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ISOBUS: Desenvolvimento de sistemas embarcados para área agrícola

ISOBUS

Entre os dias 21 e 25 de julho de 2015 aconteceu, na Universidade Anhembi Morumbi, o evento The Developers Conference 2015. Neste ano tive a grata oportunidade de participar da trilha de Embarcados, coordenada pelo Prof. Alessandro Cunha.

Foi uma honra poder apresentar a palestra: "ISOBUS: Desenvolvimento de sistemas embarcados para área agrícola" e poder conhecer profissionais que trabalham com sistemas embarcados.

Nos últimos anos tenho trabalhado com desenvolvimento de projetos para a área agrícola. Tudo começou em 2002, quando fiz um estágio na Embrapa Instrumentação em São Carlos, e através dos projetos de pesquisa ampliei meus conhecimentos sobre a área agrícola.

Ainda nesse período, tive a oportunidade de conhecer os processos produtivos e tecnologias adotadas no campo.

Atualmente, os sistemas embarcados estão presentes em todos os processos agrícolas e com as mais diversas aplicações. Apesar do mercado agrícola ser bastante grande, o desenvolvimento de tecnologias para essa área não possui muito destaque.

Ao longo da palestra e desse texto, são apresentadas informações referentes às aplicações agrícolas, mercado e tecnologias adotadas atualmente. Estes são alguns temas discutidos aqui:

  • Por que usar sistemas embarcados na agricultura?
  • Como os sistemas embarcados estão sendo utilizados atualmente?
  • Quais são os desafios nos desenvolvimentos para área agrícola?
  • Como a norma ISO 11783 (ISOBUS) padroniza a comunicação e interoperabilidade entre sistemas eletrônicos?

Essas questões direcionaram o conteúdo apresentado e permitiram apresentar, para o público de engenheiros ("makers"), uma visão ampla sobre área agrícola, a partir de informações de produção e exportações brasileiras e chegando nos bytes e frames das trocas de mensagens entre sistemas eletrônicos embarcados em máquinas agrícolas.

O Brasil tem se posicionado como um dos importantes produtores mundiais na agricultura. De acordo com o Ministério da Agricultura, o Brasil é o líder na produção e exportação de laranja, açúcar e café; o segundo na exportação e produção de soja; o primeiro na exportação de frango e carne; o segundo na exportação de milho.
 

As seguintes estatísticas foram apresentadas pelo Departamento de Agricultura dos Estados Unidos (USDA) em 2009, e foram utilizadas na matéria do jornal Economist sobre a produção agrícola brasileira.

ISOBUS - Estatíticas em 2009 da produção agrícola brasileira
Figura 1 - Estatíticas em 2009 da produção agrícola brasileira.

A necessidade de incremento da produtividade para atender demandas crescentes por alimentos e geração de energias renováveis têm motivado pesquisas para otimizar o sistema produtivo e incrementar produtividade sem a necessidade de ampliar a área produtiva. Em outras palavras, produzir mais na mesma área cultivada.

Outro importante fator é a busca por minimizar impactos ambientais, que alavancou o desenvolvimento e a adoção de sistemas embarcados. O uso dessas tecnologias tem sido fator essencial para o desenvolvimento da agricultura e da melhoria de todo o sistema produtivo.

Há alguns anos, a área agrícola tem exigido o desenvolvimento de tecnologias para aplicação dos conceitos da agricultura de precisão como um novo conceito de gerenciamento agrícola.

A adoção do conceito de agricultura de precisão permite a localização exata dos fatores limitantes ao rendimento das plantações no campo como, por exemplo, parâmetros do solo, estado nutricional e ocorrência de doenças ou plantas invasoras.

Basicamente, agricultura de precisão pode ser definida como a aplicação de insumos em locais onde estes precisam ser aplicados e na quantidade correta, evitando desperdício de insumos e incrementando a eficiência das operações.

Um exemplo disso é o controle da pulverização de precisão onde, durante a operação, o sistema eletrônico controla a taxa de aplicação em áreas que apresentam diferentes níveis de infestações, além de ligar e desligar automaticamente todo o sistema de aplicação.

Para que isso seja possível, todas essas operações necessitam de controle de velocidade, leitura de GPS, leitura de inúmeros sensores e controle de muitos atuadores embarcados nas máquinas agrícolas.

A crescente adoção dessas tecnologias, a falta de padronização nessas adoções e a postura comercial das empresas fornecedoras dessas soluções, têm gerado grande redundância de sistemas embarcados.

Atualmente, cada sistema eletrônico possui seus próprios sensores, atuadores, sistema de controle e interface com o usuário. Dessa forma, uma máquina agrícola possui mais de um barramento de comunicação entre esses sistemas embarcados e utilizam protocolos de comunicações proprietários.

Auerhammer apresentou, no final da década de 90, uma das primeiras imagens e talvez uma das mais conhecidas sobre a falta de padronização e redundância de sistemas eletrônicos.

Auherhammer - ISOBUS
Figura 2 - Falta de padronização e redundância de sistemas eletrônicos - Auerhamme.

As máquinas mais novas também apresentam a redundância dos equipamentos eletrônicos, conforme apresentado nas imagens abaixo:

equipamentos novos - ISOBUS
Figura 3 - Redundância dos equipamentos eletrônicos.
redundância - ISOBUS
Figura 4 - Redundância dos equipamentos eletrônicos.

A norma ISO 11783 oferece a vantagem de integrar e compartilhar sistemas eletrônicos embarcados nas máquinas agrícolas, inclusive de diferentes fabricantes, eliminando redundância dos equipamentos, reduzindo complexidade operacional e de manutenção.

ISOBUS – ISO 11783

O propósito dessa norma é prover um padrão aberto para interconexão de sistemas eletrônicos embarcáveis através de um barramento, que é um conjunto formado por fios, conectores e dispositivos de potência para promover a interconexão de dispositivos e permitir a comunicação de dados entre estes.

Um sistema de automação ISOBUS compatível precisa, obrigatoriamente, ser desenvolvido com funcionalidades de comunicação e integração de mensagens entre todos os elementos instalados na rede de comunicação do trator.

A norma ISO 11783 consiste em 14 partes, apresentadas a seguir, e possui o seguinte título geral: Tratores e máquinas para agricultura e silvicultura - controle de série e rede de comunicações de dados: 

  • Parte 1: Padrão geral para comunicação de dados móvel;
  • Parte 2: Camada física;
  • Parte 3: Camada de enlace de dados;
  • Parte 4: Camada de rede;
  • Parte 5: Gerenciamento de rede;
  • Parte 6: Terminal virtual;
  • Parte 7: Camada de aplicação de mensagens do implemento;
  • Parte 8: Mensagens de tomada de potência (Power train);
  • Parte 9: ECU do trator;
  • Parte 10: Controlador de tarefa e gerenciamento da informação;
  • Parte 11: Dicionário de elementos de dados móveis;
  • Parte 12: Serviços de diagnósticos;
  • Parte 13: Servidor de arquivos;
  • Parte 14: Controle de sequência.

As normas definem desde a parte física da rede de comunicação até a camada de aplicação e troca de mensagens entre todos os módulos instalados.

Dessa forma, permitindo o compartilhamento de recursos dentro de um mesmo barramento, eliminando redundância de equipamentos eletrônicos embarcados e, principalmente, tornando acessível os dados operacionais em um barramento aberto.

A imagem abaixo apresenta uma rede de comunicação padronizada e o uso de implementos de diferentes fabricantes compartilhando o mesmo recurso.

 Elementos de uma rede ISOBUS
Figura 5 - Elementos de uma rede ISOBUS (por Ricardo Inamasu e Rafael Sousa).

Podemos destacar que, dentro do trator, existe apenas um Terminal Universal, que será utilizado com todos os implementos conectados no barramento de comunicação. Sendo assim, cada implemento (Fabricante B ou C) pode compartilhar o mesmo recurso de tela, antena GPS e sensores da máquina, e implementam apenas as funcionalidades da operação que serão controladas no campo.

O Brasil tem colaborado com o desenvolvimento das normas ISO 11783 através de um grupo conhecido como Força Tarefa ISOBUS (FTI-Brasil). Esse grupo é coordenado pelo Dr. Ricardo Inamasu, pesquisador da Embrapa Instrumentação de São Carlos e Rafael Vieira Sousa, professor da FZEA-USP, e composto por um grupo de entusiastas no desenvolvimento das tecnologias agrícolas padronizadas.

O grupo é composto por representantes de instituições privadas e públicas que, além de trabalharem no desenvolvimento e divulgação da norma, também atuam na tradução das normas ISO 11783 para o português, pela ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas) no Comitê Brasileiro de Tratores, Máquinas Agrícolas e Florestais CB-304. Esse comitê trabalha com apoio da Anfavea (Associação Nacional dos Fabricantes de Veículos Automotores) e Abimaq (Associação Brasileira Indústria de Máquinas).

Referências

Licença Creative Commons Esta obra está licenciada com uma Licença Creative Commons Atribuição-CompartilhaIgual 4.0 Internacional.

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João Ivo Mançano
João Ivo Mançano
07/12/2015 09:53

Bem legal Wellington! Vou me informar pra ficar por dentro do próximo evento.

Thiago Lima
17/09/2015 16:37

Um artigo sobre o assunto esta disponivel no site da Embrapa, Wellington Lopes como CoAutor.

PADRÃO DE ARQUIVO PARA TROCA DE DADOS ENTRE MÁQUINAS
AGRÍCOLAS E SISTEMAS DE GERENCIAMENTO

http://www.macroprograma1.cnptia.embrapa.br/redeap2/publicacoes/publicacoes-da-rede-ap/eventos-2011/sbiagro-2011/padrao-de-arquivo-para-troca-de-dados-entre-maquinas-agricolas-e-sistemas-de-gerenciamento/at_download/file

Wellington Lopes
Wellington Lopes
Reply to  Thiago Pinheiro Felix da Silva
18/09/2015 10:13

Esse trabalho foi desenvolvido pelo Robson Dutra Pereira, foi desenvolvido no nosso laboratório ISOBUS em Sao Carlos.

Em breve publicaremos mais algumas coisas por aqui e fortaleceremos a comunidade de desenvolvimento ISOBUS

Thiago Lima
17/09/2015 16:36

Tive a satisfação de trabalhar com o Wellington e com o pessoal do CNPDIA EMBRAPA, em São Carlos-SP, que fizeram essa ideia acontecer.

Parabens a toda equipe brasileira que trabalha na pesquisa desse sistema para maquinas agricolas.

Saudades da epoca de estagiario do Dr. Andre Torre Neto, um dos profissionais que mais me ensinou na prática 🙂

Tenho certeza que o Brasilia, o Gustavo e o Wellington tambem tem. 😉

Hoje o Prof. Dr. Rafael V. de Sousa continua os trabalhos de agric de precisao em Pirassununga, nao é Wellington?

Wellington Lopes
Wellington Lopes
Reply to  Thiago Pinheiro Felix da Silva
18/09/2015 10:12

Thiago, Exatamente isso !!

Tenho saudade dessa época e desse pessoal que formava um time muito integrado.
Hoje o Dr. Rafael Vieira de Sousa esta na FZEA - Pirassununga, lecionando e desenvolvendo pesquisas no curso de Engenharia de Biossistemas....

André Curvello
16/09/2015 09:22

Muito top! Não pude prestigiar sua palestra no TDC2015, mas deu pra ter uma boa ideia nesse artigo.

Wellington Lopes
Wellington Lopes
Reply to  André Curvello
17/09/2015 11:18

Valeu, André !
Vamos preparar alguma coisa juntos .....
Grande abraço.

Thiago Lima
Reply to  André Curvello
17/09/2015 16:37

Perdi esse TDC =(

Leandro Passarelli
Leandro Passarelli
05/12/2016 15:46

Olá Wellington, ótimo artigo!!! como posso entrar em contato? [email protected]

Obrigado

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