análise de compatibilidade em aplicação à taxa variável baseada

Congresso Brasileiro de Agricultura de Precisão- ConBAP 2014
São Pedro - SP, 14 a 17 de setembro de 2014
ANÁLISE DE COMPATIBILIDADE EM APLICAÇÃO À TAXA VARIÁVEL
BASEADA NO PADRÃO ISO 11783
RODRIGO M. R. SAKAI1, CARLOS E. MILHOR2
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Engo. Mecatrônico, SENTRON Sistemas Embarcados, [email protected]
Engo. Mecatrônico, SENTRON Sistemas Embarcados, [email protected]
Apresentado no
Congresso Brasileiro de Agricultura de Precisão - ConBAP 2014
14 a 17 de setembro de 2014 - São Pedro - SP, Brasil
RESUMO: A AEF (Agricultural Industry Electronics Foundation) promove a certificação
ISOBUS em máquinas agrícolas segundo as funcionalidades dos equipamentos eletrônicos.
No Brasil, não há laboratórios de teste credenciados pela AEF. O objetivo deste trabalho é
realizar um teste de compatibilidade entre uma adubadora (Komander HD FULL) e
dispositivos já certificados no exterior. O software Farm Works importa e exporta mapas no
formato de arquivo ISO-XML. Um terminal Dickey-John, uma ECU do Trator e um GPS são
adaptados em um trator convencional. A tarefa (mapa com taxa variável) gerada e exportada
no Farm Works é carregada no controlador de tarefas (TC) do terminal Dickey-John. A tarefa
é executada automaticamente: o TC gerencia o mapa de adubo e a adubadora controla a
aplicação do adubo, em função da taxa nominal e da velocidade do trator. Ao término da
tarefa, o TC exporta os dados aquisitados, que são carregados pelo Farm Works, para análise
e comparação com o mapa de prescrição. O presente trabalho demonstra a compatibilidade
entre a adubadora Komander e equipamentos já certificados no padrão ISOBUS.
PALAVRAS–CHAVE: funcionalidade AEF, taxa variável, ISOBUS.
COMPATIBILITY ANALYSIS ON VARIABLE RATE APPLICATION BASED ON
ISO 11783 STANDARD
ABSTRACT: AEF (Agricultural Industry Electronics Foundation) promotes ISOBUS
certification in agricultural machinery in accordance with functionalities of electronic
equipments. In Brazil, there is no test laboratories accredited by the AEF. The aim of this
study is to conduct a compatibility test between a fertilizer (Komander FULL HD) and
devices already certified abroad. Farm Works software imports and exports maps in ISOXML format file. A Dickey-John terminal, a Tractor ECU and a GPS are adapted in a
conventional tractor. A task (variable rate map) generated and exported in Farm Works is
loaded in the Task Controller (TC) of the Dickey-John terminal. The task is automatically
performed: TC manages the fertilizer map and the fertilizer machine controls the application
of fertilizer, depending on the nominal rate of fertilizer and tractor speed. At the end of the
task, TC exports logged data, whitch is loaded by Farm Works for analysis and comparison
with the prescription map. The present work demonstrates the compatibility between
Komander fertilizer and equipment already certified in ISOBUS standard.
KEYWORDS: AEF functionality, variable rate, ISOBUS.
INTRODUÇÃO
A norma ISO 11783 (ISOBUS) estabelece um padrão de comunicação de dados entre
equipamentos eletrônicos em máquinas agrícolas. A padronização oferece vantagens para o
produtor rural: compatibilidade entre equipamentos de diferentes fabricantes, aumento de
eficiência no campo e diminuição de tempo de preparo da máquina. Para haver
compatibilidade na execução de tarefas no campo, é necessário que os equipamentos
eletrônicos sejam certificados.
No campo, a incompatibilidade pode surgir pelos seguintes fatores: falta de certificação
de um equipamento no padrão ISOBUS, diferença de versão da padronização entre produtos
novos e antigos ou falta de suporte de funcionalidades específicas.
A AEF (Agricultural Industry Electronics Foundation) promove a certificação ISOBUS
em máquinas agrícolas segundo as funcionalidades dos equipamentos eletrônicos. A AEF
disponibiliza uma ferramenta automática de testes ISOBUS para garantir a conformidade
entre um equipamento ISOBUS e a norma ISO 11783. As principais funcionalidades da
norma ISOBUS são apresentadas na tabela 1.
Tabela 1: Principais funcionalidades da norma ISOBUS (AEF, 2014)
Símbolo
Definição
Descrição
Capacidade de um implemento se conectar a qualquer
Terminal Universal terminal; ou a capacidade de um terminal se conectar a
diferentes implementos.
Controle Auxiliar
AUX-O: antigo
AUX-N: novo
Elementos de controle adicionais que facilitam o
funcionamento de equipamentos complexos (exemplo:
joystick). AUX-O e AUX-N não são compatíveis entre si.
Controlador de
Tarefas Básico
(totais)
Descreve o relatório de valores totais de uma tarefa
executada no campo. (exemplo: área total, total de colheita,
total de insumo aplicado, tempo total, etc.)
Controlador de
Tarefas
Georreferenciadas
Capacidade de executar tarefas com base na localização,
através de mapas de aplicação.
Controlador de
Tarefas com
Controle de Seção
Controle automático e independente das seções de um
implemento agrícola.
ECU do Trator
Básica: Trator fornece informações para o implemento.
Avançada: Implemento pode controlar o funcionamento do
TECU: básica
TECU-A: avançada trator, para realizar a tarefa agrícola.
As funcionalidades descritas pela AEF são independentes, e podem ser vendidas
separadamente ao usuário final. Ao conectar um trator com uma máquina agrícola, apenas as
funcionalidades em comum poderão ser usufruídas.
Os laboratórios credenciados pela AEF que podem emitir o certificado ISOBUS
segundo as funcionalidades descritas são quatro: Test Center Isobus (TCI) na Alemanha,
Reggio Emilia Innovazione (REI) na Itália, Nebraska Tractor Test Laboratory (NTTL) nos
EUA e a German Agricultural Society (DLG) na Alemanha.
No Brasil, não há laboratórios de teste credenciados pela AEF. Concomitantemente, a
demanda pela certificação é baixa, devido ao fato de haver poucas empresas nacionais que
possuem um produto padrão ISOBUS desenvolvido no Brasil.
O Brasil possui deficiência no desenvolvimento de produtos baseado no padrão
ISOBUS. Universidades e instituições brasileiras promovem o estudo e pesquisa do padrão
ISOBUS desde a criação da Força Tarefa ISOBUS (FTI) Brasil, em 2005, porém não há
inovação nos produtos nacionais. Por outro lado, esta tecnologia está sendo importada, e
produtos estrangeiros já possuem certificados de padronização. Este cenário de atraso
tecnológico pode ser verificado anualmente na principal feira de equipamentos agrícolas da
América Latina, a Agrishow, em Ribeirão Preto-SP.
Neste contexto, o objetivo deste trabalho é realizar um teste de validação de uma
máquina agrícola nacional, que utiliza um controlador ISOBUS (não certificado) nacional. O
teste consiste em realizar uma aplicação de insumo à taxa variável com base em um mapa de
prescrição no formato ISO-XML (ISO 11783-10, 2009), com dispositivos que atendem à
norma ISO 11783, e analisar a compatibilidade de comunicação de dados entre equipamentos
de diferentes fabricantes. A compatibilidade de transferência de dados entre o computador da
fazenda e o terminal do trator também é verificada.
MATERIAL E MÉTODOS
A análise de compatibilidade é verificada no resultado de conexões e de transferência de
dados entre os dispositivos, nos aplicativos que o usuário comum utiliza ao realizar uma tarefa
no campo.
O procedimento para a realização de uma tarefa de aplicação de insumo à taxa variável
pode ser dividido em três partes: preparação da tarefa, execução da tarefa e análise dos
resultados da tarefa.
A preparação da tarefa consiste nas seguintes ações:
•
•
•
•
Gerar mapa de prescrição baseado em informações pré-processadas;
Exportar o mapa de prescrição no formato ISO-XML;
Carregar o arquivo da tarefa (taskdata.xml) no terminal do trator;
Identificar e associar a tarefa à máquina agrícola conectada ao trator.
A execução da tarefa consiste na operação do conjunto trator-máquina agrícola na área
pré-determinada pelo mapa da tarefa.
A análise dos resultados da tarefa consiste nas seguintes ações:
•
•
•
Finalizar a tarefa no terminal do trator e exportar os dados no formato ISO-XML;
Carregar o arquivo da tarefa executada (taskdata.xml) no computador da fazenda;
Comparar e avaliar a tarefa prescrita com a tarefa executada.
Mapas de prescrição podem ser gerados a partir de diversos dados como, por exemplo,
mapas de fertilidade (análise química de solo ou dados de índice de vegetação – NDVI),
mapas de produtividade (dados de colheitas anteriores) ou fotos aéreas. Entretanto, não há
fonte de dados para o mapa de prescrição deste trabalho. Os valores de dosagens do mapa de
prescrição gerados para este trabalho são aleatórios, assim como a determinação do tamanho
do pixel, e não interferem no resultado da análise de compatibilidade.
A execução de cada ação do procedimento para a realização de uma tarefa de aplicação
de insumo à taxa variável requer um dispositivo ou software que esteja de acordo com o
padrão ISOBUS.
Gerar, analisar, importar e exportar mapas no formato ISO-XML (tipo de arquivo
padronizado pela norma ISO 11783-10) são ações que demandam um programa de
computador que seja compatível com arquivos no formato ISO-XML. Dentre os softwares
disponíveis no mercado, o software utilizado foi o Farm Works (versão OFFICE, fabricante
TRIMBLE).
O trator utilizado no teste foi um trator convencional (modelo 700, fabricante
VALTRA). Este modelo foi adaptado com dispositivos para atender à norma ISOBUS.
O dispositivo utilizado como interface do operador do trator, para carregar, executar e
exportar as tarefas foi o terminal ISOBUS (modelo 10”, fabricante DICKEY JOHN) (Figura
1). O terminal possui aplicativos (funcionalidades) necessários para a execução de tarefas, tais
como o Terminal Universal (UT), o Controlador de Tarefas (TC) e interface de navegação
GPS. O TC permite visualizar e escolher as tarefas importadas pelo dispositivo.
Figura 1. Terminal ISOBUS, fabricante DICKEY JOHN.
O dispositivo de interface com o trator, denominado ECU do Trator (TECU), utilizado
neste trabalho foi o modelo TECU do fabricante DICKEY JOHN (Figura 2-A).
O dispositivo de navegação utilizado foi o receptor GPS (modelo GM-62, fabricante
BJTEK, Taiwan) (Figura 2-B).
A
B
Figura 2. A) TECU (DICKEY JOHN); B) GPS GM-62 (BJTEK)
A máquina agrícola utilizada foi a adubadora Komander (modelo HD FULL, fabricante
KAMAQ Máquinas e Implementos Agrícolas) (Figura 3-A). O controlador (modelo STAG02, fabricante SENTRON Sistemas Embarcados) (Figura 3-B) foi utilizado em conjunto com
a adubadora, e é responsável pelo controle da dosagem e pela comunicação no padrão
ISOBUS com terminais que atendem à norma.
Figura 3. A) Adubadora KOMANDER (KAMAQ); B) STAG-02 (SENTRON)
O controlador STAG-02 é desenvolvido no Brasil, e não possui um certificado de
padronização da AEF. O desenvolvimento de bibliotecas que executam a comunicação no
padrão ISOBUS foi auxiliado por trabalhos que organizaram e sistematizaram as informações
contidas na norma ISO 11783. SAKAI (2008) estuda a implementação básica da comunicação
com o UT e PEREIRA (2008) descreve os procedimento para a comunicação com o TC.
Todos os demais dispositivos eletrônicos, e o software Farm Works, são desenvolvidos
e fabricados no exterior, e já estão certificados no padrão ISOBUS.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
O mapa de prescrição gerado possui aproximadamente 20.000 m2 de área e foi dividido
em pixels de 20 m x 20 m, em uma região do município de Araras-SP (Figura 4-A). Foram
determinadas faixas de aplicação de adubo entre 10 g.m-2 e 30 g.m-2.
Figura 4. A) Mapa de prescrição; B) Aquisição de dados da aplicação real; C) Mapa de
aplicação real.
O mapa de prescrição (Figura 4-A) foi exportado no formato ISO-XML, no arquivo
TASKDATA.XML, pelo software Farm Works Office. Os dados específicos da tarefa
(nomeada “Avenida – Aplicação”) estão apresentados nas figuras 5 e 6.
Figura 5. Tarefa “Avenida – Aplicação” no formato “.TXT”
Figura 6. Tarefa “Avenida – Aplicação”, com folha de estilo “TC.XSL”
A tarefa possui diversos parâmetros definidos na norma ISOBUS, tais como
metodologia de aquisição de dados (Datalog Triggers), informações da grade do mapa
(número de células, latitude, longitude e arquivo de prescrição da aplicação), tipo de máquina
agrícola adequada para a realização da tarefa e informações sobre o insumo agrícola a ser
aplicado. O arquivo que contém os dados da dosagem de aplicação de insumo à taxa variável
(mapa de prescrição) é referenciado como “GRD00001.bin” (em destaque nas figuras 5 e 6), e
deve ser transferido em conjunto com o arquivo “TASKDATA.xml”, para o terminal do
trator.
O arquivo foi transferido para o terminal do trator através de um cartão de memória SD.
No aplicativo TC, a tarefa foi carregada e identificada pelo operador (Figura 7).
Figura 7. Tarefa “Avenida – Aplicação” carregada no TC.
Neste procedimento, o teste de compatibilidade foi verificado entre software e
dispositivo do trator, com um formato de arquivo padrão ISO-XML.
A conexão entre o trator e a máquina agrícola é realizada pelo conector padronizado
pela norma ISOBUS, apresentado na figura 8.
Figura 8. Conectores ISOBUS (AEF, 2014).
A compatibilidade entre trator e máquina agrícola é verificada em uma ou mais
funcionalidades descritas pela AEF.
A interface gráfica (object pool) para controle e monitoramento da máquina agrícola foi
corretamente transferida e carregada no Terminal Universal (UT), conforme a figura 9-A.
A
B
Figura 9. A) Interface gráfica da adubadora no VT; B) Interface de tarefas no TC.
A interface de tarefas (device description object pool) para execução automática de
tarefas no campo foi corretamente transferida e carregada no Controlador de Tarefas (TC),
conforme a figura 9-B.
Neste procedimento, o teste de compatibilidade foi verificado entre trator e máquina
agrícola, nas funcionalidades UT e TC.
Ao iniciar a tarefa, um mapa de prescrição é apresentado ao operador. A posição do
trator é identificada pelo dispositivo GPS. A posição do trator no pixel do mapa de prescrição
fornece a taxa de adubo. O valor da taxa é enviado à adubadora, para o controle de vazão do
insumo. Outra informação importante é a velocidade de operação, também fornecida pelo
GPS.
Com base nas informações do mapa de prescrição e da velocidade, o controlador
STAG-02 instalado na adubadora Komander HD FULL controla a dosagem, e fornece o valor
da taxa real de aplicação de adubo a cada instante. Os dados são coletados e armazenados no
controlador de Tarefas. (Figura 4-B).
Neste procedimento, o teste de compatibilidade durante a execução da tarefa de
aplicação à taxa variável é verificado.
Ao finalizar a tarefa, o TC salva os dados coletados nos devidos arquivos. Os dados
específicos da tarefa estão apresentados nas figuras 10 e 11.
Figura 10. Tarefa “Avenida – Aplicação” executada e concluída, no formato “.TXT”
Figura 11. Tarefa “Avenida – Aplicação” executada e concluída, com folha de estilo
“TC.XSL”
Ao gravar os dados da tarefa executada, o TC edita o arquivo “TASKDATA.XML”, e
introduz a referência do arquivo de dados da aplicação real. Esta referência é o arquivo
“TLG00000.BIN”, em destaque nas figuras 10 e 11.
Ao abrir o arquivo TASKDATA.XML no software Farm Works Office, os dados da
tarefa podem ser visualizados. Um mapa de aplicação é gerado com os dados coletados
(Figura 4-C), e pode ser analisado e comparado com o mapa de prescrição (Figura 4-A).
Neste procedimento, novamente o teste de compatibilidade de transferência de arquivo
no formato ISO-XML entre o software e o dispositivo do trator é verificado.
Ao considerar todo o teste, podemos verificar o fluxo de transferência de dados entre os
dispositivos, na figura 12.
Figura 12. Interface de conexão entre dispositivos, transparentes para o operador.
Este teste de execução de uma tarefa automatizada no campo permite verificar a
compatibilidade, segundo a norma ISO 11783, entre diversos dispositivos de diferentes
fabricantes. Embora o padrão ISO 11783 seja complexo para os desenvolvedores, a
comunicação entre todos os dispositivos é transparente para o usuário. O conector padrão
ISOBUS para conectar o trator à máquina agrícola, e uma interface física (cartão SD, por
exemplo) para transferir os dados da tarefa entre trator e computador da fazenda (Figura 12)
corroboram a praticidade do uso da tecnologia ISOBUS.
Neste teste, a única adaptação realizada foi no trator: a instalação de um terminal
ISOBUS e o chicote elétrico para permitir a conexão com a máquina agrícola ISOBUS.
Contudo, no Brasil, tratores de médio e grande porte já são vendidos com opção de terminais
ISOBUS e conectores padrão na traseira do trator, e não necessitam de nenhuma intervenção
elétrica. O software Farm Works Office para importação e exportação de arquivos no formato
ISO-XML e a adubadora modelo Komander, da KAMAQ, já são realidades no mercado
nacional, como opção para utilização do padrão ISOBUS.
Apesar de demonstrar a compatibilidade do padrão ISOBUS entre os dispositivos
testados, este teste não certifica as funcionalidades ISOBUS segundo a AEF. Para obter o
certificado, é necessário que cada fabricante submeta o dispositivo individualmente em um
dos quatro laboratórios credenciados pela AEF, citados anteriormente.
Neste teste específico, a adubadora Komander, único dispositivo não certificado,
demonstrou a capacidade de se conectar ao terminal universal da Dickey John (UT), e também
a capacidade de executar tarefas em conjunto com o Controlador de Tarefas da Dickey John
(TC), baseadas em coordenadas georreferenciadas (funcionalidade TC-GEO, segundo a AEF).
BERGEIJK (2014), coordenador do grupo de projetos de teste de compatibilidade da
AEF, afirmou que empresas estrangeiras de grande porte adquirem a ferramenta automática
de testes de conformidade ISOBUS desenvolvida pela AEF antes de submeterem seus
produtos aos testes nos laboratórios credenciados. Esta prática acelera o desenvolvimento
interno do padrão ISOBUS e diminui o custo com testes em laboratórios. Bergeijk também
afirmou que a ferramenta automática de teste ISOBUS da AEF tem custo aproximado de €
8.000,00.
Em um futuro próximo, espera-se que serviços de compatibilidade sejam oferecidos no
Brasil, para apoiar a indústria nacional, pois o investimento para empresas de pequeno porte
pode ser considerado inviável.
CONCLUSÕES
O teste realizado corrobora a compatibilidade entre dispositivos de diferentes
fabricantes de máquinas e equipamentos agrícola. A compatibilidade aumenta as
possibilidades de combinações e de conexões entre máquinas e implementos agrícolas. Este
fato pode incentivar pequenos e médios produtores a investir na tecnologia ISOBUS com
mais segurança, e consequentemente aumentar a produtividade no campo.
No Brasil, fabricantes de máquinas e implementos agrícolas começam a fornecer
equipamentos compatíveis com o padrão ISOBUS. Um sistema padronizado aproveita os
recursos do trator (terminal na cabine, GPS), e consequentemente reduz o custo da tecnologia.
Uma máquina agrícola equipada com um sistema padronizado não requer intervenções de
sistemas proprietários, troca de componentes e mantém o suporte e a garantia do fabricante.
A certificação ISOBUS, apoiada pela AEF, é fundamental para que o produtor rural
possa ter garantia da compatibilidade entre os equipamentos de diferentes fabricantes no
mercado, e quais funcionalidades estão disponíveis em cada equipamento.
AGRADECIMENTOS
À KAMAQ Implementos Agrícolas pela confiança, iniciativa, apoio e suporte aos testes
realizados.
REFERÊNCIAS
AEF (2014). FUNCIONALIDADES ISOBUS AEF. Disponível em: http://www.aefonline.org/pt/isobus/funcionalidades-aef.html. Acesso em Mar. 2014.
BERGEIJK, J. V. (2014). ISOBUS Conformance Test. São Carlos: EMPRAPA
Instrumentação, 19 fev. 2014. Apresentação realizada no WORKSHOP ISOBUS Brasil 2014.
ISO 11783-10 (2009). Tractors and machinery for agriculture and forestry — Serial control
and communications data network. Part 10: Task controller and management information
system data interchange.
PEREIRA, R. R. D. (2008). Protocolo ISO 11783: procedimentos para comunicação serial
de dados com o controlador de tarefas. São Carlos, 2008. 188f. Dissertação (Mestrado em
Engenharia Mecânica) – Escola de Engenharia de São Carlos - Universidade de São Paulo,
2008.
SAKAI, R. M. R. (2008). Rede Serial para Comunicação de Dados e Controle em Sistema
Embarcado: Estudo de Implementação da ISO 11783. São Carlos, 2008. 107f. Dissertação
(Mestrado em Engenharia Mecânica) – Escola de Engenharia de São Carlos - Universidade de
São Paulo, 2008.