Consultoria em sistema de irrigação com telemetria LoRa, 4G e satélite

O cliente atua com sistemas de irrigação por aspersão de grande alcance, utilizados em áreas extensas onde os equipamentos podem operar a grande distância da infraestrutura principal.

Nesse tipo de aplicação, não basta apenas acionar a irrigação. É necessário acompanhar a pressão da linha, identificar falhas mecânicas, saber onde o equipamento está operando e enviar essas informações para uma central de supervisão.

O trabalho da ECK foi apoiar a evolução da eletrônica, da comunicação e da estratégia de consumo de energia do sistema, preservando o conhecimento que a equipe já possuía sobre a aplicação agrícola.

Pressão como variável de controle

Um dos pontos centrais do sistema é a medição de pressão na linha de irrigação.

O sensor instalado na tubulação fornece a informação utilizada pelo controle da bomba, permitindo ajustar a operação quando a pressão se afasta da faixa desejada.

Essa informação também é importante para diagnóstico. Uma alteração de pressão pode indicar uma condição anormal no sistema, perda de desempenho ou uma situação que exige intervenção.

Além do controle local, os dados de pressão são enviados para o sistema de telemetria, permitindo que a central acompanhe o comportamento do equipamento à distância.

GPS para acompanhar equipamentos que se deslocam

O conjunto de irrigação não permanece necessariamente em uma posição fixa.

Por isso, o sistema utiliza GPS para transmitir periodicamente sua localização.

Com essa informação é possível acompanhar o deslocamento do equipamento e identificar situações em que a irrigação parou antes de completar determinada área, ficou concentrada em uma região ou apresentou algum problema mecânico.

A posição também ajuda a identificar ocorrências como queda ou parada inesperada do conjunto, permitindo que a operação saiba onde ocorreu o problema sem depender de inspeção presencial em toda a área.

Telemetria LoRa em longa distância

A comunicação entre os equipamentos de campo e o concentrador utiliza LoRa em uma topologia ponto a ponto.

Essa escolha permite transmitir pequenas quantidades de dados por longas distâncias com baixo consumo, característica importante em áreas agrícolas extensas.

Cada equipamento envia informações como pressão, posição e estado de funcionamento para um concentrador localizado em um ponto com melhor infraestrutura de comunicação.

O concentrador recebe os dados dos nós LoRa e faz a ponte entre a rede local de campo e os sistemas externos.

Do LoRa para a nuvem através de 4G

Depois de receber os dados via LoRa, o concentrador utiliza comunicação 4G para enviá-los a um servidor em nuvem.

O servidor processa essas informações e disponibiliza os dados por meio de uma API.

Com isso, a solução pode ser integrada ao sistema já utilizado pelo cliente final, como plataformas de gestão agrícola ou sistemas de uma usina.

A ECK também apoiou a arquitetura da comunicação celular, pois a equipe tinha maior experiência com ESP32 e LoRa do que com modems 4G e suas particularidades de integração.

Migração de ESP32 para STM32 para reduzir consumo

Grande parte das primeiras versões do sistema foi desenvolvida com ESP32.

A plataforma atendia bem às necessidades de desenvolvimento e comunicação, mas o consumo de energia passou a ser uma limitação importante para equipamentos instalados no campo.

Em muitos pontos não existe alimentação elétrica disponível. A utilização de painel solar também pode ser problemática em equipamentos móveis e sujeitos a impactos, quedas ou danos mecânicos.

Por isso, a consultoria avaliou a migração de parte da eletrônica para microcontroladores STM32 de baixo consumo.

A mudança permitiu trabalhar com uma arquitetura mais adequada à alimentação por bateria, reduzindo o consumo do sistema sem perder as funções necessárias de aquisição, controle e comunicação.

Projetar para bateria muda a arquitetura

Quando o equipamento precisa funcionar por longos períodos com bateria, consumo deixa de ser apenas uma característica do componente e passa a ser uma decisão de arquitetura.

É necessário avaliar tempo ativo do processador, modos de baixo consumo, frequência de aquisição, periodicidade das transmissões, alimentação dos sensores e comportamento dos módulos de comunicação.

A escolha do microcontrolador passa a fazer parte de um conjunto maior de decisões que determina a autonomia real do produto.

Comunicação satelital onde o 4G não chega

Outro requisito importante era manter a telemetria mesmo em áreas sem cobertura celular.

Para esses cenários, a ECK trabalhou na integração com comunicação satelital Globalstar.

Assim, o sistema pode transmitir informações críticas mesmo em regiões onde não existe cobertura 4G ou qualquer outra infraestrutura terrestre de comunicação.

A combinação de LoRa no campo, 4G onde existe cobertura e satélite como alternativa permite que a arquitetura seja adaptada às condições de cada instalação.

Consultoria para integrar tecnologias diferentes

O desafio desse sistema não estava em uma única tecnologia.

Era necessário integrar sensores, controle de pressão, GPS, LoRa, 4G, comunicação satelital, microcontroladores de baixo consumo, bateria, servidor em nuvem e API.

A equipe do cliente já dominava bem a aplicação e tinha capacidade de desenvolvimento, mas precisava de apoio em áreas específicas de engenharia eletrônica e comunicação.

A consultoria permitiu revisar decisões de arquitetura, reduzir consumo, ampliar as alternativas de conectividade e criar uma solução mais adequada para operação remota em campo.

Esse tipo de consultoria em sistema de irrigação mostra como a eletrônica pode ser decisiva para transformar um equipamento agrícola em uma plataforma conectada, monitorada e integrada aos sistemas de gestão já existentes.

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