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ANÁLISE DE ÁREAS AGRÍCOLAS POR MEIO DE IMAGENS AÉREAS – BUILDING DRONES
1
Roger Marcos Lopes
ANÁLISE DE ÁREAS AGRÍCOLAS POR MEIO DE
IMAGENS AÉREAS
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à
Escola de Sistemas de Informação, da Faculdade
Meridional – IMED, como requisito parcial para
obtenção do grau de Bacharel em Sistemas de
Informação, sob a orientação do Prof. Esp. Marcos
Roberto dos Santos.
Passo Fundo
2015
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Roger Marcos Lopes
ANALISE DE ÁREAS AGRÍCOLAS POR MEIO DE
IMAGENS AÉREAS
Banca Examinadora:
Prof. Marcos Roberto dos Santos
Prof. Amilton Rodrigo de Quadros Martins
Prof. Lucas Tonial Scortegagna
Passo Fundo
2015
3
RESUMO
Com o passar dos anos a produtividade agrícola tem aumentado, estando diretamente
relacionada com o desenvolvimento de novas tecnologias e metodologias de manejo. Ainda
assim, em diversas culturas, a obtenção de índices fisiológicos e biofísicos de plantas segue
protocolos onerosos. Neste contexto, este trabalho propõe o estudo de como funciona e quais
são as aplicações de um Drone, bem como desenvolver um protótipo para coletar imagens
áreas de uma plantação. Também será desenvolvido um software capaz de controlar o VANT
(Veículo aéreo não tripulado). O mesmo deve controlar os hardwares: motores e sensores,
para manter o equipamento no ar e realizar rotinas aéreas, além de controlar sua altura e
deslocamento. As fotos serão obtidas de forma automática e serão mantidas em um
dispositivo presente no próprio Drone. Para o desenvolvimento serão utilizados componentes
como: Arduino, sensores, softwares para a coleta de imagens e controles através de bluetooth.
As imagens coletadas serão transmitidas para um computador para posteriormente serem
analisadas. O presente trabalho não possui o intuído de analisar as imagens coletadas, apenas
disponibilizar as mesmas para estudos futuros por softwares de terceiros.
Palavras-chave: Arduino. Agricultura. Drones. VANTS. Coleta de Imagens.
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ABSTRACT
Over the years agricultural productivity has increased and is directly related to the
development of new technologies and management methodologies. Nevertheless, in several
crops, to obtain biophysical and physiological indices plants follows costly protocols. In this
context, this work proposes the study of how and what are the applications of a Drone and
develop a prototype to collect aerial imagery of a plantation. It will also be developed capable
of controlling the UAV software (unmanned aerial vehicle). The same should control the
hardware: motors and sensors, to keep the equipment in the air and perform aerial routines, in
addition to controlling your height and displacement. The photos will be obtained
automatically and will be kept on this device in Drone itself. Will be used to develop
components such as Arduino, sensors, software for collecting images and controls via
bluetooth. The collected images are transmitted to a computer for later analysis. This work
does not have the intuited to analyze the images collected only provide the same for future
studies by third-party software.
Keywords: Arduino. Agriculture. Drones. UAS. Images collection.
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LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1: Exemplo de agricultura de precisão. ......................................................................... 13 Figura 2: Diferente analise realizada na agricultura de precisão. ............................................. 15
Figura 3: A automação agrícola empregada na colheitadeira no momento da colheita de trigo
.................................................................................................................................................. 16 Figura 4: Foto tirada por um Drone .......................................................................................... 19
Figura 5: Modelo do Drone morcego. ...................................................................................... 22 Figura 6: Imagens do Drone Hermes 900 ................................................................................. 23 Figura 7: Imagens do Mini Vant Gyro 500. ............................................................................. 23 Figura 8: Modelo de Drone AR Drone. .................................................................................... 24 Figura 9: Drone sobrevoando uma área com mercadoria. ........................................................ 25
Figura 10: Exemplo de Drone no jornalismo ........................................................................... 26
Figura11: Estrutura de blocos de um Drone ............................................................................. 27 Figura 12: Controle de motores ................................................................................................ 28 Figura 13: Placa Arduino Uno, utilizada no projeto. ................................................................ 29
Figura 14: Estrutura de uma placa Arduino Uno. ..................................................................... 30
Figura 15: Exemplo de Acelerômetro, em celular. ................................................................... 32 Figura 16: Teste de motores, no Drone desenvolvido. ............................................................. 44 Figura 17: Etapas de Montagem. .............................................................................................. 45
Figura 18: Código fonte, declaração de motores. ..................................................................... 46 Figura 19: Programação dos motores. ...................................................................................... 46 Figura 20: Drone completo, todo montado. .............................................................................. 47
Figura 21: Comandos de controle do Drone. ............................................................................ 48 Figura 22: Placa Bluetooth JY-MCU. ...................................................................................... 49
Figura 23: Figura de auxilio no calculo de resistores utilizados. ............................................. 50 Figura 24: Ligação de um motor Blushless. ............................................................................. 50 Figura 25: Tela de conexão entre celular e componente Arduino. ........................................... 51 Figura 26: Configurando botão no app Bluetooth SSP Pro ...................................................... 52
Figura 27: Configurando função para botão no app Bluetooth SSP Pro. ................................. 53 Figura 28: Tela que apresenta a velocidade de pulso do Motor. .............................................. 53
Figura 29: Trajetoria programada para que o Drone realize uma sequencia de fotos. ............. 55 Figura 30: Configurando sequencia de fotos. ........................................................................... 56 Figura 31: Configurando sons de aviso ao tirar foto. ............................................................... 56 Figura 32: Imagens captadas através do aplicativo Photo Sequence. ...................................... 57 Figura 33: Local sobrevoado para coleta de Imagens. ............................................................. 58
Figura 34: Drone em pleno ar. .................................................................................................. 58 Figura 35: Imagens coletadas pelo Drone. ............................................................................... 59 Figura 36: Imagem captada pelo Vant ...................................................................................... 60 Figura 37: Imagem do Drone identificando o limite da plantação ........................................... 61 Figura 38: Foto aproximada da lavoura de aveia ..................................................................... 61
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LISTA DE SIGLAS
VANT: Veículo Aéreo Não Tripulado.
GPS: (do Inglês Global Positioning System)
PH : Potencial Hidrogeniônico
SIG: Sistemas de Informação Geográfica
SR: Sensoriamento Remoto
USP: Universidade de São Paulo
ARP: Aeronave Remotamente Pilotada
CAVE: Certificado de Autorização de Vôo Exprimental
DECEA: Departamento de Controle de Espaço Aéreo
ANAC: Agência Nacional de Aviação Civil
SRPV-SP: Serviço Regional de Proteção ao Voo de São Paulo
FAB: Força Aérea Brasileira
IME: Instituto Militar de Engenharia
RAM: Random Access Memory (Memória de Acesso Aleatório)
CPU: Central Processing Unit, em português Unidade Central de Processamento
Lipo: Lithium-ion polymer
ESC: Eletronic Speed Controllers
GND: Gound
PWM: Pulse Width Modulation ou Modulação de Largura de Pulso
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S U M Á R I O
1. INTRODUÇÃO .................................................................................................................. 9
2. Referencial teórico ............................................................................................................ 11
2.1 Tecnologia ...................................................................................................................... 11
2.2 Agricultura ...................................................................................................................... 12
2.2.1 Agricultura de Precisão ............................................................................................... 13
2.2.2 Automação Agrícola .................................................................................................... 16
2.2.3 Sensoriamento Remoto ................................................................................................ 16
2.2.4 Sensores ....................................................................................................................... 17
2.2.5 Geoprocessamento ....................................................................................................... 17
2.3. Veículos aéreos não tripulados aplicados na agricultura ............................................... 18
2.3.1 Drones ........................................................................................................................ 19
2.3.2 Regulamentação no Brasil .......................................................................................... 20
2.3.3 Diferentes Drones ........................................................................................................ 21
2.3.4 Utilização de Drones ................................................................................................... 24
2.3.5 Funcionamento de um Drone ..................................................................................... 26
2.4 Estruturas para o Funcionamento de um drone .............................................................. 28
2.4.1 Arduino ........................................................................................................................ 28
2.5 Google Play e Android ................................................................................................... 31
2.6 Acelerômetro .................................................................................................................. 31
2.6.1 Aplicações de um Acelerômetro.................................................................................. 32
2.6.2 Aplicações de um Acelerômetro no Projeto ................................................................ 32
2.7 Bateria ............................................................................................................................. 33
2.8 ESC ................................................................................................................................. 33
2.8.1 Aplicação de ESC no Projeto ...................................................................................... 34
2.9 Motores ........................................................................................................................... 34
2.10 Giroscópio .................................................................................................................... 35
2.10.1 Aplicações de um Giroscópio .................................................................................... 35
2.10.2 Aplicações de um Giroscópio no projeto .................................................................. 36
2.11 Bluetooth ...................................................................................................................... 36
2.12 Smarthphone ................................................................................................................. 37
2.13 Estudos de drones utilizados na Agricultura ................................................................ 37
3. Proposta metodológica ......................................................................................................... 40
4. Desenvolvimento e Aplicação .............................................................................................. 42
8
4.1 Montagem do Drone ....................................................................................................... 43
4.2 Software de controle Arduino......................................................................................... 48
4.3 Funcionamento do Drone ............................................................................................... 49
4.4 Software Bluetooth spp pro ........................................................................................... 51
4.5 Configuração Software Bluetooth spp pro ..................................................................... 52
4.6 Trajetória percorrida ....................................................................................................... 54
4.7 Coleta de imagens ........................................................................................................... 55
4.8 Coletando imagens com o Drone desenvolvido ............................................................. 57
4.9 Apresentação de imagens coletadas ............................................................................... 60
5. CONSIDERAÇÕES FINAIS ............................................................................................... 62
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1. INTRODUÇÃO
A idéia de sobrevoar e percorrer longas distâncias em um curto espaço de tempo
sempre chamou a atenção do homem, com o intuito de ganhar mais tempo, além de
proporcionar redução no deslocamento entre uma região e outra.
A tecnologia de sobrevoar áreas agrícolas pode ser realizada não somente de forma
tripulada, mas também por meio de aparelhos eletrônicos controlados à distância
e ainda movidos à bateria. Este sistema não tripulado pode ser aplicado em diferentes áreas,
dentre elas a agricultura. Cabe destacar que a agricultura, nas últimas décadas
está significativamente atrelada às novas tecnologias.
A agricultura desenvolveu-se de forma expressiva nos últimos anos, fator que abriu
portas para que outras áreas ingressassem e se aprimorassem no setor como é o caso da área
de sistemas de informação.
Para Tschiedel (2002), a agricultura de precisão é um sistema de produção, utilizados
pelos agricultores para que não haja falhas no processo de plantação e/ou adubação da terra, e
é considerada uma tecnologia desenvolvida com o intuito de reduzir os custos e o tempo no
campo.
A união entre a agricultura e as áreas de sistemas de informação tem tornado o
desenvolvimento de soluções tecnológicas uma tendência. Uma das novidades são os Vants
(Veículo Aéreos não Tripulados), conhecidos também no Brasil como Drone, que têm por
uma de suas finalidades sobrevoar a plantação, tirando fotos das áreas plantadas, mostrando se
há perda ou danos em alguma área, funcionando como os “olhos do agricultor”, chegando até
mesmo em áreas de difícil acesso.
O Vant tem por finalidade obter uma imagem panorâmica do terreno, identificando
suas elevações, quantidade de árvores, benfeitorias como casas e celeiros, também se a área
plantada é rochosa ou não, se existe erosão ou não e também para analises em casos de
compra.
Ao realizar o sobrevôo em um terreno demarcado, as áreas são fotografadas para que
posteriormente as imagens sejam transmitidas a um servidor de apoio para que sejam
armazenadas, processadas e analisadas.
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A motivação pela qual realizou-se este trabalho é a de desenvolver o protótipo de um
dispositivo que utiliza quatro motores para levantar vôo, e estabilizar-se no ar; estudando seu
funcionamento, utilização e as tarefas nas quais pode se fazer presente.
Visando as características desta tecnologia o presente trabalho irá demonstrar o passo -
a- passo da criação de um Vant e também destacará as suas características, finalidades,
vantagens e a importância para a agricultura. O referido trabalho está composto da seguinte
forma: no capítulo dois o referencial teórico; no capítulo três a metodologia utilizada para
desenvolver a pesquisa; no capítulo quatro os resultados obtidos após a elaboração da
pesquisa, e por fim as considerações finais.
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2. REFERENCIAL TEÓRICO
Neste capítulo serão abordados conceitos desde a agricultura e seus cultivares, até as
diferentes aplicações tecnológicas aplicadas ao campo. Também uma breve explicação sobre
agricultura de precisão e as técnicas e processos de desenvolvimento de uma ferramenta para
coleta de imagens aéreas em entidades rurais.
2.1 Tecnologia
O dicionário Aurélio online (2015) define tecnologia como sendo a “Ciência cujo
objeto é a aplicação do conhecimento técnico e científico para fins industriais e comerciais”.
Karasinski (2013) diz que tecnologia é o conhecimento adquirido para aprimorar e
aperfeiçoar os trabalhos dos seres humanos, fazendo com que o ambiente venha a seu favor. O
desenvolvimento da humanidade se deu em concomitância com o crescimento tecnológico;
pois cada artefato desenvolvido com o intuito de garantir sua sobrevivência pode ser
caracterizado como uma inovação.
Ao mencionar o termo informática na agricultura a primeira imagem que nos vem à
cabeça são computadores, e não estamos errados. Sistemas de informação estão mais
presentes do que se imagina na agricultura, podendo ser aplicado desde a confecção de
planilhas de controle de gastos, sistemas para gerenciamento de fazendas, softwares para o
controle e gerenciamento de rebanhos e plantações (KARASINSKI, 2013).
A tecnologia de informação possui como objetivo tornar mais eficiente à utilização de
insumos agrícolas, aplicando a quantidade necessária de acordo com as reais necessidades de
cada área de lavoura (KARASINSKI, 2013).
A utilização de softwares específicos de Sistemas de Informação Geográfica pode ser
de grande ajuda na hora de aplicar de forma localizada os insumos, fornecendo um mapa de
aplicação de insumos (KARASINSKI, 2013).
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2.2 Agricultura
A agricultura possui uma grande importância na balança comercial do país, pois a
produtividade brasileira encontra-se entre uma das mais altas do mundo, uma área avançada
tecnologicamente, mas que ainda não está totalmente adequada a informática e a computação.
A tecnologia agrícola mudou, os profissionais agrícolas buscam por inovações tecnológicas
que possam agregar valor à sua produção. Sendo assim, a informática de hoje permite o
desenvolvimento de aplicações voltadas para o campo.
Segundo Barrivieira (2008), alguns setores agrícolas demandam de maior
desenvolvimento, de aplicações da informática e da computação. As principais são:
Agricultura de Precisão, Bioinformática, Automação Agrícola e Sistemas de Informação.
Com a evolução da agricultura, muitas são as tecnologias utilizadas para aperfeiçoar o
resultado no campo, como por exemplo, os monitores de plantios que tem a finalidade de
ajudar no momento da plantação e adubação; o maquinário está chegando ao campo cada vez
mais moderno, fácil e rápido; e, por fim, os Drones, que ainda são poucos utilizados no
Brasil, mas que são de extrema importância, pois auxiliam, por exemplo, no controle de
pragas.
Com a rápida transformação da agricultura nas últimas décadas, a mesma se tornou
uma atividade extremamente competitiva, isso fez com que o agronegócio exigisse-se cada
vez mais dos produtores rurais, onde os mesmos estão buscando especialização e
profissionalização com o intuito de aumentar a capacidade administrativa das empresas rurais
(NUNES,2014).
Ligada a esta capacidade administrativa, está à capacidade de o produtor arrecadar
dados e informações referentes à sua área produtiva, com o intuito de adaptar novas
tecnologias a sua realidade, minimizando os constantes riscos, garantindo assim melhores
resultados.
No Brasil esta tecnologia para agricultura é chamada de agricultura de precisão, que
surgiu como um sistema de gerenciamento e teve um crescimento a partir de avanços da
tecnologia de posicionamento. Podemos citar como exemplos desta tecnologia o GPS (Global
Posittioning System), além das de sensoriamento remoto. Neste capitulo será explicado com
mais detalhes os itens citados acima.
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2.2.1 Agricultura de Precisão
A agricultura de precisão, como é denominada no Brasil, é um sistema de produção
adotado por agricultores de países de diferentes lugares do mudo, onde a tecnologia nesta área
é avançada, chamada por eles de Precision Agriculture, Precision Farming ou Site-Specific
Crop Management (NUNES, 2014).
Este modo de produção tem por finalidade o gerenciamento agrícola de forma
abrangente. Atentando-se a toda e qualquer fase do processo de produção de forma totalitária.
A Agricultura de Precisão visa o aumento do retorno econômico através de
ferramentas que possibilitem o uso inteligente de insumos agrícolas. Busca detectar, manejar
e monitorar diferentes pontos da lavoura, verificar se os insumos são utilizados de acordo com
a necessidade especifica de cada subárea, reduzindo tanto custos e tecnologias envolvidas.
Também são observadas as texturas do solo, fertilidade, controle de pragas e produtividade
levando em consideração condições do terreno como: dimensões, relevo, clima local, entre
outros (NUNES, 2014).
Agricultura de precisão consiste em um conjunto de técnicas que permite o
gerenciamento localizado de culturas, aplicação de insumos na quantidade necessária, no local
correto e no momento adequado. Visa o aumento do retorno econômico através de
ferramentas que possibilitem o uso inteligente de insumos agrícolas.
A solidificação de tecnologias como ferramentas permitem ao produtor a visualização
das várias possibilidades, tanto espacial e como temporal dos fatores climáticos de cada área
agrícola, levando assim em consideração as peculiaridades de cada área no momento do
manejo, ao contrário de manejá-la como se a mesma fosse igual (NUNES, 2014).
Figura 1: Exemplo de agricultura de precisão.
Fonte: Agricultura de Precisão.
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No momento que foram desenvolvidos os conceitos e as práticas associadas à
agricultura de precisão foram encontrados os seguintes problemas como o excesso de
informações coletadas, alto custo material, dificuldade em adaptar os recursos disponíveis a
realidade geográfica, práticas que rapidamente tornam-se obsoletas. A agricultura de precisão
mesclas novas tecnologias, associando-as com informação de uma agricultura comercial
madura, ou seja, é um sistema de manejo de produção integrado, que permite que o conceito
de agricultura de precisão seja entendido como realidade em uma produção prática (NUNES,
2014).
Como uma dificuldade deste processo, está a de solucionar dificuldades adversas que
podem ser visualizadas apenas no decorrer do manejo de produção. O PH, umidade,
profundidade do solo entre outras variáveis podem apresentar diferentes valores em uma
mesma área de produção e até mesmo variarem de uma data para outra ou de um local para
outro. Práticas de cultivos convencionais desconsideram as variações que podem ocorrer em
uma mesma área de produção, tratando como homogêneo a área e poucas amostragens são
utilizados para que uma média de aplicação de insumos seja aplicada, não levando em conta a
necessidade de cada ponto (NUNES, 2014).
Atualmente a agricultura de precisão é considerada por alguns especialistas da área
como um modo de produção, que permite a aplicação de tecnologias e procedimentos com o
intuito de aperfeiçoar as técnicas de manejo. O ponto chave da agricultura de precisão é que
existem diferenças entre áreas agrícolas, fazendo surgir a necessidade da criação de
estratégias que garantam rentabilidade, aliada a preservação ambiental.
Recursos tecnológicos avançados da eletrônica e computação, como sistemas de
posicionamento global (GPS), sistemas de informação geográfica (SIG), sistemas de controle
e aquisição de dados, sensores, entre outros, tem certa aplicabilidade na solução de problemas
encontrados na lavoura.
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Figura 2: Diferente analise realizada na agricultura de precisão.
Fonte: Agricultura de Precisão
Os benefícios deste sistema são a obtenção um melhor conhecimento do campo de
produção, auxiliando a tomada de decisões tendo como base:
Maior capacidade e flexibilidade para a distribuição dos insumos em locais e no tempo
correto, diminuindo os custos de produção;
A igualdade na produtividade é obtida pela correção dos fatores que contribuem para
sua variabilidade, aumentando assim a produtividade global;
Aplicações localizadas dos insumos (necessários por períodos de tempo específicos)
são indispensáveis para sustentar uma alta produtividade e contribuir com a
preservação do ecossistema da região.
Outros fatores que proporcionam benefícios a produtores que optam pela agricultura
de precisão são:
Redução dos custos da produção; Tomada de decisão rápida e certa; Controle de toda
situação, pelo uso da informação; Maior produtividade da lavoura; Mais tempo livre
para o administrador;
Manutenção e preservação da fauna e flora, por usar índices baixos de defensivos
agrícolas.
16
Com base nos estudos realizados até então, percebe-se a agricultura de precisão se destaca
por organizar o processo de plantio de pequenas áreas agrícolas; sendo vista como uma
importante ferramenta no sistema de produção, na coleta de dados e gerenciamento.
2.2.2 Automação Agrícola
Existem componentes eletrônicos e microprocessadores aplicados em equipamentos
agrícolas, como por exemplo, sensores em semeadoras para plantio, sistemas que fornecem
ração na quantidade certa para animais, entre outros, ou seja, que elevam a automação
agrícola.
Tecnologia como sensores e chips quando inseridos em equipamentos agrícolas, como
por exemplo, tratores, colhedoras e semeadoras aumentam consideravelmente a precisão e por
conseqüência a produção, devido aos benefícios computacionais (INAMASSU,1999).
Figura 3: A automação agrícola empregada na colheitadeira no momento da colheita de trigo
Fonte: Departamento de engenharia agrícola.
Portanto a automação agrícola é de extrema importância para a agricultura, pois
permite ao agricultor ter um maior resultado e eficiência desde o plantio até a colheita,
evitando assim perdas desnecessárias.
2.2.3 Sensoriamento Remoto
A aquisição de informações sem que ocorra contato físico com o objeto que está sendo
analisado pode ser definido como sensoriamento remoto. Na Agricultura o foco principal e a
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interação com o solo e plantas através de energias eletromagnéticas. Os Sensores podem ser
definidos como fotográficos ou não fotográficos, em ambos os casos, as informações de
energia eletromagnética da superfície que está sendo observada são utilizadas.
A Tecnologia de sensoriamento tem sido muito utilizada na avaliação do estado
nutricional e hídrico em plantas até a detecção de ervas daninhas e insetos, tendo como
objetivo a coleta de informações das propriedades do solo, diferenças entre tipos de estresses
abióticos das plantas (água ou nutricional) e estimar produção relativa das culturas. O
sensoriamento remoto oferece uma rápida e eficiente maneira para acessar a variabilidade
espacial e temporal dentro de uma área em uma propriedade, bacia hidrográfica ou região
(COELHO, 2005).
2.2.4 Sensores
São instrumentos que transmitem impulsos elétricos em resposta a estímulos físicos
como calor, luz, magnetismo, movimento, pressão e som. No GPS estes sensores são
utilizados para medir a posição, no SIG para analisar e mapear os dados, ou seja, qualquer
informação gerada pelo sensor pode se mapeada e interpretada com auxílio de computadores
(COELHO, 2005).
Ao utilizar sensores a quantidade de amostragem depende da quantidade de sensores
aplicados e sua capacidade a freqüência de amostragem é determinada pela acessibilidade ao
alvo. Entre algumas das medidas obtidas através de sensores podemos citar a utilização em
sistemas de monitoramento de colheita, onde sensores medem o fluxo de grãos em colhedoras
traçando mapas detalhados impossíveis de serem obtidos com outras técnicas de medidas. A
tecnologia de mapear a colheita no campo pode ser considerada o fator mais importante para a
evolução e o crescente interesse em agricultura de precisão (COELHO, 2005).
2.2.5 Geoprocessamento
Segundo Lúcio André de Castro (2014) pesquisador da Embrapa, imagens captadas
por Vant e boas técnicas de Geoprocessamento são capazes de identificar com precisão
irregularidades em plantações, problemas com o solo, áreas atingidas por erosão e
assoreamento de rios. As imagens captadas por drones são superiores às de satélites, pois,
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programas de computador podem identificar através de cores especificas problemas que
podem ocasionar prejuízos às lavouras (AGROLINK, 2014).
O conceito básico de Geoprocessamento consiste em representar em computadores
dados geográficos, um conjunto de tecnologias capazes de coletar e tratar informações.
Algumas tecnologias que fazem parte desta concepção são: Sensoriamento Remoto (SR),
Sistema de Posicionamento Global (GPS), Sistema de Informação Geográfica (SIG) (SITE
DA UFES).
Sensoriamento Remoto tem por finalidade obter imagens através da captação de
energias eletromagnéticas, refletida ou emitida da superfície. SIG processa dados gráficos,
mapas e tabelas tem como intuído desenvolver uma modelagem espacial da superfície, o GPS
por sua vez, corresponde a um sistema de posicionamento ligado a satélites, com a idéia de
determinar a posição especifica de um objeto na superfície terrestre (SITE DA UFES).
2.3. Veículos aéreos não tripulados aplicados na agricultura
Estudos sobre agricultura de precisão utilizando os Drones foram realizados pela
Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz (Esalq) da USP Universidade de São Paulo,
coordenados pelo professor Rubens Duarte.
Durante os testes um Drone realizou vôo não tripulado com câmera especial térmica
acoplada. O limite máximo de altitude autorizada para o vôo foi de 300 metros, tendo nesta
captação de imagens uma foto de aproximadamente seis hectares de área nas bandas
espectrais de radiação (ALBUQUERQUE, 2013).
Na opinião de Coelho (2013 apud ALBUQUERQUE, 2013), a utilização de Drones
amplia as formas de plantio a nível nacional, facilitando resolução de problemas relacionados
aos aspectos geográficos, como também o combate e controle de pragas.
Coelho deixa claro que
A utilização de veículos aéreos não tripulados têm despertado atenções em diversos
segmentos da sociedade. No caso do setor agrícola, especificamente, a grande
vantagem é a precisão com que se pode detectar e monitorar grandes áreas quase que
em tempo real. “É uma realidade de sensoriamento remoto nunca antes imaginada,
com alta definição e alta frequência de captura das imagens aéreas”[...].(COELHO,
2013 apud ALBUQUERQUE 2013).
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Como Coelho (2013, apud ALBUQUERQUE, 2013), a captação de imagens na
mesma área pode levar até dezesseis dias, mas isso se as condições climáticas permitirem, as
mesmas devem ser captadas sempre às 10 horas. A imagem apresentada a baixo foi coletada
com um Drone durante pesquisas realizadas.
Figura 4: Foto tirada por um Drone
Fonte: USP.
Outros testes aplicados à agricultura de precisão pelas empresas parceiras Geocom e
Stonway tem como finalidade estudar a colheita de uma área de cana-de-açúcar, em quatro
vôos, sendo que o primeiro foi realizado trinta dias após a data da colheita, que observou as
possíveis ocorrências que podem aparecer nas plantas, como por exemplo, as formigas, os
alagamentos, as pragas, entre outros. O segundo vôo foi realizado 60 dias após a colheita,
sendo estudados outros fatores, no final do estudo com todos os dados coletados, as empresas
parceiras saberão qual é o melhor estágio para se investir sobre alguma anomalia.
2.3.1 Drones
Drone provém do inglês, que ao ser traduzido fica “macho das abelhas”, já no
português é chamado de Zangão. O termo Drone é mais comum no setor militar quando as
aeronaves não são tripuladas e equipadas com tecnologia bélica. Também é chamado de Vant
quando são misses, radares, câmeras ou sensores térmicos.
Segundo Chaves (2012), o conceito de vôo não tripulado surgiu em 1915 e foi
introduzido por Nicolas Tesla, porém em 1916 quando Lawrence e Elmer Sperry construíram
uma aeronave de navegação automática, chamada “Torpedos Aéreos”, ano em que foram
20
realizados os primeiros testes. Apenas em 1917 o primeiro VANT foi desenvolvido, durante a
Primeira Guerra Mundial o equipamento possuía um sistema giroscópio de estabilização,
realizou voos bem sucedidos, porém não entrou em combate.
Os VANTs não se demonstraram confiáveis e sua utilidade não era reconhecida por
militares e líderes políticos americanos. Em 1949 bombas foram lançadas por austríacos,
sobre o inimigo, utilizando balões interligados a cabos elétricos. Estados Unidos e Israel, em
conjunto, no ano de 1970, desenvolveram projetos de VANTs de pequeno porte, menos
velozes e mais baratos. Segundo Chaves (2012), o projeto mostrou-se eficiente, sendo
utilizado em operações na guerra contra o Líbano, no ano de 1982, dando origem a um novo
sistema que foi aplicado com sucesso em operações no Iraque em 1991 e 2003.
Atualmente os drones ainda precisam de um operador humano, mas destacam-se na
captação de imagens. Dentre as aplicações possíveis como o uso desta ferramenta está: O
monitoramento de áreas de risco, identificação de áreas de queimada, readaptação de espécies
selvagens, antecipação de ataques em campo de batalhas e execução de ataques a alvos pré-
determinados. Outras áreas importantes de atuação de Drones é a de busca e salvamento as
pessoas através de imagens e realização de inspeções em linhas de transmissão de energia
elétrica.
2.3.2 Regulamentação no Brasil
Segundo (PRATES, 2015), no Brasil os Drones são classificados conforme seu uso.
Se forem utilizados para hobby, lazer, esporte ou competição o equipamento é classificado
como aeromodelo, independente do seu formato podem ser tanto uma réplica de jato, um
mini- helicóptero ou um helicóptero de várias hélices. Os mais comuns são os quadricópteros.
Se o uso do Drone tem como finalidade pesquisa, comercio ou serviço recebe a
classificação de veiculo aéreo não tripulado (VANT), desde que não possua carga útil
embarcada (exemplo: câmera). Em resumo se o Drone for utilizado para recreação é
considerado um VANT e uma vez controlado remotamente durante o vôo onde o piloto não
esta a bordo, passa a ser denominado ARP (Aeronave Remotamente Pilotada).
21
Ambos os equipamentos não possuem impedimento para compra e limitação de potência
e tamanho. Mas, existem regras para uso de aeromodelos, que também podem ser aplicados
aos Drones. Os equipamentos não devem ser utilizados em áreas densamente povoadas ou
perto de multidões e não podem atingir altura superior a 121,92 metros, ou seja, 400pés de
altura.
VANTS utilizados em pesquisas no mapeamento de terrenos e das condições
atmosféricas possuem uma regulamentação própria, denominado como Certificado de
Autorização de Vôo Experimental (CAVE). Além de autorização junto a Agencia Nacional de
Aviação Civil (ANAC), os pilotos devem pedir liberação aos órgãos regionais do DECEA
(Cindacta I, Cindacta II, Cindacta III, Cindacta IV, SRPV-SP), assim como é feito no caso de
aeronaves tripuladas.
Os Vants no país, ainda não possuem regulamentação que permita a sua comercialização
pela ANAC. Para que se possa utilizá-lo faz-se necessário solicitar autorização de uso junto a
ANAC.
2.3.3 Diferentes Drones
Os drones podem ser encontrados em diversos formatos, tamanhos e pesos, com
diferentes tipos de fontes de energia. No Brasil, algumas aeronaves não tripuladas, guiadas a
distância já estão em uso: Mini Vant Gyro 500 que pode ser usado tanto por empresas quanto
na agricultura; o Morcego (IME), que é utilizado pelo Bope; RQ-450 (Hermes 450) e Hermes
900 são empregados pela FAB, IAI Heron e pela Polícia Federal (SITE G1.COM, 2013).
O Morcego é desenvolvido pelo Instituto Militar de engenharia (IME), mede 120
centímetros entre a hélice e a cauda, atinge 120 quilômetros por hora e pode atingir altura de
500 metros acima do nível do mar, tornando-se invisível a olho nu. Este equipamento decola
por impulso manual e é recebido pelas mãos, pode realizar operações em pequenos locais,
pode ser controlado da sede do batalhão ou de outros pontos da cidade do Rio de Janeiro. O
controle remoto pode ser operado por um oficial que recebe imagens frontais do vôo através
de um capacete (CARNEIRO, 2012).
22
Na Figura 5, está sendo demonstrado o modelo de Drone morcego, em suas diferentes
perspectivas.
Figura 5: Modelo do Drone morcego.
Fonte: Outside The Beltway
O Hermes 900 é utilizado pela Força Aérea Brasileira (FAB) para monitorar as
fronteiras. É de fabricação Israelense e opera com comunicação via satélite. Possui autonomia
superior a 30 horas de vôo, podendo percorrer distâncias superiores a 140 km e atingir mais
de nove mil metros de altura. O equipamento mede 15 metros de uma asa a outra, possui cerca
de 1180 quilos. Cerca de 10 pessoas são necessárias para operar a ferramenta, possuem dez
Câmeras de alta resolução que permitem a vigilância de uma grande região. O Software que
processa o conjunto de imagens permite que diferentes alvos sejam visualizados de maneira
independente (BRASILEIRA, 2014).
23
Na Figura 6 está sendo demonstrada a imagem do modelo de Drone Hermes 900.
Figura 6: Imagens do Drone Hermes 900
Fonte: Aviation News
O Mini Vant Gyro 500 é desenvolvido no Brasil pela empresa Girofly Innovations. O
miniveículo é do tipo quadrimotor, possuindo quatro motores elétricos e podem ser utilizados
com diferentes câmeras de vídeo. É controlado por controle remoto e pode realizar vôo
autônomo através de programação pré-definida. A diferença entre aeromodelos e helicópteros
encontra-se no hardware e software que proporcionam um maior controle e permite que
qualquer pessoa possa pilotar em pouco tempo. O Mini Vant possui a capacidade de pairar e
realizar pouso e decolagem no sentido vertical, permitindo que vôos possam ser realizados em
ambientes internos e externos (TERRA, 2010).
A Figura 7 apresenta o modelo de um Drone Mini Vant Gyro 500.
Figura 7: Imagens do Mini Vant Gyro 500.
Fonte: Drone Flyers
E, por último, o AR Drone. Este modelo é vendido em lojas de varejo como brinquedo
e possui sistema Wi-Fi podendo assim ser controlado através de IPHONE, IPad ou
24
IPodTouch. O Quadricóptero foi desenhado para plataformas Apple, mas também possui
compatibilidade com smartphones e tablets que possuam sistemas Android, Symbian ou
Bada. O equipamento possui duas câmeras que podem ser alteradas através de comandos
integrados do aplicativo de funcionamento, utiliza bateria de polímero de lítio (três células,
11,1V mAh) com um tempo de autonomia de 12 minutos (IDREAM, 2014).
Na Figura 8, está apresentando o modelo de Drone AR Drone.
Figura 8: Modelo de Drone AR Drone.
Fonte: Ardrone2
2.3.4 Utilização de Drones
Os Drones possuem as mais diversas funções, por exemplo, o profissional audiovisual
utiliza-o como suporte de câmeras com o objetivo de fazer as imagens aéreas às quais,
normalmente não conseguiria sem estar em um vôo ou em um helicóptero, por exemplo. O
equipamento já foi utilizado também para recolher imagens dos reatores, como no Japão, em
acidentes como o de Fukushima. O bombardeio de alvos pode ser uma das utilizações deste
recurso, pelos militares. Portanto, são perceptíveis como os Drones possuem as mais diversas
finalidades. A Amazon é uma das maiores empresas de comércio eletrônico do mundo, tem
sua sede nos Estados Unidos. A empresa efetuou testes com Drones para realizar a entrega de
encomendas, os dispositivos testados podem entregar pacotes com até 2,3 kg em um tempo de
25
apenas 30 minutos, encomendas com até 2,3 quilos correspondes a 86% dos itens entregues.
O serviço, no entanto, deve levar até cinco anos para entrar em operação (BBC, 2013).
Os Aparelhos equipados com oito hélices possibilitam maior estabilidade ao
octocóptero. A distância máxima do percurso percorrido para a entrega de encomendas pode
atingir 16 km e as encomendas serão orientadas através de coordenadas por GPS. Segundo a
Amazon, depois de realizados os testes, a companhia aguarda a regulamentação do serviço
para iniciar a entrega de encomendas utilizando a nova Tecnologia. O Espaço Aéreo
Americano, regulamentado por FAA (agência americana de Aviação), deve estar aberto para
o uso de Drones em 2015, mas atualmente os serviços estão liberados apenas para agências da
polícia, militares e governo.
Na Figura 9, está demonstrando o modelo de Drone utilizado para a entrega de
mercadoria pela Amazon.
Figura 9: Drone sobrevoando uma área com mercadoria.
Fonte: Site da Amazon.
Grandes emissoras televisivas como CNN, BBC, ABC e outros grupos de mídia,
mesmo sem uma legislação especifica, têm usado os Drones. O Grupo L’EXPRESS da França
realizou experimentos com Drones equipados com filmadoras pelo período de três meses, os
testes foram realizados com 10 Drones com autonomia de voo de 15 minutos e com peso
inferior a 500 gramas. Durante a experiência, por falta de perícia e prática no manuseio,
quatro unidades foram perdidas durante a cobertura de uma manifestação devido à perda de
sinal, os aparelhos se afastaram demais e perderam a conexão Wi-Fi (BBC, 2013).
26
Outro exemplo da utilização do Drone é na área de jornalismo, imagem apresentada
na Figura 10.
Figura 10: Exemplo de Drone no jornalismo
Fonte: Questões contemporâneas de jornalismo
Drones equipados com filmadoras ou câmera podem se aproximar mais de eventos
preservando os repórteres, em casos de cobertura de uma guerra, por exemplo, o repórter não
precisa se arriscar. O equipamento demonstrou também vantagens ecológicas e de custo se
comparados com helicópteros.
2.3.5 Funcionamento de um Drone
Os VANTs também são conhecidos como quadricóptero, aeronaves compostas por
quatro motores, que conseguem fazer decolagem e pouso, verificam o controle da altura e
podem ser definidos através da velocidade dos quatros motores controlados de forma
uniforme. O esqueleto de um drone pode ser em forma de xis ou de cruz, fator que determina
como será realizado o controle dos motores. Nas extremidades são fixados os motores, no
centro para que ocorra estabilidade, são fixados os demais componentes, sensores,
dispositivos de controle, bateria, etc. O peso, assim como a estrutura em forma de xis, deve
ser leve e resistente como o alumínio ou a fibra de carbono (SILVA FILHO, 2011).
A direção e as manobras que o drone realiza durante o vôo ocorrem por meio da
diferença de potência dos motores, pois cada motor tem uma rotação em sentido especifico,
27
ou seja, cada motor possui rotação no sentido inverso ao motor adjacente. Esta configuração
de controle dos motores proporciona a estabilidade durante o voo. Na figura 11 podemos
encontrar o diagrama do Drone que será desenvolvido, a estrutura básica e a disposição de
seus componentes.
Figura11: Estrutura de blocos de um Drone
Fonte: SILVA FILHO, 2011, p.25.
Na Figura 12 é possível visualizar um exemplo de como um drone em forma de ”cruz”
se comporta durante o vôo, a direção que assume e os movimentos que realiza quando a
velocidade de um motor é alterada. As setas em azul demonstram a direção que o drone
assume. Através do desenho é possível identificar o sentido que o motor está girando. Quando
estas setas assumem a cor vermelha, demonstra que ocorreu um aumento de velocidade, ou
seja, potência no motor; setas na cor verde demonstram que ocorreu uma queda de velocidade
ou diminuição da potência fornecida ao motor; setas na cor branca apresentam motores que
não sofreram alteração de velocidade ou potência. No exemplo, quando o motor da frente
aumenta a velocidade, o motor contrário diminuiu sua potência e faz com que o drone assume
a direção de ré ou voltar.
28
Figura 12: Controle de motores
Fonte: Domingues, 2009, p.2098.
Existe no mercado placas que realizam o controle de estabilidade, necessitando apenas
de comandos para o posicionamento e outros recursos mais práticos, ou seja, é necessária a
utilização de programação em micro controlador.
2.4 Estruturas para o Funcionamento de um drone
A estrutura do drone é composta pelos mais diversos componentes e programas, que
serão explicados neste capítulo.
2.4.1 Arduino
O Arduino é considerado uma placa que possibilita a automação de projetos
eletrônicos e/ou robóticos que podem ser utilizados por amadores ou profissionais. É uma
plataforma que utiliza um código de licença livre baseado em software e hardware, possuindo
uma linguagem relativamente acessível e de fácil desenvolvimento. (SITE ARDUINO).
29
O hardware do Arduino tem vários modelos e nomes, como por exemplo, Arduino
Leornado, Intel Galileu, mega 2560, nano, uno, entre outros. Será destacado o Arduino UNO
que é composto pelos componentes descritos a seguir.
A Fonte de alimentação é responsável por receber a energia que vem de fora, tem uma
carga mínima de 300 mAa a tensão é de no mínimo 7 volts e no Maximo 35volts. O Núcleo
CPU é o microcontrolador. A CPU do computador possui desde memória RAM até
dispositivos de entradas e saídas, estas entradas/saídas são formadas por um chip composto de
vinte e oito pinos de conexões elétricas; sendo que destes vinte e oito pinos, quatorze
encontram-se ao lado direito, e outros quatorze ao lado esquerdo. Ainda assim, quatorze pinos
são digitais de entrada e/ou saída (programáveis), seis pinos de entrada analógica e/ou
endrada e saída digital (programáveis), cinco pinos para alimentação (gnd, 5V, ref. analógica),
um pino com a função reset, e por fim, dois pinos conectores do cristal oscilador. Entradas
analógicas e saídas digitais que têm a função de liberar mais voltagens, podendo ascender
sozinhos led‟s, já as entradas analógicas tem a finalidade de transformar alguma grandeza
física em um valor de tensão (SITE ARDUINO).
Na figura 13 está sendo demonstrada a imagem do Modelo do Arduino UNO:
Figura 13: Placa Arduino Uno, utilizada no projeto. Fonte: multilogica-shop
Ainda no hardware, vale citar os pinos com características especiais, são eles: PWM:
Tratado como saída analógica. Esta saída digital acaba por gerar um sinal alternado, o qual é
utilizado no controle da velocidade de motores, ou também da geração de tensão com valores
controlados por meio do programa. Os pinos descritos são os de número três, cinco, seis,
30
nove, dez e onze. A Porta Serial USART: é utilizada para transmitir e um pino para receber
dados no formato serial assíncrono (USART) (SITE ARDUINO).
Pode-se conectar um módulo de transmissão de dados via bluetooth. O Comparador
analógico: utiliza-se de dois pinos para comparar duas tensões externas, sem que haja a
necessidade da criação de um programa para ler e comparar as tensões. Essa é uma forma
muito rápida de comparar tensões e é feita pelo hardware sem envolver programação, são os
pinos seis e sete. A Interrupção Externa tem a finalidade de programar um pino para avisar o
software sobre alguma mudança em seu estado, são os pinos dois e três. E por fim, a porta SPI
que é um padrão de comunicação serial Síncrono, o qual mostra ser mais rápido que a
USART, é com ela que se conecta os cartões de memória (SD) e muitas outras coisas, são os
Pinos 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO) e 13 (SCK) (SITE ARDUINO).
Na figura número 14 exemplificam-se a placa Arduino e os pinos:
Figura 14: Estrutura de uma placa Arduino Uno. Fonte: multilogica-shop
O Arduino por ser programado através de um software disponível em seu site, onde
está disponível para download materiais de auxilio como tutorias. Também podem ser
encontrados em fóruns ou no site do fabricante. Os programas em Arduíno podem ser
divididos em partes; estrutura, valores e funções, e tem como linguagem baseada em C/C ++
(SITE ARDUINO).
31
2.5 Google Play e Android
Para controle do Drone e aquisição de fotos foram utilizados apps, ou seja, aplicativos
para celular fornecidos pela Google Play para o sistema Android. Segundo Lacheta, o usuário
pode utilizar o Google Play para procurar, localizar e/ou fazer o download de conteúdo para
seu dispositivo móvel, computador ou outro dispositivo compatível (LACHETA, 2013).
A Google Play Store caracteriza-se como uma
[...] loja virtual do Android, onde estão disponíveis todos os aplicativos destinados à
plataforma. Conhecida anteriormente como Android Market, a loja conta com
bilhões de aplicativos de diversos tipos como jogos, redes sociais, mensageiros,
corporativo, entretenimento, navegadores, segurança e fotografia, além da venda e
aluguel de filmes online e livros digitais. O serviço permite a instalação de apps
remotamente, atualizar automaticamente, avaliar e comentar sobre os aplicativos e
sugere novos títulos com base nas suas preferencias de apps e jogos. A loja do
Android também conhecida por Play Store, permite ao usuário personalizar sua
experiência de leitura, compartilhar livros e encontrar diversos e-books do mundo ou
assistir aos seus filmes favoritos. A sincronização na nuvem possibilita que o
conteúdo esteja disponível na Web e em seus dispositivos Android. (SITE
TECHTUDO, 2015)
Android é uma plataforma de desenvolvimento para aplicativos moveis como
smarthphones e contem um sistema operacional baseado em linux, possui uma interface rica,
alem de um poderoso ambiente de desenvolvimento (LACHETA,2013).
2.6 Acelerômetro
Um Acelerômetro mede a variação de velocidade, é um instrumento utilizado para
medir a aceleração e, por consequência, a velocidade de um objeto. Esta medição pode ser
realizada em uma, duas ou até três dimensões. Acelerômetros de três eixos informam as
inclinações relacionadas aos eixos tridimensionais (x, y, z) e possuem saída digital, com faixa
de sensoriamento programável.
32
2.6.1 Aplicações de um Acelerômetro
Uma aplicação dos acelerômetros pode ser verificada quando giramos um celular.
Alguns possuem a programação de orientação da tela, o conteúdo passa a ser mostrada no
sentido que o celular foi girado. Em Vídeo Games como Nintendo Wii, acelerômetros de três
eixos são usados no controle remoto para aumentar a interação do jogador com o jogo.
Na figura 15 mostra-se um exemplo de Acelerômetro, em celular.
Figura 15: Exemplo de Acelerômetro, em celular.
Fonte: Tecmundo
Outro uso do acelerômetro pode ser observado em notebooks para proteger discos
rígidos, em GPS para calcular a velocidade e localização do veículo, na medicina pode ser
utilizado para detectar variáveis fisiológicas e até na detecção de distúrbios de sono.
2.6.2 Aplicações de um Acelerômetro no Projeto
O Acelerômetro pode mediar velocidade, inclinação, aceleração em movimento,
batidas ou vibrações do drone. No projeto, o Acelerômetro será útil para calcularmos a
33
inclinação e a aceleração na hora do voo. Com auxílio do Acelerômetro saberemos se os
motores precisam de mais ou menos energia para manter o drone estável no ar.
2.7 Bateria
Um componente importante para o funcionamento do projeto é a escolha da bateria,
pois está ligada diretamente ao tempo de voo e deve fornecer energia suficiente para controlar
os quatro motores, o Microcontrolador e os demais componentes do drone. Existem tipos de
bateria com características e capacidades diferentes. Para o projeto, uma bateria recarregável
com tensão de carga suficiente e com peso compatível com o projeto deve ser utilizada.
Baterias LiPo (do inglês - Lithium-ion polymer) são recomendadas por possuir maior vida útil
e química melhorada, o que proporciona uma maior densidade de carga. Porém, deve-se
lembrar de que as baterias possuem vida útil e limite de recargas.
Já que o tempo de voo é proporcional ao peso, por conta do maior consumo de
energia dos motores para manter o drone no ar, baterias de três células em série resultam em
uma tensão aproximada de 12 v, tensão suficiente para manter o drone no ar. Baterias com
maior capacidade tendem a possuir um tamanho maior e com isso maior peso o que pode
exigir motores mais potentes.
2.8 ESC
ESC (Eletronic Speed Controllers) normalmente são implementados com
Microcontrolador que fornece a alimentação correta para o controle de velocidade. A
alimentação é realizada através de pulsos com períodos de 2ms. Este dispositivo funciona
como um controlador de passagem de energia para o motor Brushless e possui cinco entradas
e três saídas. Os controladores eletrônicos de velocidade fornecem energia para a alimentação
dos motores e também realizam o controle de velocidade.
34
Para motores que não possuem escova não basta realizar o controle de tensão da
armadura como em motores de correntes contínua com escova. A forma correta de controle é
através da variação de frequência das correntes. Esse processo pode ser realizado através de
um conjunto de transistores Mosfet, que acionam as bobinas do motor na sequência adequada.
Os Esc‟s devem ser ligados direto à bateria, e apresentam três saídas e cinco entradas. Os
ESC’s são construídos com transmissores que liga e desliga o sinal PWM, do inglês Pulse-
width, sinal que varia entre dois pontos de tensão, tensão alta e tensão baixa.
2.8.1 Aplicação de ESC no Projeto
No projeto, o ESC será utilizado para controlar e estabilizar o drone no ar e também
será de grande importância na hora de locomover este em sentidos diferentes. Os ESC’s
alteram a velocidade dos motores. As variações precisas de velocidade dos motores são muito
úteis nos casos de estabilidade e mudança de direção.
2.9 Motores
Os motores convertem energia de diferentes tipos em energia mecânica, de acordo
com Halliday et al (2009). O estudo realizado será sobre motores elétricos de alimentação DC
com corrente contínua, ou seja, bateria com pouco peso e de pequeno porte. Existem dois
tipos de motores: brushed (com escova) e brushless (sem escova). Os motores do tipo
brushed funcionam com duas escovas magnetizadas por indução que ao terem a polaridade
alterada fazem que o campo magnético do rotor se inverta.
Os motores brusheless são magnetizados por ímãs permanentes e não por indução. Estes
motores possuem algumas vantagens, tais como:
Melhor característica velocidade x torque;
35
Alta eficiência;
Maior vida útil;
Silencioso;
Alta velocidade.
2.10 Giroscópio
Alguns textos e artigos dão crédito à invenção do físico Jean Bernard Leon Foucault,
que inventou este dispositivo com a intenção de demonstrar o movimento da rotação da terra.
Giroscópio é um dispositivo de medição e orientação, um giroscópio mecânico consiste em
uma roda giratória ou disco, cujo eixo é livre para tomar qualquer direção. Um rotor suspenso
por um suporte formado por dois círculos articulados. O eixo em rotação guarda em memória
a direção fixa em relação ao círculo, ignorando as coordenadas geográficas e informa a
inclinação em cada eixo. Giroscópios eletrônicos possuem filtros, sensores de temperatura e
entrada de clock.
2.10.1 Aplicações de um Giroscópio
Um bom exemplo da aplicação de um Giroscópio está no GPS, quando utilizado em
conjunto com um acelerômetro, que já está incluso neste equipamento, pode-se ter a
localização de onde um veículo está indo. Deste conceito foi criada a função piloto
automático, que trabalha sobre a localização do veículo e pode traçar a melhor rota a se
seguir.
36
2.10.2 Aplicações de um Giroscópio no projeto
No Projeto, um giroscópio que possui eixo duplo com sensores de velocidade angular
e de vibração que identificam a velocidade e rotação do eixo x e y será utilizado. Este tipo
pode ser encontrado em controles de vídeo games e possuem pequeno tamanho e baixo custo.
O Giroscópio não terá tanta utilidade como o Acelerômetro no projeto, porém, tem como
funcionalidade tomar informações mais precisas com o Giroscópio ligado ao Acelerômetro.
Desta forma é possível obter informações no software de qual direção o drone está voando,
verificar informações quanto à rotação dos motores e verificar se o drone está seguindo a
direção correta.
2.11 Bluetooth
Bluetooth é a tecnologia de rede sem fio que permite a troca de dados afins sem que
esteja conectado a fios. Podem ser utilizados para ligar um tablet a uma impressora, por
exemplo, sem que estes estejam ligados a algum tipo de cabo. Tem o intuito de ligar estes
dispositivos de forma rápida. Cabe salientar que o bluetooh utiliza um baixo índice de bateria,
mas desde que estes dispositivos estejam próximos um do outro.
O funcionamento do Bluetooth acontece de uma combinação ente software e
hardware, transmissão ocorre por meio de uma radiofreqüência o que possibilita que um
aparelho encontre o outro.
Como existem diversos tipos aparelhos que permitem que um bluetooh seja conectado
a outro, esta tecnologia foi subdividida em três classes, onde cada uma delas tem uma
freqüência de alcance. Na primeira classe o alcance é de até 100 metros, pois tem como
capacidade máxima de 100 mW; a segunda classe tem uma potência máxima de 2,5 mW e
tem o alcance de máximo 10 metros; a terceira classe, por sua vez, utiliza-se de uma potência
máxima de 1 mW e alcança ate 1 metro (ALECRIM, 2008).
Cabe salientar que a tecnologia do Bluetooth é particular de cada aplicativo, onde a
um intervalo de 10 metros ou 30 pés, mas destacando que não há limite definido para cada
37
fabricante onde estes possam ajustar o intervalo conforme é necessário ao seu dispositivo
(ALECRIM,2008)
2.12 Smarthphone
Segundo Thiago Barros (2012), Smatphone é um telefone inteligente, com
capacidades alem de realizar e receber chamadas, funcionalidade esta que passa a ser apenas
um detalhe, para um aparelho que permite infinidade de possibilidades. Smartphones são uma
mistura de celular e computador, não possuem um hardware potente igual a um computador e
não são tão simples como um celular.
Com um Smartphone é possível fotografar, assistir filmes, ouvir musicas, acessar a
internet e em alguns modelos assistir televisão. A uma quantidade enorme de aplicativos,
ferramentas para o trabalho, editores de imagem, texto até opções para se divertir com jogos
(BARROS, 2012).
No projeto será utilizado para obter imagens através de uma câmera e aplicativo
gratuito disponível através da Google Play e um segundo aparelho para controle do drone.
2.13 Estudos de drones utilizados na Agricultura
Segundo André Cabette Fábio (2013), a usina São Fernando Açúcar e Álcool utiliza
seis Drones para monitorar sessenta mil hectares de cultivo de cana em Mato Grosso.
Segundo André Cabette Fábio (2013), e Gustavo Nogueira, Gerente de TI (Tecnologia de
Informação), a utilização de Drones diminui pela metade do tempo os gastos com visitas para
buscar por falhas em plantações, pois
antes, era preciso rodar de carro pelos pontos mais altos e tentar ver em que
parte da plantação havia falhas. Agora, um agrônomo controla os Drones
38
com um tablet, que transmite informações para o computador, onde podem
ser imediatamente analisadas por outro profissional. (FÁBIO, 2013)
Os Softwares são utilizados em conjunto com os drones para a análise automática das
imagens captadas. O mapeamento das plantações também é realizado por satélite, porém com
gastos quatro vezes maiores e com uma precisão inferior. Já os drones possuem uma precisão
30 vezes maior, com a vantagem de poder ser realizado em dias nublados.
40
3. PROPOSTA METODOLÓGICA
Como afirma Ficagma (2007) à metodologia apresenta a forma como a pesquisa será
realizada, destacando que essa forma envolve vários aspectos que vai desde operacionais até
os aspectos menos objetivos.
Partindo desta idéia, o mesmo será composto das seguintes espécies de pesquisas
cientificas: descritiva, qualitativa bibliográfica e pesquisa ação. A espécie de pesquisa
cientifica será elaborada pelo método descritivo, pois irá descrever o passo-a-passo da criação
de um drone, como funcionam, quais as finalidades e vantagens. Para Cervo (2007) o método
de descrição tem a finalidade de fazer com que o outro veja mentalmente aquilo que o
pesquisador observou.
A abordagem do problema será elaborada pela pesquisa qualitativa. Será utilizada com o
intuito de melhorar a qualidade da agricultura. Ficagma (2007 pag.80) diz que pesquisa
“qualitativa preocupa-se com o significado dos fenômenos e processos sociais, levando em
consideração as motivações, crenças e valores”.
Os procedimentos técnicos serão elaborados com as pesquisas bibliográficas, pois serão
utilizadas apenas referências teóricas. Para Mascarenhas (2012) a pesquisa Bibliográfica é a
investigação onde se concentram analise em livros, revistas, artigos e enciclopédias,
oferecendo assim uma quantidade de informações relevantes.
E a pesquisa-ação que é definida pelo autor como sendo um estudo baseado em dados
concretos que procura resolver um determinado problema Mascarenhas (2012). A coleta de
dados será feita através de estudo e montagem de Drones que visam o monitoramento das
áreas plantadas. A análise e o tratamento de dados serão desenvolvidas através de tecnologia
para melhorar o funcionamento do drone.
Portanto, a presente pesquisa tem o intuito de desenvolver o Protótipo de um drone,
controlado a distância. Para este fim será necessário estudar seu funcionamento, diferentes
tipos de drones encontrados em uso, identificar as diferentes tarefas que realizam e diferentes
áreas em que estão presentes.
Este estudo servirá como base para delimitar as tarefas que o drone realiza no setor
Agrícola. Antes de desenvolver o protótipo serão identificadas as partes que compõem um
drone e como cada uma é utilizada no projeto. O controle destes componentes será realizado
através de um Kit Arduino por meio de um programa.
O Software que se pretende desenvolver será capaz de processar as informações
obtidas através de sensores e transformar estas informações para o controle dos motores. O
equipamento eletrônico será capaz de manter-se parado no ar por alguns minutos e assumir
41
diferentes direções quando o comando for enviado e processado pelo software que será
desenvolvido.
O controle do drone poderá ser realizado de duas formas. Controle pré-programado,
ou seja, uma rota será seguida de acordo com definições imposta pelo programa, o usuário irá
apenas observar o drone se movimentar e executar uma tarefa.
Ao sobrevoar uma chácara ou fazenda, serão coletas imagens que terão por finalidade
a analise de elevações, quantidade de árvores, benfeitorias como casas e celeiros, se o terreno
de plantio é rochoso ou não, se existe erosão da terra ou não e em caso de compra de
terras ainda é possível avaliar se o valor requerido esta de acordo ou é abusivo.
Ao sobrevoar um terreno serão tiradas fotos em seqüência onde o drone irá manter
determinada altura e sobrevoar uma rota determinada, seguindo uma linha reta por
determinada distância, pousando ao fim da rotina de vôo programada.
Estas seqüências de fotos no momento que forem tiradas irão permanecer no celular
acoplado ao drone para posteriormente serem analisadas em computadores por outros
softwares.
Com estas fotos obtidas será então possível analisar qual ponto da plantação
apresentou algum problema, como por exemplo, diferença na coloração da planta.
A finalidade inicial é a montagem do Drone, controlar seus movimentos através de um
programa, e em seguida aperfeiçoá-lo; para que o software quando percorrer um terreno
obtenha suas medidas para que possam ser utilizado em um segundo momento para
determinar rotas especificas.
Para que estes objetivos sejam atingidos será realizada uma pesquisa, projetos de
construção de um drone serão estudados, para que os principais componentes e
funcionalidades sejam desenvolvidos no projeto.
Ao final do projeto o protótipo deve ser capaz de elevar-se e sobrevoar um
determinado perímetro, simulando áreas de cultivo agrícola em busca de irregularidades em
plantações.
42
4. DESENVOLVIMENTO E APLICAÇÃO
O protótipo desenvolvido não tem como finalidade percorrer longas distâncias em um
primeiro momento, mas sim estudar sua aplicação para coleta de imagens em seqüência para
posteriormente poder ser aplicado em lavouras.
O protótipo desenvolvido vai percorrer espaços pequenos, coletar imagens em
seqüência e armazená-las no dispositivo utilizado para coletar fotos.
As imagens presentes no celular serão transferidas para o computador através de um
cabo USB, ou caso o computador possua conexão Bluetooth.
A finalidade do protótipo é estudar a viabilidade de programar Drones de pequeno
porte e baixo custo para monitoramento de plantações.
Para o desenvolvimento foram utilizados os seguintes componentes:
Componente Quantidade
Placa Arduino Uno 1
Celular Samsung Galaxy Note N7000 1
Celular Samsung Galaxy Duos 1
Bateria GE POWER 11.1V 2200mAh 25C Lithium Polymer Battery 1
Modulo bluetoot Arduino JY-MCU HC-06 1
Componente embarcado Arduino, Giroscopio e Acelerometro GY-81-
3205 10DOF ITG3205 BMA180 HMC5883L MultiWii
1
Placa de desenvolvimento Arduino UNO R3 1
Painel de fixação Motor 4
Tubo do quadro preto 2
Tubo de quadro vermelho 2
Painel de fixação Motor 4
Protetor painel 2
Controlador eletrônico de velocidade 30A 4
Motor de 1000kv 4
Hélice 10x45mm 4
Parafuso Philips (M3 x 6) 24
Soquete Hex (M3 x 20) 10
Soquete Hex (M3 x 25) 14
43
Soquete Hex (M4 x 25) 8
Anti-solta parafuso M4 8
Bloco M4 20
Almofada M3 50
Espaguete térmico 1m
Resistor de 470 ohom 1
Resistor de 680 ohom 1
4.1 Montagem do Drone
O drone é composto por dois celulares, um para controle e outro para coleta de
imagens.
O celular Samsung Galaxy Note N7000 equipado com o programa “Bluetooth spp
pro” é responsável pelo controle do drone, será utilizado para enviar comandos ao Arduino
através da placa de conexão Bluetooth JY-MCU HC-06.
O Segundo celular, um Samsung Galaxy S2 Duos é acoplado na parte de baixo no
Drone, e possui a função de captar fotos e armazená-las em cartão de memória presente no
mesmo dispositivo, o celular está equipado com o aplicativo “Photo Sequence”, responsável
por captar imagens em sequência.
A carcaça do drone é composta por quatro tubos de metal, dois vermelhos e dois
pretos, nas suas extremidades possuem quatro painéis de fixação de motores e os próprios
motores instalados.
Os tubos de metal estão ligados a uma base composta de três peças que comportam
também os demais componentes como: placa Arduino, bateria, placa bluetooth, celular.
A estrutura pode ser visualizada na Figura 16.
44
Figura 16: Teste de motores, no Drone desenvolvido.
Fonte: Primaria.
Até chegar à estrutura final do Drone e realizar o primeiro vôo, varias etapas e testes
foram realizados durante o processo de montagem. A etapa inicial foi a montagem da carcaça
e a montagem dos motores, conforme Figura 17.
45
Figura 17: Etapas de Montagem.
Fonte: Primaria
Em um segundo momento foi desenvolvido o software para Arduino responsável pelo
controle do drone, no qual foram realizados testes individuais dos componentes. Antes de
realizar o controle de acionamento dos motores, foram realizados testes, com auxilio de leds,
Proto Board e Arduino. Nesta etapa, a conexão Bluetooth e o software “Bluetooth spp pro”
foram configurados para acender e desligar leds a distancia.
O Software desenvolvido para Arduino se comportou como esperado, e o mesmo
então foi aplicado para controle dos motores. O acionamento de um dos motores foi realizado,
e na sequencia os outros quatro foram ligados ao circuito e acionados.
46
A Figura 18 expõe parte do software onde os motores foram declarados, foram
definidos valores máximos e mínimos para a rotação dos motores e os pinos utilizados foram
definidos e variáveis criadas.
Figura 18: Código fonte, declaração de motores.
Fonte: Primaria.
Na Seqüência a porta serial utilizada para conexão foi informada, os motores
iniciados, então uma mensagem é apresentada informando que para iniciar o giro dos motores
de faz necessário enviar o comando através do celular.
Figura 19: Programação dos motores.
Fonte: Primaria
47
O Software então foi aperfeiçoado para realizar uma rotina de vôo. Quando o comando
de rotina de vôo é disparado, os dois motores da frente permanecem com a rotação atual, e os
dois motores de trás aumentam o giro por aproximadamente dois segundos, retornando ao seu
estado original depois de decorrido este tempo. Isto faz com que o drone se desloque à frente.
Este processo ocorre quatro vezes até que drone fique parado, e comece a diminuir a
velocidade dos quatro motores para o pouso.
Uma terceira versão do software precisou ser desenvolvida, para que os giros dos
motores alternassem. O acelerômetro e giroscópio informam as coordenadas x, y e z. Quando
o drone está parado, essas coordenadas indicam que este não está alinhado, estável e o
trabalho é fazer com que durante o vôo essas coordenadas iniciais continuem com o mesmo
valor. Mesmo com a rotação igual nos quatro motores, o drone não se elevava verticalmente,
um lado exercia sobrepeso, fazendo com que o drone fosse para o lado. Isto ocorre, pelo fato
de que o peso não é igual nos quatro lados do drone, a diferença de peso ocorre devido à
presença da bateria, placa Arduino e outros componentes presentes no centro do drone.
Duas placas com Giroscopio e acelerômetro foram testadas GY-81-3205 e GY-52
MPU-6050 3-Axis, então foi optado por utilizar GY-52 devido a fontes de informação e
tutoriais que auxiliaram no desenvolvimento da aplicação.
Ao final dos procedimentos de teste, montagem e desenvolvimento de software o
protótipo do Drone, com hélice, bateria, placa com Gyroscopio, acelerômetro e celular
acoplado apresentou se como observado na Figura 20.
Figura 20: Drone completo, todo montado.
Fonte: Primaria.
48
4.2 Software de controle Arduino
O software desenvolvido controla a altura, direção e permanência do Drone no ar. Para
desenvolvimento do sistema foi necessário consultar tutoriais e exemplos de como trabalhar
com motores brushless, ESC e componentes Arduino Bluetooth.
O controle de estabilidade é realizado através da analise dos dados fornecidos pelo
acelerômetro e giroscópio.
O acelerômetro e o giroscópio possuem valores fixos, que foram adquiridos com o
drone parado no chão, o que indica que o mesmo está alinhado e estável. Estes valores
obtidos através do giroscópio e do acelerômetro são utilizados como base para futuras
correções de inclinação e deslocamento do Drone, sem que o mesmo perca altitude. Estas
correções serão realizadas através do software desenvolvido.
Os comandos abaixo estão presentes no software desenvolvido, sendo utilizados para
o controle e acionamento dos motores, com o intuito de deslocar o drone.
A ou a: Aumenta a velocidade de giro do motor;
B ou b: Diminui a velocidade de giro do motor;
T ou t: Para, congela a velocidade do motor e por conseqüência a altura do drone;
I ou i: Inicia o ciclo de vôo programado
Na Figura 21 pode ser observado parte do código fonte responsável pelo controle de
Drone desenvolvido para Arduino.
Figura 21: Comandos de controle do Drone.
Fonte: Primaria.
49
4.3 Funcionamento do Drone
Ao ligar a fonte de alimentação ao Drone este irá permanecer imóvel, a placa Arduino Uno
ira emitir o som de “bip”, indicando que está ligado e aguardando comandos para iniciar o
giro dos motores.
O Arduino é a peça principal do projeto, o cérebro que controla através de um
programa a estabilidade do Drone. Será responsável por controlar os sinais PWM fornecidos
pelos ESCs, controlar os motores e a alimentação do Acelerômetro e Giroscópio.
A conexão e envio de dados é realizado através de um aplicativo para Android
chamado ”Bluetooth spp pro” e processado pelo software desenvolvido no trabalho, para
Arduino. As manobras e rota de voo estão definidas neste software.
A tecnologia Bluetooth permite uma conexão entre dispositivos até uma distancia
aproximada de 10 metros, distancia suficiente para enviar informações do celular para o
Drone e iniciar o ciclo de voo definido por software.
O Software ”Bluetooth spp pro” permite reconhecer o componente Arduino JY-MCU
HC-06, responsável pela conexão Bluetooth, o módulo possui quatro pinos vcc(alimentação
de 3,6 à 6v), GND, RX e TX os dois últimos utilizados para a comunicação serial com
Arduino. Na Figura 22, a placa Bluetooth utilizada no projeto pode ser visualizada.
Figura 22: Placa Bluetooth JY-MCU.
Fonte: ( http://www.arduinoecia.com.br/2014/01/enviando-dados-do-arduino-para-o.html)
Para conectar o modulo JY-MCU ao Arduino Uno foi necessário um divisor de tensão
no pino Rx para evitar que o modulo fosse danificado, para montar o divisor de tensão foram
utilizados dois resistores um de 470 ohoms e outro de 680 ohoms, as postar 6 e 7 do Arduino
foram utilizadas no Arduino para comunicação do modulo.
Para calcular o valor dos resistores existe um portal na internet denominado
Raltron.com (http://www.raltron.com/cust/tools/voltage_divider.asp). Neste site é possível
50
informar a tensão de entrada e o valor dos resistores utilizados. O resultado será a tensão de
saída do divisor de tensão. Caso o valor de saída seja superior a três volts, os resistores devem
ser alterados. Na Figura 23 imagem tal o calculo realizado:
Figura 23: Figura de auxilio no calculo de resistores utilizados.
Fonte: raltron.com
Todos os quatro ESC responsáveis por controlar os motores, possuem um dos pinos
ligados ao pino GND de alimentação do Arduino, e um dos pinos fica sem conexão.
Cada motor teve uns dos fios responsáveis por controlar a entrada de pulsos PWM a
um pino output do Arduino. No projeto, foram utilizados os pinos 6, 9, 10 e 11
respectivamente. Ou seja, o controle dos motores pode ocorrer de forma individual.
A Figura 24 ilustra como ocorreu a ligação entre o motor Brushless, o ESC, a bateria,
e o Arduino.
Figura 24: Ligação de um motor Blushless.
Fonte: diebotreise
51
4.4 Software Bluetooth spp pro
Ao iniciar o aplicativo “Bluetooth spp pro” este irá realizar uma varredura e buscar
todos os aplicativos que possuem sinal bluetooth ativo. O dispositivo de conexão Bluetooth
Arduino é apresentado com o seguindo nome HC-06, para conectar ao mesmo se faz
necessário digitar uma senha padrão “1234”, parear, reconhecer o dispositivo, após conectado
não se faz necessário digitar a senha de acesso uma segunda vez, a senha só será informada
novamente caso a senha de acesso do dispositivo bluetooth HC-06 seja alterada.
Para conectar o celular ao dispositivo, basta clicar em conectar, conforme figura 25.
Figura 25: Tela de conexão entre celular e componente Arduino.
Fonte: Primaria.
Para o controle dos quatro motores, oito caracteres de comandos, podem ser enviados
para o drone „A‟ ou a, „Z‟ ou „z‟, „S‟ ou „s‟, comandos estes reconhecidos pelo software
desenvolvido para Arduino e que controlam o aumento, diminuição, ou parada do giro dos
motores.
Para facilitar o envio de comando no aplicativo sem a necessidade de cada vez digitar
o comando como ocorre nos itens “Byte strem mode” e “CMD line mode”. A opção “keybord
mode”, foi configurada e quatro dos botões enviam caracteres, quando clicados de forma
automática os caracteres A, Z, S ou I.
Os botões utilizados tiveram o nome alterado de:
52
- “Click Me” para “Aumentar”, que envia o comando A para o Arduino;
- “Click Me” para “Diminuir”, que envia o comando Z para o Arduino;
- “Click Me” para “Parar”, para rotação do motor, no valor em que está;
- “Click Me” Para “Iniciar”, inicia a rotina de vôo programada;
4.5 Configuração Software Bluetooth spp pro
O aplicativo apresenta vários botões todos com o mesmo nome, com a descrição
“ClickMe”, estes botões se clicados, não realizam nenhuma tarefa; pois ainda não estão
configurados. Para configurar um botão, se faz necessário selecionar o mesmo e clicar no
botão esquerdo do celular; onde uma opção relacionada às configurações do botão será
apresentada, como na Figura 26.
Figura 26: Configurando botão no app Bluetooth SSP Pro
Fonte: Primaria
Ao Clicar no botão com a descrição “Buttons Set” a tela de configuração será
apresentada. No Figura 27 o botão para aumentar a velocidade de rotação do motor está sendo
configurado, no campo BTN Name o botão foi configurado com nome Aumentar e no campo
BTN Up o valor que esta sendo enviado através de bluethoot, neste caso o caractere “a”.
53
Figura 27: Configurando função para botão no app Bluetooth SSP Pro.
Fonte: Primaria.
Ao clicar em aumentar, cada click irá aumentar a velocidade de rotação do motor e a
mensagem “Velocidade de Pulso”, mais o valor de aceleração será apresentada. A mensagem
apresentada no dispositivo está programada no Drone na placa Arduino, e cada comando
através de celular dispara uma atividade no Drone. Como apresenta na Figura 28.
Figura 28: Tela que apresenta a velocidade de pulso do Motor.
Fonte: Primaria
O procedimento descrito foi realizado com todos os quatro botões de controle do
Drone.
54
Os ícones acima que possuem cores de fundo em verde, azul e amarelo, devem sempre
aparecer com valores diferentes de zero, caso este fato não ocorra, significa que o Drone não
está conectado através de Bluetooth, ou foi perdido o contato entre celular e o Drone.
O ícone em verde com a descrição Txt apresenta informações sobre dados
transmitidos e o ícone com fundo azul RxD informações sobre dados Recebidos pelo
aplicativo.
4.6 Trajetória percorrida
No cenário inicial o Drone se encontra em repouso com o motor sem rotação, porém
com sinal de pulso PWM (Pulse Width Modulation ou Modulação de Largura de Pulso) de 40º,
emitindo um sinal sonoro, aguardando receber comandos do celular para aumentar rotação do
motor e decolar, o primeiro comando enviado ao drone será para acionar a rotação do motor.
Cada toque no botão aumenta um grau e por conseqüência a rotação dos motores, a rotação do
motor irá aumentar gradativamente até chegar ao máximo 150º.
Como não se sabia qual a altura máxima atingida pelo Drone e como ele iria se
comportar no ar, o aumento de velocidade ocorreu aos poucos, para, caso necessário, uma
interferência fosse realizada de forma mais ágil, causando menores danos ao Drone.
Ou seja, através da largura do pulso de uma onda quadrada é possível o controle de
potência ou velocidade. Funciona como uma chave liga e desliga. Quando ligada a 100% a
tensão e potencia são aplicadas. Quando aplicada a 50% quer dizer que 50% a chave fica
ligada e 50% do tempo desligada. Em outras palavras ocorre um controle de potencia entregue
a carga, e por conseqüência o motor acaba girando menos.
O drone está programado para levantar voo e manter uma altura determinada através
da rotação fixa do motor. A altura de vôo irá manter-se estável deslocando-se a cada dois
segundos para frente. Após o período de deslocamento, o drone irá manter-se parado por dois
segundos para que uma foto seja tirada e continuar a se deslocar em linha reta, andando mais
dois segundos e parando dois segundos o processo será repetido por quatro vezes. Ou seja,
durante o processo de deslocamento serão registradas quatro fotos. No final do ciclo o drone
irá permanecer parado e a velocidade do motor irá reduzir, fazendo com que o drone diminua
sua altura em relação ao solo até que chegue por completo ao chão. Como se pode observar na
Figura 29.
55
Figura 29: Trajetoria programada para que o Drone realize uma sequencia de fotos.
Fonte:Primaria.
4.7 Coleta de imagens
O aplicativo Photo Sequence, está disponível de forma gratuita no site Google Play.
Segundo informações de publicidade divulgados no site da fornecedora de conteúdo, o app
“Photo Sequence” captura uma série de fotos em seqüência por um período determinado
(fotografias automáticas).
Basta selecionar a resolução de imagem e o tempo de disparo, ou seja, o tempo que
cada foto será tirada e o número de fotos em sequência que se deseja se obter.
Após a captura de imagens, a sequência de fotos é apresentada e uma analise da
qualidade e material obtido pode ser verificada, fotos excluídas ou mantidas.
No exemplo abaixo Figura 30, foi montado um exemplo de configuração de
parâmetros do aplicativo, serão disparadas três fotos em sequência no intervalo de dois
segundos cada uma, o total do clico de fotos será de seis segundos.
56
Figura 30: Configurando sequencia de fotos.
Fonte: Primaria
A segunda página de configuração de parâmetros permite configurar sons que
indicam, quando cada foto é tirada no nosso exemplo no intervalo de dois em dois segundos
um sinal sonoro será apresentado. Sinais sonoros também podem ser habilitados para
informar o final da seqüência de fotos programadas.
Figura 31: Configurando sons de aviso ao tirar foto.
Fonte: Primaria
No aplicativo as fotos coletadas são apresentadas em seqüência permitindo
visualizada e caso o resultado não seja o esperado descartar as imagens e realizar o
procedimento de sobrevoar uma determinada área novamente, na imagens a seguir é possível
verificar como as imagens são apresentadas no software utilizado para coleta de imagens.
57
Figura 32: Imagens captadas através do aplicativo Photo Sequence.
Fonte: Primaria.
4.8 Coletando imagens com o Drone desenvolvido
Para coleta de imagens, o Drone percorreu uma pequena distancia, local onde a
interferência do vento não provocasse movimentos bruscos no aparelho. Como se trata de um
protótipo e a correção de estabilidade através do giroscópio e acelerômetro precisam ser
aperfeiçoadas. O quintal utilizado (Figura 33) está localizando entre dois prédios e o Drone
não atingiu altitude maior que o muro que divide os dois pátios. Medidas tomadas para evitar
danos ao Drone.
58
Figura 33: Local sobrevoado para coleta de Imagens.
Fonte: Primaria.
O primeiro teste executado para coleta de imagens foi satisfatório. O drone foi
testado em um local de aproximadamente 7,20 metros por 2,30 metros a uma altura
aproximada de 60 cm, dados esses coletados com auxilio de uma trena.
Ná Figura 34 é possível visualizar a altura aproximada do Drone e o inicio do
processo de aquisição de imagens.
Figura 34: Drone em pleno ar.
Fonte: Primaria
59
Porém, as fotos ficaram sobrepostas, pois foram tiradas muito perto uma da outra, a
força aplicada no motor para deslocar o drone para frente fez com que o mesmo avançasse
pouco no tempo programado.
Em um segundo teste, o tempo de deslocamento e parada do drone, assim como o
tempo de disparo das fotos do foram alterados, fazendo com que as fotos coletas
apresentassem um pedaço maior do quintal que estava sendo utilizado para captação de
imagens.
O drone sobrevoou um pequeno pedaço de terra composto por grama, tijolos e
brita, coletou imagens desta pequena área e pousou, as fotos captadas podem ser verificar na
Figura 35.
Figura 35: Imagens coletadas pelo Drone.
Fonte: Primaria
O mesmo teste foi realizado apenas sobre a grama; porém como o espaço é menor o
número de imagens apresentadas foi menor e a seqüência de repetições de movimentos e
paradas do Drone foi alterado.
Durante os testes se mostrou necessário aperfeiçoar a forma de transmissão de
informações para o Drone. Todas as alterações necessárias para configurar o deslocamento do
Drone estão sendo realizadas através da alteração do código-fonte.
60
4.9 Apresentação de imagens coletadas
Como o Teste foi realizado em local com presença de internet e conexão Wifi, as fotos
no momento que foram captadas, foram transmitidas e armazenadas tanto no cartão de
memória do celular, como em ferramenta de armazenamento de documentos chamada
DropBox.
O Aplicativo denominado "DropBox", foi configurado para mapear a pasta utilizada
pelo aplicativo Photo Sequence , para sincronizar e armazenar imagens coletadas. O tempo de
sincronização de imagens varia devido a dois fatores, tamanho ou qualidade de imagem, e
velocidade de conexão da internet.
Presentes no computador as imagens estão disponíveis para que possam ser
processadas.
As imagens apresentadas abaixo foram captadas com uma câmera de celular de Cinco
Mega Pixels acoplada ao Drone desenvolvido, em uma plantação de aveia localizada as
margens da BR285, saída para Carazinho em um local com pouco movimento e com pouca
interferência de terceiros. Na figura 36 é apresentado uma amostra de coleta realizada pelo
Vant.
Figura 36: Imagem captada pelo Vant
Fonte: primaria.
Abaixo será apresentada na Figura 37 uma imagem coletada pelo Drone com uma
perspectiva e ângulos diferentes, demostrando uma estrada vicinal que atravessa a lavoura de
aveia, bem como os trilhos de trem.
61
Figura 37: Imagem do Drone identificando o limite da plantação
Fonte: primaria.
A seguir na figura 38, é apresentado mais um case de teste da ferramenta demostrando
uma foto mais aproximada da planta, sendo possível diferenciar rastros de cores diferentes.
Figura 38: Foto aproximada da lavoura de aveia
Fonte: primaria.
Não se trata de uma câmera profissional. Porém apresentou um bom resultado, e
demonstrou que se pode aperfeiçoar um drone de pequeno porte a baixo custo; a fim de que
possa ser utilizado para coleta de imagens.
62
5. CONSIDERAÇÕES FINAIS
Neste trabalho, foram abordados conceitos sobre agricultura, agricultura de precisão e
tecnologias que auxiliam no aumento de produtividade de um cultivo; e que buscam
minimizar perdas e aumentar os lucros na hora da colheita, tendo como foco a captação de
imagens através de Veículos Aéreos não tripulados(VANTS).
Foram apresentadas diferentes aplicações de VANTS como na cobertura de
reportagens, entrega de encomendas bem como descrito seu surgimento e primeiras
aplicações, regulamentação no Brasil, apresentados os diferentes tipos de aparelhos, o
funcionamento e estrutura, tudo buscando o desenvolvimento de um protótipo de baixo custo
para aplicação na área agrícola, que execute vôos programados e consiga captar imagens de
que possam ser utilizada para auxiliar no melhor aproveitamento do solo através da captação
de imagens.
Para o desenvolvimento do protótipo, foram utilizados componentes Arduino, e
realizado o desenvolvimento de um software para a mesma tecnologia, utilizando-se de livros,
fóruns e tutoriais de Internet para avançar no projeto. A tecnologia foi escolhida, pois se
mostra simples na hora de controlar hardware, não sendo necessário programar extensos
códigos fontes. O tempo de desenvolvimento foi reduzido e o resultado foi satisfatório.
Leis Brasileiras ainda pode ser um empecilho na utilização de drones para o
monitoramento de lavouras devido à falta e/ou pouca regulamentação sobre o assunto. Devido
o grande número de autorizações necessárias para o uso, fazem com que testes em lavouras
possam não ser realizados, ou até mesmo adiados devido à burocracia.
Existe um grande potencial na utilização de drones. A aplicação na agricultura é viável
e pode atender a várias e diferentes necessidades do agricultor. Porém a qualidade das
imagens captadas deve ser realizada por equipamentos com boa resolução e captados na
altitude certa, para que o nível de detalhes sobre a plantação seja satisfatório. A utilização de
drones pode ser considerada mais eficiente que o uso de satélites devido à liberdade que o
mesmo proporciona na hora de captar imagens, sendo que ao captar imagens de uma área
determinada ou seu uso em horário e com condições climáticas diferentes.
Conclui-se que, apesar do pouco espaço percorrido, o objetivo foi alcançado. O VANT
sobrevoou uma área determinada, e captou imagens que podem ser utilizadas no computador
para estudos futuros.
O processo de percorrer longas distâncias demanda de aperfeiçoar o Drone, um
aperfeiçoamento de software para controle manual, possibilidade de programar rotinas
63
diferentes de voo e alteração da atual forma de controle de bluetooth por outra que permita
transmissão de dados de maiores distâncias. Um aplicativo onde informações como número
de ciclos e tempo para disparo de fotos sem a necessidade de dois softwares, um só que
trabalhe em sincronia ajudaria muito no controle e captação de imagens sendo algo a ser
pensado para projetos futuros.
O Controle de estabilidade foi um grande desafio e não se mostrou 100% confiável,
sendo necessário aperfeiçoar o software para o uso real do Drone em lavouras.
64
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