Como você alimenta o mundo?
A agricultura é talvez a indústria mais importante do planeta, e com uma população prevista para crescer para 9,8 bilhões em 2050, manter o fornecimento de alimentos é ainda mais crucial. Sempre houve desafios, contudo; a agricultura é altamente dependente das condições ambientais, e a peste pode destruir plantações inteiras. A sustentabilidade também é uma questão-chave que impulsiona melhorias na eficiência nos diversos processos de produção de alimentos. Com terras agrícolas disponíveis encolhendo em todo o mundo, os agricultores têm menos recursos para alimentar o mundo.
Fonte: Bridgetek
Apresentando a Fazenda Inteligente
Os avanços na tecnologia simplificaram a Pesquisa e Desenvolvimento (P&D) e a fabricação para quase todos os setores, e a agricultura não é diferente. A agricultura 4.0, ou agricultura inteligente ou digital, faz uso da tecnologia da Internet das Coisas (IoT), que apresenta recursos como monitoramento 24 horas por dia, 7 dias por semana com sensores inteligentes e uso de aprendizagem de máquina (ML) para prever o desempenho de campo com base no histórico de dados do sensor. Com a tecnologia agrícola inteligente, os agricultores não precisarão regar todos os campos uniformemente, apenas as partes que precisam. Velocidade, eficiência e taxas de sucesso aumentam, enquanto os custos de materiais, consumíveis e manutenção diminuem.
Sensores na Agricultura 4.0
Uma variedade de sensores pode ser usada para coletar medições que mostram uma imagem precisa das condições ambientais, incluindo química do solo, qualidade do ar, química da água, clima e luz. Essas medições são enviadas de volta a um controlador, que pode ativar dispositivos como guarda-sóis automatizados ou sistemas de irrigação. As medições também podem acionar alertas em um painel central, caso seja necessária a intervenção humana.
Sensores de temperatura e umidade monitoram o ambiente de plantio agrícola, seja ao ar livre ou em estufa. Os sensores de temperatura também podem monitorar o calor gerado pelas máquinas, permitindo a manutenção preditiva.
Os sensores de umidade do solo medem a quantidade de umidade no solo, para que possa ser mantida em um nível adequado. Os sensores de umidade do solo normalmente determinam a umidade medindo a constante dielétrica do solo.
O pH do solo é um fator importante; uma planta pode exigir mais acidez, enquanto outra pode florescer apenas em condições básicas. O pH do solo pode mudar devido às condições ambientais. Um sensor de pH do solo usa a corrente gerada por uma reação de oxidação-redução para determinar o pH.
Luz suficiente pode ser a condição mais importante na agricultura. As plantas produzem alimentos através da fotossíntese, usando a luz para criar glicose. Os sensores de luz monitoram a quantidade de luz presente, permitindo que um controlador ajuste os níveis de luz. Em dias nublados, as lâmpadas de cultivo LED em uma estufa podem ser ligadas para compensar. Em dias muito claros, os guarda-sóis podem ser descidos automaticamente.
O CO2 é outro ingrediente da fotossíntese; normalmente uma quantidade maior de CO2 aumenta o processo de crescimento. Os sensores de CO2 funcionam de várias maneiras. Um sensor IR detecta a quantidade de CO2 presente com base na absorção de luz infravermelha em um comprimento de onda específico. Um sensor eletroquímico mede a carga elétrica gerada por uma reação química.
Os sensores de Condutividade Elétrica (EC) e Oxigênio Dissolvido (DO) ajudam a medir a química em um tanque de água, enquanto os sensores de nível medem a quantidade de água presente.
Outros sensores que ajudam a aumentar a eficiência na agricultura incluem sensores de GPS, usados para acompanhar o gado, câmeras inteligentes, utilizadas para tarefas como detectar ervas daninhas ou pragas, e acelerômetros/sensores de movimento, que podem detectar movimento de humanos e animais, bem como inconsistências de vibração em máquinas.
Análise de dados
A grande quantidade de dados gerados pelos sensores pode ser analisada não apenas para alertar os agricultores sobre problemas, mas também para predizê-los. O aprendizado de máquina (ML) é um subconjunto da inteligência artificial (IA) em que algoritmos de software analisam grandes conjuntos de dados em um esforço para detectar padrões que possam permitir que eles prevejam resultados. Na agricultura, o ML pode ser usado em conjunto com sensores de química do solo para detectar a presença precoce de doenças e pragas nas plantas.
A infraestrutura da Agricultura 4.0
A maior força que a agricultura 4.0 traz é a conectividade. Sensores inteligentes, IA e manutenção preditiva trouxeram melhorias significativas aos processos agrícolas e industriais, mas a funcionalidade que une tudo é a capacidade de coletar e trocar dados remotamente. Essa conectividade deve ser capaz de
cobrir grandes distâncias, como o tamanho de uma fazenda industrial. Sem conectividade confiável à distância, o monitoramento 24 horas por dia, 7 dias por semana, não seria possível.
Para obter ampla adoção, a infraestrutura precisa ser econômica e fácil de instalar, de preferência plug-and-play. O pessoal da fazenda pode estar acostumado com os processos tradicionais, portanto, a configuração e a interface do usuário de uma solução de IoT devem ser intuitivas. Também deve haver recursos para fornecer energia aos sensores e outros dispositivos em campo, minimizando as conexões e/ou o uso de baterias. Para suportar mudanças de condições e estações, o sistema deve ser flexível e reconfigurável, bem como escalável. Além disso, o sistema deve ser robusto o suficiente para lidar com condições externas adversas.
Como o tamanho dos dados enviados não é enorme, a velocidade não é um fator tão importante quanto a confiabilidade. Felizmente, existem tecnologias de transmissão de dados padrão do setor, como Ethernet, que são econômicas e confiáveis.
Bridgetek LDSBus e o IOTPortal
O Long Distance Sensor Bus (LDSBus) da Bridgetek aborda os desafios da Agricultura 4.0. Em sua essência, o LDSBus é um barramento de dados serial que suporta distâncias de até 200m. O LDSBus é capaz de fornecer 24V de energia, portanto, baterias ou a construção de uma infraestrutura separada para energia são desnecessárias. A Bridgetek também oferece uma variedade de sensores e dispositivos atuadores compatíveis com o LDSBus para fácil integração. O barramento opera a uma taxa de dados de 230kbps, fornecendo largura de banda suficiente para controlar até 127 dispositivos no barramento.
A Bridgetek oferece uma linha crescente de dispositivos compatíveis com os sensores LDSBus, muitos dos quais são adequados para aplicações agrícolas. Os sensores incluem o 4 em 1 (temperatura, umidade, detecção de movimento e medição de luz ambiente), sensor de pH, EC (condutividade elétrica), DO (oxigênio dissolvido) e sensor termopar. Para controlar outros equipamentos, a Bridgetek oferece o 2CH Relay, um relé que pode lidar com cargas de até 16A, suportando cargas AC e DC. O 2CH Relay + iSENSE adiciona sensores de corrente, que podem monitorar correntes de até 20A.
O hub central para todos os dispositivos no LDSBus é o IOTPortal Gateway da Bridgetek. O IOTPortal permite que os dispositivos LDSBus se comuniquem com o IoTPortal Cloud da Bridgetek sem a necessidade de um PC. O IoTPortal Cloud permite que os usuários configurem, controlem e monitorem todos os dispositivos conectados a um sistema LDSBus, sem escrever uma única linha de código. Um sistema construído em torno do Gateway IoTPortal é altamente escalável, suportando até 320 sensores/atuadores (com a opção de adicionar mais Gateways para mais dispositivos), e pode cobrir uma área de 12,6 hectares (ou 12 campos de futebol). O IoTPortal Cloud permite que dispositivos sem fio, como smartphones e tablets, controlem e monitorem os dispositivos em um sistema LDSBus.
Agricultura Moderna com o IoTPortal
A Figura 3 descreve o diagrama de blocos para uma estufa inteligente com uma infraestrutura LDSBus e IoTPortal.
Uma variedade de sensores LDSBus da Bridgetek monitora quase todos os aspectos do ambiente na estufa. Os sensores de qualidade do ar e CO2 medem as propriedades do ar. Os sensores de umidade do solo detectam a quantidade de umidade no solo e podem ser configurados para irrigar automaticamente as plantas se os níveis de umidade caírem abaixo de um determinado nível. O sensor 4 em 1 mede a temperatura e a umidade, bem como os níveis de luz ambiente.
Se os níveis de luz estiverem baixos, as lâmpadas LED acendem automaticamente. O sensor 4 em 1 também mede o movimento, acendendo automaticamente as luzes quando as pessoas estão próximas.
Uma estação meteorológica conectada a um controlador de E/S detecta a velocidade do vento, direção e chuva. Se for detectada chuva, o Atuador do Relé aciona automaticamente o motor da cortina de chuva para bloqueá-la. Vários sensores monitoram os tanques de água/nutrientes, medindo o nível da água, pH e temperatura.
Cada dispositivo está conectado a um gateway IoTPortal, que se conecta ao IoTPortal Cloud. Dispositivos como um smartphone, tablet ou PC podem se conectar ao IoTPortal Cloud, permitindo que a equipe configure, controle e monitore todos os dispositivos. Todo esse sistema pode ser configurado e implantado sem a necessidade de código ou software personalizado.
Contato da Newark no Brasil
Para mais informações e adquirir componentes contate a LATeRe , representante da Newark, pelo Telefone (11) 4066-9400 ou e-mail: vendas@laterebr.com.br
* Texto originalmente publicado em: link, adaptado pela Equipe Embarcados
