Coleta precisa

A aquisição de dados é uma atividade essencial em todo tipo de tecnologia e ciência e seu objetivo é apresentar, ao observador, os valores das variáveis, ou parâmetros, que estão sendo medidos. Uma vez que a tomada de dados é uma das etapas mais tediosas de um ciclo de pesquisa, pode-se automatizar o sistema de aquisição sem comprometer a precisão com as vantagens de reduzir os erros gerados pela transcrição de dados, eliminar as variações induzidas pelo operador nos processos de coleta de dados e aumentar a taxa de leitura de dados.

Na agricultura, vários pesquisadores têm trabalhado em diferentes áreas, utilizando algum tipo de sistema de aquisição de dados com a finalidade de monitorar eventos em suas pesquisas. A versatilidade de um sistema de aquisição também se torna importante, permitindo sua adaptação para diferentes pesquisas sem grande elevação de custos.

Nos equipamentos que se deseja monitorar, ou controlar, são instalados sensores, que transformam um fenômeno físico em sinais elétricos. Os sinais elétricos produzidos variam de acordo com os parâmetros físicos, que estão sendo monitorados, e devem ser condicionados para fornecer sinais apropriados à placa de aquisição de dados. Os acessórios de condicionamento de sinais amplificam, isolam, filtram e excitam sinais para que estes sejam apropriados às placas de aquisição. Uma vez condicionados e trabalhados na forma desejada, os sinais podem ser lidos em computadores, com placas específicas instaladas, e armazenados em diferentes formas, como arquivos de texto.

EQUIPAMENTOS NECESSÁRIOS

A configuração, controle e monitoramento da aquisição de dados podem ser realizados com o auxílio de programas de computador específicos, como o LabVIEW (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench) e equipamentos da National Instruments, que trabalham dentro do conceito de instrumento virtual (VI). A instrumentação virtual tem como objetivo usar um computador comum para criar um aplicativo simulando instrumentos reais com controles e ambiente personalizados, mas com a versatilidade que acompanha o programa de aquisição. O LabVIEW é um ambiente de desenvolvimento de aplicativos, ou instrumentos virtuais, baseado em programação gráfica. Utiliza terminologia, ícones e idéias familiares a técnicos, cientistas e engenheiros, e é baseado em símbolos gráficos ao invés de linguagem de texto para descrever ações de programação. Sua grande vantagem é que o usuário não necessita conhecer profundamente linguagens ou técnicas de programação para criar um instrumento virtual, ou aplicativo, que é baseado no conceito de fluxo de dados.

DESCRIÇÃO DO TRABALHO

Nesse sentido, foi realizado um trabalho para desenvolver um programa de computador para aquisição automática de dados a ser utilizado na avaliação de máquinas agrícolas, utilizando programas e equipamentos da National Instruments, buscando a coleta de dados de uma forma eficiente e reduzindo os erros tradicionais gerados pela coleta de dados convencional.

Este trabalho foi realizado no Departamento de Engenharia Agrícola, na Universidade Federal de Viçosa. Esta etapa constou de instalação e configuração de sensores, de componentes e do programa LabVIEW versão 6i, da National Instruments.

A operação de aquisição automática de dados envolveu os seguintes sensores: célula de carga modelo LCCA 10K da Omega, com capacidade de 45 kN; torquímetro modelo TQ501-10K da Omega, com capacidade de 1130 mN e 6000 rpm; sensor tipo indutivo modelo PS5-18GI50-E da Sense; e sensor de velocidade modelo RVSII da Dickey-John. Foi utilizado, ainda, um computador portátil Compaq Presario para aquisição, processamento e armazenamento de dados.

OS SENSORES

A célula de carga converte uma força, agindo sobre ela, em um sinal elétrico analógico através da deformação física de medidores de deformação, que são colados no bloco da célula de carga e são ligados em forma de ponte de Wheatstone. Uma carga aplicada na célula, em compressão ou tensão, produz uma deflexão no bloco, que transmite deformação aos medidores. A deformação produz uma alteração na resistência elétrica proporcional à carga. Normalmente, uma voltagem de excitação é requerida na entrada e a saída pode ser lida em milivoltagem.

O torquímetro é constituído por um dispositivo de anel deslizante integral que é utilizado para transferir sinais elétricos da parte eletrônica rotativa para a parte eletrônica estacionária. O anel deslizante consiste de escovas de grafite que se encostam ao anel de rotação, fornecendo um percurso elétrico para a excitação de entrada e para a voltagem do sinal de saída de medidores de deformação ligados em forma de ponte de Wheatstone.

O sensor tipo indutivo é um equipamento eletrônico capaz de detectar a aproximação de peças metálicas, componentes, elementos de máquinas, etc. A detecção ocorre sem que haja contato físico entre o sensor e o acionador, aumentando a vida útil do sensor por não possuir peças móveis sujeitas a desgastes mecânicos. Tem como princípio de funcionamento a geração de um campo eletromagnético de alta freqüência, desenvolvido por uma bobina ressonante instalada na face sensora. A bobina faz parte de um circuito oscilador, gerando um sinal senoidal em condição normal e, quando esta é acionada com a proximidade de um metal, a energia do campo é absorvida pelo metal, diminuindo a amplitude do sinal gerado no oscilador. Esta variação é convertida em uma variação contínua que, comparada com um valor padrão, passa a atuar no estágio de saída para leitura.

O radar é utilizado para medir a velocidade de deslocamento de um objeto, ou veículo, no qual foi instalado. Possui circuitos eletrônicos que emitem um sinal Doppler, em determinada freqüência, em direção ao solo. O sinal atinge um obstáculo e uma freqüência retorna a um circuito detector. Um microprocessador mede o período de cada ciclo detectado, processando-o e gerando uma freqüência de saída correspondente a um número de pulsos por espaço percorrido.

APLICATIVO PARA AQUISIÇÃO DE DADOS

Utilizando o programa LabVIEW 6i, desenvolveu-se um VI, ou aplicativo, denominado AvaliaMA, para aquisição automática de dados para coletar, processar e armazenar dados provenientes dos sensores instalados numa máquina agrícola, e no caso deste trabalho, uma colhedora de feijão. O aplicativo apresenta ao usuário os dados, enquanto lidos, em tela, na forma gráfica e numérica em tempo real. Tem a função de criar e abrir um arquivo para armazenagem dos dados, adquirir dados provenientes de sensores a uma taxa e freqüência de leitura definida, realizar operações aritméticas com os valores lidos e armazenar os dados em arquivo de texto. O aplicativo desenvolvido inicia e continua a leitura, enquanto não ocorre erro interno do sistema de aquisição automática de dados, ou interrupção induzida pelo usuário.

O sistema de aquisição automática de dados, depois de implementado, foi testado preliminarmente com a finalidade de verificar a precisão dos dados provenientes dos sensores e calibrá-los. As equações de calibração de cada sensor foram utilizadas na programação do aplicativo desenvolvido para efeito de correção dos dados obtidos pelo aplicativo. Em seguida, o sistema de aquisição automática de dados foi testado, em condições dinâmicas, comparando-se dados obtidos pelo aplicativo desenvolvido com dados lidos por outro sistema de leitura, conectado aos mesmos sensores. Após os ensaios preliminares, o sistema de aquisição automática de dados foi montado em uma máquina colhedora de feijão, tracionada por um trator, a fim de avaliar seu desempenho durante a operação de colheita de feijão. A operação de colheita foi realizada na Área Experimental da Epamig e no Laboratório de Automação Agropecuária da Embrapa Milho e Sorgo em Sete Lagoas, MG. O feijão da variedade Pérola foi utilizado nos ensaios de campo, sendo semeadas 12 a 13 sementes por metro linear em espaçamento de 0,5 m entre linhas. O trator utilizado no ensaio de campo foi o modelo Massey Ferguson 620 4x2 com tração dianteira auxiliar, enquanto a colhedora de feijão utilizada foi a Colombo Double Master.

MONTAGEM DOS SENSORES

A célula de carga foi montada na barra de tração do trator, num dispositivo construído de modo a eliminar forças laterais. O torquímetro foi montado entre a árvore secundária de acionamento da colhedora e a árvore do cilindro trilhador da colhedora de feijão.

O sensor indutivo foi montado na árvore de acionamento primária da colhedora de feijão. Nesta árvore, foi instalada uma peça metálica responsável por gerar os pulsos lidos pelo sensor. O sensor de velocidade foi montado na lateral do trator, na estrutura da escada do operador.

Os dados de força de tração requerida pela barra de tração, torque requerido e rotação da TDP, e velocidade de deslocamento da máquina colhedora de feijão foram coletados, em tempo real, pelos sensores célula de carga, torquímetro, sensor indutivo e sensor de velocidade, respectivamente. O conjunto trator-colhedora de feijão foi ensaiado sob diferentes condições de operação, usando-se as velocidades de deslocamento de 4, 7 e 10 km/h, número de leiras de feijão colhido de 4, 7 e 10 leiras, e rotação da TDP de 420 e 540 rpm. A potência requerida na barra de tração foi calculada a partir dos dados coletados de força de tração requerida na barra de tração e velocidade de deslocamento. A potência requerida na TDP foi calculada, a partir dos dados coletados de torque requerido e a rotação da TDP.

CONCLUSÃO

Observou-se, durante ensaios, facilidade de operação do sistema e do aplicativo AvaliaMA, permitindo rapidez e eficiência na operação de aquisição de dados e buscando eliminar os erros tradicionais gerados pela coleta de dados convencional, como anotações incorretas em planilhas e perda de dados. Foi observada ainda a capacidade de combinar o sistema implementado para atender a demandas de diversas pesquisas, podendo ser utilizado em diferentes tipos de máquinas agrícolas.

Ricardo Ferreira Garcia,
Univ. Estadual do Norte Fluminense

* Este artigo foi publicado na edição número 24 da revista Cultivar Máquinas, de outubro de 2003.

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