O presente projeto tem a finalidade de executar a coleta de imagens na agricultura. Estas imagens podem ser utilizadas para monitoramento visual de pragas, ervas daninhas, qualidade das plantas e dos frutos, ou até mesmo visualizar uma região ainda não conhecida da lavoura.
Na agricultura de precisão, um conjunto de informações permite a geração de mapas visuais da lavoura, para um controle específico e preciso na aplicação de adubos ou insumos.
Uma alternativa consiste em acoplar um braço robótico que irá retirar amostras de solo ou da plantação, acondicionando essas amostras no próprio veículo ou em algum local específico para tal finalidade. Quando não há possibilidade de acondicionar as amostras no próprio veículo, a tarefa pode ser programada para coleta de uma por vez e transportada para um local específico de deposição.
3.7 Utilização do Veículo
Inicialmente, o veículo será ligado a partir de um botão, o qual irá favorecer a energização de todo o circuito. Na programação do software foi implementada o tempo de espera para inicialização do módulo GPS, condição inicial para permitir o movimento do veículo. Além disso, é necessário que ocorra a definição da rota de percurso. A rota pode ser fixa, através da inclusão de coordenadas geográficas na programação ou, pode ser definida e alterada sempre que houver a troca de dados entre o veículo e algum computador fixo.
Após a inicialização do sistema do veículo, o mesmo irá se direcionar para o início da rota programada, com o auxílio do módulo magnetômetro. Neste ou em qualquer percurso, o veículo poderá encontrar algum obstáculo e tenderá a desviá- los através de uma função específica no programa que contará com a leitura de informações do módulo ultrassônico.
A câmera fará coleta de imagens a cada dez segundos, em função da velocidade do veículo e do espaço de armazenamento no cartão de memória.
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Conforme cada imagem é gerada, ela recebe no nome do arquivo a data e horário da leitura. Somente haverá coleta de imagens quando o veículo estiver dentro da rota programada.
Em horários de pouca luminosidade ou intempéries, o veículo entra em modo de espera.
Quando terminada a rota, ou em casos de memória de armazenamento cheia, o veículo irá se direcionar para uma ou mais coordenadas fixas, previamente cadastradas, que possibilitarão a transferência dos dados armazenados durante a coleta. O módulo de bluetooth permitirá a troca de informações, inserção de novas rotas, ou até mesmo atualização dinâmica do veículo enquanto estiver em estado de comunicação. Nesta etapa, uma função do software de programação permitirá medir a qualidade de sinal de comunicação, até atingir um nível desejado que dará maior confiabilidade de conexão e aguardará o fim da troca de informações ou atualizações de parâmetros funcionais do veículo.
3.8 Fluxogramas Lógicos
O fluxograma é uma representação gráfica do comportamento que se deseja aplicar a determinada aplicação. Este método é uma forma fácil de visualização e permite possíveis alterações sempre que desejado, além de auxiliar durante a sua implementação na busca de possíveis erros.
Na Figura 19 verifica-se o fluxograma básico do software.
Figura 19 – Fluxograma básico
Na inicialização do software são declaradas as variáveis globais e as bibliotecas específicas para os dispositivos que serão gerenciados.
Todo dispositivo necessita, em nível de linguagem de programação, uma forma de traduzir as informações que está processando. Para auxiliar neste processo, são criadas bibliotecas específicas para o mesmo. Essas bibliotecas possuem funções internas que fazem uma conversão de sinais da grandeza controlada ao processador ou hardware ao qual estão conectados e, de forma eficiente. Geralmente as bibliotecas são disponibilizadas pelo fabricante do dispositivo.
Na Figura 20 têm-se todas as bibliotecas utilizadas na programação.
Figura 20 – Bibliotecas do Arduino
Fonte: Produção do autor
As variáveis permitem armazenar valores durante a execução do programa, associar um nome a um dos pinos de entrada ou saída de dados, atribuir um identificador para um canal de comunicação etc. Estas variáveis servem de auxílio nas operações matemáticas utilizadas, podem manter valores desejados no pós-
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processamento, ou seja, nos dados coletados e também possibilitam a troca de informações entre quaisquer dispositivos. Ainda utilizam-se variáveis com valores fixos, denominadas constantes. Visualiza-se na Figura 21 o fluxograma da declaração de variáveis.
Figura 21 – Declaração de variáveis
Fonte: Produção do autor
Na etapa descrita acima, utiliza-se algumas saídas digitais para sinalização, o que permite, de uma forma rápida, identificar algumas variáveis de estado. Estas irão mostrar o funcionamento de alguns dispositivos.
Na etapa denominada setup, ocorre a configuração de algumas variáveis e também das bibliotecas utilizadas. Os pinos de dados digitais, que utiliza-se no Arduino, devem ser configurados para operar como saída ou entrada. É definido o modo de comunicação dos canais de comunicação e também a inicialização das bibliotecas dos dispositivos, exemplificado na Figura 22.
Ao lado de cada item da lógica está descrito a função de cada rotina, o que permite um melhor entendimento do fluxograma.
Figura 22 – Fluxograma da configuração do sistema
Fonte: Produção do autor
Ainda no setup do programa é necessário verificar se o sistema está íntegro para o cumprimento da tarefa desejada. É analisado o estado da bateria através da leitura da tensão em uma entrada analógica, também verificado se os motores estão em movimento com um pequeno percurso. Consegue-se ainda testar o direcionamento informado pela bússola eletrônica, o estado de funcionamento do módulo GPS e a comunicação com o equipamento coletor de dados.
Por fim, ocorre a parte de execução do software, denominada loop. Todas as linhas de programação presentes nesta etapa irão se repetir infinitamente. Nesta etapa, tenta-se prever todas as variáveis do problema e tomar medidas cabíveis para cada uma delas. Pode-se inibir o movimento do veículo quando necessário, entrar em modo de espera quando necessita-se de algum dispositivo específico, como o módulo GPS, ou até mesmo sair da rota quando a memória de armazenamento está cheia.
As funções e procedimentos, utilizadas em programação, são etapas do código que se repetem muitas vezes ou são acessadas eventualmente. Para evitar que a programação se torne extensa, utilizam-se códigos genéricos utilizados em várias etapas do mesmo e acessados quando necessário através de um nome atribuído. Pode-se utilizar funções com envio ou retorno de variáveis, ou ambas e, nos procedimentos, têm-se a possibilidade de enviar valores apenas e, com eles, executar alguma tarefa. O funcionamento básico do projeto segue o fluxograma mostrado na Figura 23, onde identificamos a rotina lógica do veículo.
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Figura 23 – Fluxograma lógico de funcionamento do veículo
Fonte: Produção do autor
Na Figura 24 tem-se o primeiro hardware projetado, com seus dispositivos básicos. Verifica-se nesta figura, a presenças dos componentes que são essencias para que o robô possa percorrer o percurso sem a necessidade de identificar intempéries, obstáculos e, até mesmo as condições do seu próprio sistema, como a bateria. Este projeto objetivou a análise dos dispositivos agregados e suas características em funcionamento
Figura 24 – Configuração básica de hardware para o projeto
Fonte: Produção do autor
O diagrama mostrado acima identifica os principais dispositivos com as suas respectivas pinagens, descritos no desenvolvimento deste trabalho. Estes são os componentes mínimos necessários que permitem a realização de todos os testes de funcionamento. Verifica-se os sinais recebidos pelo módulo GPS, a direção determinada pelo magnetômetro, informações apresentadas no display, os motores realizando o movimento do veículo e uma fonte de alimentação fornecendo energia a todos estes componentes, inclusivo o microcontrolador principal.
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4 CONSIDERAÇÕES FINAIS
Os conceitos de agricultura de precisão e aplicação localizada de insumos são as ferramentas mais modernas disponíveis para a racionalização dos processos de produção agrícola e que, num futuro não muito distante, farão parte do cotidiano das atividades agrícolas brasileiras.
Os custos envolvidos para implementação da agricultura de precisão são obstáculos para a utilização dessa tecnologia diretamente pelos agricultores. Sua utilização ainda permanece em maior parte com os prestadores de serviço na aplicação localizada de insumos. A tendência do mercado é de uma evolução tecnológica e diminuição de custos, o que irá garantir a viabilidade técnica e econômica da utilização destas tecnologias num curto espaço de tempo.
Este trabalho mostrou a possibilidade de se obter uma solução compacta, autônoma e que possui semanas de autonomia, sem necessidade de reabastecimento, apenas operando através da energia solar e a relação custo- beneficio é favorável ao usuário interessado em adotar a agricultura de precisão.
Com a pesquisa dos dispositivos eletrônicos descritos acima, verificou-se que há infinitas possibilidades de criar-se algum projeto relacionado com os mesmos e, que estes dispositivos atendem ao projeto proposto.
A leitura permitiu identificar quais tipos de robôs estão presentes na atualidade e que executam tarefas semelhantes como a pretendida neste trabalho.
Há uma série de novos projetos, juntamente com a evolução da tecnologia, que podem ser idealizados através de pesquisa e desenvolvimento. É valorável quando se têm uma iniciativa que vem de encontro aos objetivos de sustentabilidade e em prol da humanidade.
5 TRABALHOS FUTUROS
Primeiramente é deseja-se realizar a montagem do circuito eletrônico e verificar-se a lógica de programação proposta para a execução das tarefas propostas. Em etapa posterior à apresentação da banca do trabalho de conclusão de curso pretende-se executar o projeto de fabricação do veículo conforme sugestão de modelo apresentado no ANEXO A e verificação se atende aos requisitos de durabilidade desejados. Consequentemente haverá o período de testes e simulações do hardware projeto para esta aplicação, levando-se em consideração as variáveis que farão parte do modelo real. Acoplado ao sistema do veículo, será necessário instalar-se uma placa fotovoltaica, uma bateria e o controlador de carga que permitirão o fornecimento de energia ao modelo proposto.
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ANEXO A – Sugestão de Veículo que Pode Ser Utilizado no Projeto
ANEXO B – Tabela de Custos do Projeto
Fonte: Produção do autor
Item Descrição Valor
1 Módulo Gps Serial Rs232 Ttl Gy-neo6mv2 +antena - Arduino Pic R$ 127,13 2 Sensor De Distância Ultrassônico + Código Arduino R$ 25,92 3 Arduino Mega 2560 Rev3 R3 16au + Cabo Usb + Ebooks Download R$ 102,95
4 Arduino, Modulo Drive L298n Ponte H P/ Motores R$ 44,48
5 Regulador Tensao 5A Retificação Dc-dc Step Down Voltímetro R$ 58,05 6 Magnetômetro Bússola Hmc5883l 3 Eixos Arduino Raspberry Pic R$ 25,36 7 Modulo Bussola Magnetometro Gy-273 Hmc5883l P/ Arduino R$ 23,80 TOTAL R$ 407,69 GASTOS
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ANEXO C – Disposição Construtiva do Circuito Eletrônico
ANEXO D – Modelo de Veículo Proposto com Circuito Eletrônico Acoplado
Fonte: Produção do autor