BR102013012272A2 - Sistema embarcado de navegação, controle e guiamento de uso aeroagrícola - Google Patents

Abstract

“sistema embarcado de navegação, controle e guiamento de uso aeroagrícola”, particularmente de um sistema embarcado de controle para automação do processo de aplicação de agrodefensivos através do uso de aeronaves agrícolas. Em linhas gerais, o sistema é composto de um tablet pc onde é possível gerenciar o mapeamento digital da área foco da aplicação, de um equipamento de automação que realiza a leitura da vazão através de sensor tipo turbina ou magnético, e o controle de duas válvulas, uma de ajuste fino de vazão e outra de início e encerramento da aplicação e de um equipamento de guiamento mediante barra de luzes para fornecer o deslocamento do centro da faixa de aplicação e o ângulo de entrada de uma faixa de aplicação. O sistema apresenta as seguintes funções: sistema passo a passo de configuração, definição de áreas distintas, personalização, geração de relatórios, planejamento de rotas e um hardware na forma de um tablet pc – barra de luzes; o hardware (20) com as seguintes funções: sistema de ajuste de vazão; hardware (30) com as seguintes funções: sistema de guiamento físico – barras de luzes -, vedação, presente nos componentes (10) (software/hardware), (20) (hardware), (30) (hardware), (70) (hardware) e (80) (hardware), estes últimos hardwares flux – fluxômetro digital - e flux ii – fluxômetro digital para controle semiautomático; esta plataforma está integrada ao novo algoritmo (1) pid com predição, de controle das válvulas (40) e (50) a partir de parâmetros obtidos.

Description

“SISTEMA EMBARCADO DE NAVEGAÇÃO, CONTROLE E GUIAMENTO DE USO AEROAGRÍCOLA” BREVE APRESENTAÇÃO

Trata a presente solicitação de Patente de Invenção de um “SISTEMA EMBARCADO DE NAVEGAÇÃO, CONTROLE E GUIAMENTO DE USO AEROAGRÍCOLA”, particularmente de um sistema embarcado de controle para automação do processo de aplicação de agrodefensivos através do uso de aeronaves agrícolas. Em linhas gerais, o sistema é composto de um tablet PC onde é possível gerenciar o mapeamento digital da área foco da aplicação, de um equipamento de automação que realiza a leitura da vazão através de sensor tipo turbina ou magnético, e o controle de duas válvulas, uma de ajuste fino de vazão e outra de início e encerramento da aplicação e de um equipamento de guiamento mediante barra de luzes para fornecer o deslocamento do centro da faixa de aplicação e o ângulo de entrada de uma faixa de aplicação.

CAMPO DE APLICAÇÃO O sistema objeto desta solicitação de patente de invenção possui aplicação principal na área agrícola para dispersão de líquidos como: defensivos agrícolas, adubos ou insumos. Seu aplicativo está voltado, de forma preferencial, em aeronaves agrícolas, podendo também ter sua utilização estendida a tratores de pequeno, médio e grande porte, controle de plantações ilegais, combate a incêndios e aplicação de insumos biológicos (sólidos ou líquidos).

FUNDAMENTOS DA ARTE

Atualmente, um dos principais desafios da agricultura mundial é a promoção do equilíbrio ótimo econômico, social, ambiental e de segurança. Com o desenvolvimento da agricultura de precisão, sistemas eletrônicos embarcados de navegação em veículos terrestres e aéreos (autopropelidos, aeronaves agrícolas e outros), tornarem-se equipamentos cada vez mais adotados e indispensáveis. Apesar se existirem outros sistemas de navegação por satélites (por exemplo, Galileo - sistema europeu, Glonass - sistema russo, etc.), em sua grande maioria os receptores desses equipamentos utilizam o sistema norte-americano GPS (Global Positioning System). Entretanto, o mercado brasileiro ainda hoje contrasta com a evolução enunciada através de um paradigma no processo de aplicação de agrodefensivos por meio da aviação agrícola: o procedimento de controle e atuação manual. O processo atual de aplicação, na sua forma mais intuitiva, é realizado através do voo de uma aeronave sobre faixas paralelas e perpendiculares ao sentido do vento de modo a garantir a cobertura total da área desejada, incluindo uma ou mais passagens sobre a mesma, em função das características e necessidades de cada cultivo.

Tradicionalmente, no procedimento de aplicação deste processo são utilizados componentes puramente mecânicos, onde o acionamento manual da válvula de expansão (válvula de abertura) pelo piloto marca o início e a interrupção dentre cada faixa de aplicação. Adicionalmente, o piloto deve registrar no punho do manche, juntamente com os acionamentos manuais, os dados da aplicação em um sistema de navegação para geração de um relatório digital de cobertura (procedimento conhecido como “tiro”), além de comandar o guiamento e operação da aeronave. Em um voo de 3 a 6 metros acima do solo, a operação requer atenção e perícia bastante elevadas. O resultado deste processo é uma aplicação imprecisa e não homogênea que, além do desperdício, pode gerar o acúmulo de agrodefensivos ocasionando a contaminação de mananciais e resistência nas pragas. Ainda tem-se como resultado uma aplicação por faixa e por passagem pouco eficiente. A título de melhor definir as condições ligadas ao estado da arte, a Figura 1 anexa ilustra uma rota de aplicação de líquidos por uma aeronave agrícola, na qual a linha (L) delimita os limites da área a ser coberta, a linha (L1) ilustra a rota da aeronave para a cobertura da área delimitada, as faixas (L2) indicam a aplicação do agrodefensivo e os pontos (L3) são os pontos de registro pelo piloto para geração do relatório digital, ou “tiro”.

Transportando esta análise para o interior da aeronave, tem-se, na Figura 2, círculos (C1) que ilustram o dispositivo de acionamento manual da válvula de expansão (“alavanca” com travamento de posição) e seu posicionamento na cabine do piloto juntamente com o punho do manche para registro.

ESTADO DA ARTE E SUA EVOLUÇÃO É fato que, o aumento da eficiência e produtividade com intuito de diminuir custos e impactos ambientais são preocupações antigas e conhecidas no mercado mundial de aviação agrícola. No mercado nacional, a crescente pressão de agricultores por processos mais eficientes de aplicação através da aviação agrícola tem contribuído para que o depositante, através da pessoa jurídica por ele dirigida, seja uma nova entrante com os seus produtos. Nesse contexto, a automação dos processos de aplicação através de sistemas de navegação via GPS têm se apresentado como uma solução inevitável para atacar esses problemas e, atualmente, vem se tornando indispensável para a manutenção de menores custos para prestadores de serviços e aumento de competitividade agrícola para produtores brasileiros no mercado global.

Entretanto, os altos custos e soluções não adequadas de equipamentos concorrentes importados ainda são entraves no mercado da aviação agrícola nacional. A evolução não ocorre na mesma velocidade, onde não somente custos e soluções, mas também os processos de certificação para aeronaves têm inibido que iniciativas e inovações sejam incorporadas e desenvolvidas com foco no mercado nacional.

Assim, dentro da linha de evolução do estado da arte, o mesmo será definido em dois blocos. O primeiro é o “estado do conhecimento”, onde serão apresentados alguns artigos de referência na área e o segundo é o “estado da técnica” propriamente dito, onde serão apresentadas as soluções disponibilizadas pelos fabricantes para tentar atender o mercado nacional, com base em aplicativos em outras regiões geográficas do planeta. Por fim, será apresentado um breve resumo comparativo entre o estado atual dos concorrentes e as inovações e benefícios do sistema objeto da presente invenção, com o objetivo de demonstrar a diferenciação e evolução intrínsecas à invenção. - Estado do conhecimento O processo de aplicação de agrodefensivos é multidisciplinar, envolvendo, dentre outros, o tipo e precisão do equipamento a ser utilizado, a disponibilidade de sensores e atuadores, barras e bicos de pulverização. Apesar da seleção não ser exaustiva e ter ciência de que existem outros trabalhos relacionados com as disciplinas da área, neste subitem serão apresentados dois importantes trabalhos acadêmicos de referência para demonstração do “estado do conhecimento” com foco nos equipamentos e estudos para automação do processo de aplicação. Para o desenvolvimento deste Programa de Recursos Humanos em Áreas Estratégicas (RHAE), não são considerados estudos relacionados a bicos, barras e análises de deriva nos processos de aplicação.

Em um dos primeiros trabalhos na área no Brasil e, em função da ausência de informações a respeito da eficácia destes equipamentos na época, MOLIN desenvolveu em 1998 uma metodologia para medir a precisão de dois sistemas de orientação utilizados em aeronaves agrícolas: bandeiras e DGPS. O trabalho teve como objetivo a realização de ensaios reais de campo utilizando, na mesma área, os dois sistemas de orientação. Como resultado, mostrou-se que a metodologia era adequada para a mensuração e análise de erro nos percursos da aeronave agrícola. A manutenção do alinhamento e propagação de erro na largura das faixas, os erros entre passadas, bem como os erros acumulados foram consideravelmente menores através da utilização do DGPS. Foi apresentado um erro médio acumulado de 9,71 m com a utilização do sistema de bandeiras e de 0,93 m com a utilização do DGPS. Este trabalho vem se mantendo como referência para o mercado até hoje pela proposição da mudança de paradigma na ocasião. Ainda em 2009, alguns sites relevantes do meio no Brasil tomam como referência este artigo. Em suma, a utilização de equipamentos eletrônicos é essencial para a manutenção de menores custos.

Em 2000, SMITH avaliou duas versões de sistemas de controle automáticos de fluxo disponibilizados pela empresa AUTO CONTROL INC. (que não mais atua no mercado de aviação) disponíveis para a aeronave Air Tractor 402. A primeira versão, chamada de AutoCal /, realizava o controle do fluxo diretamente através do ajuste na válvula de expansão (válvula de abertura), enquanto que, na segunda versão, chamada de AutoCal II, o controle do fluxo é realizado indiretamente através do ajuste de uma válvula “bypass”.

Diante dessa análise, foi apresentado que o erro médio com o sistema AutoCal I variou de 0,64% até 1,60%. Com o sistema AutoCal I, o erro geralmente aumentava de acordo com a taxa de aplicação e o número de passagens. O mesmo comportamento não foi verificado com o AutoCal II. Os resultados mostram que o controle realizado pela válvula “bypass” (AutoCal II) resulta em um menor número de passagens para cobertura da área. - Estado da Técnica Foram identificados os principais fabricantes com o objetivo de situar a proposta com relação ao estado da técnica. Essencialmente, são citados dois fabricantes internacionais: HEMISPHERE GPS e AGNAV. A HEMISPHERE GPS é uma empresa estabelecida desde 1990 no mercado norte-americano. Adquiriu a empresa Del Norte em 2006, fundindo os conhecimentos de equipamentos utilizados na aviação agrícola com o equipamento Satloc para fundar a divisa de “Ar” da companhia. Comercializa o equipamento Sattloc M3, o mais utilizado nas aeronaves agrícolas brasileiras e mais recentemente o equipamento Air IntelliStar e Intelliflow, produtos que atuam no mesmo segmento daquele objeto da presente solicitação de patente. A AGNAV é uma empresa canadense, fundada em 2000, a partir da empresa Picodas Group Inc. A Picodas era uma empresa fabricante de equipamentos de geofísica fundada em 1985 com o objetivo de desenvolver equipamentos baseados em GPS usados nas aplicações de exploração do petróleo e mineral. Atualmente comercializava equipamentos GPS para diversas áreas, incluindo o AGNav-Guia e AG-Flow para a aviação agrícola, também dentro do mesmo segmento do sistema empregado na presente invenção.

No que se refere ao equipamento Air intellistar da empresa HEMISPHERE, que é um sistema de navegação e guiamento, são relacionadas as seguintes características: - grande número de componentes; - operação e manuais em língua estrangeira, o que, no caso do Brasil, gera dificuldades; - componentes pesados e não adequados à realidade nacional e de outros países; - produto de difícil operação e entendimento; - peso excessivo (12 Kg); e - altíssimo preço de venda (aproximadamente R$ 45.000,00). O equipamento Intelliflow - Sistema de controle - da mesma empresa HEMISPHERE, possui as seguintes características: - grande número de componentes; - pouca integração (não apresenta válvula bypass); - componentes pesados e não adequados à realidade nacional e de outros países; - aplicação no Air Tractor. Há necessidade de adaptação para a aeronave “Ipanema"', - operação e manuais em língua estrangeira, o que, no caso do Brasil, cria dificuldades; - não realiza aplicações autônomas; - peso excessivo (14 Kg); e - Altíssimo preço de venda (aproximadamente R$ 30.000,00). A empresa canadense AGNAV apresenta um primeiro equipamento, ou seja, o Guia-Air - Sistema de navegação e guiamento - com as seguintes características: - número reduzido de componentes; - não é robusto; - operação e manuais em língua estrangeira, o que, no caso do Brasil e outros países, traz dificuldades; - operação não intuitiva; - peso reduzido (8 Kg); e - alto preço de venda (aproximadamente R$ 35.000,00). O outro equipamento, da mesma empresa AGNAV, é o AG-FLOW -sistema de controle - com as seguintes características: - número reduzido de componentes; - integração moderada (não apresenta válvula bypass); - componentes mais otimizados, porém não suficientes para atender as necessidades; - aplicação no Air Tractor. Há necessidade de adaptação para a aeronave Ipanema; - operação e manuais em língua estrangeira, o que, no caso do Brasil e outros países, traz dificuldades; - realiza aplicações automáticas com restrições; - peso reduzido, mas ainda relevante (9 Kg); e - alto preço de venda (aproximadamente R$ 25.000,00).

No que se refere ao equipamento INTELLIFLOW, da empresa HEMISPHERE, é um equipamento que, integrado ao equipamento de navegação da empresa compatível, permite a pulverização com taxas constantes e variáveis, além da possibilidade de habilitar duas aplicações diferentes ao mesmo tempo. É composto de um medidor de fluxo, uma válvula com motor montado e um controlador. O equipamento pode ser utilizado para uma ou duas aplicações diferentes ao mesmo tempo, com o equipamento de navegação M3 (linha compatível com controle da empresa - “M3 ControllerNuma configuração preferencial o equipamento não revela no sistema a válvula bypass para integração.

No tocante ao equipamento AG-FLOW da empresa AGNAV, este se destina a realizar o controle da aplicação de agrodefensivos. Uma vez integrado ao AGNAV- Guia (equipamento de navegação da empresa) permite a pulverização em taxas constantes e variáveis, opcional para abertura e fechamento da válvula semiautomática. Com um esquema similar de conexão ao do INTELLIFLOW, este sistema difere pelo fato do sensor de fluxo e válvula de expansão estarem unidos em um mesmo conjunto. Nesta solução também não se considera válvula bypass integrada.

PROBLEMAS INERENTES ÀS TÉCNICAS ATUAIS

Os dois problemas básicos enfrentados pela agricultura são a imprecisão e a baixa eficiência, que geram desperdício e, consequentemente, diminuem o lucro de toda a cadeia. O problema tem início quando, a fim de garantir 100% da cobertura da área a ser pulverizada, o avião precisa seguir uma rota predeterminada aplicando o agrodefensivo ou insumo além dos limites da área ou com sobreposição de faixa. Por se tratara de um processo manual e visual, esta cobertura em excesso é a única forma de garantir a cobertura completa. Sacrifica-se agrodefensivos e combustível em troca da certeza da não existência de falhas na área aplicada. Soma-se a isto o fato de lavouras adjacentes, com diferentes culturas, serem contaminadas com defensivos não apropriados àquela destinação.

Por outro lado, a aplicação de agrodefensivos sobre áreas desplantadas ou o acúmulo desnecessário, devido à baixa eficiência, gera contaminação do solo e dos mananciais, pois o excesso é rapidamente absorvido, chegando aos lençóis freáticos subterrâneos. O desperdício financeiro torna-se agora também um problema ecológico evidente.

Em paralelo, quaisquer variações na velocidade do avião, sejam elas por comando do piloto ou mesmo por ação dos ventos, refletem diretamente na eficiência da aplicação. Esta característica faz com que, na área de cobertura, algumas regiões recebam excesso de cobertura, enquanto outras recebem cobertura aquém do necessário. Áreas identificadas como falhas ou com baixa aplicação devem ser retratadas. O processo de aplicação deve ser repetido mais de uma vez de acordo com o estágio fenológico da plantação e com o tipo e quantidade de infestação evidenciados. Portanto, qualquer retrabalho resulta em mais gastos com operação, combustível e agrodefensivos, sem considerar o fato de aumentar o risco de contaminação dos mananciais.

ANÁLISE DA INVENÇÃO A PARTIR DE BREVE COMPARATIVO COM AS TÉCNICAS ATUAIS A agricultura de escala no cenário atual é dependente do emprego de tecnologia para aferir precisão às aplicações de agrodefensivos e insumos.

Grandes áreas de plantio necessitam de aplicação uniforme destes produtos através da utilização de maquinário especializado como veículos pulverizadores ou aviões agrícolas, não sendo factível o processo manual tradicional, tamanha a vastidão da área de aplicação. O advento dos receptores de posicionamento global (GPS) veio a aferir precisão mais elevada ao procedimento, através do planejamento, acompanhamento e guiamento do motorista ou piloto sobre a área de aplicação e, após término do procedimento, avaliação por parte do engenheiro agrônomo do resultado obtido através de relatórios gerados.

Para um bom resultado, é necessário um sistema de computação robusto, preciso e rápido, que auxilie no planejamento e especialmente no acompanhamento do processo. O ambiente no qual se aplica exige equipamento tolerante a falhas, robusto e de durabilidade superior. É também de conhecimento geral que um bom planejamento, auxiliado pelo equipamento, reduz consideravelmente o consumo de combustível e as áreas de falha na aplicação, através do cálculo antecipado de melhores rotas, curvas ótimas e fatores relevantes como condições climáticas, velocidade, altura do solo, inclinação, permeabilidade, peso e tamanho da gota do insumo, dentre outros.

Considerando-se o grande número de variáveis envolvidas no processo de cálculo com maior precisão, torna-se evidente a necessidade de equipamentos modernos, precisos e de maior capacidade computacional, o que torna todo o processo mais eficiente.

Enquanto os equipamentos atuais resolvem o problema, é comum que sua fabricação exceda os dez anos de idade, o que em termos de tecnologia representa exagerada sobrevida. As técnicas agronômicas e os algoritmos de cálculos neles implementados datam de sua primeira implementação, tendo sido superadas por técnicas mais modernas no decorrer da vida útil do produto, enquanto o equipamento em si, pela própria evolução tecnológica, apresenta limitações em termos de velocidade computacional e aplicação de novas técnicas no contexto agrícola no estado da arte. A manutenção destas unidades é onerosa e lenta devido aos processos de desenvolvimento de programas computacionais arcaicos e a adaptação destes programas à realidade individual de cada usuário (personalização) é inviável usando esta abordagem de desenvolvimento. A presente invenção relata sistemas e equipamentos utilizados na automação semiautomática e automática do processo de aplicação de insumos líquidos defensivos, principalmente, mas não restrito, ao controle de pragas através da aviação agrícola. A presente invenção utiliza de técnica computacional para buscar a melhoria na eficiência geral do produto integrado que provê a automação do processo de aplicação de defensivos agrícolas. A forma encontrada para realizá-la foi a modernização do produto de forma geral, utilizando-se técnicas modernas de desenvolvimento computacional, aliadas a um computador Tablet PC aeroagrícola robusto, de última geração, mais veloz e de menor consumo. Permite uma abordagem diferenciada na implementação de técnicas de aplicação mais modernas através de mapas digitais obtidos do Google Earth ou fotos específicas de satélite e, pela primeira vez, da adaptação às necessidades específicas de cada usuário no contexto brasileiro, de cada cultura. As técnicas incluem cálculo de rotas digitais de maior eficiência, definição de checkpoints, definição de áreas de exclusão e perigo e mapeamento completo da área em formato digital. Dessa forma, as adversidades apresentadas no estado da técnica são superadas e abrem possibilidades de melhorias específicas e ajustes finos que permitem a eficiência melhorada e automação do processo de aplicação, garantindo sempre o emprego do que há de mais moderno em termos de técnicas agronômicas específicas daquela cultura.

Assim, comparando a tecnologia da presente invenção com os equipamentos existentes, já apresentados, são identificadas as seguintes diferenças, nos seguintes itens: aplicabilidade em aeronaves nacionais; interfaces de comunicação; análise da área e integração com o algoritmo de controle; peso e integração eletromecânica: - Aplicabilidade em aeronaves nacionais: O INTELLIFLOWatualmente pode ser aplicado no Ipanema (adaptado) e Air Tractor. Os problemas práticos observados são: - falta de suporte específico (demorado e debilitado); - necessidade de adequação da aeronave Ipanema ao equipamento; e - recertificação da aeronave Ipanema a cada mudança de produto. O AG-FLOW atualmente pode ser aplicado no Ipanema (adaptado) e Air Tractor. Os problemas práticos observados são: - falta de suporte específico (demorado e debilitado); - necessidade de adequação da aeronave Ipanema ao equipamento; e - recertifi cação da aeronave Ipanema a cada mudança do produto. Já o sistema embarcado objeto da presente invenção possui as seguintes inovações, no que tange a esse item: - foco na aeronave nacional Ipanema (inicialmente); e - desenvolvimento especialmente com foco e restrições da agricultura nacional, visando atender as necessidades não atendidas atualmente e que são determinantes de desempenhos não satisfatórios.

Os benefícios decorrentes são: - suporte específico e rápido; - o produto se adequa a aeronave Ipanema e não o contrário; e - atendimento personalizado. - Interfaces de comunicação: O INTELLIFLOW possui as seguintes características de Interface: - utiliza interfaces simples de comunicação, por exemplo, serial RS232; - não há redundância e robustez; - não há padronização.

Os problemas práticos observados são os seguintes: - problemas de comunicação dos módulos em voo; e - prejuízos pela aeronave parada em solo. O AG-FLOWpossui as seguintes características de interface: - utiliza interfaces simples de comunicação, por exemplo, serial RS232. Há possibilidade de utilização de CAN; - não há redundância e robustez; - não há padronização.

Os problemas práticos observados são os seguintes: - problemas de comunicação dos módulos em vôo; e - prejuízos pela aeronave parada em solo. Já o sistema embarcado objeto da presente invenção possui as seguintes inovações, no que tange a esse item: - implementação de redundância e técnicas de tolerância a falhas de hardware e software; - utilização da interface CAN Aeronáutico; e - padronização de protocolo (Ex: ISOBUS).

Os benefícios decorrentes são: - redução de manutenções não programadas e problemas de operações do equipamento; - aumento de horas ininterruptas, reduzindo prejuízos para a cadeia; e - maior suporte e disponibilidade de partes, incluindo sensores, pela padronização. - Análise de área e integração com o Algoritmo de controle: O INTELLIFLOW possui as seguintes características quanto a este item: - não é prevista a análise antecipada da área de aplicação in loco; - demarcação dinâmica de coordenadas da área de aplicação (aeronave carregada de insumo); - utilização de experiência prática do piloto para realização do trabalho, apenas com a restrição de realização perpendicular à direção do vento; - a malha de controle não permite entrada de dados da área digital; - permite mapas de prescrição apenas para aplicações com taxa variável; - controla a taxa estabelecida de acordo com a velocidade; e - não permite abertura e fechamento automático, o piloto ainda participa do processo manualmente.

Os problemas práticos verificados são: - operação perigosa, requer a exigência da atenção do piloto; - desperdício de combustível para demarcação da área; - análise estática em solo - a mudança de direção do vento na hora da aplicação altera a cobertura ideal; - controle não integrado e adequado à realidade nacional; e - falta de eficiência e precisão. O AG-FLOWpossui as seguintes características quanto a este item: - não é prevista a análise antecipada da área de aplicação in loco; - demarcação dinâmica de coordenadas da área de aplicação (aeronave carregada de insumo); - utilização de experiência prática do piloto para realização do trabalho, apenas com a restrição de realização perpendicular à direção do vento; - a malha de controle não permite entrada de dados da área digital; e - permite a abertura e fechamento automático, porém o piloto ainda participa do processo manualmente.

Os problemas práticos verificados são: - operação perigosa, requer a exigência de atenção do piloto; - desperdício de combustível para demarcação da área; - análise estática em solo - a mudança de direção do vento na hora da aplicação altera a cobertura ideal; e - falta de eficiência e precisão. O sistema embarcado objeto da presente invenção possui as seguintes inovações, no que tange a esse item: - no software empregado no sistema embarcado é permitida a geração in loco de um mapa digital diretamente no equipamento, delimitando os polígonos da área de aplicação, exclusão e perigo (mapa obtido por satélite ou Google Earth)] - as coordenadas digitais delimitadas (demarcação estática) alimentam a entrada do algoritmo, juntamente com a rota a cumprir (calculada estatisticamente na análise in loco)] - técnicas de estimulação (correção dinâmica) para mitigação de perturbações on-the-fly (Ex:mudança na direção do vento) permitem correções no voo; - aumento da precisão de guiamento; - não há necessidade de levantar voo para definição das áreas e rotas; e - com o mapeamento digital, o controle da aplicação pode ser realizado 100% autônomo. A alavanca abertura manual de expansão se torna última opção de segurança.

Os benefícios decorrentes são: - aumento da eficiência da aplicação e precisão da deposição de agrodefensivos; - menores rotas de voo; - análise prévia, definição de áreas de aplicação, exclusão e perigo antes do voo; - economia de no mínimo 10% de agrodefensivos e no mínimo 5% de combustível; e - maior segurança para o piloto, pois a concentração será somente no cumprimento da rota, guiamento e pilotagem da aeronave.

Peso e Integração Eletromecânica: O INTELLIFLOW possui as seguintes características quanto a este item: - excesso de componentes; - componentes essenciais não integrados; - instalação complicada e custosa; e - excesso de peso (total 14 Kg para opção de uma única aplicação, excluindo o equipamento de navegação).

Os problemas práticos verificados são: - aeronave mais pesada; - componentes custosos e não adequados ao mercado nacional; - menor capacidade de carregamento com insumos; e - maior gasto de combustível. O AG-FLOWpossui as seguintes características quanto a este item: - barra única; - alguns componentes essenciais não integrados; - instalação facilitada; e - peso reduzido (total de 9 Kg, excluindo o equipamento de navegação).

Os problemas práticos verificados são: - aeronave mais pesada; - componentes custosos e não adequados ao mercado nacional; - menor capacidade de carregamento com insumos; e - maior gasto de combustível. O sistema embarcado objeto da presente invenção possui as seguintes inovações, no que tange a esse item: - barra única com válvula “bypass” para controle de fluxo e com válvula de expansão (abre-fecha) para controle automático; - medidor de fluxo modular; e - controlador que aceita dados de áreas digitais como entrada do algoritmo.

Os benefícios decorrentes são: - integração; - fácil instalação e manutenção; e - redução de componentes e de peso (total de 5 Kg - HW/SW/SISTEMA ELETROMECÂNICO).

PROPOSTAS E OBJETIVOS DA PRESENTE INVENÇÃO

Para caracterizar o benefício econômico e também oportunidade em que se insere a invenção, toma-se a soja, com 38% da produção agrícola de 2010, ou seja: 23,3 milhões de ha. Considerando o Folicur, um dos principais fungicidas utilizados neste cultivo, a um valor médio de R$ 85,00/litro e uma dosagem de aplicação de 0,5 litro/ha, obtém-se um mercado total de aproximadamente R$ 990 milhões de custos com agrodefensivos para o agricultor. Adicionalmente, considerando uma taxa de 25% tratada comercialmente através da aviação agrícola com relação aos outros meios de pulverização concorrentes, estima-se um mercado parcial de custo de agrodefensivos em R$ 247,5 milhões. Nesse contexto, a crescente pressão do agricultor frente à necessidade de melhores resultados para competir em uma economia globalizada, a necessidade de aumento da eficiência em seus processos e a legislação ambiental imposta pelo mercado externo são grandes impulsionadores para a adoção do sistema da presente invenção e sua plataforma de produtos. É um objetivo a economia direta de no mínimo 10% de agrodefensivos e a economia recorrente de 5% de combustível como o novo sistema. Relaciona-se abaixo os comparativos e os benefícios de ordem econômica, ambiental e de segurança quando empregado o sistema da presente invenção em relação aos sistemas usuais, a partir do exemplo demonstrado acima, parametrizando fungicida e combustível: Comparativo Econômico: - Fungicida Folicur.

Sem o sistema da presente invenção: R$ 247,5 milhões;

Com o sistema da presente invenção integrado: R$ 222,75 milhões.

Benefício econômico resultante da presente invenção: redução de 10%, ou seja, R$ 24,75 milhões. - Combustível (Av-gásj: Sem o sistema da presente invenção: R$ 285,00 por hora;

Com o sistema da presente invenção integrado: R$ 270,75 por hora.

Benefício econômico resultante da presente invenção: redução de 5%, ou seja, R$ 14,25 por hora.

Comparativo Ambiental: - Deposição de aqrodefensivo: Sem o sistema da presente invenção: desperdício aliado a um maior número de aplicações, promovendo poluição de mananciais;

Com o sistema da presente invenção integrado: economia aliada a um menor número de aplicações evitando concentrações e poluição de mananciais.

Benefício ambiental resultante da presente invenção: menor número de aplicações, redução de concentração e de poluição de mananciais.

Comparativo de segurança: - Procedimento e controle de aplicação: Sem o sistema da presente invenção: além de pilotar, exige-se a concentração em realizar procedimentos manuais;

Com o sistema da presente invenção integrado: concentração exclusiva em pilotar a aeronave - procedimento autônomo.

Beneficio de segurança resultante da presente invenção: o piloto somente se dedica a pilotar a aeronave.

Tecnicamente, o sistema objeto da presente invenção da evolução tecnológica dos computadores embarcados, especificamente de Tablet PCs robustos de aplicação agrícola, como base para o desenvolvimento de programas computacionais mais complexos, capazes de avaliar situações e parâmetros que os produtos existentes, na época de sua concepção, não podiam. A adoção dos Tablets mais eficientes e interativos, rápidos, robustos e com menor consumo permitiu a utilização de metodologias modernas de desenvolvimento computacional, como frameworks específicos de aferição de precisão ao dispositivo GPS, utilização de linguagens de programação orientadas a objeto, bancos de dados relacionais e interfaces de operação simplificadas e de fácil e de fácil assimilação, de forma que a manutenção da parte lógica do sistema foi melhorada consideravelmente frente aos produtos do estado da tica. Alterações e manutenção da parte lógica, distribuída aos usuários através de atualizações de programa passam, com a presente invenção, a ser feitos em tempo reduzido e de forma simplificada, garantindo a melhoria contínua do produto. A aferição de áreas distintas dentro de uma mesma propriedade rural física, implementada na invenção, permite um planejamento inteligente do processo de aplicação, definindo diferentes padrões de aplicação para cada área, individualmente, de forma que o planejamento total da operação é feito no sentido de melhorar a operação como um todo e não por partes. A definição de tais áreas permite, também, a exclusão de áreas que não sejam interessantes para a aplicação, de forma que o sistema calcula com base também nestes parâmetros rotas otimizadas para efetuar-se a cobertura ótima com a rota também ótima. A invenção objetiva oferecer um sistema simplificado de configuração através de uma série de telas consecutivas, num sistema “passo-a-passo”, no qual o usuário deverá percorrer as supracitadas telas preenchendo valores, um de cada vez, evitando erros de configuração ou não preenchimento dos dados necessários. A tela seguinte só será apresentada quando as informações da tela atual foram preenchidas de forma correta, impossibilitando a operação errônea.

Outro objetivo da presente invenção é elevar o padrão de robustez apresentado, oferecendo um equipamento capaz de tolerar em maior grau a hostilidade do ambiente de aplicação. O desenvolvimento do Tablet PC leva em consideração centro de gravidade calculado para reduzir vibrações e uma caixa de alumínio aeronáutico vedada sob padrão IP-66 que evita entrada de insumos corrosivos como a ureia nas partes sensíveis do equipamento. O emprego de equipamentos com tolerância à temperatura industrial permite que seu uso seja menos sensível às condições de temperatura, umidade e pressão, permitindo ampliar as horas úteis do dia ou da noite, para aplicação de insumos.

Objetiva também oferecer um equipamento que controle a vazão de insumos através da operação de uma válvula eletromecânica que controle o fluxo de vazão de insumo líquido.

Objetiva, ainda, oferecer um equipamento que possa receber informações fornecidas pelo operador acerca da situação da lavoura no momento da aplicação, como, por exemplo, direção e velocidade do vento, temperatura, umidade relativa do ar, e informar ao operador os melhores ajustes dos parâmetros de aplicação para aquele momento.

Outro objetivo da invenção é oferecer um equipamento capaz de utilizar imagens de mapas georeferenciados em conjunto com dispositivos de localização geográfica (GPS) para aferição visual de áreas e elementos relevantes, apresentados ao operador durante a aplicação.

Objetiva também a invenção oferecer um equipamento físico de guiamento chamado barra de luzes, o qual se integra ao sistema, sendo o responsável pelo guiamento do piloto para início e término da faixa, indicação para manter a “linha reta” e ângulo de entrada corretos para o início da dispersão de insumos.

Objetiva, ainda, oferecer um equipamento capaz de produzir relatórios das aplicações realizadas, efetuando cálculos relevantes para aferição do processo, tal qual área total percorrida, área total pulverizada, caminho percorrido, total de insumos consumidos, tempo de operação, dentre outras estatísticas interessantes para acompanhamento e de relevância para o operador. Tais relatórios poderão ser personalizados pelo próprio operador em formatos que lhe sejam mais convenientes e lógicos para seu acompanhamento. A inclusão de logotipos, dados de clientes, formatação e formato de arquivo de saída foram contemplados de forma que torna-se dispensável a sumarização das informações manualmente após o recebimento. O relatório é emitido pelo próprio equipamento já em seu formato final.

Assim, objetiva fornecer um equipamento de controle automático ou semiautomático de motores e atuadores que, de forma integrada com outros componentes, particularmente software e hardware, permite a automação do processo de aplicação.

Objetiva ainda oferecer um equipamento que possa coletar informações relevantes de operação e armazená-las para consulta posterior, seja para fins de avaliação de performance, seja para fins de averiguação de acidentes. Os dados coletados incluem, mas não se limitam a; altura, velocidade, direção, deslocamento vertical, deslocamento horizontal, posições de longitude e latitude, estado da válvula de controle de vazão, piloto ou motorista em operação, aeronave ou veículo em operação, combustível utilizado, insumo utilizado, número de horas de operação daquela aeronave ou veículo, data e hora do evento e últimas operações realizadas no equipamento.

Objetiva, finalmente, oferecer um equipamento que apresente facilidade de configuração, utilização e modificação de parâmetros (personalização) específicos da cultura à qual se aplica. A inserção de técnicas novas foi contemplada, bem como a mudança de parâmetros básicos do sistema, tal qual cores, palavras-chave, logotipos, idioma do sistema, posicionamento, formato e tipo de controles apresentados, bem como todas as informações apresentadas ao piloto podem ser alteradas por um único usuário com poderes de administração do sistema, através de arquivos no formato XML, tornando a utilização e compreensão do sistema mais fáceis pelo utilizador.

Numa versão mais completa, para trabalhos que demandem precisão máxima sob condições críticas, o equipamento será fornecido em sua forma completa, consistindo de Tablet PC, barra de luzes de guiamento, válvula de vazão de insumos, sensores, atuadores e motores necessários para sua operação.

Em uma versão mais simplificada, para trabalhos que demandem precisão menos crítica, o equipamento será fornecido em forma mais econômica, consistindo de unidade FluX (Fluxômetro digital) ou Flux II (Fluxômetro digital para controle semiautomático), sensores, atuadores e motores necessários para sua operação.

Para outras situações mais simples, onde não se façam necessárias todas as facilidades oferecidas pelo equipamento mais completo, são previstas versões do equipamento que combinem parcialmente as tecnologias supracitadas. O caráter de novidade na presente invenção está relacionado na combinação da tecnologia de pulverização com assistência de veículos e aeronaves com tecnologia de localização geográfica e com a implementação em sistemas computacionais mais modernos e que vislumbram a aplicação de técnicas recentes de aplicação de insumos e de planejamento agronômico.

Em todas as versões, tem a aeronave ou veículo a função de transportar os equipamentos, operador e insumos por ou sobre o local alvo de aplicação. O conjunto eletromecânico, válvulas e bicos de aplicação têm a função de gerar gotas de forma controlada, liberando-as sobre o alvo para deposição através da ação da gravidade. Sendo dotado de controle de vazão, possibilita a operação de pulverização ser realizada em constante ajuste de correção melhorando a eficiência e precisão de deposição das gotas. O programa de computador presente no sistema é o detentor da inovação na forma de planejamento, acompanhamento e execução da aplicação. Possibilita a delimitação de diversas áreas distintas de aplicação, o planejamento de rotas ótimas sobre estas áreas, que garantem a cobertura total com o menor caminho percorrido, sem sacrificar a segurança de manobras, controle baseado em dados fornecidos e/ou coletados a variação da concentração de insumo despejado levando em consideração fatores externos como velocidade, altura e temperatura ambiente. As regulagens e ajustes finos do sistema podem ser feitos por ajuste manual do operador ou automaticamente, seguindo medidas do sensor de posição e deslocamento geográfico (GPS) e de sensores presentes nos equipamentos, por meio de uma central de controle dotada de processadores e algoritmos de análise e tomada de decisão, em função de parâmetros conhecidos pela Tecnologia de Aplicação de Insumos. A durabilidade do equipamento permite operação por mais horas úteis em um mesmo dia e em condições mais adversas, possibilitando-o operar em um maior número de dias durante o ano.

MAIS VANTAGENS DA INVENÇÃO - maior economia de combustível; - maior economia e eficiência de insumos; - planejamento e acompanhamento mais eficientes; - logs de atividade e uso; - logs mais precisos em caso de acidentes; - relatórios finais direto do aparelho; - maior resistência a ambientes hostis; - maior durabilidade; - maior flexibilidade de personalização; - identificação de áreas distintas; - utilização de imagens de mapas georeferenciados; - correção automática frente a mudança de parâmetros externos como velocidade e altura; - sistema passo a passo de configuração.

DESCRIÇÃO DETALHADA A invenção será, a seguir, explicada com referência às suas características sistemáticas e construtivas, sendo utilizados para ilustração dados exemplificativos, estando devidamente ilustrada pelas figuras anexas: Figura 1: ilustra uma rota de aplicação convencional de líquidos por uma aeronave agrícola, na qual a linha (L) delimita os limites da área a ser coberta, a linha (L1) ilustra a rota da aeronave para a cobertura da área delimitada, as faixas (L2) indicam a aplicação do agrodefensivo e os pontos (L3) são os pontos de registro pelo piloto para geração do relatório digital, ou “tiro”;

Figura 2: ilustra a cabine do piloto, em um avião agrícola, com detalhe do dispositivo de acionamento manual e punho do manche, segundo o estado da técnica;

Figura 3: ilustra uma rota de aplicação com a cobertura de área utilizando o novo processo de aplicação a partir do sistema embarcado que inclui os componentes segundo a invenção;

Figura 4: ilustra a representação esquemática de uma aeronave agrícola, de acordo com a invenção;

Figura 5: ilustra um diagrama mostrando a comunicação entre os componentes mostrados na figura anterior;

Figura 6: ilustra, de forma física, alguns componentes mostrados na Figura 4;

Figura 7: ilustra, externamente, o dispositivo de hardware FLuX -registro dos valores em L/min;

Figura 8: ilustra, externamente, o dispositivo de hardware FLuX II, que expõe os parâmetros L/min., Km/h, registra se a válvula está ligada (on) e a condição do GPS;

Figura 9: mostra uma arquitetura do sistema, dentro do escopo inventivo, ilustrando sua integração com os componentes da plataforma;

Figura 10: mostra um diagrama com o algoritmo de controle PID com predição, considerando os dados de entrada e acionamento das válvulas, para ajuste e abre/fecha.

DESCRIÇÃO DETALHADA O “SISTEMA EMBARCADO DE NAVEGAÇÃO, CONTROLE E GUIAMENTO DE USO AEROAGRÍCOLA”, objeto desta solicitação de Patente de Invenção, consiste na interação de uma série de componentes, aplicados preferencial mas não obrigatoriamente a uma aeronave agrícola (A), de modo a controlar duas válvulas (40) e (50), a primeira integrada com barra única; sendo que a invenção emprega um software (10), ou seja, um sistema embarcado de navegação que inclui o SONAR - Sistema Brasileiro de Operação navegação e Rastreamento e o SENav - Sistema Embarcado de Navegação, com as funções: sistema passo a passo de configuração, definição de áreas distintas, personalização, geração de relatórios, planejamento de rotas e um hardware na forma de um Tablet PC - barra de luzes; o hardware (20) com as seguintes funções: sistema de ajuste de vazão; hardware (30) com as seguintes funções: sistema de guiamento físico - barras de luzes -, vedação, presente nos componentes (10) (software/hardware), (20) (hardware), (30) (hardware), (70) (hardware) e (80) (hardware), estes últimos hardwares FLuX - fluxômetro digital - e FLuX II -fluxômetro digital para controle semiautomático. Esta plataforma está integrada ao novo algoritmo (1) PID com predição. A Figura 4 mostra a representação esquemática de uma aeronave agrícola onde estão posicionados os componentes: software embarcado (10), o hardware (20) do sistema de ajuste de vazão; o hardware (30) do sistema de guiamento; o hardware (70) de fluxômetro digital; o hardware (80) de fluxômetro digital semiautomático; contempla, ainda, na parte inferior da aeronave, as válvulas (40) e (50), sensor de turbina/fluxo (60), ligados em série, existindo comunicação entre as ditas (40), (50) e (60) com o hardware de (20) do sistema de ajuste de vazão. É mostrada, ainda, a barra (90) e antena do GPS (110). A parte de hardware do sistema embarcado (10) é representado por um Tablet PC - barras de luzes, ou seja é onde o software SONaR opera. A Figura 5 mostra, na forma de blocos, o software (10)/ hardwares (20), (30), (70) e (80), e a respectiva interface entre os mesmos, ou seja, das válvulas (40) (bypass/ajuste da vazão proporcional) e (50) (expansão/abre e fecha) com o hardware (20) e do sensor de fluxo (60)/turbina/fluxômetro (doravante os componentes 40, 50 e 60 poderão ser denominados por um desses termos) com o hardware (70), sendo que o hardware (80) se comunica com o hardware (20).

As Figuras 7 e 8 mostram, respectivamente, o visual externo do dispositivo de hardware (70), com indicações de valores em L/min (L1). e do dispositivo de hardware para controle semiautomático (80), com indicações de L/min (L1), Km/h (L2), e condição da válvula (L3) e GPS (L4). A Figura 9 mostra uma arquitetura do sistema, dentro do escopo inventivo, ilustrando sua integração com os componentes da plataforma, onde (10) representa o software um sistema embarcado de navegação que inclui o SONAR -Sistema Brasileiro de Operação navegação e Rastreamento/ SENAav, onde a antena de GPS (110) está conectada a uma unida de recepção de GPS (101), e esta a uma unidade de processamento UP (102) e à unidade de gerenciamento de potência UPWR (104), proveniente da bateria da aeronave (24V), dita unidade de processamento UP (102) se liga ao bloco LCD+Touchscreen IHM (103). A unidade de processamento UP (102) (que pode se comunicar diretamente com a unidade de gerenciamento de potência (104)) se comunica com as interfaces externas (106) e com a unidade de armazenamento (105), estas ainda comunicantes com a unidade de gerenciamento de potência (104); as interfaces externas (106) se comunicam com o bloco CAN (107) e RS232 (108), este último com saída para depuração e testes. O módulo CAN (107) recebe comunicação do módulo (120) de LEDS IHM e se comunica com um módulo hardware (20) composto da unidade de controle HW/SW embarcado (UC) e sistema eletromecânico (UM) sensor e atuador, onde o bloco (21) é o HW/SW embarcado UC, que se comunica com o micromotor (22), motor (23) e turbina/sensor de fluxo/fluxômetro (60); o micromotor (22) se comunica com a válvula bypass (40), o motor (23) com a válvula de expansão (50) e HW/SW com o fluxômetro (60), este com saída para a barra de pulverização.

Conforme mostra a Figura 9, o módulo hardware (20) é, numa construção preferencial, constituído de uma unidade de controle HW/SW embarcado (UC) e uma unidade composta pelo sistema eletromecânico sensor e atuador (UM). Inicialmente, a escolha do processador a ser utilizado na (UC) deverá ser orientada por uma arquitetura ARM9 ou 32 bits. Os processadores da família ARM são amplamente utilizados e reconhecidos no mercado pelo melhor custo/potência, ou seja, são processadores que aliam desempenho com baixo custo e baixo consumo. Pretende-se que o processador opere no mínimo em uma frequência de 200 MHz e possua interface para memórias DDR2 e/ou DDR3. Esta unidade deverá operar com o Sistema Operacional Real-Time Executive for Multiprocessor Systems - RTEMS, adotado pela invenção. O RTEMS é um SO open-source e amplamente utilizado pela comunidade internacional em aplicações críticas, principalmente na área espacial. A unidade (UM) é constituída de uma barra integrada com válvula bypass (40) e válvula de expansão (abre e fecha) (50) seguida pela conexão do sensor de fluxo (60), diferentemente dos demais sistemas do estado da técnica que utilizam barra única para realizar o ajuste fino da vazão de abrir e fechar dentre uma faixa de aplicação. A barra de pulverização (90) que integra a invenção foi integrada ao novo algoritmo (1) e com os componentes da plataforma, sendo integrados a esta barra o micromotor de passo em (22) e o motor (23) como atuadores, sendo ainda contemplada uma instrumentação necessária para o controle e determinação de início e fim de curso da válvula (50). O sensor de fluxo ou fluxômetro (60) é conectado na barra (90), após a válvula de expansão (50). A presente invenção, com a nova plataforma e o algoritmo PID (1) de predição, conforme mostrado na Figura 10, tem como entrada os dados de velocidade, fluxo, dados da área digital a ser coberta e sistema de cobertura (ex.: retas paralelas). A Figura 3 ilustra a cobertura de área utilizando no novo processo da aplicação, com a integração dos componentes (10), (20) e (30).

Na Figura 3, para efeito comparativo com a Figura 1 (convencional), a linha (L4) delimita os limites da área a ser coberta, a linha (L5) ilustra a antiga rota da aeronave e a linha (L6) a nova rota da aeronave com a utilização da invenção e o novo algoritmo de controle. Em contraste com a aplicação realizada no estado da técnica, o novo algoritmo (1) determina automaticamente a abertura e o fechamento da válvula de expansão (50) identificada nos novos pontos (L7) de intersecção da rota (L6) com a área de (L4), com maior precisão e evitando o desperdício ilustrado pela faixa (L8). A partir da entrada da aeronave na faixa de aplicação, o novo algoritmo (1) realiza automaticamente o controle fino através da válvula bypass (40), de acordo com a malha sensor de fluxo (60) e velocidade, de maneira a manter a mesma taxa de aplicação, e, desta forma, o aumento da eficiência.

Conforme dito anteriormente, a solução adotada para solucionar o problema da automação do processo de aplicação na aeronave agrícola é o algoritmo de controle PID (Proporcional, Integral e Derivativo) apresentado em (1) que, na sua concepção original, é amplamente conhecido no estado da arte da literatura técnica.

Nesta invenção, o algoritmo PID (1) foi melhorado para incorporar predição e estimativa antecipada de atuações, bem como operar a partir da entrada e realimentação de dados dos sensores apresentados em (2) (dados de posicionamento do GPS), (3) (dados de velocidade do GPS), (4) (dados do sensor de direção do vento), (5) (dados do giroscópio digital), (6) (dados do sensor de fluxo) e (7) (dados do sensor de pressão).

Assim, a cada ciclo de 5Hz o algoritmo efetua os cálculos e apresenta a atuação para controle da vazão através do ajuste na válvula proporcional, apresentada em (40). A partir do posicionamento calculado dentro deste ciclo é possível realizar a abertura e fechamento da válvula abre-fecha (50) automaticamente, dentro dos intervalos definidos pelos software SONaR, a partir do mapeamento digital gerado.

Atualmente os algoritmos de controle atuam sobre uma única válvula para o ajuste da vazão e a abertura e fechamento da mesma válvula; na presente invenção, as duas válvulas são controladas a partir dos parâmetros descritos. Os algoritmos não incorporam a correção a partir de dados de outros sensores, conforme a nova proposta do algoritmo do SECa. O resultado da utilização do novo algoritmo é uma aplicação longitudinal e transversal mais eficiente. Na configuração dos equipamentos atuais não é possível qualquer correção transversal devido a configuração dos sensores e da atuação do equipamento através de única válvula.

Tecnicamente, a invenção conta com importantes características, as quais devem ser entendidas plenamente.

Quanto ao software SONaR (presente no software 10), destacam-se como importantes ao rendimento potencializado da invenção: - Sistema Passo a Passo de Configuração: O sistema Passo a Passo de Configuração consiste em uma sequência de telas de configuração. Cada uma das telas é criada de forma a conter o mínimo necessário de informação a ser entrada pelo usuário, e a tela seguinte só pode ser acessada após a atual ser preenchida corretamente com dados do tipo esperado. A operação final do aparelho só pode ser iniciada após a conclusão deste passo a passo, tendo todos os dados necessários entrados no formato esperado. Através da pulverização da informação em diversas telas, reduzindo os dados por tela, reduz-se a chance da entrada de dados errados e/ou da não entrada de dados. Cada controle de cada tela é validado com um tipo esperado antes da aceitação e apresentação da tela seguinte. O número de telas do passo a passo é configurável, bem como a informação contida e esperada em cada uma. - Definição de Áreas Distintas: A Definição de Áreas Distintas é caracterizada pela coleção de coordenadas e a categorização destas coordenadas em conjuntos (grupos) distintos. Cada um destes conjuntos é chamado de área, e recebe uma designação de acordo com o tipo de aplicação a ser realizada. Dependendo da designação dada, um tratamento diferente de rota é aplicado sobre aquele conjunto de coordenadas. Por exemplo: em um conjunto de coordenadas que evidencie uma área de pulverização, são traçadas rotas a serem seguidas pelo operador, enquanto em um conjunto de coordenadas que definam uma área de perigo, são traçadas rotas evitando circular sobre aquela região. - Personalização: A Personalização se refere à habilidade que o sistema tem de ser adequado e alterado em todos os seus parâmetros. Todos os controles exibidos nas telas do sistema, suas regras de negócio, suas saídas, entradas, obrigatoriedades ou não de dados, tipos de dados, cores, idiomas, textos, posicionamentos, funcionalidades, tamanho e orientação são descritos em pseudo-código XML, permitindo a alteração simples e rápida destes. O pseudo-código com a descrição das características é então compilado em tempo de execução e na próxima carga do sistema, os parâmetros novos já serão carregados. - Geração de Relatórios: A geração de relatórios segue o formato de personalização descrito anteriormente. Um formato básico é provido de trechos de pseudo-código em XML determinando posição, formato, cor, tamanho e dados do relatório. Ao iniciar-se a preparação do relatório, o pseudo-código com a descrição das características é então compilado em tempo de execução e o sistema utiliza as chamadas de banco de dados correspondentes para sumarizar e organizar as informações necessárias. A saída é então formatada para o tipo de arquivo de saída desejado e gravado para posterior exibição. - Planejamento de rotas: O planejamento de rotas leva em consideração os parâmetros largura de faixa, a área de cobertura, o ponto de início, lado e tipo de aplicação. Uma vez definida a área de cobertura, e escolhidos os outros parâmetros, o sistema inicia um cálculo das retas paralelas com a distância da largura de faixa entre si, no sentido do lado escolhido. Calculadas estas retas, a organização da ordem em que serão percorridas é determinada através do tipo de aplicação. Por exemplo, no modelo conhecido como “Back to Back\ o veículo deve percorrer as retas em forma sequencial, enquanto no modelo conhecido como “carrossel”, as retas são percorridas no formato: primeira, última, segunda, penúltima, terceira, antepenúltima, e assim sequencialmente.

Quanto ao Hardware (item 10) - SENaV, destaca-se o seguinte equipamento: - Tablet PC (Barra de Luzes): É o item em que o software SONaR opera. Consiste de um Tablet PC de alto poder de processamento com tela touchscreen e sem botões.

Quanto ao Hardware (item 20) - SECa, destaca-se como importante ao rendimento potencializado da invenção: - Sistema de ajuste de Vazão: O Sistema de Ajuste de Vazão consiste em uma pequena turbina com um sensor do tipo HALL (incluindo fluxômetro 60) e uma válvula controlada por motor de passo (22). Ao fluir através da turbina (60), o insumo rotaciona a mesma e o sensor HALL a ela conectado. Contabilizando-se o número de pulsos por cada pá que atravessa o sensor, é possível calcular o volume de insumo passante. Esta informação é então enviada ao hardware (20) que compara o volume passante com o volume necessário, já calculado, e atua com o motor de passo (22) na válvula de fluxo (40), aumentando ou diminuindo a vazão até que esta se encontre o mais próximo possível do valor calculado. Ao utilizar o sistema automático e, ao entrar e sair de uma faixa de acordo com a definição da área realizada pelo item (10), o sistema de ajuste da vazão abre ou fecha respectivamente a válvula (50).

Quanto ao Hardware (item 30) SEGui, destacam-se como importantes ao rendimento potencializado da invenção: - Sistema de Guiamento Físico (Barra de Luzes): O Sistema de Guiamento Físico é uma barra com diversos diodos emissores de luz (LEDs) que acendem e apagam em correspondência com o ângulo e distância que o veículo ou aeroneve se encontra do caminho ideal. Configurável via menu de sistema, pode-se ajustar seu brilho e sua tolerância. Por tolerância entende-se o número de graus (ângulo) e de distância que um LED aceso corresponderá. Por exemplo, ao configurar-se um LED para corresponder à distância de dois metros, ao ter-se dois LEDs acesos para a direita a partir do centro, a indicação corresponde a quatro metros de distância à esquerda da linha ideal. A mesma lógica é aplicável para ângulo. - Vedação (presente nos itens 10, 20, 30, 70 e 80): A vedação da caixa estanque é obtida através da fresagem precisa com o uso de tornos CNC de um bloco único de alumínio aeronáutico, onde será acondicionado o computador de bordo. O encaixe preciso e a utilização de anéis de borracha e selantes garante a vedação. Conectores e acessos da caixa são protegidos com anéis de borracha e resina epóxi em seu interior que impedem a entrada de umidade e insumos suspensos no ar. Fitas adesivas de alta resistência são utilizadas para fixar o display e o módulo de tela sensível a toque, impedindo entrada de umidade e insumos suspensos no ar pelas bordas.

Quanto ao Hardware (item 110) - Antena - consiste em uma Antena Ativa para recepção do sinal GPS.

Quanto ao Hardware (item 70) - FLuX, destaca-se como importante ao rendimento potencializado da invenção: - Fluxômetro Digital: De forma simplificada, o fluxômetro digital aparece no item (60). Provê a leitura digital do fluxo para identificação da quantidade em aplicação. O equipamento permite a calibração do fluxo em voo ou através de fator de correção estático. Possui uma regra de cálculo baseada na velocidade (de manual) em mph, taxa de aplicação em litros por hectare e largura da faixa em metros para identificação do fluxo ótimo que deve ser ajustado manualmente pelo piloto. Permite a escolha de quatro tipos de sensores para quatro diferentes faixas de vazão.

Quanto ao Hardware (item 80) - FluX II, destaca-se como importante ao rendimento potencializado da invenção: - Fluxômetro digital para controle semiautomático: De forma simplificada, o fluxômetro digital com leitor de velocidade via GPS pode ser fornecido em conjunto com os itens (20), (40), (50) e (60). Provê a leitura digital do fluxo para identificação da quantidade em aplicação e a leitura da velocidade da aeronave em mph via GPS. Permite a abertura elétrica da válvula abre-fecha / expansão (50) através de botão de disparo no manche da aeronave, onde antes era realizada manualmente através do item (70). Na presente invenção, este fluxômetro digital realiza o controle de acordo com a variação de velocidade da aeronave, através da válvula de fluxo (40). Não há gravação de rotas e integração efetiva com mapeamento digital, funcionalidade exclusiva do equipamento hardware (10). O equipamento permite a calibração do fluxo em vôo ou através de fator de correção estático. Possui uma regra de cálculo baseada na velocidade (de manual) em mph, taxa de aplicação em litros por hectare e largura da faixa em metros para identificação do fluxo ótimo que é controlado pelo hardware (20) e válvula (40). Permite a escolha de quatro tipos de sensores para quatro diferentes faixas de vazão.

Claims (22)

1) “SISTEMA EMBARCADO DE NAVEGAÇÃO, CONTROLE E GUIAMENTO DE USO AEROAGRÍCOLA”, consiste na interação de uma série de componentes, aplicados ao controle agrícola (A), de modo a controlar duas válvulas (40) e (50), a primeira integrada com barra única; sendo que a invenção emprega um software (10), ou seja, um sistema embarcado de navegação que inclui o SONAR - Sistema Brasileiro de Operação navegação e Rastreamento e o SENav - Sistema Embarcado de Navegação, CARACTERIZADO POR apresentar as seguintes funções: sistema passo a passo de configuração, definição de áreas distintas, personalização, geração de relatórios, planejamento de rotas e um hardware na forma de um Tablet PC - barra de luzes; o hardware (20) com as seguintes funções: sistema de ajuste de vazão; hardware (30) com as seguintes funções: sistema de guiamento físico - barras de luzes -, vedação, presente nos componentes (10) (software/hardware), (20) (hardware), (30) (hardware), (70) (hardware) e (80) (hardware), estes últimos hardwares FLuX - fluxômetro digital - e FLuX II -fluxômetro digital para controle semiautomático; esta plataforma está integrada ao novo algoritmo (1) PID com predição, de controle das válvulas (40) e (50) a partir de parâmetros obtidos.

2) “SISTEMA EMBARCADO DE NAVEGAÇÃO, CONTROLE E GUIAMENTO DE USO AEROAGRÍCOLA”, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO POR software embarcado (10), o hardware (20) do sistema de ajuste de vazão; o hardware (30) do sistema de guiamento; o hardware (70) de fluxômetro digital; o hardware (80) de fluxômetro digital semiautomático.

3) “SISTEMA EMBARCADO DE NAVEGAÇÃO, CONTROLE E GUIAMENTO DE USO AEROAGRÍCOLA”, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO POR contemplar, na parte inferior da aeronave, as válvulas (40) e (50), sensor de turbina/fluxo (60), ligados em série, existindo comunicação entre as ditas (40), (50) e (60) com o hardware de (20) do sistema de ajuste de vazão.

4) “SISTEMA EMBARCADO DE NAVEGAÇÃO, CONTROLE E GUIAMENTO DE USO AEROAGRÍCOLA”, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO POR a parte de hardware do sistema embarcado (10) ser representada por um Tablet PC - barras de luzes, onde o software SONaR opera.

5) “SISTEMA EMBARCADO DE NAVEGAÇÃO, CONTROLE E GUIAMENTO DE USO AEROAGRÍCOLA”, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO POR o dispositivo de hardware (70) conter indicações de valores (L1). e do dispositivo de hardware para controle semiautomático (80) possuir indicações de L/min e (L2), bem como condição da válvula (L3) e GPS (L4).

6) “SISTEMA EMBARCADO DE NAVEGAÇÃO, CONTROLE E GUIAMENTO DE USO AEROAGRÍCOLA”, de acordo com a reivindicação 1, CARCATERIZADO POR (10) representar o software um sistema embarcado de navegação que inclui o SONAR - Sistema Brasileiro de Operação navegação e Rastreamento/ SENAav, onde a antena de GPS (110) está conectada a uma unida de recepção de GPS (101), e esta a uma unidade de processamento UP (102) e à unidade de gerenciamento de potência UPWR (104), proveniente da bateria da aeronave (24V), dita unidade de processamento UP (102) se liga ao bloco LCD+Touchscreen IHM (103); a unidade de processamento UP (102) se comunica com as interfaces externas (106) e com a unidade de armazenamento (105), estas ainda comunicantes com a unidade de gerenciamento de potência (104); as interfaces externas (106) se comunicam com o bloco CAN (107) e RS232 (108), este último com saída para depuração e testes.

7) “SISTEMA EMBARCADO DE NAVEGAÇÃO, CONTROLE E GUIAMENTO DE USO AEROAGRÍCOLA”, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO POR o módulo CAN (107) receber comunicação do módulo (120) de LEDS IHM e se comunicar com um módulo hardware (20) composto da unidade de controle HW/SW embarcado (UC) e sistema eletromecânico (UM) sensor e atuador, onde o bloco (21) é o HW/SW embarcado UC, que se comunica com o micromotor (22), motor (23) e turbina/sensor de fluxo/fluxômetro (60); o micromotor (22) se comunica com a válvula bypass (40), o motor (23) com a válvula de expansão (50) e HW/SW com o fluxômetro (60), este com saída para a barra de pulverização.

8) “SISTEMA EMBARCADO DE NAVEGAÇÃO, CONTROLE E GUIAMENTO DE USO AEROAGRÍCOLA”, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO POR a unidade (UM) ser constituída de uma barra integrada com válvula bypass (40) e válvula de expansão (abre e fecha) (50) seguida pela conexão do sensor de fluxo (60), permitindo o ajuste fino da vazão de abrir e fechar dentre uma faixa de aplicação.

9) “SISTEMA EMBARCADO DE NAVEGAÇÃO, CONTROLE E GUIAMENTO DE USO AEROAGRÍCOLA”, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO POR a barra de pulverização (90) que integra a invenção estar integrada ao novo algoritmo (1) e com os componentes da plataforma, sendo integrados a esta barra o micromotor de passo em (22) e o motor (23) como atuadores, sendo ainda contemplada uma instrumentação necessária para o controle e determinação de início e fim de curso da válvula (50); o sensor de fluxo ou fluxômetro (60) é conectado na barra (90), após a válvula de expansão (50).

10) “SISTEMA EMBARCADO DE NAVEGAÇÃO, CONTROLE E GUIAMENTO DE USO AEROAGRÍCOLA”, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO POR o algoritmo PID (1) incorporar predição e estimativa antecipada de atuações, bem como operar a partir da entrada e realimentação de dados dos sensores apresentados em (2) (dados de posicionamento do GPS), (3) (dados de velocidade do GPS), (4) (dados do sensor de direção do vento), (5) (dados do giroscópio digital), (6) (dados do sensor de fluxo) e (7) (dados do sensor de pressão).

11) “SISTEMA EMBARCADO DE NAVEGAÇÃO, CONTROLE E GUIAMENTO DE USO AEROAGRÍCOLA”, de acordo com as reivindicações 1 e 10, CARACTERIZADO POR a cada ciclo de 5Hz o algoritmo efetuar os cálculos e apresenta a atuação para controle da vazão através do ajuste na válvula proporcional, apresentada em (40); a partir do posicionamento calculado dentro deste ciclo é possível realizar a abertura e fechamento da válvula abre-fecha (50) automaticamente, dentro dos intervalos definidos pelos software SONaR, a partir do mapeamento digital gerado.

12) “SISTEMA EMBARCADO DE NAVEGAÇÃO, CONTROLE E GUIAMENTO DE USO AEROAGRÍCOLA”, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO POR o software (presente no software 10) conter um sistema Passo a Passo de Configuração que consiste em uma sequência de telas de configuração; cada uma das telas é criada de forma a conter o mínimo necessário de informação a ser entrada pelo usuário, e a tela seguinte só pode ser acessada após a atual ser preenchida corretamente com dados do tipo esperado; a operação final do aparelho só pode ser iniciada após a conclusão deste passo a passo, tendo todos os dados necessários entrados no formato esperado.

13) “SISTEMA EMBARCADO DE NAVEGAÇÃO, CONTROLE E GUIAMENTO DE USO AEROAGRÍCOLA”, de acordo com as reivindicações 1 e 12, CARACTERIZADO POR o software (presente no software 10) conter Definição de Áreas Distintas definida pela coleção de coordenadas e a categorização destas coordenadas em conjuntos (grupos) distintos; cada um destes conjuntos é chamado de área, e recebe uma designação de acordo com o tipo de aplicação a ser realizada; dependendo da designação dada, um tratamento diferente de rota é aplicado sobre aquele conjunto de coordenadas.

14) “SISTEMA EMBARCADO DE NAVEGAÇÃO, CONTROLE E GUIAMENTO DE USO AEROAGRÍCOLA”, de acordo com as reivindicações 1 e 12, CARACTERIZADO POR o software (presente no software 10) incluir Personalização referente à habilidade que o sistema tem de ser adequado e alterado em todos os seus parâmetros; assim, todos os controles exibidos nas telas do sistema, suas regras de negócio, suas saídas, entradas, obrigatoriedades ou não de dados, tipos de dados, cores, idiomas, textos, posicionamentos, funcionalidades, tamanho e orientação são descritos em pseudo-código XML, permitindo a alteração simples e rápida destes; o pseudo-código com a descrição das características é então compilado em tempo de execução e na próxima carga do sistema, os parâmetros novos já serão carregados.

15) “SISTEMA EMBARCADO DE NAVEGAÇÃO, CONTROLE E GUIAMENTO DE USO AEROAGRÍCOLA”, de acordo com as reivindicações 1 e 12, CARACTERIZADO POR o software (presente no software 10) incluir geração de relatórios, onde um formato básico é provido de trechos de pseudo-código em XML determinando posição, formato, cor, tamanho e dados do relatório; ao iniciar a preparação do relatório, o pseudo-código com a descrição das características é então compilado em tempo de execução e o sistema utiliza as chamadas de banco de dados correspondentes para sumarizar e organizar as informações necessárias; a saída é então formatada para o tipo de arquivo de saída desejado e gravado para posterior exibição.

16) “SISTEMA EMBARCADO DE NAVEGAÇÃO, CONTROLE E GUIAMENTO DE USO AEROAGRÍCOLA”, de acordo com as reivindicações 1 e 12, CARACTERIZADO POR o software (presente no software 10) incluir o planejamento de rotas que leva em consideração os parâmetros largura de faixa, a área de cobertura, o ponto de início, lado e tipo de aplicação; uma vez definida a área de cobertura, e escolhidos os outros parâmetros, o sistema inicia um cálculo das retas paralelas com a distância da largura de faixa entre si, no sentido do lado escolhido; calculadas estas retas, a organização da ordem em que serão percorridas é determinada através do tipo de aplicação.

17) “SISTEMA EMBARCADO DE NAVEGAÇÃO, CONTROLE E GUIAMENTO DE USO AEROAGRÍCOLA”, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO POR o Hardware (item 20) compreender Sistema de Ajuste de Vazão consistindo em uma pequena turbina com um sensor do tipo HALL (incluindo fluxômetro 60) e uma válvula controlada por motor de passo (22).

18) “SISTEMA EMBARCADO DE NAVEGAÇÃO, CONTROLE E GUIAMENTO DE USO AEROAGRÍCOLA”, de acordo com as reivindicações 1 e 17, CARACTERIZADO POR, ao fluir através da turbina (60), o insumo rotaciona a mesma e o sensor HALL a ela conectado, de modo que, contabilizando-se o número de pulsos por cada pá que atravessa o sensor, é possível calcular o volume de insumo passante; esta informação é então enviada ao hardware (20) que compara o volume passante com o volume necessário, já calculado, e atua com o motor de passo (22) na válvula de fluxo (40), aumentando ou diminuindo a vazão até que esta se encontre o mais próximo possível do valor calculado.

19) “SISTEMA EMBARCADO DE NAVEGAÇÃO, CONTROLE E GUIAMENTO DE USO AEROAGRÍCOLA”, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO POR o Hardware (item 30) compreender Sistema de Guiamento Físico composto de uma barra com diversos diodos emissores de luz (LEDs) que acendem e apagam em correspondência com o ângulo e distância que o veículo ou aeroneve se encontra do caminho ideal. Configurável via menu de sistema, pode-se ajustar seu brilho e sua tolerância.

20) “SISTEMA EMBARCADO DE NAVEGAÇÃO, CONTROLE E GUIAMENTO DE USO AEROAGRÍCOLA”, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO POR Hardware (item 70) - FLuX, compreender fluxômetro digital (60), que provê a leitura digital do fluxo para identificação da quantidade em aplicação; assim, o equipamento permite a calibração do fluxo em voo ou através de fator de correção estático.

21) “SISTEMA EMBARCADO DE NAVEGAÇÃO, CONTROLE E GUIAMENTO DE USO AEROAGRÍCOLA”, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO POR Hardware (item 80) - FluX II compreender um fluxômetro digital para controle semiautomático com leitor de velocidade via GPS pode ser fornecido em conjunto com os itens (20), (40), (50) e (60); provê a leitura digital do fluxo para identificação da quantidade em aplicação e a leitura da velocidade da aeronave via GPS; permite a abertura elétrica da válvula abre-fecha / expansão (50) através de botão de disparo no manche da aeronave.

22) “SISTEMA EMBARCADO DE NAVEGAÇÃO, CONTROLE E GUIAMENTO DE USO AEROAGRÍCOLA”, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO POR sistema de diferenciação de áreas do software/hardware (10) através de mapas digitais disponíveis na Internet ou fotos customizadas.