Low-Power Electrical Impedance Spectroscopy device to assess plants physiological state based on LoRaWAN wireless networks

Abstract

As doenças que afectam os tecidos vegetais são promovidas por factores bióticos e abióticos. Eles são caracterizados por uma taxa de propagação rápida e ausência de sintomatologia, causando um impacto negativo na economia mundial e no ecossistema vegetal.O procedimento padrão para detectar doenças e respectivos sintomas é restrito a uma observação visual dos sintomas e realizado apenas por pessoal qualificado e treinado. Além disso, e independentemente de uma possível falta de pessoal capaz, a observação visual da planta só é eficaz nos últimos estágios das doenças. Torna-se claro que a falta de equipamentos com capacidade de análise e caracterização do estado fisiológico dos tecidos vegetais no local deixa espaço para o surgimento de novos dispositivos.Esses sistemas devem ser capazes de analisar o estado fisiológico e diagnosticar doenças de plantas em diferentes condições ambientais. Além disso, a ausência de requisitos de manutenção e rotinas sistemáticas são algumas das características desejadas para novos dispositivos, além de transparentes ao crescimento e desenvolvimento da planta.Nesta tese é proposto um sistema completo para diagnosticar doenças de plantas. O sistema desenvolvido é capaz de analisar o estado fisiológico das plantas com base na Espectroscopia de Impedância Elétrica (EIS)técnica. O sistema transfere dados e resultados adquiridos por meio do protocolo sem fio Long Rande Wide Area Network (LoRaWAN), enquanto possui procedimentos específicos para garantir baixo consumo de energia. Nesse sentido, seu perfil atual e análise de consumo de energia também são apresentados neste trabalho.

Diseases that affect the vegetable tissues are promoted by both biotic and abiotic factors. These are characterized by a fast spreading rate and an absence of symptomatology, causing a negative impact both in the worldwide economy and in the plant ecosystem.The standard procedure to detect diseases and respective symptoms is restricted to a visual symptoms observation and performed only by skilled and trained personnel. Additionally, and regardless of a possible lack of capable personnel, plant visual observation is only effective in the last stages of the diseases. It becomes clear that the lack of equipment with analysis and characterization capabilities of the physiological state of vegetable tissues on-site, leaves room for the emergence of new devices.These systems should be able to analyze the physiological state and diagnose plant diseases under different environmental conditions. Also, the absence of maintenance requirements and systematic routines are some desired characteristics for new devices, all the while being transparent to the plant growth and development.In this thesis a complete system to diagnose plant diseases is proposed. The developed system is able to analyze the physiological state of plants based on Electrical Impedance Spectroscopy (EIS)technique. The system transfers collected data and results via Long Rande Wide Area Network (LoRaWAN) wireless protocol, while having specific procedures to ensure low power consumption. In this sense, its current profile and energy consumption analysis are also presented in this work.