sergio Souza. Sistema de irrigação inteligente baseado em lógica fuzzy integrado com internet das coisas para a cultura do tomate cereja. 2025. Dissertação (Mestrado) — Instituto Federal Goiano, Campus Rio Verde, Rio Verde, GO, out. 2025.
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: https://repositorio.ifgoiano.edu.br/handle/prefix/6089
Data do documento: 28-Nov-2025
Aparece nas coleções:Mestrado em Ciências Agrárias - Agronomia

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