Sensores na agricultura: história de utilização, atual estado da arte e perspectivas

 

Fonte: Aegro

A mecanização das atividades agrícolas foi um dos fatores de suma importância para um ganho na produção agrícola. Isso dado a substituição de animais como tração e força humana pelas máquinas foram desenvolvidos novos patamares para a agricultura da época (MAZOYER; ROUDART, 2010). A primeira utilização de sensores vem da época de 1966. A empresa americana Dickey-John desenvolveu pela primeira vez para a agricultura um conjunto de sensores eletrônicos de monitoramento que lhes permitiram um melhor desempenho no cultivo, foi inserido nas semeadoras a ar e plantadeiras mecânicas, esses sensores monitorava o número e espaçamento de sementes que eram plantadas (REID, 2011), com o auxílio deste sensores foi notado que foi possível economizar 54,5 litros de sementes e elevar a produtividade da colheita em 1,05 m por Ha, foi demonstrado por Thomas Coke (VIAN, JUNIOR, 2010).

Por meados da década de 90 sensores parecidos foram aprimorados para a colheita e para o mapeamento de rendimento, usando isso para a medição da qualidade da colheita e da produtividade (CONSTABLE; SOMERVILLE, 2003). Nos anos 80 se deu o início de estudo dos microcomputadores e softwares, o que gerou muitos avanços. Porém, nesta época foi registrado uma queda de máquinas agrícolas, devido a elevada inflação e a baixa disponibilidade de crédito, que foi um agravante para uma melhor implantação e desenvolvimento (FERO, 2014), a partir da década de 1990, com o desenvolvimento de novas tecnologias como o GPS (Sistema de Posicionamento Global) teve um grande avanço principalmente na agricultura de precisão.

O atual estado da arte engloba utilizações em:

1 - Sensores para estação de monitoramento de microclima: 

O monitoramento do microclima é extremamente importante para o cultivo. Ele fornece informações necessárias às culturas e plantas em geral, as quais só se desenvolvem bem em condições favoráveis de clima e solo. Acompanhar tais condições permite que a cultura possa se desenvolver da melhor forma possível em uma determinada região, o que torna o monitoramento agrícola fundamental na agricultura moderna.

Segundo Banderali (2010), podem-se destacar como principais fatores climáticos determinantes para o sucesso do desenvolvimento de uma planta em determinada região: a chuva, a temperatura e a radiação solar. Não menos importantes, a umidade relativa e o vento são considerados variáveis secundárias. Contudo, a cultura consegue se adaptar e crescer de forma saudável. A tabela 1 traz informações dos sensores mais utilizados em uma estação de monitoramento de microclima e as respectivas faixas e unidades tradicionais de medida.

1.1 - Sensores de temperatura

Os sensores de temperatura e umidade relativa devem ficar em um conjunto protegido na parte externa da estação. Segundo a Organização Meteorológica Mundial (OMM), esse conjunto deve estar a 1,25 m a 2 m do terreno. Já o sensor pluviométrico é destinado a medir um valor referente à precipitação em um intervalo de tempo. Para esse sensor, a OMM recomenda estar em local livre de obstáculos em um plano horizontal a uma altura de 1,5m (GIOVELLI, 2007).

 

1.2 - Sensor de vento

O sensor de vento determina a direção e a velocidade horizontal dele. Os aparelhos para esse fim devem ser instalados em áreas livres e acima do terreno. Já o sensor de UV e de Radiação Solar podem ser mais bem aproveitados se forem instalados em local aberto e sem sombreamento.

1.3 - Sensor de pressão atmosférica

O sensor de pressão atmosférica (barômetro) mede o peso que a atmosfera exerce por unidade de área, indicando a altura do relevo em relação ao nível do mar.

 

Tabela 1 - Sensores utilizados em uma estação de monitoramento de microclima

Para auxiliar na tomada de decisões e poder relacionar com os dados de estações climáticas maiores, grande parte das estações possuem possibilidade de arquivamento das informações ou possibilidade de transmissão de dados para centrais funcionam como concentradoras de informações e de tomada de decisão.

2 - Sensores de Solo:

A análise do solo é um dos principais passos para o cultivo. Cada tipo de lavoura necessita de seus elementos essenciais em quantidades corretas para que a planta desenvolva e evite doenças. Outro fator importante para a análise de solo é a economia de recursos que pode ser gerada, como na aplicação de corretivos e fertilizantes que devem ser realizadas após uma análise de solo detalhada. São necessários ensaios para a identificação química do que é necessário ser adicionado ou alterado no solo.

Segundo Adamchuk (2006), sensores de solo em tempo real são necessários para expandir os conceitos de agricultura de precisão e precisam ser confiáveis, de rápida leitura e resposta, simples, baratos e com boa possibilidade de repetição. A tabela 2 ilustra os principais sensores de análise de solo juntamente com uma análise em função da habilidade para determinado fim. Esta habilidade é apresentada por três níveis (Bom – Médio – Baixo).

Tabela 2. Sensores de solo devido habilidade e quantidade de sensores nos princípios de sensores.

Fonte: Adaptado de ADAMCHUK, 2006.

Existem diversos equipamentos e ferramentas que podem auxiliar na análise do solo. Os sensores podem estar integrados em equipamentos móveis e automáticos, equipamentos que necessitam estar engatados em um veículo ou em equipamentos portáteis.

3 - Sensores de Veículos Agrícolas e Implementos:

Os veículos agrícolas são veículos automotores que têm por finalidade auxiliar nos processos produtivos, e o maior exemplo deles são os tratores. Os sensores em veículos agrícolas têm evoluído bastante nos últimos tempos. Além de cumprirem muito bem o papel de equipamentos em um veículo comum, possuem toda a preparação elétrica, física e de conectores para a recepção de dados (principalmente ISO) dos implementos, bem como a preparação para os demais sistemas de apoio apresentados como: Sistema para agricultura de precisão, display de dados, GPS etc. Seguem na tabela 3, sensores encontrados nos tratores junto com sua localização.

Tabela 3. Sensores comuns de um trator e sua localização

A tabela acima ilustra que um trator, na maioria das vezes é um elemento de deslocamento, sendo que, para o uso agrícola, quase sempre é necessário o acoplamento de um implemento agrícola. Este, é um equipamento mecânico desempenha funções específicas na agricultura como plantadeira, grade, pulverizador e raspadora ou niveladora. Nos implementos modernos a função dos sensores inerentes é voltada para sua aplicação agrícola e na coleta de informações que auxiliem o agricultor. Alguns possuem suporte para sistema de apoio como agricultura e precisam passar seus dados para centrais e sistemas dentro da cabine. Na tabela 4 são ilustrados alguns tipos de implementos e seus principais sensores.

Tabela 4. Exemplos de implementos agrícolas e seus alguns dos seus sensores.

4 - Sensores para Agricultura de Precisão:

O tema de agricultura de precisão tem uma abordagem da utilização de sistemas para a gestão do local da produção e consequentemente proporciona o controle da cobertura do terreno pelo seu maquinário. Com o auxílio de sensores, sistemas de análise de dados e GPS, o agricultor pode atuar em cada metro quadrado de sua lavoura, coletando informações de como ela rende e se precisa de aditivos ou de fertilizantes em dosagem específica.

Os principais fabricantes já introduzem o suporte para a agricultura de precisão em suas colhedeiras, pulverizadoras, semeadores e demais máquinas e implementos agrícolas. Os principais itens para esse modelo de produção são a instalação de sensores de umidade, quantidade de grãos, qualidade do solo, entre outros. Esses dados são coletados e mapeados através das informações obtidas por GPS, procedimento feito em toda área de produção. Esses dados são coletados localmente ou podem ser enviados remotamente para uma central de monitoramento na fazenda.

As informações serão processadas em sistemas de geoprocessamento, que geram um mapa de toda a área detalhando os atributos de cada local. Com esse estudo pode-se verificar as áreas com melhor produtividade, assim como as áreas que necessitam de maior controle de pragas e a qualidade da colheita (SANTOS, 2007).

A agricultura de precisão é uma área que vem passando por constante evolução, sendo cada vez mais desenvolvidos aparelhos específicos para essa função. Isso significa que para cada implemento, ou tipo de cultura, são pensados nesses tipos de dispositivos que podem auxiliar e trazer mais dados concisos, contribuindo para a tomada de decisão do produtor.

A figura 1 exemplifica a utilização de sensores, controladores e sistemas de comunicação, além de outros dispositivos de auxílio na agricultura de precisão. O sistema apresentado ilustra uma colheitadeira. A colheitadeira possui um sistema interno que grava as informações recolhidas da antena GPS e correlaciona com as informações dos sensores de fluxo de massa (mede a quantidade de colheita) e de umidade. Com esses dados é possível traçar mapas de desempenho, total da colheita, umidade dos grãos e demais informações importantes ao agricultor.

Figura 1. Exemplificação máquina agrícola (no caso uma colheitadeira) com exemplo de sensores e outros dispositivos para auxílio na agricultura de precisão.

Futuro na Utilização de Sensores - Fusão de Sensores

A fusão de sensores tem sido um dos temas de maior estudo, e estão presentes na área agrícola. A fusão pode relacionar diferentes grandezas correlacionadas, equipamentos e/ou dados. Um sensor ou equipamento consegue medir e atuar até certo limite onde seus dados gerados normalmente não se estendem a outros equipamentos. Essa fusão traz a convergência dos dados produzidos pelos sensores de todos os equipamentos, realização de processamento desses dados através de computadores para a melhor decisão dos próximos passos do cultivo.

No aspecto da informação enfatiza-se a criação de “centrais de comando agrícola”. Uma central recebe os dados dos sensores de todos os equipamentos de forma remota. Posteriormente faz o processamento digital dos dados através de sistemas de apoio, o que contribuirá para gerar decisões complexas de forma automática, bem como pode trazer informações importantes à melhoria produtiva do cultivo. Como exemplo, cita-se a aplicação de um defensivo agrícola utilizando este formato.

Um trator ao passar pela área realizando a coleta de amostras de solo, repassa essas informações à central, onde cruzam-se com as informações das estações climáticas e às previsões de tempo dos próximos dias; bem como com as informações técnicas da cultura selecionada e dos produtos que são utilizados naquele cultivo. Após o processamento são gerados mapas da área informando quais locais necessitam do uso de defensivos, além de informar qual a quantidade ideal para cada região da plantação. Todas essas informações podem ser passadas ao pulverizador, junto com informações do fabricante que detalha o melhor horário para a sua aplicação.

Outro exemplo é apresentado na figura 2, onde está ilustrado uma rede de comunicação com sensores em um trator com semeadora acoplada. Através do barramento, que normalmente utiliza o padrão de comunicação CAN é inserido um módulo de tratamento de dados. Os dados gerados por todos os sensores são coletados e codificados e as centrais eletrônicas (ECU) fazem a gestão dos outros atuadores (motores, pistões etc.).

 

Figura 2. Demonstração Sistema Fusão de Sensores.

Fonte: Adaptação. (BLANK; KORMANN; BERNS, 2011)

Leitura Complementar: Literatura Recomendada

 

Referências:

ADAMCHUK, V.I; On-the-Go Soil Sensing Technology. 2006. Agricultural Machinery Conference.

BANDERALI, M. Área e tecnologia ampliam safra de grãos do Matopiba. Inovação Agrícola, 2010, Disponível em: < http://inovacaoagricola.blogspot.com.br/2010/03/area-etecnologia-ampliam-safra-de.html >.  Acesso em: 04 dez. 2021.

BLANK, S; KORMANN. G; BERNS K. A Modular Sensor Fusion Approach for Agricultural Machines. The Robotics Research Lab, 2011. Alemanha.

CONSTABLE, George; SOMERVILLE, Bob (Ed.). A century of innovation: Twenty engineering achievements that transformed our lives. Joseph Henry Press, 2003.

FERO, A. O setor de máquinas agrícolas no Brasil: evolução nos últimos anos e perspectivas. Disponível no Site da Céleres: < http://www.celeres.com.br/o-setor-de-maquinas-agricolas-nobrasil-evolucao-nos-ultimos-anos-e-perspectivas/ >, 2014. Acesso em: 03 dez. 2021.

GIOVELLI, I. A; Sítio de Estação Meteorológica. Manual Ag Salve. 2007.

MAZOYER, M. ROUTART, L. História das agriculturas no mundo: do neolítico à crise contemporânea. Marcel Mazoyer, Laurence Roudart, 1933 [tradução de Cláudia F. Falluh Balduino Ferreira]. – São Paulo: Editora UNESP; Brasília, DF: NEAD, 2010.

REID, J. F. The Impact of Mechanization on Agriculture. Journal the Bridge, Vol. 41, N. 3. 2011.

SANTOS, J. G. Agricultura de precisão: Máquinas. UNES – Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho”. Doutorado em Mecânica. 2007.

VIAN, E.F.; JUNIOR, A. M. A. Origens, Evolução e Tendências da Indústria de Máquinas Agrícolas. 48º Congresso SOBER, Vol. 51, Nº 4, p. 719-744, Campo Grande, Mato Grosso do Sul. 2010.