TempMonitorESP32: Controle Termoelétrico para Biopreservação

Este repositório contém o firmware e a documentação do projeto "Desenvolvimento de um Dispositivo Usando Placas Termoelétricas para a Preservação de Sêmen de Peixes". O projeto foi desenvolvido no âmbito do Programa Institucional de Bolsas de Iniciação Científica (PIBIC) da Universidade Estadual do Maranhão (UEMA).

O objetivo é apresentar uma solução de baixo custo e alta precisão para o controle de temperatura em aplicações de biopreservação, utilizando um microcontrolador ESP32 para controlar um sistema de refrigeração baseado em pastilhas Peltier.

📋 Contexto

A preservação de material genético, como o sêmen de peixes, é um desafio crucial para a sustentabilidade e o avanço da aquicultura. A manutenção de uma temperatura estável e controlada é um dos fatores mais críticos para garantir a viabilidade celular. Este projeto surge como uma solução tecnológica que une engenharia de computação, automação e biotecnologia para enfrentar esse desafio.

🚀 Funcionalidades

O firmware implementado oferece um sistema de controle robusto e de fácil utilização:

Controle Avançado de Temperatura

• Controle PID: Utiliza um algoritmo Proporcional, Integral e Derivativo para manter a temperatura com alta precisão, evitando oscilações bruscas
• Anti-Windup: Lógica implementada para prevenir a saturação do termo integral, garantindo estabilidade
• Derivativo sobre Medição: Evita "chutes derivativos" ao alterar o setpoint, resultando em uma operação mais suave

Interface Web Responsiva

• O ESP32 cria um ponto de acesso Wi-Fi e hospeda uma página web para monitoramento e controle total do sistema

Controle Remoto Completo

Através da interface é possível:

• Ligar e desligar o sistema
• Ajustar a temperatura alvo em tempo real
• Visualizar a temperatura atual, o erro e a potência (PWM) aplicada
• Ajustar as constantes do PID (Kp, Ki, Kd) para sintonia fina

Sistema Inteligente

• Máquina de Estados: O sistema opera em três estágios para maior eficiência:
  • RESFRIAMENTO_INICIAL
  • CONTROLE_PID
  • ESTABILIZADO
• Operação Stand-Alone: Não necessita de um computador conectado após a programação, funcionando de forma autônoma

🛠️ Hardware Utilizado

Componente	Quantidade	Descrição
Microcontrolador	1	ESP32 DevKitC
Sensor de Temperatura	1	DS18B20 (à prova d'água)
Módulos Peltier	4	TEC1-12706
Atuador de Potência	1	MOSFET Canal-N (ex: 2SK1388)
Fonte de Alimentação	1	12V / 50A
Dissipador de Calor	1	Dissipador de CPU de alta performance
Ventoinha	1	20 cm de diâmetro, 12V

📦 Software e Dependências

O projeto foi desenvolvido em C++ utilizando o framework Arduino (recomenda-se o uso do Visual Studio Code com a extensão PlatformIO).

Bibliotecas Necessárias:

• OneWire
• DallasTemperature
• WiFi
• ESPAsyncWebServer
• ArduinoJson

Configuração PlatformIO

Se estiver usando PlatformIO, adicione as seguintes linhas ao seu arquivo platformio.ini:

lib_deps =
    paulstoffregen/OneWire
    milesburton/DallasTemperature
    esphome/ESPAsyncWebServer-esphome
    bblanchon/ArduinoJson

⚙️ Instalação e Uso

1. Clone o repositório:

git clone https://github.com/murillous/TempMonitorESP32.git
cd TempMonitorESP32

2. Montagem do Hardware:

1. Conecte o pino de dados do sensor DS18B20 ao GPIO 4 do ESP32 (use um resistor de pull-up de 4.7kΩ entre o pino de dados e o 3.3V)
2. Conecte o GPIO 5 do ESP32 ao pino Gate do MOSFET
3. Conecte o pino Source do MOSFET ao terminal negativo (GND) da fonte de 12V
4. Conecte o pino Drain do MOSFET ao fio negativo das pastilhas Peltier
5. Conecte o fio positivo das pastilhas Peltier ao terminal positivo (+12V) da fonte
6. Alimente o ESP32 via USB ou com uma fonte de 5V

3. Upload do Firmware:

1. Abra o projeto no VS Code (com PlatformIO) ou na Arduino IDE
2. Compile e envie o código para a sua placa ESP32

4. Operação:

1. Após a inicialização, o ESP32 criará uma rede Wi-Fi:
   • SSID: ESP32
   • Senha: 12345678
2. Conecte seu celular ou computador a esta rede
3. Abra um navegador e acesse o endereço: http://192.168.4.1
4. Você terá acesso à interface de controle para operar o dispositivo

📊 Interface Web

A interface web é o principal meio de interação com o dispositivo, permitindo controle total sobre seu funcionamento.

✒️ Autores e Agradecimentos

• Autor: Sérgio Murilo de Andrade Castelhano Filho (@murillous)
• Orientador: Prof. Carlos Riedel Porto Carreiro

Este projeto foi realizado com o apoio da Universidade Estadual do Maranhão (UEMA) e do Programa Institucional de Bolsas de Iniciação Científica (PIBIC).

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📄 Licença

Este projeto está licenciado sob a Licença MIT - veja o arquivo LICENSE para detalhes.