Monitoramento de Ambiência em Aviários com LoRa

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Artigo Publicado

Periódico Qualis B1 — Engenharia de Biossistemas

LabAuto CDSA/UFCG · Fevereiro de 2025 · Sumé, Paraíba

Resumo

Este artigo apresenta o desenvolvimento e validação de um sistema sem fio de monitoramento e controle de ambiência em aviários de frango de corte, baseado em protocolo LoRa e microcontroladores ESP32. O sistema coleta, em tempo real, parâmetros críticos de conforto térmico das aves — temperatura, umidade relativa, concentração de amônia (NH₃) e CO₂ — e aciona automaticamente ventiladores e nebulizadores para manutenção do ambiente ideal.

O trabalho foi desenvolvido no LabAuto/CDSA/UFCG em parceria com integradoras avícolas da região do Cariri paraibano. Os testes de campo demonstraram redução de 23% no estresse térmico dos lotes e economia de 18% no consumo de energia dos equipamentos de climatização.

                    🐓 Contexto:
                    A avicultura de corte no Nordeste brasileiro enfrenta desafios climáticos severos. Temperaturas acima de 32 °C causam estresse térmico nas aves, comprometendo o ganho de peso e aumentando a mortalidade. O controle preciso da ambiência é essencial para a viabilidade econômica dos produtores.
                

Arquitetura do Sistema

Hardware dos Nós Sensores

Microcontrolador ESP32 (Xtensa LX6 dual-core)
Módulo LoRa SX1276 (868 MHz, alcance até 5 km)
Sensor DHT22 (temperatura e umidade)
Sensor MQ-135 (NH₃ e CO₂)
Alimentação solar com bateria LiPo 3.7V/2500 mAh
Autonomia superior a 12 meses

Software e Comunicação

Protocolo LoRaWAN com gateway Dragino LPS8
Broker MQTT Mosquitto em servidor local
Banco de dados InfluxDB para séries temporais
Dashboard Grafana para visualização em tempo real
Lógica de controle PID para acionamento de atuadores
Alertas por SMS e Telegram ao integrador

Trecho do Firmware — Leitura e Envio via LoRa

// Leitura dos sensores e publicação via LoRa
void readAndSend() {
  float temp = dht.readTemperature();
  float hum  = dht.readHumidity();
  int   nh3  = analogRead(MQ135_PIN);

  // Índice de Temperatura e Umidade (ITU) para aves
  float itu = 1.8 * temp - 0.55 * (1 - hum/100) * (1.8 * temp - 26) + 32;

  // Monta payload compacto para LoRa (12 bytes)
  uint8_t payload[12];
  memcpy(&payload[0], &temp, 4);
  memcpy(&payload[4], &hum,  4);
  memcpy(&payload[8], &nh3,  4);

  LoRa.beginPacket();
  LoRa.write(payload, 12);
  LoRa.endPacket();

  // Controle PID dos ventiladores
  if (itu > 74) digitalWrite(FAN_PIN, HIGH);
  else if (itu < 70) digitalWrite(FAN_PIN, LOW);
}
            

Resultados Obtidos

23%

Menos Estresse Térmico

Redução no índice ITU médio diário nos aviários monitorados

18%

Economia de Energia

Redução no consumo elétrico dos equipamentos de climatização

99,2%

Taxa de Entrega

Pacotes LoRa recebidos com sucesso em 6 meses de operação

Validação em Campo

O sistema foi implantado em 3 aviários comerciais da região de Sumé-PB durante o período de novembro de 2024 a janeiro de 2025 — os meses mais quentes do semiárido paraibano. Os dados foram comparados com aviários-controle sem o sistema automatizado.

A avaliação zootécnica acompanhou conversão alimentar, ganho de peso médio diário e mortalidade dos lotes, confirmando os benefícios econômicos e de bem-estar animal da solução proposta.

Conceitos-chave

Índice de Temperatura e Umidade (ITU)

Parâmetro bioclimático que combina temperatura e umidade relativa para avaliar o conforto térmico de aves. ITU > 74 indica estresse moderado; > 79 indica estresse severo.

LoRaWAN para Avicultura

O protocolo LoRa é ideal para aviários: opera na faixa ISM sem licença, oferece alcance de km com baixo consumo de energia, suportando baterias de longa duração sem recarga frequente.

Controle PID de Ambiência

Controle Proporcional-Integral-Derivativo aplicado ao acionamento de ventiladores e nebulizadores. Minimiza oscilações e garante resposta suave às variações climáticas.

Time-Series com InfluxDB

Banco de dados otimizado para dados temporais de sensores. Integra-se nativamente com Grafana para dashboards em tempo real e exportação de relatórios históricos.

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