Consultoria em sistema GNSS de precisão para agricultura

O cliente atua com sistemas de automação para agricultura de precisão. O equipamento é instalado em tratores e auxilia a aplicação de insumos agrícolas de acordo com a posição do veículo dentro da área cultivada.

O trator continua sendo conduzido normalmente pelo operador. O sistema embarcado utiliza um display com Linux, mapas da área e informações agronômicas previamente definidas para controlar válvulas responsáveis pela aplicação de adubo, fertilizante ou defensivos agrícolas.

Com base na posição do trator, o sistema determina a dosagem necessária para cada região do terreno e comanda a aplicação de forma localizada.

Para que esse conceito funcione corretamente, a posição precisa ser confiável. Erros de poucos metros já podem significar aplicar o produto na área errada. Nesse projeto, o desafio era reduzir esse erro para a faixa de alguns centímetros.

Quando um GNSS de alta precisão ainda não é suficiente

O cliente já utilizava receptores GNSS de alta precisão, mas o desempenho real no trator não correspondia ao esperado.

O problema não estava apenas no receptor ou na antena. O ambiente do veículo agrícola apresentava diversas fontes de interferência eletromagnética capazes de degradar a recepção dos sinais de RF.

Motores, atuadores, conversores, fontes chaveadas, interfaces digitais, cabos e a própria eletrônica do equipamento podiam introduzir ruído em uma aplicação que depende da recepção de sinais extremamente fracos vindos dos satélites.

Por isso, simplesmente substituir o módulo GNSS por um componente melhor não resolveria o problema.

O trabalho da ECK foi analisar o sistema como um conjunto e identificar onde a arquitetura eletrônica estava prejudicando a recepção.

Recepção de RF e posicionamento na faixa de centímetros

O objetivo era obter uma solução de posicionamento adequada à agricultura de precisão, com erro reduzido o suficiente para que o sistema pudesse distinguir corretamente as diferentes faixas e regiões de aplicação.

A consultoria envolveu a análise da antena, do caminho de RF, da alimentação, do aterramento e da disposição dos componentes no equipamento.

Também foram avaliadas fontes internas de ruído que poderiam acoplar interferência ao receptor GNSS ou ao cabeamento da antena.

O resultado final permitiu atingir precisão na faixa de centímetros, condição necessária para que o controle das válvulas fosse coerente com o mapa agronômico utilizado pelo sistema.

Redesign da placa para separar RF da eletrônica principal

Um dos pontos mais importantes do trabalho foi a revisão da arquitetura da placa de circuito impresso.

A seção responsável pela recepção GNSS precisava ser tratada de maneira diferente da eletrônica digital principal.

Foram analisados posicionamento de componentes, caminhos de retorno de corrente, planos de terra, roteamento, alimentação e regiões da placa capazes de gerar ou captar interferência.

A arquitetura foi redesenhada para aumentar a separação entre a parte de RF e os circuitos digitais e de potência.

Em vez de concentrar tudo em uma única região eletricamente ruidosa, a parte relacionada ao GNSS passou a ser isolada da eletrônica principal e conectada por uma solução de cabeamento adequada.

Essa separação reduziu o acoplamento de ruído e melhorou as condições de recepção do sinal.

Aterramento também faz parte do projeto de RF

Em sistemas GNSS de alta precisão, aterramento não pode ser tratado apenas como uma conexão elétrica comum.

A forma como os retornos são distribuídos pela placa, a ligação entre módulos, blindagens, cabos e estrutura mecânica influencia diretamente o comportamento eletromagnético do conjunto.

Durante a consultoria foram avaliadas diferentes estratégias de aterramento e isolamento para reduzir correntes indesejadas e evitar que ruídos gerados por outras partes do sistema alcançassem a etapa de recepção.

Esse trabalho foi particularmente importante porque o equipamento precisava operar instalado em um trator, um ambiente muito mais agressivo do ponto de vista eletromagnético do que uma bancada de laboratório.

Cabeamento e isolamento do receptor GNSS

O caminho entre a antena, o receptor e a eletrônica principal também recebeu atenção especial.

Uma solução inadequada de cabeamento pode funcionar como caminho de acoplamento para ruído ou degradar o sinal recebido pela antena.

Por isso, o redesign considerou não apenas a placa, mas também a forma como os diferentes módulos seriam interligados.

O objetivo foi manter a seção de RF fisicamente e eletricamente separada das principais fontes de interferência, preservando a integridade do sinal desde a antena até o receptor.

Agricultura de precisão depende da qualidade do posicionamento

O sistema utiliza a posição do trator para decidir onde e quanto aplicar de insumos.

Antes da operação, a área é mapeada e analisada por especialistas, que definem as necessidades de cada região do terreno.

Durante o trabalho no campo, o equipamento compara continuamente a posição GNSS com esse mapa e controla as válvulas responsáveis pela aplicação.

Com isso, regiões diferentes podem receber doses diferentes de fertilizante, adubo ou defensivo agrícola de acordo com a necessidade previamente determinada.

Para esse tipo de aplicação, um erro de posicionamento não é apenas um erro no mapa. Ele pode resultar em aplicação duplicada, ausência de aplicação ou dosagem inadequada em determinada região.

Do protótipo a milhares de unidades por mês

Depois das alterações de arquitetura e da melhoria do desempenho GNSS, o produto passou a operar com a precisão necessária para sua aplicação.

O equipamento foi industrializado e permaneceu em produção por vários anos.

Atualmente, o sistema é comercializado em volumes da ordem de milhares de unidades por mês, demonstrando que as decisões tomadas durante o redesign não ficaram restritas a um protótipo de laboratório.

A solução precisou ser tecnicamente robusta e também adequada à produção seriada.

Consultoria em sistema GNSS é mais do que escolher um receptor

Esse projeto mostra que desempenho GNSS não depende apenas da especificação do módulo utilizado.

Antena, alimentação, PCB, aterramento, layout, blindagem, cabeamento e fontes de interferência fazem parte do mesmo problema.

Em aplicações que exigem precisão elevada, principalmente em ambientes com motores, fontes chaveadas e sistemas de potência, cada uma dessas decisões pode determinar se o receptor conseguirá ou não entregar o desempenho esperado.

A consultoria em sistema GNSS da ECK atuou justamente nesse ponto: transformar um receptor de alta precisão em um sistema capaz de manter essa precisão quando instalado no equipamento real.

Conheça também a atuação da ECK em consultoria em engenharia eletrônica.