TECNOLOGIA EMBARCADA

EM SISTEMAS AGRCOLAS

Ramon de Souza Victorino da Silva

Princpios em Agricultura de Preciso- IT 190

Seropdica-2015

Instituto de Tecnologia - IT

Tecnologia embarcada em sistemas agrcolas

1- Introduo.

Com a crescente demanda pelo aumento da produtividade agrcola mundial,

otimizao dos insumos, maximizao do retorno financeiro, a diminuio do impacto

ambiental. A Agricultura de preciso tem carcter fundamental, pos est relacionada

diretamente a todos estes stios. Segundo Varella (2004), a forma de manejo de cada subdiviso de acordo com as necessidades reais do processo produtivo, minimizando

as agresses ambientais e desperdcios de insumos. Sendo assim as ferramentas

aprimoradas para a maximizao do uso agrcola, como tecnologia embarcada em

sistemas agrcolas, pode atuar diretamente nestes processos de produo.

2- Agricultura de Preciso

O tempo decorrido entre a tomada de deciso e o resultado esperado, fator no

qual est associado a erros de interpretao de dados, gerando dificuldades na

compreenso da causa/efeito nas zonas de manejo essa interferncia de erros pode ser

reduzida com o aperfeioamento de tecnologias (Pereira 2008).

A agricultura de preciso permite o manejo em stio especfico da rea de cultivo,

com base em informaes que demonstram a variabilidade espacial dos fatores que

envolvem a produo, com o objetivo de aumentar a eficincia do processo produtivo

(QUEIROZ,2000).

O objetivo principal da agricultura de preciso a maximizao da eficincia no uso

de insumos agrcolas, tendo aplicaes diferenciadas ao longo da rea em produo,

conforme as necessidades reais de cada zona de manejo. (COELHO 2005).

Segundo Scheuller (1992 apud Molin,1997) cita que o conceito de agricultura de

preciso engloba um conjunto bastante complexo de tecnologias sendo: Sensoriamento

remoto, manipulao de dados, controle, localizao, informao geogrfica.

2.1 Sensoriamento Agrcola

O sensoriamento remoto uma das ferramentas utilizadas na agricultura de

preciso sendo definida como: a Cincia e arte de obteno de informaes sobre um objeto,

rea ou fenmeno atravs da anlise de dados obtidos por um equipamento (sensor) que no

esteja em contato com o objeto, rea ou fenmeno sob investigao (LIU,2006)

As tcnicas de Sensoriamento Remoto auxiliam a obteno de informaes para a

Agricultura de Preciso, atravs de dados de produtividade e de stress hdrico entre outros,

como os atributos fsico-qumicos do solo. Esses dados so obtidos por medies de

reflectncias de dossis e de reflectncias dos solos, feitas atravs de plataformas areas,

plataformas orbitais ou em torres (Singh et al., 2011).

Alm de tcnicas como retirada de amostras de solo para anlises qumicas e

fsicas e de medio de condutividade eltrica do solo a Agricultura de Preciso pode utilizar

os recursos que so oferecidos pelo Sensoriamento Remoto. A importncia desses recursos

se justifica pela reduo de custos e de tempo que proporcionam s medies de campo

(Seelan et al., 2003).

3 Tecnologias embarcada

A eletrnica embarcada na agricultura representada pelo uso em mquinas agrcolas de

sensores, atuadores, computadores de bordo, softwares e sistemas de informaes

geogrficas via satlite (GPS). Seu objetivo monitorar a operao das mquinas, realizar o

controle automtico e registrar dados para anlise posterior. As vantagens do uso da eletrnica

embarcada so melhoria da qualidade da produo, reduo das perdas e desgastes, ajuda no

planejamento do negcio e proteo ao meio ambiente. (Saraiva 2006).

O domnio das anlises e dos resultados obtidos pela agricultura de preciso s capaz

atravs de uma multiplicidade de sistema eletrnicos interligados, desenvolvendo cada um uma

funo especfica no stio de cada mquina. Estes sistemas tem a funo de coletar as

informaes, retransmitir e armazena-la em bancos de dados , como vimos anteriormente estes

dados estando ligados diretamente a agricultura de preciso. Em um sistema de pulverizao

agrcola como por exemplo, realizada a disperso da soluo em determinada rea , no qual

o sensor l a identificao da planta afetada e pulveriza na dose certa, alm disto identifica

falhas no processo produtivo ds do plantio ao estgio em estudo e tambm as coordenadas

do equipamento na lavoura, atravs do sistema GPS (Global Positioning System), com isto o

sistema interage com as necessidades de cada ponto. Para esta realizao de extrema

importncia primeiramente conhecer o tipo de sistema no qual se est trabalhando com isto

uma coleta de dados precisa fundamental, estes dados podem ser a velocidade do trator,

quantidade de herbicidas a serem pulverizados sobre a cultura, anlises da fertilidade do solo,

quantidade de sementes a serem aplicadas sobre o sulco de plantio. Para esta determinao

so utilizados sensores disponvel no mercado e viabiliza a aplicao localizada de insumos

em quantidades variveis e em tempos especficos, otimizando custos de produo,

colaborando para que nveis de produtividade pr-estabelecidos para uma determinada cultura

sejam obtidos.

3.1 Tipos de Sensores

Sensor um dispositivo que detecta um sinal, condio fsica ou produto qumico, sendo

compostos por transdutores, no qual tem a funo de converso de um tipo de energia em

outra, sendo que uma desta converso gera um campo eltrico, resultante em um sinal eltrico.

Os sensores mais utilizados na agricultura so os ultrassnicos, indutivos, capacitivos e

fotoeltricos

3.1.1 Sensores ultrassnicos

Os sensores ultrassnicos tm seu princpio de funcionamento na emisso de uma onda

sonora de alta frequncia, e na medio do tempo levado para a recepo do eco produzido

quando esta onda se choca com um objeto capaz de refletir o som. Eles emitem pulsos

ultrassnicos ciclicamente. Quando um objeto reflete estes pulsos, o eco resultante recebido

e convertido em um sinal eltrico. A deteco do eco incidente depende de sua intensidade e

da distncia entre o objeto e o sensor ultrassnico. Os sensores ultrassnicos funcionam

medindo o tempo de propagao do eco, ou seja, intervalo de tempo medido entre o impulso

sonoro emitido e o eco do mesmo (JUNIOR; VENTURA, 2011),

Estes tipos de sensor so aplicados em barras de pulverizadores, sendo montados para

manter automaticamente cada asa do pulverizador e a seo central na altura correta, acima

do solo ou no topo da cultura nas diversas condies de campo.

3.1.2 Sensores indutivos.

Os sensores indutivos so equipamentos eletrnicos capazes de detectar a

aproximao de peas metlicas, componentes, elementos de mquinas, em substituio

s tradicionais chaves fim de curso. A deteco ocorre sem que haja o contato fsico entre

o sensor e o acionador, aumentando a vida til do sensor por no possuir peas mveis

sujeitas a desgastes mecnicos. Seu funcionamento baseado na gerao de um campo

eletromagntico desenvolvido atravs de uma bobina ressonante instalado na face do

sensor.

Figura 1 Funcionamento Sensor Ultrassnico

Figura 2- Pulverisador Autopropelido CASE, utilizando sensores ultrassnicos nas barras de pulverizao.

Figura 3- A amplitude do sinal gerado no oscilador. A variao de amplitude deste sinal convertida em uma variao contnua que comparada com um valor padro, passa a atuar no estgio de sada.

Corra et al. (1999) realizaram a comparao entre dois mtodos de coleta: manual

e eletrnico (atravs de sensores indutivos) para a determinao da circunferncia de

rolamento de pneus agrcolas. Na comparao dos dados obtidos no foi possvel

encontrar diferenas estatsticas significativas, porm o mtodo manual de coleta

apresentou dificuldades com o trator deslocando-se a partir de 6,0 km/h.

Existem algumas empresas que utilizam os sensores indutivos na pecuria de leite,

para determinao da vazo de litros entregues para o produtor e a quantidade necessria

de cada recipiente, sendo assim se tem a determinao de quando o gado leiteiro do

produtor est produzindo, estes dados so lidos pelos sensores indutivos, instalados em

recipientes e aps a anlises ficam armazenados em bancos de dados, onde o produtor

tem total controle do seu sistema produtivo.

3.1.3 Sensores capacitivos

Os sensores capacitativos tem a capacidade de determinar qualquer tipo de massa

em seu campo. Gera-se um campo eletromagntico, gerado por cargas eltricas em sua

face, ocorrendo assim seu funcionamento. Quando h um aumento da capacitncia devido

a presena de uma massa isolante (lquido ou slido) entre seus eletrodos (onde esto

armazenadas as cargas), o sensor detecta esta variao de capacitncia e atua no produz

uma leitura sendo enviada para a sada do sensor, sendo esta sada recebida pelos

transistores, sinais variveis de tenso dependendo do sistema eletrnico que submetido.

Estes tipos de sensores so capazes de determinar a proximidade de objetos sente

ter que ter um contato fsico com o mesmo, tendo seu princpio de funcionamento baseado

na capacitncia, sendo est uma energia armazenada por si mesmo por uma determinada

Figura 4 -Funcionamento sensor fotoeltrico (Fonte: Simens 2013)

Figura 4 : Funcionamento Sensor Capacitativo

tenso pela quantidade de corrente alternada que atravessa o capacitor numa

determinada frequncia. O sensor capacitivo usado no centro de controle da cabine dos

tratores agrcolas, regulando a velocidade do motor e garantindo mais segurana para o

operador, sendo tambm utilizados na determinao da umidade do solo. e aplicado

tambm em colheitadeiras para determinao da umidade dos gros .

3.1.4 Sensores fotoeltricos/ pticos

Os sensores fotoeltricos so sensores no qual detecta objetos por meio de

emisso de um feixe de luz, e um receptor desta luz, quando a um rompimento no sinal

emitido pelo transmissor para o receptor, h uma deteco do sensor, sendo convertida

em comutao de contatos, transistor para corrente alternada ou corrente contnua,

dependendo do sistema eletrnico que o sensor est sendo empregado.

Tambm chamados de sensores de volume , sendo a quantidade transportada est

correlacionada com o tempo de interrupo do feixe de luz (IV).Considera o volume da p

para estimar o volume de gros, o sensor tico envia sinal para o rotor girar quando estiver

cheio este sistema instalado no elevador de gros das colheitadeiras

3.2 Sistemas de Posicionamento Global (GPS)

O GPS um sistema de posicionamento global no qual projetado para fornecer o

posicionamento instantneo, sendo este utilizado na agricultura como um sensor de

posicionamento de campo enviado a um sistema de computador ou ao processador do

maquinrio em uso. Este sistema de posicionamento global composto por 24 satlites

que fornece dados durante as 24 horas por dia em quaisquer condies meteorolgicas.

Os sistemas de posicionamento global os trs tipos mais utilizados so: o DGPS

apresenta correo via satlite, o GPS absoluto apresenta correo via algoritimo e RTK

(Real Time Kinematic). Dependendo da finalidade que se for utilizar necessrio a

correo do erro baseada na tecnologia que for escolhida. Como exemplo podemos

destacar que no necessrio o uso de GPS RTK para aplicao de mapas de

produtividade de colheita de caf, sendo necessrio somente o DGPS e em um caso mais

extremo o GPS, por outro lado usaremos o GPS RTK com a finalidade de aplicao de

adubos numa determinada rea, como por exemplo usado nas culturas de milho.

3.3 Sistemas de direcionamento via satlite

Em diversas estgios de aplicao dos manejos das culturas agrcolas necessrio

algum tipo de orientao, principalmente quando estamos relacionados a mecanizao

seja do solo, plantio, adubos dentre outros, sendo esta quando feita de forma incorreta

acarreta danos a produo. Os mtodos convencionais para a determinao desta

orientao so marcadores de espumas, orientao feita pelas fileiras de plantio,

riscadores ou marcadores de solo, utilizado tambm correntes cabos e outros mtodos.

Sendo que estas tcnicas aplicadas esto sujeitas a falhas nas demarcaes de fileiras,

falhas nas aplicaes e nos espaamentos que se desejam, em geral estas falhas geram

um maior consumo com aplicaes de corretivos, aplicaes com defensivos, em

aplicaes com adubos. As sobreposies, acabam gerando estas falhas, no qual deviria

ser evitada ao mximo para garantir a distribuio correta do insumo ou do controle

fitossanitrio, alm destes erros na demarcao das fileiras de plantio acarretam

diminuio da produtividade local, ocorrendo danos a produo e desperdiando uma rea

til. Sendo assim o sistema de direcionamento via satlite, so sistemas que so utilizados

Figura 5 VANT- Veiculo Areo no tripulado, usado para gerao de mapas e monitoramento

para substituir os sistemas tradicionais, gerando menos erros no processo produtivo e

como consequncia ocorrendo uma maximizao do processo produtivo.

Esta tecnologia capaz de substituir o operador no processo de conduo do

maquinrio, sendo chamado de piloto automtico, estes sistemas automticos so

acoplados na direo hidrulica do trator ou sistema, onde o prprio sistema corrige a rota

e a direo do veculo poupando o esforo do orientador e com isso aumentando a

preciso do sistema, senso assim o operador exerce a funo de apenas do controle da

operadora ou do implemento que est sendo utilizado no trator.

3.4 Mapas de produtividade

A principal etapa no processo produtivo o conhecimento total da rea no qual

estar sendo aplicado a cultura, com isto os mapas de produtividade so de grande

importncia quando estamos se falando em agricultura de preciso. Estes mapas ilustram

a variabilidade da produtividade, tendo como indicao os possveis locais onde se

encontram algum problema agronmico. Este mapa tem como a principal funo indicar

onde est o determinado problema daquela rea, possibilitando assim uma reduo dos

custos de insumos e aumento da produtividade. Estes mapas de produtividade nada mais

do que um conjunto de pontos espacialmente distribudos, sobre uma determinada rea

lhe dando uma informao sobre o fator em estudo daquele determinado ponto.

Uma das ferramentas utilizadas para a obteno de mapas de produtividade a

anlise de imagens, sendo estas obtidas atravs de plataformas de como satlites ou

imagens obtidas atravs de VANTs(veculo areos no tripulados), onde h um

georefernciamento destas imagens, com coordenadas conhecidas, sendo estas

processadas em software computacionais para a gerao de mapas.

Figura 6 Mapa de colheita ( Fonte: Precisaoap)

3.5 Aplicao de taxa varivel

A aplicao localizada de insumos est composta por trs etapas: coleta de dados,

interpretao dos resultados obtidos com a coleta de dados e a aplicao localizada. Nesta

etapa so utilizadas colhedoras com sistemas de posicionamento global (GPS) e monitores

de produo, alm de alguns equipamentos para amostragem de solo.Com isto aplicando as

informaes em sistemas de banco de dados como o SIG e tcnicas de geoestatstica obtm-

se os mapas, de onde ir fornecer a viso de todo o processo produtivo. Aps esta etapa

temos o processo de planejamento de aplicaes de insumos, este planejamento resulta em

mapas de aplicao de insumos, dos quais sero inseridos nos sistemas de controladores

eletrnicos das mquinas no campo, onde sendo coordenada pela DGPS, de acordo com os

mapas de aplicao, as mesmas aplicam somente a quantidade necessria nos lugares

planejados.

A determinao do alvo de aplicao de grande importncia, por conceito podem

ser aplicadas duas metodologias. A primeira metodologia consiste em um sistema on-line,

onde o equipamento se desloca sobre o campo de aplicao, sendo que os alvos vo sendo

identificados por sensores e a aplicao feita somente na rea desejada, utilizando somente

uma aplicao. A outra metodologia consiste qual com o software de sistemas de suporte de

deciso geram os mapas de aplicao, estes mapas sero utilizados pelos sistemas de

controle do equipamento no qual comandar a distribuio localizada do dos defensivos ou

adubo, dentre outros sobre aquele determinado ponto.

3.6 Tecnologia FPGA

Esta tecnologia consiste em circuitos programveis com um conjunto de clulas

lgicas em um arranjo matricial. Sendo que cada clula lgica desempenha funes lgicas

programadas por computador. De acordo com Martins (2003), a estrutura bsica de um FPGA

composta pelos seguintes elementos:

a) CLB (Configurable Logic Block): unidade lgica configurvel.

b) IOB (In/Out Block): unidade de entrada e sada.

c) SB (Switch Box): unidade de conexo entre os diversos CLBs.

d) Canais de roteamento: interligam as unidades de conexo para formar a rede de

Interconexo programvel.

3.8 Sistema ISOBUS

O sistema ISOBUS uma padronizao de todos os sistemas agrcolas, sendo um

protocolo de comunicao entre os implementos, maquinrios e computadores. Sendo assim

a uma interao e compatibilidade total de transferncia de dados entre sistemas mveis e

software da sede da fazenda.

Figura 7-Sistema Isobus (Fonte: Portalbiossistemas2013)

Com a padronizao do sistema, o usurio pode comandar vrios acessrios e

funes a partir de um nico terminal. O ISO11738 um protocolo chamado de CAN

(Controller rea Network) para comunicaes de sistemas agrcolas e florestais.Com esta

norma a aplicao da agricultura de preciso se torna mais eficiente pelo fato de ter uma total

compatibilidade dos sistemas e acessrios independente da marca do fabricante.

4 Aplicaes em sistemas agrcolas

Um exemplo da real aplicao da agricultura de preciso, como ferramenta a

tecnologia embarcada podemos citar os sistemas de pulverizao.

Para manter a dose homognea de defensivos, o controlador ou o sistema

computacional, realiza a leitura dos pulsos gerados pelos sensores da mquina ,dentre

eles os sensores das rodas e vazo a vazo para calcular respectivamente, a

Figura 8 Pulverizador John Deere (Fonte John Deere 2014)

Figura 6 Display Controlador JMC100/4

velocidade de deslocamento do pulverizador e a vazo de lquido nas barras de

pulverizao. O comprimento da barra de pulverizao em metros (m) digitado pelo

usurio via teclado. A dose desejada em L/ha digitada pelo usurio via teclado. Sendo

assim o controlador calcula a dose o que atua no regulador de presso do comando

de pulverizao aumentando ou diminuindo a presso e, consequentemente a vazo

nas barras de pulverizao, para manter sempre a dose em L/ha desejada pelo

usurio. Isso garante economia de produto, cobertura eficiente da lavoura e riscos

mnimos de contaminao ambiental.

5 Bibliografia

COELHO, A. M. Agricultura de preciso: manejo da variabilidade espacial e temporal

dos solos e das culturas. Sete Lagoas, MG: Embrapa Milho e Sorgo, 2005, 60p.

(Embrapa Milho e Sorgo. Documentos, 46).

CORRA, I. M. Caractersticas de trao de um trator agrcola utilizando-se de pneus

radial e diagonal. 1993. 99p. Dissertao (Mestrado em Agronomia) Escola Superior

de Agricultura Luiz de Queiroz, Universidade de So Paulo, 1993.

JUNIOR, J.C.V.; VENTURA, L.C.G. Automao do processo de pulverizao de

defensivos e mapeamento de plantio da produo.2011. 62 f. Trabalho de concluso

de curso Universidade Positivo UP, Curitiba, 2011.

MOULIN,J.P (1997) J.P-2007 Agricultura de Preciso Parte I: O que estado da arte

em sensoriamento remoto. Engenharia Agrcola , v17,n.2,p97-107, dez1997.

SARAIVA, A., M.. Eletrnica Embarcada e ISOBUS. In: Congresso Brasileiro de

Agricultura de Preciso, 2006, So Pedro, SP, p.4-5.

SIMENS-2014

Disponivel em :www. simens.com.br

SINGH, K.; AGRAWAL, K. N.; BORA, G. C. Advanced techniques for weed and crop

identification for site specific weed management.BiosystemsEngineering, Kidlington,

v. 109, n. 1, p. 52-64, 2011.

LIU, W. T. H. Aplicaes de sensoriamento remoto. Campo Grande: Ed.

UNIDERP, 2006. 908 p.: il, color

QUEIROZ, D. M.; DIAS, G. P.; MANTOVANI, E. C. Agricultura de Preciso na

Produo de Gros. In: BORM, A.; GIUDICE, M. P.; QUEIROZ, D. M.; MANTOVANI,

E. C.; FERREIRA, L. R.; VALLE, F. X. R.; GOMIDE, R. L. (Ed.). Agricultura de

Preciso. Viosa: UFV, 2000. p.1-41

PEREIRA, R.D(2008).Protocolo ISO11783 : Procedimentos para comunicao serial

de dados com o controlador de Tarefas 188pginas.Dissertao de (mestrado),-

Escola de Engenharia de So Carlos , Universidade de So Paulo , So Carlos.

RIBEIRO, C.A.S.; VARELLA, C.A.A.; SENA JUNIOR, D.G.; SOARES, V.P. Sistemas

de informaes geogrficas. In: BOREM, A.; GIUDICE, M.P.; QUEIROZ, D.M.;

SEELAN, S. K., D. BAUMGARTNER, G. M. CASADY, V. NANGIA AND G. A.

SEIELSTAD (2007). "Empowering farmers with remote sensing knowledge: A success

story from the US Upper Midwest." Geocarto International 22(2): 141 - 157.

MANTOVANI, E.C.; FERREIRA, L.R.; VALLE, F.X.R.; GOMIDE, R.L. Agricultura de

Preciso. Viosa: Editora UFV, 2000. p.93-108.