Sistemas Embarcados Impulsionam a Agricultura de Precisão

O Agronegócio no Brasil

Quando eu era criança, frequentemente ouvia que o agronegócio era uma das principais atividades econômicas do Brasil. Fui criado no interior de São Paulo, em São Carlos, onde cursei engenharia mecatrônica e conheci diversas empresas de alta tecnologia que agregam valor à produção no campo. Todos que já tiveram a oportunidade de viajar para o interior do estado de São Paulo devem ter percebido que a paisagem é gradativamente tomada pela indústria de cana de açúcar. Segundo fonte na internet (Conab), a área plantada de cana na safra 2017/2018 é de 8,84 milhões de hectares. Como a Toradex é uma empresa de raízes Suíças, faço aqui minha comparação: a área plantada, apenas de cana de açúcar, no Brasil é um pouco maior que o dobro da área do território da Suíça.

De fato, um dos grandes mercados que atendemos no Brasil com as soluções da Toradex é o agronegócio. Ele tem ficado mais tecnológico a cada ano, e assim, impulsionando a nossa economia. Diversos especialistas são unânimes em dizer que a crise de 2016 só não foi pior (queda no PIB) devido ao forte crescimento do agronegócio. O gráfico abaixo que tem como fonte os dados de estudos a ESALQ/USP mostram que grande parcela do nosso PIB (20%) vem do agronegócio.

O crescimento da produção do campo acontece, também, pela inserção da tecnologia. Em um mercado com cifras milionárias, podemos entender o porquê a tecnologia é tão importante através de um simples exemplo. Imagine que na colheita de cana você perde 1% do que plantou porque seu equipamento não é preciso o suficiente, ou que uma nova tecnologia pode melhorar o processo/equipamento/método conseguindo 1% de rendimento na safra. Em uma produção nacional de 647,6 milhões de toneladas (dados 2017) sua perda/ganho seria de 6,47 milhões de tonelada ou 453 milhões de reais (o preço da tonelada de cana pode ser visto aqui). Em suma, aquele 1% parece bem atraente agora, não?

A inovação tecnológica que vai para o campo advém das mais diversas áreas, desde melhoramento genético, fertilizantes até a invasão da eletrônica no campo, tema onde focarei este artigo.

Utilizando computadores em módulo em agronegócios

A eletrônica embarcada na agricultura está presente em diversas frentes, entre elas: monitoramento de solo, meteorologia, mapeamento de áreas, navegação de equipamentos diversos, computadores de bordo para equipamentos realizando o controle, apontamento e monitoramento dos mesmos, equipamentos de processamento da lavoura, equipamento laboratorial ou de diagnóstico, etc. Frequentemente, o ambiente e condições de operação na área agrícola são extremos e oferecem desafios interessantes para a aplicação de eletrônica. Alguns fatores que se destacam são discutidos a seguir.

Temperatura de operação

Uma de minhas primeiras conversas com o time da Toradex na Suíça a respeito dos nossos computadores em módulo com temperatura industrial me recorda uma situação engraçada: a preocupação deles sempre era com temperaturas negativas (-45ºC para módulos IT), enquanto a minha preocupação era com temperaturas positivas +85ºC para módulos IT). Os módulos da Toradex possuem versões com suporte à temperatura padrão – Consumer – (0ºC – 70ºC) e também módulos com temperatura industrial (-45ºC até +85ºC). Um System-on-Module com temperatura industrial passa por uma série de desafios, desde a escolha dos componentes até os testes de validação que devem ser realizados.

Em um clima onde as temperaturas médias estão aproximas aos 30ºC (Ribeirão Preto) e máximas chegando a 40ºC, é fácil prever que equipamentos trabalhando dentro de caixas fechadas e expostos ao sol, facilmente podem apresentar problemas de dissipação de calor. Neste sentido, as famosas placas maker, começando pela icônica Raspberry Pi, começam a mostrar o motivo pelo qual sua aplicação não é adequada a todos os mercados. A Raspberry Pi declaradamente não é feita para oferecer suporte a temperaturas industriais, uma vez que seu objetivo não é ser utilizado em produtos, mas sim popularizar a eletrônica construindo o hardware mais barato possível.

Uma das formas inteligentes de dissipar calor é, obviamente, não gerar calor desnecessário. Se você desenvolve eletrônica para ambientes com problemas de temperatura, é importante dimensionar bem seu processador para utilizar um SoC que não gere calor desnecessário, mas que atenda sua necessidade de desempenho. Juntando isso a um módulo com suporte à temperatura industrial, você diminui suas chances de ter problemas.

A Toradex possui uma linha completa de System-on-Modules que tem suporte a ambas as faixas de temperatura de operação, Consumer (0ºC a 70ºC) e Industrial (-45ºC a +85ºC), além de processadores de baixo consumo como, por exemplo, o Colibri iMX7, um system-on-module baseado em um ARM Cortex-A7 (single ou dual) com clock de 1GHz e um núcleo adicional ARM Cortex-M4. Esse módulo tem suporte à temperatura de operação entre -20ºC a +85ºC e com consumo em máxima carga de apenas 1,1W, (para comparar a RPi 3 consome aprox. 2W em stand-by)

Confiabilidade do equipamento

A eletrônica empregada na área agrícola demanda também um importante grau de confiabilidade. Com dimensões continentais de área plantada, os regimes de operação são extremos e realizados em 24/7 (24 horas por dia, 7 dias na semana) durante as épocas de plantação e colheita.

Agora, imagine o custo de reparo de um equipamento onde será necessário viajar 200-300km por estradas de terras somente para chegar até o ponto onde o equipamento está ou, alternativamente, transportar o equipamento a algum ponto de apoio. Adicione a isso, o stress, desgaste e custo de se manter uma colheitadeira (que vale alguns milhões) e equipe de suporte (motoristas, operadores, transbordo, tratores) parados pois um simples SD Card foi corrompido ou uma placa travou por conta de temperatura. Tudo isso causado por utilizar um hardware menos confiável para economizar USD 20 – USD 100.

A Toradex preocupa-se em projetar e fabricar hardware para atender as necessidades de confiabilidade das indústrias mais exigentes, conheça alguns exemplos de equipamentos automobilísticos e militares em nosso site. O processo de construir um equipamento confiável começa na seleção dos SoCs melhores qualificados para esse tipo de trabalho, passando pela seleção de memórias e demais componentes sempre levando em conta tais critérios.

Nossa produção é realizada em modernas fábricas na Alemanha e incluem certificações como ISO9001, RoHS, CE, UL 94. Nossa preocupação com qualidade não se limita a certificações, executamos testes de desempenho, câmara de temperatura e emissão eletromagnética em nossos produtos para garantir sua qualidade. A soma de tudo isso é o orgulho de poder oferecer em nossos produtos 2 anos de garantia. Garantia motivada pela confiança proveniente de nossos raríssimos casos de retorno de campo e confiabilidade do produto.

Agricultura de Precisão - Placas Toradex passando por teste de EMI
Placas Toradex passando por teste de EMI

Operação por bateria e conectividade

Uma grande área de aplicação de tecnologia embarcada no campo é relacionada a monitoramento. Além do requisito de suporte à temperatura, duas outras preocupações entram em jogo: o consumo e a conectividade.

Em relação à conectividade, os módulos da Toradex oferecem diversas interfaces que permitem facilmente conecta-los às tecnologias de mercado. Com alguns módulos com até 5x UARTs disponíveis, facilmente você pode conectar modems Sigfox, LoRa, Rádio, entre outros, em seu projeto. A Toradex prepara para o início de 2018 o lançamento de seu primeiro módulo que já terá WiFi e Bluetooth integrados no próprio módulo, o Colibri iMX6ULL WIFI/BT.

No início de 2018 a Toradex Brasil cuidará das certificações ANATEL necessárias para o equipamento e disponibilizará para seus clientes um módulo já certificado, facilitando, assim, as certificações dos produtos construídos com o nosso módulo. Esse é um exemplo da preocupação com a aplicação comercial dos módulos, diferente de diversas plataformas no mercado hobbyistas, que, legalmente, não poderiam ser comercializadas (e nem importadas) se não possuírem certificação. Veja na figura abaixo, o diagrama de blocos do módulo Colibri iMX6ULL.

Diagrama de blocos do System-on-Module Colibri iMX6ULL 512MB WiFi Bluetooth IT (referência: Datasheet)

Em relação à bateria, além dos módulos da Toradex prezarem pelo baixo consumo e alto desempenho, existem soluções especiais para consumo ultra baixo. O Colibri iMX7 é um módulo baseado em um processador NXP® multicore heterogêneo (1(2)xCortex-A7 + 1xCortex-M4). Se você quiser conhecer mais da arquitetura, recomendo acessar um webinar gravado em nosso site. Um dos casos de uso para esse módulo é justamente um modo de monitoramento onde apenas o ARM Cortex-M4 fica ligado com um consumo tão baixo quanto 0,09W durante a operação. Confira o vídeo abaixo:

Exemplos de Equipamentos

A seguir vou apresentar 2 conjuntos de System-on-Modules Toradex + placa base que se transformam em um SBC (Single Board Computer). Essa abordagem apresenta duas vantagens em relação aos SBCs convencionais:

  • ganho de escalonamento, uma vez que qualquer módulo de uma mesma família é compatível na placa base;
  • diminuição de risco, pois as placas base Toradex possuem o Altium totalmente aberto possibilitando aos clientes desenvolverem sua própria placa base uma vez que os protótipos ou lotes pilotos foram validados e deseja-se otimizar o custo.
Representação de um Single Board Computer customizável
Representação de um Single Board Computer customizável

Os custos apresentados estão em USD CIF no Brasil, ou seja, todos os impostos de importação (aprox. 20%), custos de importação e impostos locais (ICMS 18%, PIS 1,65% e COFINS 7,6%) para o estado de SP (fora de SP o ICMS é de 4%) estão inclusos no material. Basta você multiplicar pela cotação do USD do dia e terá o valor da NF. Ao fazer sua comparação, não deixe de lembrar que o custo unitário de um produto não se resume ao valor do insumo, custos de engenharia e desenvolvimento devem ser observados. Para mais informações, recomendo a leitura de um artigo recentemente publicado no embarcados: Estratégias de Desenvolvimento de Hardware para Sistemas Embarcados – Arquitetura Modular

Sistema de monitoramento sensível a custo:

O conjunto abaixo é perfeito para criar um sistema de monitoramento sensível a custo ou um gateway de sensores. A placa base Viola, apesar de ser muito simples e barata, possui uma grande seleção de interfaces. Observe o diagrama de blocos abaixo. Ela é compatível com todos os módulos da família Colibri e apresenta, especialmente com o Colibri VF50 e Colibri iMX7, consumo ultra baixo. Confira os resultados dos testes aqui e aqui.

Diagrama de blocos da placa Viola. Fonte: https://developer.toradex.com/products/viola-carrier-board

O valor deste conjunto, system-on-module e placa base, conforme condições de preço comentadas acima, é apresentado na tabela a seguir. A Toradex conta com estes itens a pronta entrega e em seu estoque no Brasil e para adquirir basta entrar em contato conosco.

Colibri VF50 + Viola

USD CIF

BRL CIF (USD 3,20)

1 conjunto

$ 152,05

R$ 486,55

1k conjunto por ano

$ 122,10

R$ 390,72

No vídeo abaixo você confere uma apresentação detalhada do conjunto em questão.

Computador de Embarcado OEM

Caso sua aplicação não seja tão sensível a custo e você esteja em busca de algo mais próximo a um computador, o conjunto Apalis composto pela placa base Ixora junto com o módulo Apalis iMX6Q 2GB IT é uma boa opção. A placa Ixora apresenta diversos recursos já prontos que facilitam sua aplicação direta dispensando qualquer eletrônica externa. Confira o vídeo de apresentação e o diagrama de blocos abaixo. A placa base Ixora é compatível com todos os módulos da família Apalis.

Diagrama de blocos da placa Ixora
Diagrama de blocos da placa Ixora: https://developer.toradex.com/products/ixora-carrier-board

Os preços do conjunto completo, system on Module e placa base, são apresentados na tabela abaixo.

Apalis iMX6Q 2GB IT + Ixora

USD CIF

BRL CIF (USD 3,20)

1 conjunto

$ 560,00

R$ 1792,02

1k conjuntos por ano

$ 457,35

R$ 1463,53

Considerações Finais

O desenvolvimento de sistemas embarcados é algo complexo e pode ser realizado por meio de diferentes abordagens. Todas elas possuem vantagens e desvantagens. Infelizmente, a situação econômica do Brasil não atrai muitas empresas estrangeiras para o Brasil, assim o suporte recebido do exterior é limitado aos times comerciais de distribuidores e comunidades de desenvolvedores.

Parte do modelo de negócios da Toradex inclui a decisão de não trabalhar através de distribuidores.  Por isso, a Toradex possui escritórios próprios em cada região do planeta. A atribuição de tais escritórios é importar e revender exclusivamente os produtos da empresa, minimizando os problemas de comércio internacional para os clientes.

Por termos nosso próprio escritório no Brasil, colaboramos impulsionando nossos clientes locais ajudando-os no desenvolvimento de sua solução no que tange o nosso hardware e software. Este suporte é realizado de forma gratuita. Trata-se de um investimento da Toradex em seus clientes, uma vez que o sucesso de ambos, é interdependente. 

Esse compromisso é parte da cultura da empresa e de nossa estratégia, tópico prioritário em nossas reuniões internas. Fica, então, meu convite: em seu próximo projeto, entre em contato comigo para discutir sua solução e vamos avaliar juntos como os System-on-Modules da Toradex podem atender sua demanda.

Abraços.

Guilherme Fernandes

CEO Toradex Brasil

T: +55 19 3327 3738

M: +55 19 99537 8730

[email protected]

* Os valores comerciais apresentados são apenas indicativos e podem sofrer alteração sem aviso prévio. Eles não representam nenhum compromisso formal de fornecimento.

(*) Este post foi patrocinado pela Toradex Brasil

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Antonio Louro
Antonio Louro
17/11/2017 08:35

Muito bom o seu artigo, bem escrito, abrangente e atualizado, me deixou com vontade de voltar a estudar o assunto. Obrigado pelas informações. Abraços.

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