Consultoría en un sistema GNSS de precisión para agricultura

El cliente trabaja con sistemas de automatización para agricultura de precisión. El equipo se instala en tractores y ayuda a aplicar insumos agrícolas según la posición del vehículo dentro del área cultivada.

El tractor sigue siendo conducido normalmente por el operador. El sistema embebido usa un display con Linux, mapas del área e información agronómica definida de antemano para controlar las válvulas que aplican abono, fertilizante o agroquímicos.

Según la posición del tractor, el sistema determina la dosis necesaria para cada zona del terreno y ordena la aplicación de forma localizada.

Para que este concepto funcione bien, la posición tiene que ser confiable. Errores de pocos metros ya pueden significar aplicar el producto en el lugar equivocado. En este proyecto, el desafío era reducir ese error a unos pocos centímetros.

Cuando un GNSS de alta precisión todavía no alcanza

El cliente ya usaba receptores GNSS de alta precisión, pero el desempeño real en el tractor no era el esperado.

El problema no estaba solo en el receptor o la antena. El entorno del vehículo agrícola tenía varias fuentes de interferencia electromagnética capaces de degradar la recepción de las señales de RF.

Motores, actuadores, convertidores, fuentes conmutadas, interfaces digitales, cables y la propia electrónica del equipo podían introducir ruido en una aplicación que depende de recibir señales extremadamente débiles de los satélites.

Por eso, simplemente cambiar el módulo GNSS por uno mejor no resolvería el problema.

El trabajo de ECK fue analizar el sistema como un conjunto e identificar dónde la arquitectura electrónica estaba perjudicando la recepción.

Recepción de RF y posicionamiento en la franja de centímetros

El objetivo era lograr una solución de posicionamiento adecuada a la agricultura de precisión, con un error lo bastante pequeño para que el sistema distinguiera correctamente las distintas franjas y zonas de aplicación.

La consultoría incluyó el análisis de la antena, el camino de RF, la alimentación, la puesta a tierra y la disposición de los componentes en el equipo.

También se evaluaron fuentes internas de ruido que podían acoplar interferencia al receptor GNSS o al cableado de la antena.

El resultado final permitió alcanzar una precisión en la franja de centímetros, condición necesaria para que el control de las válvulas fuera coherente con el mapa agronómico usado por el sistema.

Rediseño de la placa para separar la RF de la electrónica principal

Uno de los puntos más importantes del trabajo fue la revisión de la arquitectura de la placa de circuito impreso.

La sección de recepción GNSS tenía que tratarse de forma distinta a la electrónica digital principal.

Se analizaron la ubicación de los componentes, los caminos de retorno de corriente, los planos de tierra, el ruteo, la alimentación y las zonas de la placa capaces de generar o captar interferencia.

La arquitectura se rediseñó para aumentar la separación entre la parte de RF y los circuitos digitales y de potencia.

En lugar de concentrar todo en una sola zona eléctricamente ruidosa, la parte del GNSS pasó a estar aislada de la electrónica principal y conectada con una solución de cableado adecuada.

Esa separación redujo el acoplamiento de ruido y mejoró las condiciones de recepción de la señal.

La puesta a tierra también es parte del diseño de RF

En sistemas GNSS de alta precisión, la puesta a tierra no puede tratarse como una conexión eléctrica común.

La forma en que se distribuyen los retornos por la placa y la conexión entre módulos, blindajes, cables y estructura mecánica influyen directamente en el comportamiento electromagnético del conjunto.

Durante la consultoría se evaluaron distintas estrategias de puesta a tierra y aislamiento para reducir corrientes indeseadas y evitar que el ruido generado por otras partes del sistema llegara a la etapa de recepción.

Este trabajo fue especialmente importante porque el equipo tenía que operar instalado en un tractor, un entorno mucho más agresivo desde el punto de vista electromagnético que un banco de laboratorio.

Cableado y aislamiento del receptor GNSS

El camino entre la antena, el receptor y la electrónica principal también recibió especial atención.

Un cableado inadecuado puede funcionar como camino de acoplamiento de ruido o degradar la señal que recibe la antena.

Por eso, el rediseño consideró no solo la placa, sino también la forma de interconectar los distintos módulos.

El objetivo fue mantener la sección de RF física y eléctricamente separada de las principales fuentes de interferencia, preservando la integridad de la señal desde la antena hasta el receptor.

La agricultura de precisión depende de la calidad del posicionamiento

El sistema usa la posición del tractor para decidir dónde y cuánto insumo aplicar.

Antes de la operación, el área se mapea y la analizan especialistas, que definen las necesidades de cada zona del terreno.

Durante el trabajo en el campo, el equipo compara continuamente la posición GNSS con ese mapa y controla las válvulas de aplicación.

Así, distintas zonas pueden recibir distintas dosis de fertilizante, abono o agroquímicos según la necesidad definida de antemano.

En este tipo de aplicación, un error de posicionamiento no es solo un error en el mapa. Puede resultar en aplicación duplicada, falta de aplicación o una dosis inadecuada en determinada zona.

Del prototipo a miles de unidades por mes

Después de los cambios de arquitectura y la mejora del desempeño GNSS, el producto pasó a operar con la precisión necesaria para su aplicación.

El equipo se industrializó y siguió en producción durante varios años.

Hoy el sistema se vende en volúmenes del orden de miles de unidades por mes, lo que demuestra que las decisiones del rediseño no se quedaron en un prototipo de laboratorio.

La solución tuvo que ser técnicamente robusta y también adecuada para la producción en serie.

Una consultoría en sistema GNSS es más que elegir un receptor

Este proyecto muestra que el desempeño GNSS no depende solo de la especificación del módulo usado.

La antena, la alimentación, la PCB, la puesta a tierra, el layout, el blindaje, el cableado y las fuentes de interferencia forman parte del mismo problema.

En aplicaciones que exigen alta precisión, sobre todo en entornos con motores, fuentes conmutadas y sistemas de potencia, cada una de esas decisiones puede determinar si el receptor podrá o no entregar el desempeño esperado.

La consultoría en sistema GNSS de ECK actuó justamente en ese punto: convertir un receptor de alta precisión en un sistema capaz de mantener esa precisión una vez instalado en el equipo real.

Conozca también el trabajo de ECK en consultoría en ingeniería electrónica.