BRPI1009963A2 - dispositivo de monitoramento para produtos hortÍculas, frutas e outros produtos perecÍveis, sistema de monitoramento para produtos perecÍveis e sistema de aquisiÇço de dados - Google Patents

Abstract

DISPOSITIVO DE MONITORAMENTO PARA PRODUTOS HORTÍCULAS, FRUTAS E OUTROS PRODUTOS PERECÍVEIS, SISTEMA DE MONITORAMENTO PARA PRODUTOS PERECÍVEIS E SISTEMA DE AQUISIÇçO DE DADOS. A presente invenção descreve um dispositivo de monitoramento de produtos hortículas, frutas e produtos perecíveis, capaz de medir variáveis como impacto, vibração, tempo, temperatura, umidade e localização geográfica simultaneamente, em um equipamento único com grande autonomia de desempenho, mostrando-se desta forma mais eficiente que os dispositivos disponíveis atualmente. O dispositivo compreende um hardware, firmware e meios para encapsulamento dos elementos internos do dispositivo, que simulem a textura e densidade do produto que se deseja monitorar. Além disso, não necessita de cabos e tem baixo consumo de energia, sendo esta provida preferencialmente por uma bateria interna com grande autonomia. O sistema para aquisição de dados desenvolvido para esse dispositivo permite economia de energia, já que há o mínimo de processamento local. Os dados aquisitados pelo dispositivo podem, por sua vez, ser transferidos para ser qualquer computador convencional, pois o dispositivo pode ser acoplado a eles através da comunicação USB. É possível a utilização da presente invenção, portanto, para monitorar produtos hortículas, frutas e outros produtos perecíveis, através da medida de variáveis como impacto, vibração, tempo, temperatura, umidade e localização geográfica simultaneamente, em um equipamento único com grande autonomia de desempenho.

Description

DISPOSITIVO DE MONITORAMENTO PARA PRODUTOS HORTÍCULAS, FRUTAS E OUTROS PRODUTOS PERECÍVEIS, SISTEMA DE MONITORAMENTO PARA PRODUTOS PERECÍVEIS E SISTEMA DE AQUISIÇÃO DE DADOS

CAMPO DA INVENÇÃO

A presente invenção compreende um dispositivo para monitoramento de produtos hortículas, frutas e outros produtos perecíveis. É um objeto adicional da presente invenção, um sistema de monitoramento de produtos perecíveis e um sistema de aquisição de dados para monitoramento de variáveis que afetam a qualidade do produto durante processamento, armazenamento e/ou transporte. O referido invento vantajosamente monitora variáveis adicionais relevantes para o controle e prevenção de danos à qualidade de produtos perecíveis em relação aos dispositivos hoje disponíveis. O referido dispositivo compreende um sistema de aquisição dos dados em função da localização onde ocorre o evento. O campo de aplicação da presente invenção compreende monitoramento, controle de qualidade, avaliação dos pontos de maior risco ao produto e rastreabilidade da colheita, processamento, transporte e armazenamento de produtos hortículas visando minimização das perdas.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

Danos físicos são os principais fatores para a perda de qualidade de produtos

hortícolas e frutas. O elevado índice de perdas pós-colheita acontece devido a técnicas inadequadas nas etapas do processo da colheita até o consumidor, como por exemplo, utilização de embalagens impróprias, comercialização do produto a granel, não utilização de cadeia do frio, transporte inadequado, classificação não padronizada, condições das estradas, exposição inadequada do produto e também lesões mecânicas.

A redução de lesões, através da diminuição de impactos e manutenção da cadeia do frio em produtos hortículas e frutas, permitem que esses sejam apresentados livres de deformidades e danos físicos e patológicos, contribuindo assim para a diminuição dos índices de perdas pós-colheita, para a manutenção da qualidade e conseqüentemente de seu valor comercial. Na tentativa de aumentar o aproveitamento da produção e reduzir essas perdas, são utilizadas convencionalmente esferas instrumentadas, que são equipamentos similares a frutas em seu tamanho e peso e que determinam a incidência de danos físicos, medindo limites relacionados à altura de queda e à aceleração.

Hoje7 os dispositivos denominádos pseudofrutas, são capazes de medir aceleração e transmitir dados sem fio, porém, o primeiro equipamento desse tipo foi apresentado por 0'Brien et ai em 1973 (TELEMETRY FOR INVESTIGATING FORCES ON FRUITS DURING HANDLING. TRANSACTIONS OF THE ASAE; 16(2): 245-247. Rider, RC- 1969), no qual vemos o desenvolvimento de um pseudofruto com diversas limitações técnicas que prejudicam sua utilização, como por exemplo, a dificuldade em transmitir

um sinal analógico sem fio.

Por sua vez, o aparato descrito na patente US4829812 de 16/10/1987 (Parks, R, et ai; DEVICES FOR ASSESSING PROCESSING STRESSES; 1989), que também visa à medida de estresse mecânico de frutas e vegetais, obtém dados através de acelerômetro piezelétrico e esses são transmitidos para um equipamento externo de Iritiirnj Iimrrn^ .................. μοι Ldbos enlie essas auas unidades para

que o resultado possa ser transmitido.

Acelerômetros piezelétricos funcionam como mola em um sistema massa-mola, no qual a força aplicada é transmitida ao material piezelétrico. Quando uma força externa atua no material, ele é polarizado devido ao surgimento de cargas elétricas. Essa polarização é proporcional à força aplicada. Assim, para medir a aceleração é necessário um circuito de condicionamento que converta as cargas elétricas geradas

pelo.sensor em tensão elétrica. Esse sensor é capaz de fornecer resposta linear para uma grande faixa de

amplitude da aceleração, resposta plana em uma ampla faixa de freqüências e tem grande durabilidade, desde que não se exceda seus limites de operação.

Após o desenvolvimento das primeiras pseudofrutas, pode-se observar o aprimoramento dessa técnica nos pedidos de patente WO 99/58983 e CA 2237295 (HAAN, T et al; IMPACT MEASURING DEVICE FOR DELICATE AND FRAGILE ARTICLES, 1998), nos quais descreve-se um aparato para medir apenas impactos sofridos por frutas e vegetais. Nesse equipamento os dados são obtidos através de acelerômetro piezelétricos e enviados para um processador remoto que contém um monitor que faz apenas a leitura dos resultados, sem salva-los. Porém, diferentemente da tecnologia de Parks (1989), não há necessidade de ligação por cabos entre as duas unidades para

a transmissão dos dados.

No documento de Haan (1998) também é descrito o método para medir

impacto durante processamento e manipulação de artigos frágeis, que engloba, além do aparelho descrito anteriormente, capaz de medir impacto e gerar respostas elétricas, a transmissão sem fio desses impulsos e um circuito eletrônico ligando a fonte de energia ao aparelho que faz as medidas de impacto e o transmissor de dados. Dados de impacto e tempo de ocorrência do mesmo são obtidos, gravados

simultaneamente e armazenados na unidade receptora, ocupando grande espaço na memória da mesma. Os dados gravados nessa unidade podem ser transmitidos posteriormente para um computador convencional, mas não há obrigatoriedade.

Por outro lado, distinguindo-se das invenções de Parks (1989) e Haan (1998) descritas anteriormente, a presente invenção não necessita de nenhum equipamento específico para a leitura dos dados, pois os mesmos permanecem gravados em chip

_interno do π [Mrntn -it^ ψιη

através de conexão por USB, para posterior análise. Para isso o programa de computador de controle do microprocessador é projetado para fazer o mínimo de

processamento de dados localmente.

Dessa forma, não havendo processamento local de dados, além da maior eficiência na capacidade de memória do aparato, a atividade do processador é menos intensa, o que implica, conseqüentemente em menor gasto de energia. Além disso, o programa de computador responsável pelo controle direto do hardware, também é responsável por desligar o maior número de componentes quando em estado de espera e não fazer aquisitar dados enquanto o equipamento encontrar-se conectado

ao computador.

Devemos considerar que, nos pseudofrutos, a etapa de aquisição das variáveis deve ter duração suficiente para que todo o processo de beneficiamento ou de transporte seja monitorado. Um baixo consumo de energia colabora, portanto, para um aumento da autonomia, mas no caso desses equipamentos somente isso não é suficiente, pois sua autonomia também depende do tamanho da memória onde os dados medidos são salvos. Portanto, a autonomia dos pseudofrutos neste caso, seria relativa ao baixo consumo de energia associado à boa capacidade de memória.

Em relação à outras variáveis possíveis causadoras de lesões, Herold B, et al. em 1996 (A PRESSURE MEASURIIMG SPHERE FOR MONITORING HANDLIIMG OF FRUIT AND VEGETABLES) desenvolve um dipositivo para detecção de lesões em frutas durante a colheita e manejo. Trata-se uma esfera preenchida com líquido sensível a alterações em sua superfície que sejam derivadas de pressão superior a um valor pré- determinado. As medidas de variação de pressão são armazenadas no equipamento, juntamente com a indicação do momento em que ocorreram, para posterior transferência para computador convencional. Esta tecnologia difere da presente invenção por esta ser capaz de medir impactos pelos quais frutas e vegetais possam ser submetidos durante a colheita e manejo e que são, propriamente, as principais

causas de perdas na lavoura.

Muller, I, por sua vez, em SISTEMAS INSTRUMENTADOS PORTÁTEIS: ESFERAS INSTRUMENTADAS PARA SENSORIAMENTO DE FORÇAS EM TRÊS DIMENÇÕES (Dissertação de Mestrado; 2008) descreveu o desenvolvimento de um equipamento

_moH.r nar^mo.^^eompf-ess-du· Hidt, Ldiiibem de impacto e umiaaae para

frutas e vegetais durante o processo de colheita e manuseio. Porém, sua invenção não apresenta a possibilidade de medida de temperatura e nem indicação de localidades onde pode ocorrer maior ou menor incidência de impacto, devido ao fato de não possuir sistema capaz de determinar posicionamento global (gps - global positioning system). A presente invenção, diferentemente, permite, além da obtenção de dados sobre a temperatura e umidade a qual os produtos são expostos, a correlação entre a incidência de lesões e a localidade onde as mesmas ocorreram. Em 1968 foi desenvolvida a PMS, do inglês pressure measuring sphere, e em

1974 foi aprimorada. A PMS é uma esfera que mede os esforços mecânicos sobre as frutas através da medida da pressão (GEYER,M.; HEROLD, B. Methods and Limits forMeasurement ofMechanical Load on Frults and Vegetables on Harvest and Post- Harvest Period. Acta Horticulturae, (379):579-586,1995.21). · A patente US 4.745.564 de 07/02/1986 (TENNES, BR, et al; Impact Detection

Apparatus, 1988) descreve uma pseudofruta de 89 mm de diâmetro constituída de um microcontrolador, bateria e um acelerômetro piezelétrico triaxial para medida de impactos superiores a um valor pré-determinado, com a indicação dos momentos em que esses impactos ocorreram. Durante a aquisição ela grava os dados em uma memória interna e esses dados são depois descarregados em um computador através de um segundo dispositivo que utiliza uma conexão serial RS-232 e analisados em um software fornecido com a esfera. Porém, não é possível nesse equipamento medir as lesões derivadas de vibração, pois estas apresentam medidas de impacto inferiores a IG e o valor mínimo medido por esse equipamento é de 9G.

Além da PMS60 e da ISlOO existem outras pseudofrutas. São elas PTR100 (Bioteknisk lnstitut,D\namarca, 1990), PTR200 (SM Engineeríng, Dinamarca, 1999) e a 'Smart Spud' (Sensor Wireless, Canadá, 2000), (VAN CANNEYT, T. et al. Characterisation of a Potato-shaped Instrumented Device. Biosystems Engineeríng, 86(3):275-285, Sep. 2003.25). Todas essas últimas medem aceleração/impacto, mas não medem temperatura, umidade, nem posicionamento global. A faixa de medida de aceleração para as esferas comerciais está entre aproximadamente 9 e 500 G, devido ao tipo de acelerômetro utilizado. Portanto, essas esferas medem somente acelerações conseqüentes de impactos, não sendo possível nesse equipamento medir

ração, ja que estas apresentam medidas de impacto inferiores a IG e o valor mínimo medido por esse equipamento é de 9G.

Acelerômetros chamados capacitivos são formados por capacitores de placas paralelas e apresentam maior sensibilidade para medir impacto, sendo possível inclusive a medida de vibração. Esses capacitores possuem normalmente uma das placas fixa e outra móvel e a variação da capacitância deve-se à mudança na distância ou na área entre as placas. Medindo-se então a variação na capacitância, pode-se conhecer o deslocamento da placamóvel e assim conhecer a aceleração. Outra vantagem dos acelerômetros capacitivos é a possibilidade de inclusão de

um circuito de autoteste, que permite a verificação da integridade do acelerômetro e até mesmo sua calibração. Esse pode ser um recurso importante para aplicações onde se deseja detectar impactos, pois dependendo da amplitude do impacto, pode acontecer do acelerômetro perder a precisão em sua capacidade de medida. E vantajosamente, a presente invenção é capaz de medir lesões de vibrações às quais o produto hortícula possa ser exposto. ,ν 6/23

Entretanto, fatores como pressão, quedas, intensidade de impacto e umidade não são os únicos responsáveis por perdas na produção hortícula. Outras variáveis, como temperatura adequada de armazenamento e transporte, bem como a como intensidade de vibração do produto durante seu transporte, devem ser consideradas para a análise dos principais causadores de lesões, do mesmo modo que a possível determinação da região ou localidade onde ocorrem essas lesões, podem tornar-se importante ferramenta para evitar a exposição a esses eventos.

Dessa forma, faz-se necessária a melhor identificação de cada um desses fatores para controle de suas reais contribuições nas perdas pós-colheita e, atualmente, não se encontra disponível no mercado um equipamento único capaz de medir simultaneamente e armazenar todas as variáveis acima citadas, permitindo a correlação entre elas, possua grande autonomia de memória para armazenamento de dados e que ainda seja econômico em relação ao gasto de energia.

A presente invenção vantajosamente descreve um dispositivo capaz de medir variáveis como impacto, vibração, tempo, temperatura, umidade e localização geográfica simultaneamente, em um equipamento único com grande autonomia de .......................... M' H^U Hit^ ™aig Tlp dispositivos disponíveis

atualmente. Adicionalmente a presente invenção garante fácil operação e manuseio, aquisição de dados sem fio e adequação do encapsulamento para simulação da textura

e densidade do produto que se deseja monitorar.

BREVE DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

A presente invenção trata-se de um dispositivo para monitoramento de produtos ihortículas, frutas e outros produtos perecíveis compreendendo um hardware, firmware, uma interface com o usuário, meios para suporte e encapsulamento dos elementos internos do dispositivo e uma fonte de energia.

O hardware do dito dispositivo é composto por um microcontrolador do dispositivo, um regulador de tensão, um chip de interface paralelo USB, sensores de aceleração, umidade, temperatura e localização espacial.

Os sensores de aceleração que compõe o hardware são triaxiais capacitivos e responsáveis pela medida de impactos e vibração a que os produtos hortículas e frutas possam ser expostos e as faixas de aceleração possível para medir impactos e aceleração estão entre 0,5 e 250 gn. I 7/23

Os acelerômetros utilizados são montados de forma que a variação na capacitância do segundo ocorra em oposição de fase com o primeiro, sendo a placa central móvel envolvida por duas placas periféricas fixas. Adicionalmente, os acelerômetros capacitivos que compõe o hardware incluem um circuito auto-teste e

possibilidade de calibração.

O hardware também é formado por um sensor microeletrônico de temperatura, com sensibilidade de 10 mV/^C e apenas um resistor para polarização. Ele funciona com uma corrente baixa como, por exemplo, 400 μΑ, sendo capaz de

medir temperaturas entre 0°C e 80°C; Adicionalmente, o hardware também é composto por um sensor de umidade

microeletrônico capacitivo com filme polimérico, com saídas digitais e dois pinos para comunicação.

O último sensor que compõe o hardware é um Sistema de Posicionamento Global (GPS) que possui uma antena cerâmica conectada ao módulo via LNA, 51 canais

de aquisição e 14 canais de trilha e é capaz de receber sinal de pelo menos 65 satélites GPS. Além disso, sua alimentação é de 3.8 V a 6 V e o consumo é menor que 45 mA

O hardware possui também um microcontrolador capaz de aquisitar os sinais dos sensores que o compõe, armazenar na memória e, posteriormente transferi-los

para um computador convencional ou portátil quando necessário.

Esse microcontrolador consome corrente média de 4,4 mA, isso porque enquanto está funcionando com o ADC e os temporizadores ligados e um clock de 2 MHz consome 10 mA, e enquanto o microcontrolador esperando consome 2,5 mA.

A configuração apresentada pelo microcontrolador compreende uma tensão de alimentação de 5 V, igual à dos acelerômetros, um conversor A/D multiplexado, com 8 canais, capacidade mínima de 8 bits, memória FLASH não volátil de 64 kbytes, dois temporizadores com dois canais cada um, 16 entradas/saídas digitais e, dois pinos para interrupção externa.

O circuito impresso do hardware, por sua vez, possui encapsulamento quadrado de perfil baixo, fixado entre as duas partes da casca esférica e ligado através de um cabo duplo ao sensor de temperatura, o qual atravessa a casca e é fixado nela e ficaffclo exposto ao ambiente. O hardware também é composto por um conversor USB/paralelo, ou seja, possui um chip que suporta completamente o protocolo USB, e sua comunicação com o microcontrolador é feita de forma paralela, ou seja, podendo ser acoplado a um computador.

Na presente invenção, também encontramos um conjunto de instruções

operacionais programadas diretamente no hardware, chamado de firmware, o qual é escrito em C e programado para fazer o mínimo de processamento de dados localmente.

As instruções que compõem o firmware compreendem aquisição da variável aceleração com taxa de amostragem de 1 kHz, aquisição da variável temperatura com taxa de amostragem de 1 Hz, aquisição da variável de umidade com taxa de amostragem de 1 Hz, aquisição da variável de localização 0,017 Hz, armazenamento do maior valor de aceleração a cada segundo, desligamento do maior número de componentes quando em estado de espera e não aquisitar enquanto conectado ao computador.

Para que o dispositivo simule um fruto, seu encapsulamento externo, chamado ^rs rápc.tLa-f^.r.,,·· Hh.tí pm-tns Un Ldilidiilius aiTerenxes e de materiais com densidades diferentes, sendo uma em nylon e outra em polipropileno, conectadas através de roscas, com dimensão esférica preferencial de 10 mm de espessura e um

diâmetro interno mínimo de 78 mm.

Além disso, o dispositivo possui um sistema para aquisição de dados referentes à aceleração que compreende a seguinte seqüência de eventos: a) A cada 1 ms, é aquisitado um valor binário de aceleração positiva ou negativa pelo equipamento; b) Então, o microcontrolador pode comparar o valor de aceleração aquisitado anteriormente com o valor atual e descartar o menor dos dois; c) Depois que o maior valor de aceleração é armazenado na memória, o microcontrolador entra no estado de baixo consumo, no qual a CPU é desligada; d) O microcontrolador fica parado até que o temporizador o desperte e faça novas medidas dos sensores.

As variáveis temperatura, umidade e localização espacial, por sua vez, são

gravadas diretamente na memória.

A presente invenção pode ser usada, portanto, para monitorar produtos hortículas, frutas e outros produtos perecíveis, através da medida de variáveis como V 9/23

impacto, vibração, tempo, temperatura, umidade e localização geográfica simultaneamente, em um equipamento único com grande autonomia de desempenho.

DESCRIÇÃO DAS FIGURAS Figura 1: Esquema de funcionamento da FE, no qual (1) é o Conversor USB; (2), (3) e (4) são sensores do equipamento, (5) é o Microcontrolador, (7) é ADC, (8) é onde ocorre a Comunicação, (9) é a Memória e (10) é o computador onde os dados serão lidos.. Figura 2: Diagrama esquemático do primeiro protótipo. Figura 3: Layout da PCB (Printed Circuit Board).do primeiro protótipo da FE. Figura 4: Fotos da placa do protótipo da FE, sendo (A) Vista de cima e (B) Vista de

baixo.

Figura 5: Detalhe das partes separadas.

Figura 6: Vista da PCB, onde (1) Conversos USB, (2) Sensor de Temperatura, (3) Acelerômetro, (4) GPS, (5) Microcontrolador e (6) Botão; Figura 7: Esquema da FE aberta com a PCB exposta, Figura 8: Foto da FE fechada.

Figura 9: Fluxograma do Firmware da FE, sendo (A) o fluxograma geral e (B) Detalhe

_rjni rotinas APr

Figura 10: Diagrama de estados do software.

Figura 11: Exemplo dos gráficos mostrados no software, sendo (A) Aceleração e temperatura e (B) Componentes da aceleração. Figura 12: Interface gráfica do software.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO A presente invenção vantajosamente descreve um dispositivo capaz de medir variáveis como impacto, vibração, tempo, temperatura, umidade e localização geográfica simultaneamente, em um equipamento único com grande autonomia de desempenho, mostrando-se desta forma mais eficiente que os dispositivos disponíveis atualmente. Adicionalmente, a presente invenção garante fácil operação e manuseio, aquisição de dados sem fio e adequação do encapsulamento para simulação da textura e densidade do produto que se deseja monitorar. Adicionalmente, o dispositivo não necessita de cabos e a energia para seu funcionamento é provida preferencialmente por uma bateria interna com grande autonomia. A chamada Fruta Eletrônica é um instrumento que pode simular um fruto em seu tamanho e peso, funcionando como um dispositivo de monitoramento para ser utilizado na linha de beneficiamento de produtos hortículas, frutas e produtos perecíveis, e quanto menor e mais leve for o instrumento, melhor ele poderá se adaptar aos diversos tipos e tamanhos de frutos. Esse dispositivo compreende:

a) um hardware;

b) firmware, e

c) meios para suporte e encapsulamento dos elementos internos do

dispositivo.

O hardware do dispositivo proposto possui vários sensores para medir impactos e vibração triaxiais através de. aceleração, expressa em gravidade newtoniana (gn), preferencialmente na faixa entre 0,5 gn e 250 gn, temperatura em graus Celsius ' (-C.), preferencialmente entre 0 e 80 °C, umidade relativa do ar e localização espacial para análise das condições de transporte e armazenamento.

A figura 1 mostra um diagrama esquemático desse hardware, no qual todos os

_r^pnnpnte-r· Mtiliynrini ρ ai d d LUiiUl UtdU do dispositivo de monitoramento de

produtos perecíveis são de fácil acesso, pois o objetivo da presente invenção foi desenvolver um equipamento não dependente de componente específico. a) Conectores Xl são utilizados para gravar um microcontrolador no próprio circuito do dipositivo, técnica conhecida como in-circuit programming;

b) O componente Ul é um regulador de tensão que permite entrada de até 40 V, saída é de 5 V e tem proteção contra tensão reversa na entrada. Este regulador é do tipo Iow power, pois sua corrente quiescente é bem pequena, podendo chegar a 15 μΑ quando

fornecendo uma corrente menor que ΙΟΟμΑ;

c) O componente IC2 é um chip da interface paralelo/USB. Esse componente, juntamente com o conector X2 e os componentes ligados a eles, é responsável pela interface USB;

d) O componente ICl é um microcontrolador.

e) Um jumperSPl é utilizado para selecionar o clock do microcontrolador. O dispositivo de monitoramento trabalha com dois clocks distintos, sendo o primeiro utilizado para gravar e regravar o firmware do microcontrolador e o segundo quando a FE está em operação normal de aquisição e transferência de dados.

e) Ql é um cristal que oscila na freqüência de 32,768 kHz, tendo sido escolhido por ser mais adequado para aplicações de baixo consumo de energia, devido a sua freqüência

de oscilação não ser muito alta.

f) Um botão Sl e LEDs LEDR e LEDG fazem a interface com o usuário quando o

dispositivo é utilizado em campo.

g) Um transistor TI, por sua vez, é utilizado como chave liga/desliga para os sensores, ou seja, enquanto o dispositivo está aquisitando, os sensores ficam ligados e se o

dispositivo não está aquisitando, os sensores são desligados para economizar energia.

h) E finalmente, componentes U3, U4 e U5 são acelerômetros capacitivos. O componente U2 é um sensor selecionado dentre de temperatura ou umidade e

preferencialmente ambos.

A partir desse diagrama esquemático, projetou-se então, o Iayout da PCB (Printed Circuit Board). O principal objetivo desse Iayout é acomodar todos os componentes dentro de uma figura geométrica com uma área determinada que

entro de uma capsula que simule um fruto. Desta fornia, a

PCB dupla face com formato circular pode ser uma das possibilidades, sem, no entanto, restringir. Outra vantagem do Iayout da presente invenção corresponde à separação das partes de potência digital e analógica, evitando-se, desta forma, ruídos

nos sinais analógicos.

A espessura das trilhas que compõe o PCB tem que ser compatível com a corrente que passa por cada uma. As trilhas de alimentação devem ser as mais largas possíveis, principalmente as do Ground (GND), sendo indicado que se faça um plano terra para reduzir ruído. Outro aspecto fundamental da alimentação é adicionar capacitores de desacoplamento nos Circuitos Integrados (Cl) digitais porque o chaveamento desses circuitos digitais internos gera um transiente na corrente. Se essa corrente, por sua vez, depender somente da fonte de alimentação, a resistência do caminho que ela tem que percorrer gerará um transiente na tensão e isso pode contaminar outros sinais com ruído. O capacitor de desacoplamento serve para suprir essa corrente instantânea e deve ser colocado o mais próximo possível dos terminais de alimentação do Cl visando diminuir a resistência entre os capacitores e os terminais de alimentação.

Outro cuidado especial que deve ser tomado é com as trilhas dos sinais digitais, principalmente as de altas freqüências, as quais não devem fazer ângulos de 90° para que não gerem radiação/ruído. Além disso, o cristal também deve estar o mais

próximo possível do Cl.

Por sua vez, um dos sensores citados acima, e que compõe o dito dispositivo, é um acelerômetro. Os tipos de acelerômetros disponíveis são os piezelétricos, piezoresistivos e capacitivos e dentro dessas famílias de acelerômetros existem inúmeras possibilidades de escolha, pois suas características são bastante variadas.

Os acelerômetros capacitivos são formados por capacitores de placas paralelas sendo, normalmente, uma das placas fixa e outra móvel, que funcionam como um sistema massa-mola. Quando esse sistema é submetido à aceleração, surge uma força que tende a deslocar a massa de seu ponto de equilíbrio e a variação da capacitância deve-se à mudança na distância ou na área entre as placas. Essa massa é deslocada até que a força gerada pela aceleração seja igual à força de restituição da mola.

___A influência da-tempeidluid Iid visibilidade dos acelerômetros capacitivos é

intrinsecamente menor que no caso dos piezelétricos e piezoresistivos. Ainda assim, para minimizar ao máximo o efeito da temperatura, drífts e interferências, os acelerômetros capacitivos são montados usando um segundo capacitor, cuja variação na capacitância esteja em oposição de fase com o primeiro. Essa montagem é feita utilizando-se uma estrutura diferencial, onde a placa central móvel é envolvida por

duas placas periféricas fixas.

Além de minimizar alguns efeitos indesejáveis, essa montagem diferencial possibilita que o sinal de saída seja linear com o deslocamento e sua sensibilidade é

maior comparada à de um único capacitor.

Outra vantagem dos acelerômetros capacitivos, frente aos outros tipos de capacitores, é a possibilidade de inclusão de um circuito de autoteste, pois este possibilita a verificação da integridade do acelerômetro e até mesmo sua calibração (Mikos,M.; Scorza,M. S. Development of the spy-cobble: an instrumented tracer for measuring dynamics of sediment transport in turbulent flows. Página na internet, University of Ljubljana. Disponível em: http://ksh.fgg.uni- lj.si/KSH_ANG/spy_cobble/index.htm). A inclusão do circuito auto teste e possibilidade de calibração são recursos importantes para aplicações onde se deseja detectar impactos, pois dependendo da amplitude atingida, pode acontecer do

acelerômetro se danificar.

O tamanho do acelerômetro escolhido para compor o equipamento deve

possibilitar sua montagem dentro de uma esfera com diâmetro de aproximadamente 70 mm, baixo consumo de energia, compatível com a utilização de baterias e exigindo o mínimo de componentes possíveis, para que não comprometa o tamanho final do

dispositivo de monitoramento. Dessa forma, a seleção preferencial pelo acelerômetro capacitivo se deve pelo

sinal de saída poder ser lido diretamente pelo microcontrolador, já que o condicionamento do sinal é feito dentro do próprio chip. Além disso, esse acelerômetro possui eletrônica interna para conversão da variação da capacitância em tensão e o sinal de saída é linear com a variação da aceleração Além disso, para a presente invenção, os acelerômetros que compõe o

dispositivo devem, preferencialmente, ter uma faixa de aceleração de ±250 gn para o eixo z. um segnnrin Hp ι mn fln pnrrro-eixu xei50 Kh Udid υ eixo y, o que Tara o dispositivo ser capaz de medir aceleração de impactos e vibração que vão de 1 gn até 250 gn.

Os sinais referentes aos eixos x, y e z, serão aquisitados a cada 1 ms, e em

seguida, o microcontrolador decide se esses valores são maiores ou menores que os anteriores, pois somente o maior valor a cada segundo será salvo na memória.

Para decidir por esse valor maior de aceleração, é necessário relacionar o valor binário aquisitado com o valor de tensão analógico de aceleração indicado pelo acelerômetro. Para fazer essa relação e decidir pelo maior valor desenvolvemos um algoritmo específico para prever o valor da norma do vetor aceleração a partir do valor binário aquisitado pelo conversor A/D. Esse algoritmo faz uma previsão do valor da norma do vetor aceleração indicado pelo acelerômetro, detectando o afastamento do sinal em relação ao zero gn. O funcionamento dá-se, então, da seguinte forma:

O acelerômetro indica um valor de 0 (zero) gn no meio da escala da tensão de saída, significando que para um conversor A/D de 10 bits isso corresponde a 51210 ou 200i6 OU 10000000002. Dessa forma, o valor de aceleração medido está deslocado de 2,5 V da tensão de referência (GND) e qualquer valor de aceleração positiva ou negativa será representado em torno desse referencial. Então, o microcontrolador pode comparar o valor de aceleração aquisitado anteriormente com o valor atual e

descartar o menor dos dois.

Depois que o maior valor de aceleração é armazenado na memória, o microcontrolador entra no estado de baixo consumo, no qual a CPU é desligada. Ele, então, fica parado até que o temporizador o desperte e faça novas medidas dos sensores. Com esse esquema pode-se economizar a energia gasta pelo

microcontrolador.

Um segundo sensor que compõe o hardware do dispositivo, objeto da presente

invenção, é o sensor eletrônico de temperatura. Esse tipo de sensor pode basear-se

em um dos seguintes princípios de funcionamento: microeletrônico, resistivo,

termoelétrico, semicondutivo, ótico ou piezelétrico, sendo que cada um tem suas

características particulares e deve ser escolhido conforme aquelas que sejam mais

indicadas para a aplicação a que o sensor se destina. _τι^-fniw Hn tnmpgfdluid UtJ liIlele^e para o funcionamento

do dispositivo não é muito ampla, já que frutas e hortaliças não se dão bem com temperaturas extremas (abaixo de 0 ^C ou acima de 55 'sQ, esse não é um fator crítico

para escolha do sensor.

O mais importante na escolha do sensor de temperatura é que sua sensibilidade e faixa de medida sejam compatíveis com a resolução do conversor A/D do microcontrolador, que tenha um baixo consumo de energia e que seu sinal de saída seja lido diretamente pelo microcontrolador, dispensando componentes extras.

Os únicos sensores que cumprem esses requisitos são os microeletrônicos,

portanto, esse foi o tipo escolhido preferencialmente como componente da presente invenção.

Os sensores microeletrônicos disponíveis, preferencialmente selecionados, utilizam como sinal principal a diferença entre duas tensões base-emissor de

transistores bipolares, operando com diferentes densidades de corrente. Preferencialmente, devem-se selecionar aqueles com uma tensão de saída linear com a variação da temperatura, sensibilidade de 10 mV/sC, apenas um resistor para polarização e uma corrente baixa como, por exemplo, 400 μΑ.

Um terceiro sensor que compõe o dispositivo é o de umidade, dentre os tipos desses sensores disponíveis, o compatível com o usò em esferas instrumentadas é o

microeletrônico.

Dentre os sensores de umidade microeletrônicos destacamos os condutivos e os capacitivos. Esses dois tipos de sensores de umidade funcionam de forma semelhante, sendo compostos de um substrato, um filme higroscópico depositado sobre o substrato e eletrodos interdigitados para aumentar a área de contato entre os eletrodos e o filme e a diferença entre o sensor condutivo e o capacitivo está no tipo

de filme higroscópico utilizado.

No sensor de umidade é utilizado um tipo de filme que tem sua condutância alterada de acordo com a umidade do ar e os tipos de materiais empregados como filme nesse tipo de sensor podem ser cerâmicos, polímeros ou eletrolíticos. Como a condutância do sensor varia com a umidade utilizou-se a lei de Ohm (V = RI) para medir a umidade relativa do ar pelo sensor. Ou seja, aplicando uma tensão mnhrrifin ρ h°m .........1 ................ ιii 11 Imiιitiludir a corrente que passa por ele e

assim calcular o valor da resistência do sensor e relacioná-la ao valor da umidade relativa do ar.

No sensor de umidade capacitivo, por sua vez, o filme utilizado varia o valor de

sua permissividade elétrica de acordo com a umidade do ar e os tipos de materiais utilizados nos sensores capacitivos são: cerâmica porosa, silício e polímeros.

Podemos relacionar a umidade relativa do ar com o valor da capacitância de um sensor capacitivo utilizando a equação C = QA / d. Ou seja, como no sensor de umidade o parâmetro que varia seu valor é a permissividade elétrica, então temos uma relação linear da permissividade com a capacitância, porém a permissividade não tem uma relação linear com a umidade relativa do ar.

0 dispositivo, descrito na presente invenção, utiliza preferencialmente um sensor de umidade do tipo capacitivo com filme polimérico, devido a este ter baixo consumo de energia, possuir saída digital e utilizar dois pinos para comunicação. Um quarto sensor que compõe o dispositivo é o de Global Positionig System (GPS), responsável por fornecer a localização espacial do equipamento, sendo útil

durante a fase de transporte.

O dito sensor deve possuir preferencialmente uma antena cerâmica conectada ao módulo via LIMA, 51 canais de aquisição e 14 canais de trilha, capazes de receber sinal de pelo menos 65 satélites GPS e informar a posição precisa.

O tamanho reduzido e alta precisão de funcionamento conferem ao sensor um baixo consumo de energia, sendo preferencialmente sua alimentação de 3.8 V a 6 V e consumo menor que 45 mA durante o período de aquisição de dados. Da mesma forma como descrito em relação aos outros sensores, as indicações de localidade obtidas pelo GPS seriam registradas a cada 1 min., fornecidas ao microcontrolador e, por sua vez, armazenadas em um relatório com indicação do

momento de ocorrência.

Após a aquisição dos dados das variáveis de interesse pelos sensores, esses dados são armazenados pelo dispositivo com uma referência temporal e de localidade, a qual é necessária para que possamos relacionar os instantes e lugares em que nrnrrpm os eventos ^fantn η prnr»wr-|n'm-t.tilhtitta com os valores das variaveis

adquiridos pelo dispositivo.

Além disso, para garantir o bom funcionamento do dispositivo, é importante que a etapa de aquisição das variáveis tenha duração suficiente para que todo o processo de beneficiamento ou de transporte seja monitorado. Desse modo, faz-se necessária uma relação entre um baixo consumo de energia e grande tamanho de memória onde os dados são salvos, fornecendo aos pseudofrutos autonomia suficiente para seu funcionamento durante todo o período de processamento dos produtos

perecíveis, hortículas e frutas.

Dessa forma, projetou-se para o dispositivo um firmware, ou seja, conjunto de instruções operacionais programadas diretamente rio hardware foi projetado visando principalmente o baixo consumo de energia fazendo, portanto, o mínimo de

processamento dos dados localmente. Na figura 3 nota-se que o hardware tem duas partes principais: a parte de

comunicação USB e a parte de aquisição das grandezas variáveis (tempo, aceleração, umidade e temperatura). As instruções operacionais gravadas no hardware e que compõe o firmware compreendem:

• Aquisição da variável aceleração com taxa de amostragem de 1 kHz;

• Aquisição da variável temperatura com taxa de amostragem de 1 Hz;

• Aquisição da variável de umidade com taxa de amostragem de 1 Hz;

• Aquisição da variável de localização com taxa de amostragem de 0,017 Hz;

• Armazenamento do maior valor de aceleração a cada segundo;

• Desligamento do maior número de componentes quando em estado de espera, e

• Não aquisitar enquanto conectada ao computador.

Para o firmware do presente invento, foi selecionada a linguagem C, que não ocupa tanta memória, através da IDE CodeWarrior da Freescale para escrita. O ambiente CodeWarrior possui um compilador C bem otimizado para a família HC08 de microcontroladores. O fluxograma do firmware do dispositivo pode ser observado na figura 10, onde a (A) é fluxograma geral e (B) são detalhes das rotinas ADC e botão. 0 firmware, por sua vez, funciona da seguinte forma: reâõ-T-^Quando cabo USB não está ligado ao dispositivo, ele pode funcionar em

dois modos:

Modo "Aquisição"

a) Quando o botão da PCB é pressionado, o firmware entra na rotina "Botão" e o LED verde é acionado por um tempo para que seja feita a configuração do microcontrolador com definição de parâmetros como: fonte de clock e sua freqüência, os valores iniciais das variáveis eflags do programa, o estado inicial dos pinos de saída, parâmetros dos módulos ADC (conversor A/D) e temporizador) e a área de memória

onde serão salvos os dados medidos;

b) Se o botão for pressionado novamente enquanto o LED verde está acionado,

o LED vermelho pisca avisando que o microcontrolador irá começar a aquisição dos sinais dos sensores. Nesse estado o consumo de corrente da FE é de 4,4 mA;

c) Então, o microcontrolador liga os sensores, apaga a memória de dados e liga os temporizadores. Os temporizadores disparam as medidas do ADC a 1 kHz e a gravação dos dados a cada 1 segundo, e só a partir desse momento, a FE estará

medindo; *

d) Se o botão é pressionado enquanto o microcontrolador já está aquisitando,

então o LED vermelho pisca para indicar que o estado de aquisição continua.

Modo "Espera"

a) Quando a FE está esperando, ela está no estado de baixo consumo de energia, ou seja, os sensores são desligados e o microcontrolador entra no estado de hibernação, só saindo desse estado quando o botão é pressionado. Nesse estado o

consumo de corrente da FE é de 3,0 mA;

b) Se o botão não é pressionado enquanto o LED verde estiver aceso, então o

microcontrolador volta para o estado de baixo consumo de energia. Situação 2 - Quando cabo USB está ligado ao dispositivo: Modo "Comunicação"

a) FE desliga tudo o que não é usado para comunicação, inclusive desabilita o "botão", e espera um comando do computador para transferir os dados gravados na

memória do microcontrolador; __J1) porohirln rirr rrmill""ln n mirrnrrmti

USB;

c) Depois de transferidos todos os dados, o microcrocontrolador fica esperando um próximo comando para transferi-los novamente, caso o computador solicite.

O microcontrolador, indicado esquematicamente como ICl, é responsável por aquisitar os sinais dos sensores que o compõe, armazenar na memória e, posteriormente transferi-los para um computador convencional ou portátil quando

necessário e o

Durante a aquisição de dados pelo dispositivo, o microcontrolador fica ativo 25% do tempo e 75 % inativo. Isso porque com um clock de 2 MHz, tem-se 2000 ciclos de máquina (DALTRINI, Beatriz Mascia; JINO, Mario; MAGALHÃES, Léo Pini. Introdução a Sistemas de Computação Digital. Makron Books do Brasil, São Paulo, 1999) em 1 ms que é o tempo que o microcontrolador espera para fazer outra medida.

Dessa forma, como a parte do firmware responsável pela medição dos acelerômetros leva aproximadamente 500 ciclos de máquina para ser completada, nos outros 1500 ciclos o microcontrolador pode ficar esperando. Com esse esquema preferencial de economia de energia, o microcontrolador consome uma corrente média de 4,4 mA, já que o valor de corrente estimado para o microcontrolador funcionando com o ADC e os temporizadores ligados e um clock de 2 MHz é de 10 mA, e para o microcontrolador esperando é de 2,5 mA . Isso resulta em uma economia de 56% da energia consumida pelo microcontrolador.

Como o consumo de energia do dispositivo de monitoramento é baixo e a bateria usada é de grande capacidade, o que limita a autonomia da FE é a sua memória.

O microcontrolador possui uma memória de 64 kbytes, dos quais, aproximadamente 7,5 kbytes são para armazenar o firmware. Desse modo, restam

56,5 kbytes para gravar os dados aquisitados.

Como os dados são gravados a 64 bits/s (4 medidas de 16 bitsh = 8 bytes) e a cada Is o microcontrolador entra na rotina de gravação, observamos que a memória tem capacidade para armazenar dados durante mais de 2 h de funcionamento

contínuo do dispositivo de monitoramento.

Porém, antes de gravar os dados, o dispositivo faz a aquisição da temperatura,

IimiHarlP ρ |orali7-ir=ín Onpnrinlr prnwos qudllCT t) e em seguida, a rotina verifica se ainda há espaço na memória.

Se sim, o microcontrolador segue com as medidas, se não, o microcontrolador desliga tudo na placa e entra no modo hibernação para economizar o máximo de energia, saindo desse estado apenas com um reset. Para isso é necessário desligar e ligar a energia do dispositivo de monitoramento. Nesse estado de hibernação a FE consome 1,7 mA.

O microcontrolador escolhido para compor o dispositivo é de baixo consumo de energia, pois visando o aumento do tamanho da memória, o processamento dos dados coletados é feito externamente, em computador convencional ou portátil, não se fazendo necessário então, um microcontrolador de alto desempenho.

A configuração preferencial do dito microcontrolador compreende uma tensão de alimentação de 5 V, igual à dos acelerômetros, um conversor A/D multiplexado, preferencialmente com 8 canais, capacidade mínima de 8 bits, memória FLASH não volátil de 64 kbytes, preferencialmente dois temporizadores com dois canais cada um, para economia de energia, preferencialmente 16 entradas/saídas digitais e, dois pinos

para interrupção externa.

Esse tipo de memória FLASH é chamada não-volátil, isto é, não perde o seu conteúdo mesmo na ausência de energia. Essa memória além de utilizada para gravar o firmware do microcontrolador também pode ser utilizada para gravar os dados

medidos dos sensores.

Além dessas características citadas acima, devemos considerar que o equipamento também deve simular um fruto e, para isso, é necessário o encapsulamento do dispositivo dentro de uma casca que simule um fruto. Desta forma, foi escolhido preferencialmente o formato circular, sem no entanto restringir, para produção do PCB (Prínted Circuit Board). E dado o grande número de pinos necessários para comandar o dispositivo de monitoramento de produtos hortículas, frutas e outros produtos perecíveis, e a necessidade de ocupar pouco espaço, escolheu-se o LQFP (Low-profile Quad Flat Package) de 48 pinos que é o menor encapsulamento para o microcontrolador (9 mm χ 9 mm) usado nesse dispositivo, sem no entanto restringir o escopo de proteção da presente invenção.

_Pnr -iin Yfvjl η rnrrn r4r,.i,m... iImup ujnipi LUiaer auas panes que são

conectadas para um fechamento completamente hermético preferencialmente através de roscas, porém, não deve ser restringido quanto à forma, dimensão, material e tipo de conexão, que contém a PCB. As partes devem preferencialmente possuir tamanhos diferentes e ser de materiais com densidades diferentes, para efeito de balenceamento. Uma parte superior é preferencialmente de nylon e uma parte inferior em polipropileno.

Uma dimensão preferencialmente aceitável da casca na configuração esférica compreende 10 mm de espessura e um diâmetro interno mínimo de 78 mm.

A PCB deve ser fixada entre as duas partes da casca esférica e ser ligada através de um cabo duplo ao sensor de temperatura. Esse sensor, então, atravessa a casca,

sendo fixado nela e ficando exposto ao ambiente.

Além disso, é necessário que o dispositivo apresente internamente um suporte para fixado à casca para acomodação da bateria, preferencialmente em alumínio, sem no entanto restringir. Esse suporte serve para fixar a bateria do dispositivo pra que ela não fique solta, pois por causa da magnitude das acelerações que o dispositivo de monitoramento pode estar sujeito (da ordem de centenas de gn), a bateria poderia danificar o circuito do dispositivo de monitoramento. Por exemplo, uma bateria de 50 g sujeita à uma aceleração de 200 gn corresponde a uma força de aproximadamente 100 Ν, o equivalente ao peso de uma massa de 10 kg.

Outra característica desejável de um dispositivo de monitoramento é que a interface entre o equipamento e o usuário seja simples e direta, sem a utilização de equipamentos extras, já que a utilização do dispositivo de monitoramento se dá principalmente no campo, onde o acesso à energia elétrica é difícil e a necessidade de um equipamento adicional acarreta restrições em seu uso.

Por sua vez, é desejável também que a comunicação entre o dispositivo e o computador para o envio dos dados seja o mais facilitada e direta possível, utilizando o menor número de cabos e evitando que o usuário tenha que definir muitos

parâmetros para que a comunicação aconteça.

Até pouco tempo atrás, a comunicação via porta serial (RS-232) era a mais

utilizadajdasxomuQicações-soríaiü, pois or

com o computador e, ainda hoje, muitos sistemas utilizam essa forma de comunicação. Essa comunicação é de fácil implementação pelo fato de muitos microcontroladores terem embutido o protocolo de comunicação dessa interface, bastando apenas um único chip extra pra fazer a conversão de tensão TTL para RS-232

e alguns capacitores.

Porém, outra forma de comunicação serial que conquistou seu espaço é a USB.

Atualmente todos os computadores novos têm pelo menos duas portas USB e existem

chips que fazem a conversão entre USB e formas de comunicação comuns aos

microcontroladores.

Além disso, a porta USB fornece energia para o circuito conectado a ela, coisa que o padrão RS-232 não faz, eliminando a necessidade de um cabo extra para

alimentação do circuito do dispositivo. Outra vantagem da comunicação USB é que não existem parâmetros que

necessitam ser configurados para estabelecer a comunicação, enquanto o padrão RS- 232 necessita de configuração para taxa de transferência, paridade e número de bits para os tipos mais simples de comunicação (STRANGIO, C.E. The RS232 Standard. Página na Internet, CAMI Research Inc., 2006. Disponível em

HTTP://www.camiresearch.com/Data_Com_Basics/RS232_stanadart.html).

Dessa forma, visando maior facilidade de acesso e o melhor desempenho do equipamento, o hardware do referido dispositivo compreende um conversor para comunicação entre o microcontrolador e o computador convencional ou portátil que pode ser selecionado dentre a comunicação serial e USB, preferencialmente USB/paralelo. Esse conversor compreende um chip que suporta completamente o protocolo USB, e sua comunicação com o microcontrolador é feita de forma paralela

utilizando-se 8 bits de dados e 4 de handshake.

Para facilitar também a transferência dos dados aquisitados pelo dispositivo de monitoramento, para um computador convencional ou portátil e leitura correta dos mesmos, foi desenvolvido um programa de computador em LabVIEW®. Nesse programa, os dados podem ser apresentados em diversos formatos e, se necessário, é possível salvar os dados no computador para uma análise posterior. Um diagrama de estados desse programa de computador é mostrado na Figura 12.

_OjlLO-êcama-de-comp uta d o r foi projeldüu Mdra que ele lunuuiidssecomo uma

máquina de estados (TRAVIS, J.; KRING, J. LabView for Everyone: Graphical Programming Made Easy and Fun. Prentice Hall, 3rd Edition, July, 2006) e para projetá-lo utilizamos o método em espiral (BITTER, Rick; MOHIUDDIN, T.; NAWROCKI, M. LabView Advanced Programming Techniques. CRC Press, 20010).

Os estados do programa de computador são:

1) "Início": Apresenta as configurações iniciais do programa;

2) "Usuário": Para facilitar o uso do dispositivo de monitoramento com o computador, o presente invento, vantajosamente, compreende um sistema plug-and-play para a

comunicação, o qual é capaz de detectar se o dispositivo está ou não conectado ao computador. Esse algoritmo procura pelo dispositivo e se achá-lo inicia a conexão, senão continua procurando.

3) "Transfere": Faz a transferência dos dados do dispositivo para o computador. Nesse estado os dados são lidos pelo computador byte a byte e como os dados do conversor

A/D utilizam dois bytes, esses dados necessitam ser montados de forma que os dados das medidas sejam recuperados sem erros; 10

4) "Plota": Após a garantia de que os dados lidos estão corretos, há a conversão de valores binários para valores de aceleração em gn e temperatura em 0C, umidade do ar em porcentagem, e localização, e esses dados são plotados em gráficos de fácil visualização pelo usuário. É prevista a formação de ao menos dois gráficos distintos das variáveis selecionadas dentre aceleração, temperatura, umidade e localização;

5) "Salva": Nesse estado os dados são salvos em um formato preferencialmente texto puro (.txt) em forma de tabela, nas quais as colunas são espaçadas por tabulações simples para facilitar a importação desse arquivo por outros programas de análise de dados disponíveis, como por exemplo Excel, Matlab, Origin, Octave, Gnuplot, etc. Esse arquivo contém ainda um cabeçalho que reproduz os dados sobre as medidas que o usuário passou para o programa de computador, como informações selecionadas dentre data, hora da medida e observações, localidade, usuário e mistura das mesmas;

6) "Fim": Após a transferência dos dados, a conexão é encerrada para que o dispositivo

possa ser desconectado do computador sem problema; Após a conclusão do programa de computador, pode-se compilar o código do

Diagrama de Blocos e gerar um arquivo executável que poderá ser instalado em qualquer outro computador. Fsse au usucn.u vc. ^

Painel Frontal, o qual apresenta os seguintes controles e mostradores: "Transferir": Comando que faz o software requisitar os dados da FE; "Sair": Encerra o software;

"Gravar": Salva os dados no arquivo texto;

"Caminho": Indica o local e o nome do arquivo .txt onde serão salvos os dados;

"Observações": Campo no qual podem ser incluídas notas pelo usuário;

"Data e hora da medida": Indicará a data e hora de início da medida que será

descarregada;

"Gráficos": Cada gráfico será mostrado em diferentes abas, separadamentes;

"Sair": rotina que finaliza a execução do programa de computador, na qual são

encerradas todas as tarefas e fecha a janela correspondente.

Esse procedimento faz com que a comunicação entre o dispositivo e o

computador seja totalmente transparente para o usuário.

Claims (29)

1. Dispositivo para monitoramento de produtos hortículas, frutas e outros produtos perecíveis caracterizado por compreender: a) um hardware; b)firm ware; c) uma interface com o usuário; d) meios para suporte e encapsulamento dos elementos internos do dispositivo; e e) uma fonte de energia.

2. Dispositivo para monitoramento de produtos hortículas, frutas e outros produtos perecíveis, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo hardware do dispositivo ser composto por um microcontrolador do dispositivo, um regulador de tensão, um chip de interface paralelo USB e sensores de aceleração, umidade, temperatura e localização espacial.

3. Dispositivo para monitoramento de produtos hortículas, frutas e outros produtos perecíveis, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo hardware do dispositivo conter um ou mais acelerômetros triaxiais preferencialmente do tipo capacitivo, capazes de medir impactos e vibração;

4. Dispositivo para monitoramento de produtos hortículas, frutas e outros produtos perecíveis, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelos acelerômetros capacitivos que compõe o hardware serem preferencialmente montados usando um segundo capacitor, cuja variação na capacitância esteja em oposição de fase com o primeiro, sendo a placa central móvel envolvida por duas placas periféricas fixas.

5. Dispositivo para monitoramento de produtos hortículas, frutas e outros produtos perecíveis, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelos acelerômetros capacitivos que compõe o hardware preferencialmente incluírem um circuito auto-teste e possibilidade de calibração;

6. Dispositivo para monitoramento de produtos hortículas, frutas e outros produtos perecíveis, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelos acelerômetros que compõe o hardware do dispositivo medirem, preferencialmente, aceleração de impacto e vibração, preferencialmente entre 0,5 gn e 250 gn.

7. Dispositivo para monitoramento de produtos hortículas, frutas e outros produtos perecíveis, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo hardware do dispositivo conter um ou mais sensores de temperatura preferencialmente microeletrônicos.

8. Dispositivo para monitoramento de produtos hortículas, frutas e outros produtos perecíveis, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelos sensores microeletrônicos de temperatura que compõe o hardware do dispositivo terem sensibilidade preferencialmente de 10 mV/^C, com apenas um resistor para polarização e, uma corrente baixa como, por exemplo 400 μΑ.

9. Dispositivo para monitoramento de produtos hortículas, frutas e outros produtos perecíveis, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelos sensores microeletrônicos de temperatura que compõe o hardware do dispositivo, medirem temperatura preferencialmente entre 0°C e 80°C;

10. Dispositivo para monitoramento de produtos hortículas, frutas e outros produtos perecíveis, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo hardware do dispositivo conter um ou mais sensores de umidade preferencialmente microeletrônico capacitivo com filme polimérico.

11. Dispositivo para monitoramento de produtos hortículas, frutas e outros produtos perecíveis, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelos sensores de umidade que compõe o hardware do dispositivo possuírem, preferencialmente, saída digital e dois pinos para comunicação.

12. Dispositivo para monitoramento de produtos hortículas, frutas e outros produtos perecíveis, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo hardware do dispositivo conter um ou mais sensores de localização espacial global (GPS);

13. Dispositivo para monitoramento de produtos hortículas, frutas e outros produtos perecíveis, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelos sensores GPS que compõe o hardware do dispositivo possuírem preferencialmente uma antena cerâmica conectada ao módulo via LNA, 51 canais de aquisição e 14 canais de trilha, capazes de receber sinal de pelo menos 65 satélites GPS;

14. Dispositivo para monitoramento de produtos hortículas, frutas e outros produtos perecíveis, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelos sensores GPS que compõe o hardware do dispositivo possuírem preferencialmente alimentação de 3.8 V a 6 V e consumo menor que 45 mA ___dwante υ peiíuüo de aquisição de dados;

15. Dispositivo para monitoramento de produtos hortículas, frutas e outros produtos perecíveis, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo microcontrolador que compõe o hardware do dispositivo aquisitar os sinais dos sensores que o compõe, armazenar na memória e, posteriormente transferi-los para um computador convencional ou portátil quando necessário;

16. Dispositivo para monitoramento de produtos hortículas, frutas e outros produtos perecíveis, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo microcontrolador que compõe o hardware do dispositivo consumir preferencialmente uma corrente média de 4,4 mA, enquanto está funcionando com o ADC e os temporizadores ligados e um clock de 2 MHz consome 10 mA, e enquanto o microcontrolador esperando consome 2,5 mA.

17. Dispositivo para monitoramento de produtos hortículas, frutas e outros produtos perecíveis, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo microcontrolador que compõe o hardware do dispositivo possuir preferencialmente configuração com uma tensão de alimentação de 5 V, igual à dos acelerômetros, um conversor A/D multiplexado, preferencialmente com 8 canais, capacidade mínima de 8 bits, memória FLASH não volátil de 64 kbytes, preferencialmente dois temporizadores com dois canais cada um, preferencialmente 16 entradas/saídas digitais e, dois pinos para interrupção externa.

18. Dispositivo para monitoramento de produtos hortículas, frutas e outros produtos perecíveis, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo circuito impresso do hardware ser preferencialmente fixado entre as duas partes da casca esférica e ser ligada através de um cabo duplo ao sensor de temperatura, o qual deve preferencialmente atravessar a casca e ser fixado nela e ficando exposto ao ambiente.

19. Dispositivo para monitoramento de produtos hortículas, frutas e outros produtos perecíveis, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo encapsulamento do circuito integrado ser preferencialmente um encapsulamento quadrado de perfil baixo de 48 pinos.

20. Dispositivo para monitoramento de produtos hortículas, frutas e outros produtos perecíveis, de acordo com as reivindicações 2, caracterizado pelo conversor serial que compõe o hardware do dispositivo ser preferencialmente um conversor USB/paralelo que pode ser acoplado em qualquer computador. «

21. Dispositivo para monitoramento de produtos hortículas, frutas e outros produtos perecíveis, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo conversor USB que compõe o hardware do dispositivo compreender um chip que suporta completamente o protocolo USB, e sua comunicação com o microcontrolador ser feita de forma paralela.

22. Um dispositivo para monitoramento de produtos hortículas, frutas e outros produtos perecíveis, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo firmware ser preferencialmente escrito em linguagem C e planejado para fazer o mínimo de processamento dos dados localmente.

23. Dispositivo para monitoramento de produtos hortículas, frutas e outros produtos perecíveis, de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelas instruções que compõem o firmware compreendem: a) Aquisição da variável aceleração com taxa de amostragem de 1 kHz; b) Aquisição da variável temperatura com taxa de amostragem de 1 Hz; c) Aquisição da variável de umidade com taxa de amostragem de 1 Hz; d) Aquisição da variável de localização com taxa de amostragem de 0,017 Hz; e) Armazenamento do maior valor de aceleração a cada segundo; f) Desligamento do maior número de componentes quando em estado de espera, e -g) Não-aquisiLdi enqudiilu Lüiiectadò ao computador.

24. Dispositivo para monitoramento de produtos hortículas, frutas e outros produtos perecíveis, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o encapsulamento externo, chamado casca ou cápsula, poder simular um fruto.

25. Dispositivo para monitoramento de produtos hortículas, frutas e outros produtos perecíveis, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pela casca ou cápsula possuir duas partes que são conectadas preferencialmente através de roscas.

26. Dispositivo para monitoramento de produtos hortículas, frutas e outros produtos perecíveis, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelas duas partes que compõe o encapsulamento serem preferencialmente de tamanhos diferentes e de materiais com densidades diferentes, preferencialmente uma em nylon e outra em polipropileno.

27. Dispositivo para monitoramento de produtos hortículas, frutas e outros produtos perecíveis, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pela casca ou cápsula possuir dimensão esférica preferencial de 10 mm de espessura e um diâmetro interno mínimo de 78 mm.

28. Uso de dispositivo caracterizado por ser capaz de monitorar produtos hortículas, frutas e outros produtos perecíveis, através da medida de variáveis como impacto, vibração, tempo, temperatura, umidade e localização geográfica simultaneamente, em um equipamento único com grande autonomia de desempenho.

29. Sistema para aquisição de dados por um dispositivo de monitoramento de produtos hortículas, frutas e outros produtos perecíveis caracterizado por compreender a seguinte seqüência de eventos: a) 0 acelerômetro faz a cada 1 ms, a aquisição um valor binário de aceleração positiva ou negativa pelo equipamento e este é relacionado com o valor -refmeiitidl da Íétisáo analogico de zero indicado pelo acelerômetro; b) Então, o microcontrolador pode comparar o valor de aceleração aquisitado anteriormente com o valor atual e descartar o menor dos dois; c) Os dados de temperatura, umidade e localização espacial são medidos e armazenados diretamente na memória; d) Depois que o maior valor de aceleração é armazenado na memória, o microcontrolador entra no estado de baixo consumo, no qual a CPU é desligada; e) O microcontrolador fica parado até que o temporizador o desperte e faça novas medidas dos sensores.