A remote monitoring and control system for ecosystem replication experiments

Abstract

ResumoO estudo de ecossistemas naturais é uma tarefa complicada, principalmente devido aos seus custos elevados e logística complexa. Assim, de forma a contornar essas dificuldades, diversos investigadores têm vindo a realizar experiências num sistema fechado, de forma a replicar os ecossistemas em condições controladas e facilmente replicadas e repetidas. De forma a replicar os ecossistemas mencionados, tem-se assistido ao uso de aparelhos electrónicos, tais como sensores e actuadores, de forma a controlar os parâmetros ambientais, ao mesmo tempo que é feita a monitorização do seu impacto.Devido à globalização, que facilita a inclusão de membros de todo o mundo em equipas de investigação, existe uma crescente necessidade de controlar e monitorizar os aparelhos utilizados para a replicação das experiências de forma remota.Actualmente, os investigadores do CIBIO têm vindo a desenvolver o seu próprio sistema para replicação de ecossistemas, que faz uso de um microcontrolador, capaz de supervisionar os sensores e actuadores utilizados. No entanto, este sistema é controlado localmente, o que obriga à presença física e portanto, de forma a possibilitar este requisito, é apresentado nesta dissertação o desenvolvimento de um sistema para controlo e monitorização remotos para múltiplas experiên-cias, independentes entre si. Primeiro são apresentados os principais conceitos que servem de base à arquitetura do sistema, de seguida, o design final da arquitectura e, por fim, a sua implementação.A arquitetura de sistema proposta está dividida em três camadas, sendo que a de base é composta pelos modulos de sensorização e atuação já existentes, que irão comunicar, através de um protocolo de comunicação sem fios, com um coordenador, pertencente à camada intermédia, que serve como elo de ligação ao Sistema de Gestão de Base de Dados e à Interface do sistema, que se situam na camada final e cujo acesso é feito através da Internet.De forma a implementar esta arquitetura, é usado o Protocolo IEEE 802.15.4 para Comunicações Sem Fios, uma BeagleBone Black como coordenador do hardware associado às experiên-cias, que é composto por um Arduino Mega, do Sistema de Gestão de Base de Dados PostgreSQL e uma Interface para o Sistema, construída com recurso a PHP e HTML.Por fim, a praticabilidade do sistema é analisada e confirmada, sendo esta feita com recurso a vários testes onde a Interface do Sistema é utilizada para controlar os aparelhos responsáveis pelas experiências. A observação dos resultados obtidos através dos testes é encorajadora, uma vez que o funcionamento do sistema como um todo é validado, no entanto, existe ainda margem para melhorias no mesmo.i ii AbstractThe study of natural ecosystems is a hard task, due to its costs. and logistical complexity. So, in order to deal with these difficulties, researchers have been using enclosed experiments, in order to replicate ecosystems in controlled and repeatable conditions. To replicate said ecosystems, researchers have been employing the use of electronic devices, such as sensors,...