BR102013027318B1 - processo e dispositivo para controle de falhas na dosagem de sementes em plantadeiras - Google Patents

Abstract

processo e dispositivo para controle de falhas na dosagem de sementes em plantadeiras, caracterizado por incluir uma solução para o processo de dosagem de sementes em composto pelas 6 etapas a seguir: geração autônoma de alimentação do sistema de monitoramento; monitoramento da carga de sementes no disco dosador (sensor pré); monitoramento de emperramento de sementes no disco dosador (sensor pós);monítoramento de obstruções no condutor de sementes (sensor pós); processamento dos dados de monitoramento;transmissão sem fios dos dados processados à central de monitoramento para acompanhamento e tomada de decisões por parte do operador. um dos objetivos da presente patente de invenção reside em prover uma solução para o controle de falhas no processo de dosagem de sementes em plantadeiras, permitindo o alerta automático ao operador do equipamento no instante imediato à falha bem como o permanente monitoramento da qualidade do processo de plantio por meio de um sistema de transmissão de dados sem fios, alimentado por uma unidade elétrica autônoma, dispensando a necessidade de baterias externas e cabos de alimentação.

Description

"PROCESSO E DISPOSITIVO PARA CONTROLE DE FALHAS NA DOSAGEM DE SEMENTES EM PLANTADEIRAS" Campo da Invenção [001] A presente patente de invenção refere-se ao processo e respectivo dispositivo para controle de falhas em plantadeiras e semeadeiras, doravante denominadas plantadeiras, desenvolvidos para o fim de proporcionar o aumento da eficiência do processo de plantio de sementes agrícolas.

Histórico da Invenção [002] É fato bastante conhecido que a qualidade e eficiência do processo de plantio de grãos dependem fortemente da precisão e uniformidade do processo de dosagem de sementes, buscando reduzir ao máximo as diferenças de população e espaçamento entre as plantas.

[003] O estado da técnica contempla plantadeiras com diferentes tipos de dosadores e sensores de passagem, entre eles os ópticos.

[004] Um dos inconvenientes presentes no estado da técnica reside na presença de falhas bastante frequentes devido ao mau uso dos dosadores, na escolha inadequada de discos ou calibrações incorretas associadas às sementes a plantar, em função do mau funcionamento do produto ou mesmo pelo frequente entupimento dos condutores de sementes.

[005] No intuito de prevenir tais tipos de falhas de plantio, diversos tipos de sensores de passagem têm sido utilizados no processo de monitoramento da dosagem de sementes. Ocorre que, na maioria das situações, tais sensores são posicionados no próprio condutor de sementes, estando sujeitos a todo o tipo de exposição associada ao hostil ambiente agrícola tal como lama, água, poeira, vibrações e choques mecânicos, além das dificuldades de instalação e possíveis imprecisões na contagem de sementes.

[006] Outro inconveniente observado no estado da técnica diz respeito à necessidade frequente de adaptações construtivas no condutor, comprometendo a eficiência de escoamento das sementes através do duto.

[007] Além disso, a necessidade de transmissão de dados e energia elétrica implica a instalação de cabos e baterias adicionais que também sofrem com as condições hostis do campo, demandando constantes manutenções e dificultando a instalação do sistema de monitoramento.

[008] Neste processo de monitoramento da dosagem de semente, torna-se crítico o alerta tempestivo ao operador do equipamento, de modo a permitir a rápida correção da causa-raiz associada à falha de plantio e retomar o quanto antes a operação normal da plantadeira.

[009] Um dos objetivos da presente patente de invenção reside em prover uma solução para o controle de falhas no processo de dosagem de sementes em plantadeiras, permitindo o alerta automático ao operador do equipamento no instante imediato à falha bem como o permanente monitoramento da qualidade do processo de plantio por meio de um sistema de transmissão de dados sem fios, alimentado por uma unidade elétrica autônoma, dispensando a necessidade de baterias externas e cabos de alimentação.

[0010] Assim sendo, a fim de permitir a melhor ilustração do objeto em questão, proceder-se-á à sua descrição detalhada com referência às figuras a seguir, onde: A Figura 1 ilustra o detalhamento das etapas do processo de controle de falhas na dosagem de sementes da plantadeira. A Figura 2 ilustra uma vista em perspectiva do equipamento de dosagem completamente montado, onde é possível identificar seus principais componentes. A Figura 3 ilustra uma vista frontal do equipamento de dosagem completamente montado, onde é possível identificar seus principais componentes. A Figura 4 ilustra uma vista lateral do equipamento de dosagem completamente montado, onde é possível identificar seus principais componentes. A Figura 5 ilustra uma vista em perspectiva do equipamento de dosagem sem a tampa protetora, onde é possível identificar seus principais componentes. A Figura 6 ilustra uma vista frontal do equipamento de dosagem sem a tampa protetora, onde é possível identificar seus principais componentes. A Figura 7 ilustra uma vista lateral do equipamento de dosagem sem a tampa protetora, onde é possível identificar seus principais componentes. A Figura 8 ilustra uma vista explodida do equipamento de dosagem sem a tampa protetora, onde é possível identificar seus principais componentes. A Figura 9 ilustra uma vista em perspectiva do conjunto de sensores completamente montado, onde é possível visualizar a sua disposição final. A Figura 10 ilustra uma vista em perspectiva do conjunto de sensores com transparência da capa protetora, onde é possível identificar seus principais componentes. A Figura 11 ilustra uma vista lateral da montagem do conjunto de emissores e receptores ópticos, onde é possível identificar os componentes do sensor pré. A Figura 12 ilustra uma vista lateral da montagem do conjunto de receptores e emissor laser, onde é possível identificar os componentes do sensor pós. A Figura 13 ilustra uma vista explodida do conjunto de sensores sem a capa protetora, onde é possível identificar seus principais componentes; A Figura 14 ilustra uma vista em perspectiva do conjunto gerador completamente montado, onde é possível visualizar a sua disposição final. A Figura 15 ilustra uma vista explodida do conjunto do dínamo, onde é possível identificar seus principais componentes. A Figura 16 ilustra a arquitetura lógica do equipamento de sensoriamento. A Figura 17 ilustra a topologia da rede de equipamentos e respectivas filas de dados. A Figura 18 ilustra a arquitetura lógica da central de monitoramento do operador. A Figura 19 ilustra uma vista esquemática frontal do conjunto composto pelo disco de distribuição e canal condutor de sementes, onde se pode notar o posicionamento dos sensores, antes da queda de semente (sensor pré) e depois da queda de semente (sensor pós). A Figura 20 ilustra uma vista esquemática superior do conjunto composto pelo disco de distribuição e canal condutor de sementes, onde se pode notar o posicionamento dos sensores, antes da queda de semente (sensor pré) e depois da queda de semente (sensor pós). A Figura 21 ilustra uma vista esquemática lateral do conjunto de sensores pré, onde se pode notar o funcionamento do processo de detecção de sementes sobre o disco de distribuição, evidenciando a não ocorrência de reflexão de luz em função da ausência de sementes no disco. A Figura 22 ilustra uma vista esquemática lateral do conjunto de sensores pré, onde se pode notar o funcionamento do processo de detecção de sementes sobre o disco de distribuição, evidenciando a ocorrência de reflexão de luz em função da presença de sementes no disco. A Figura 23 ilustra uma vista esquemática lateral do conjunto de sensores pós, onde se pode notar o funcionamento do processo de detecção de obstrução do canal condutor de sementes, evidenciando a não ocorrência de reflexão de luz em função do canal estar liberado. A Figura 24 ilustra uma vista esquemática lateral do conjunto de sensores pós, onde se pode notar o funcionamento do processo de detecção de obstrução do canal condutor de sementes, evidenciando a ocorrência de reflexão de luz em função do canal estar obstruído.

[0011] De conformidade com o quanto ilustram as Figuras acima mencionadas, a presente invenção refere-se a um equipamento de inspeção posicionado em um dosador de semente como ilustra a Figura 2, capaz de efetuar a contagem de sementes dispensadas, detectar falhas por ausência de semente nos furos do disco de distribuição (7), detectar sementes presas nos furos do disco de distribuição (7) e detectar entupimento no condutor de sementes (10).

[0012] O equipamento de inspeção é formado por dois sensores de proximidade localizados antes da queda de semente (13) no condutor (10), sensor pré (1), e após a queda da semente, sensor pós (2), que geram diferentes níveis analógicos de tensão. Estes níveis de tensão que chegam à placa eletrônica (3) são digitalizados por conversores analógico/digitais (3.2) e enviados ao processador (3.1) na forma de dados numéricos.

[0013] Os dados numéricos são analisados por um algoritmo contido em um firmware embarcado no processador. Após tal análise, as informações são enviadas por meio de um transceptor RF (3.3) a uma Central (8) posicionada no campo de visão do operador.

[0014] O sensor pré é um transdutor cuja tensão de saída é proporcional à sua distância em relação a um anteparo qualquer. Desse modo, ele pode ser um par emissor-receptor óptico, um sensor de proximidade por ultrassom, por micro-ondas, capacitivo ou qualquer outro sensor de proximidade. Na presente invenção, como se pode perceber pela Figura 11, utilizamos um emissor infravermelho de feixe fino (1.1) e um receptor óptico (1.2) sensível ao mesmo comprimento de onda. A tensão de saída do receptor será proporcional à luz por ele observada, após ser emitida pelo emissor e refletida por algum anteparo.

[0015] Estando o sensor posicionado antes da região de queda da semente, o nível de tensão de saída do sensor irá se comportar de forma bastante diferente caso haja ou não semente no furo do disco, já que na ausência de semente não ocorre reflexão de luz, como se pode perceber pela Figura 21, e na presença de semente, a luz é ao menos um pouco refletida, como se pode perceber pela Figura 22. Desta forma, é possível ao algoritmo executar a detecção e contagem de sementes e de falhas.

[0016] O sensor pós (2) é um transdutor semelhante ao sensor pré (1), porém possui um alcance maior de detecção. Esse maior alcance foi obtido substituindo-se o emissor de infravermelho de feixe fino por um emissor laser de feixe colimado (2.1) de maior potência, como se pode perceber pela Figura 12. Além disso, ele possui no mínimo dois receptores ópticos (2.2) para apresentar maior sensibilidade à luz refletida e, desta forma, permitir a detecção de um anteparo distante do sensor. Este sensor pode ser substituído ou trabalhar em conjunto com sensores de ultrassom ou micro-ondas, sem perda de generalidade da solução.

[0017] Com tal arranjo óptico, torna-se possível emitir o feixe de luz no interior do tubo condutor de sementes, como se pode perceber pela Figura 23, e na presença de qualquer anteparo, ocorrerá a reflexão parcial da luz incidente, captada pelos receptores, como se pode perceber pela Figura 24, resultando em alteração do nível de tensão de saída dos mesmos. Desta forma, torna-se possível ao algoritmo executar a contagem de sementes presas no disco dosador, bem como detectar situações de entupimento do canal condutor de sementes.

[0018] A disposição construtiva proposta e ilustrada nas Figuras refere-se à aplicação do equipamento em dosadores convencionais a disco, onde as sementes são dispensadas por força da gravidade. Porém, o mesmo equipamento de inspeção pode também ser instalado em dosadores pneumáticos, por meio do reposicionamento do sensor pré a montante da região de pressão negativa e do sensor pós na saída para o condutor, de forma a detectar falhas de funcionamento tais como o entupimento do condutor, a ausência ou a dispensa dupla de sementes, situação na qual mais de uma semente é dispensada por vez.

[0019] É também objeto dessa invenção o sistema de fornecimento da energia elétrica necessária ao funcionamento dos sensores e demais componentes eletrônicos do equipamento. Esse sistema é formado por um gerador (6), um acumulador de energia elétrica (4) e uma fonte de alimentação regulada (3.4).

[0020] O gerador pode ser qualquer transdutor capaz de capturar energia do ambiente e transformá-la em energia elétrica. No caso dessa invenção utilizamos um dínamo (6) que captura o movimento de rotação do eixo do disco do dosador por meio de um conjunto de engrenagens (5) que ampliam a sua rotação, em conjunto com um painel fotovoltaico que tem por propriedade captar energia da luz do Sol e transformá-la também em energia elétrica.

[0021] O acumulador é um dispositivo capaz de armazenar energia elétrica por longos períodos de tempo e fornecê-la à placa eletrônica, podendo ser formado por um banco de baterias recarregáveis ou capacitores.

[0022] Na presença de luz solar, o painel fotovoltaico produz energia elétrica que é transmitida à placa eletrônica por meio de fios elétricos. O mesmo ocorre com o dínamo na presença de rotação do disco dosador.

[0023] Na placa eletrônica, a fonte de alimentação regula e estabiliza a tensão para carregar o acumulador e alimentar os circuitos eletrônicos. Na ausência de fornecimento de energia pelo conjunto gerador o acumulador de tensão alimenta os circuitos diretamente.

[0024] A comunicação entre o equipamento e a Central (8) é feita por radiofrequência, ou seja, não utiliza fios. Para tal, as placas eletrônicas do equipamento e da Central (8) são dotadas de transceptores RF (3.3), ou seja, dispositivos eletrônicos que recebem pacotes de dados e enviam a informação através de ondas eletromagnéticas com frequência pré-determinada, bem como realizam a demodulação das ondas eletromagnéticas recebidas e a correspondente extração dos pacotes de dados.

[0025] Na presente invenção a forma de comunicação é half-duplex (emissor e receptor se alternam no canal), com garantia de entrega de pacotes, potência de OdBm na transmissão dos dados e -94dBm na recepção. A modulação de frequência é do tipo GFSK (Gaussian frequency-shift keying), possui uma velocidade de comunicação de 250kbps, e um alcance teórico de até 100m em espaço aberto.

[0026] A frequência base de modulação é de 2,4 GHz, adequada a transmissões desta natureza por oferecer maior robustez a ruídos.

[0027] Para evitar interferências entre diferentes redes, foi desenvolvido um método para determinação da frequência de transmissão em função do endereço físico de cada central de monitoramento. Desta forma, para cada uma das redes formadas por uma Central com diversos equipamentos de inspeção, a frequência de transmissão recebe incrementos de 10MHz, de acordo com o endereço da respectiva Central. Por exemplo, na rede 1 o endereço da Central é 1 e a frequência de modulação é 2,41 GHz (2,4GHz + 10MHz); na rede 2, a frequência de modulação é 2,42GHz (2,4GHz + 20MHz), e assim por diante.

[0028] Desta maneira, é possível que duas redes distintas, por exemplo, duas plantadeiras, operem num mesmo espaço sem que ocorra interferência entre as duas redes de equipamentos.

[0029] Para garantir a qualidade da transmissão de dados entre o equipamento e a Central (8), foi incluído um algoritmo para teste de consistência e respectivo envio de sinal de confirmação pela Central (8) ao equipamento.

[0030] Ao chegarem à Central, os pacotes são tratados serialmente e diversas ações são desencadeadas a partir daí. Qualquer demora nesse processo pode implicar a perda de um pacote posterior, por exemplo, enviado por outro equipamento, diminuindo a eficiência da rede.

[0031] No intuito de se obter uma rede altamente eficiente, foi desenvolvido um sistema de gerenciamento de filas que aperfeiçoa o recebimento de pacotes.

[0032] A Central possui seis filas de entrada de dados, onde cada fila possui três buffers de pacotes FIFOs (First-In-First-Out), implementadas em uma topologia do tipo Estrela (1 Central para 6 famílias de Equipamentos).

[0033] Os Equipamentos são uniformemente distribuídos entre as filas através do seu endereço físico, como ilustra a Figura 17.

[0034] O número de uma fila é designado em função do endereço físico do respectivo equipamento, observando o seguinte algoritmo: Número da Fila = Endereço Físico MODULO 6 [0035] Desta forma, o número da fila é determinado pelo resto da divisão do endereço físico por seis. Por exemplo, se o endereço físico do equipamento corresponder ao número 32, a fila do respectivo equipamento será equivalente ao número 2, correspondente ao resto da divisão de 32 por 6.

[0036] Na ocorrência de um evento crítico, por exemplo, o entupimento do condutor, um sinal de alerta é imediatamente enviado à Central pelo processador do equipamento via transceptor RF. A Central (8) recebe o sinal com a informação e exibe um aviso ao operador via interface gráfica (9), disparando um alarme sonoro através do alto-falante (12).

[0037] Além disso, em intervalos de tempo regulares, o processador do equipamento transmite à Central de monitoramento algumas informações não críticas, tais como o número de sementes dispensadas bem como as falhas detectadas em um determinado intervalo de tempo. A Central cruza tais informações com os dados de tempo e posicionamento geográfico fornecidos por um GPS (11), exibindo os resultados em sua interface gráfica (9).

[0038] Em alguns casos o equipamento pode inferir que o dosador de sementes não esteja em uso, como no caso de ausência de resposta na comunicação com a Central ou quando a placa eletrônica não é alimentada pelo gerador por longos períodos de tempo, significando que o disco dosador não está sendo acionado e, portanto, não existe a necessidade de inspeção pelo sensor.

[0039] Nesses casos o equipamento pode executar funções de economia de energia, tais como o desligamento dos sensores e dos conversores A/D bem como a diminuição do clock do processador, proporcionando a redução do consumo de energia.

REIVINDICAÇÕES

Claims (8)

1. Processo para controle de falhas na dosagem de sementes em plantadeiras, caracterizado por compreender as etapas de: - gerar, através de um dínamo (6), energia elétrica em um dosador de sementes de uma plantadeira; - monitorar, através de um sensor pré (1), a carga de sementes diretamente em um disco de distribuição de sementes (7); - monitorar, através de um sensor pós (2), o emperramento de sementes no disco de distribuição de sementes (7) ; - monitorar, através de um sensor pós (2), obstruções no condutor de sementes (10); - detectar sinais analógicos de tensão gerados pelos sensores (1, 2); - converter os sinais analógicos em digitais usando conversores A/D (3.2); - processar os sinais digitais em um processador (3.1); e - transmitir através de um transceptor RF (3.3) os sinais digitais processados para uma central de monitoramento (8) .

2. Processo para controle de falhas na dosagem de sementes em plantadeiras, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que utiliza uma topologia de rede do tipo estrela com frequências de transmissão de dados diferentes para cada uma das redes compostas por uma central de monitoramento (8).

3. Processo para controle de falhas na dosagem de sementes em plantadeiras, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que utiliza também um sistema de filas, com 3 buffers para cada fila, em que o número da fila é determinado em função do endereço físico do respectivo equipamento monitorado.

4. Processo para controle de falhas na dosagem de sementes em plantadeiras, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pode ser aplicado em dosadores pneumáticos.

5. Dispositivo para controle de falhas na dosagem de sementes em plantadeiras, caracterizado pelo fato de que é disposto dentro de um dosador de sementes de uma plantadeira, o dispositivo compreendendo um sensor pré (1) dotado de um emissor infravermelho de feixe fino (1.2) e um receptor óptico (1.2), um sensor pós (2) dotado de um emissor laser de feixe colimado (2.1) e pelo menos dois receptores ópticos (2.2), um dínamo (6) conectado ao eixo de um disco de distribuição de sementes (7) que captura o movimento de rotação do eixo por meio de um conjunto de engrenagens (5), um acumulador de energia (4), e uma placa eletrônica (3) dotada de um processador de sinal (3.1), conversores A/D (3.2) e um transceptor RF (3.3), em que os sensores (1, 2) são dispostos próximos ao disco de distribuição de sementes (7).

6. Dispositivo para controle de falhas na dosagem de sementes em plantadeiras, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que os sensores (1, 2) podem ser sensores de ultrassom, de micro-ondas, capacitivo ou qualquer sensor de proximidade.

7. Dispositivo para controle de falhas na dosagem de sementes em plantadeiras, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o dínamo (6) pode ser utilizado em conjunto com um painel fotovoltaico.

8. Dispositivo para controle de falhas na dosagem de sementes em plantadeiras, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de poder ser utilizado em dosadores pneumáticos através do reposicionamento do sensor pré (1) a montante da região de pressão negativa, e do sensor pós (2) na saída para o condutor de sementes (10).