INSTRUMENTAÇÃO DE UM PENETRÔMETRO HIDRÁULICO- ELETRÔNICO PARA OBTENÇÃO DE MAPAS DE SOLO EM AGRICULTURA DE PRECISÃO

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1 INSTRUMENTAÇÃO DE UM PENETRÔMETRO HIDRÁULICO- ELETRÔNICO PARA OBTENÇÃO DE MAPAS DE SOLO EM AGRICULTURA DE PRECISÃO Pedro Castro Neto 1 Kléber Pereira Lanças 2 Alberto Kazushi Nagaoka 3 RESUMO Este trabalho apresenta uma solução para instrumentação de um penetrômetro hidráulico-eletrônico equipado com um sistema de posicionamento global diferencial (DGPS), de forma a controlar a obtenção da grade de pontos no campo e automatizar a coleta de dados de resistência à penetração, de forma georeferenciada. Foi instalado no penetrômetro, um sistema de posicionamento global diferencial AgGPS 132, fabricado pela Trimble, com dados corrigidos em tempo real por sinal adquirido da Omnistar e equipado com barra de luzes para determinação das faixas longitudinais de percurso do conjunto. Em uma das rodas da carreta, foi acoplado um sensor de rotação (conta-giros), com a finalidade de determinação da distância transversal entre os pontos. O sistema de aquisição de dados utilizado foi um microlloger 23-X, fabricado pela Campbell Scientific, Inc., utilizado para obter os dados de força e posição da haste do penetrômetro e das coordenadas de posição para cada um dos pontos, bem como controlar o espaçamento transversal entre os pontos de amostragem ao longo do percurso. O programa desenvolvido para o sistema de aquisição de dados permitiu o controle do tempo entre cada leitura de força e posição, controle do tempo entre cada leitura de coordenada de posição, controle da distância entre os pontos de amostragem, controle de emissão de um sinal sonoro ao operador do trator para cada ponto de amostragem, bem como o controle de gravação dos dados. O sistema proposto aumentou a agilidade e confiabilidade na obtenção dos dados e eliminou a necessidade de utilização de um microcomputador portátil no trabalho de campo, condição não adequada para este tipo de equipamento. PALAVRAS-CHAVE: agricultura de precisão, penetrômetro, DGPS, índice de cone. HIDRAULIC-ELETRONIC PENETROMETER INSTRUMENTATION FOR PRECISION AGRICULTURE SOIL MAPS OBTAINMENT ABSTRACT This work presents a solution for instrumenting a hydraulic-electronic penetrômeter equipped with a differencial global positioning system (DGPS), in way to control the obtaining of the points grid in the field and to automate the soil cone index collection, in georeferenciated form. A DGPS AgGPS 132, manufactured by Trimble, with data corrected in real time by acquired sign of Omnistar and equipped with light bar for determination of the longitudinal strips of course of the group, was linked on the penetrometer. In one of the wheels of the cart, a rotation sensor was coupled (bill-turns), with the purpose of determination of the traverse distance among the points. The acquisition data system utilized was a microlloger 23-X, manufactured by Campbell Scientific, Inc., used to obtain the power data, position data of the penetrometer stem and coordinates position for each one of the points, as well as to control the traverse spacing among the sampling points along the course. The program developed for data acquisition system allowed the time 1 Engenheiro Agrônomo, D.Sc.,docente do Depto. de Engenharia da UFLA, pedrocn@ufla.br 2 Engenheiro Mecânico, D.Sc., docente do Depto. de Eng. Rural da FCA-UNESP, kplancas@fca.unesp.br 3 Engenheiro Agrícola, D.Sc., docente da UDESC, a2akn@udesc.br

2 control between each reading of force and position, control of the time among each reading of coordinate position, control of the distance among the sampling points, emission control of a sound sign to the tractor s operator for each sampling point, as well as the control of data recording. The proposed system increased the agility and reliability in the obtaining of the data and it eliminated the need of use of a portable microcomputer in the field work, condition not adapted for this equipment type. KEYWORDS: Precision agriculture, penetrometer, DGPS, cone index. 2. INTRODUÇÃO A agricultura de precisão é uma filosofia de trabalho para a exploração e administração da produção agrícola, baseando-se na coleção e manuseio de informações a respeito do processo agrícola, com o objetivo final de otimizar a produção, reduzir a quantidade de insumos utilizados e preservar o meio ambiente. O DGPS tem se fixado como o sistema padrão para a localização de máquinas no campo, áreas e fatores de produção agrícola. O levantamento de dados com a finalidade de gerar mapas de atributos de solo em agricultura de precisão, exige rapidez na coleta e análise de dados, com menor custo e menor impacto ambiental. O posicionamento para a coleta de dados deve ser feito em forma de uma grade de pontos, e não em forma de Z como é comumente realizado na agricultura convencional. Foi construído, na Faculdade de Ciências Agronômicas da UNESP, em Botucatu-SP, um penetrômetro de acionamento hidráulico-eletrônico montado sobre uma carreta rodoviária tracionável por um carro de passeio, facilitando assim o transporte do equipamento (Santos, 1998). No campo, a carreta é adaptada à barra de tração de um trator e a energia necessária para cravar a haste no solo é obtida do sistema hidráulico (controle remoto) do próprio trator. Este equipamento foi utilizado com sucesso, entre outros, por Nagaoka et al. (1999) para o estudo de índices de cone na linha e na entrelinha da cultura da soja, e por Castro Neto et al. (1999) para o estudo da resistência do solo à penetração, antes e após a colheita mecanizada da soja. Posteriormente, foi instalado no mesmo equipamento um sistema de posicionamento global diferencial, DGPS, (Castro Neto et al., 1999; Lanças et al., 1999) e foi desenvolvido um sistema de processamento de dados (Castro Neto et al., 2000) com a finalidade de elaboração de mapas de isoresistência à penetração, aplicando a metodologia em áreas de reforma da cultura da cana-de-açúcar, obtendo resultados promissores para o monitoramento da compactação de solos agrícolas em pequenas ou grandes áreas. Nesta etapa, os dados de resistência à penetração (força e profundidade) foram coletados em um sistema de aquisição de dados CR-23 X, fabricado pela Campbell Scientific, Inc., e os dados de posição por um microcomputador portátil, equipamento este de uso inadequado para as condições adversas do trabalho em campo. Desta forma, o presente trabalho foi desenvolvido com o objetivo desenvolver uma solução de forma a centralizar a coleta de dados do DGPS e do penetrômetro no sistema de aquisição de dados CR-23 X, bem como utilizar os recursos dos dois equipamentos para o controle da distância longitudinal e transversal entre os pontos de amostragem no campo. 3. MATERIAL E MÉTODOS Para o desenvolvimento do programa para controle do sistema de aquisição de dados, foi utilizada a ferramenta de desenvolvimento de programas PC208W, fornecida pelo fabricante do equipamento e, para o tratamento dos dados coletados em campo, foi desenvolvida nova versão do sistema INDCONE (Castro Neto et al., 2000), utilizando-se a linguagem clipper 5.x (Nantucket). Para esta solução, acrescentou-se ao conjunto uma barra de luzes controlada pelo sistema de posicionamento global diferencial, que permite o controle da distância transversal de tráfego para obtenção dos pontos de amostragem. A programação desta distância deve ser efetuada diretamente no sistema DGPS. 2

3 Foi acoplado em uma das rodas da carreta, um sensor de rotação (conta-giros), o qual gera oito pulsos a cada volta completa do pneu, conectado ao sistema de aquisição de dados CR-23 X. Assim, o programa foi desenvolvido de forma que, cada vez que fosse completada a distância longitudinal desejada, era emitido um sinal sonoro ao operador do trator, indicando que era o momento de parar o conjunto para efetuar uma amostragem do solo. O sistema de posicionamento global diferencial foi conectado à interface serial do sistema de aquisição de dados, desenvolvendo-se uma subrotina específica para a obtenção dos dados de latitude, longitude e altitude. O programa foi desenvolvido utilizando-se três áreas de programa do sistema de aquisição de dados: a primeira com um intervalo de execução de 0,3 segundos para o controle da distância longitudinal, sensor de posição do pistão hidráulico, célula de carga e bateria, com gravação dos dados de data e hora, posição e força (Figura 1); a segunda, com intervalo de execução de 5 segundos, para o controle de leitura e gravação das coordenadas de posição; e a terceira contendo a subrotina de leitura dos dados do DGPS via porta serial e cálculo das coordenadas de posição. 4. RESULTADOS E DISCUSSÃO O Quadro 1 apresenta uma pequena série de dados coletados pelo sistema de aquisição de dados e transferidas para um microcomputador com o auxílio do programa PC208W, em formato texto (ASCII), separadas por vírgulas. As linhas iniciadas pelo numeral 1 indicam, na ordem, o número da área de programa (10), o dia Juliano (295), hora (6:55), segundos (16.4), o número seqüencial do ponto de amostragem (1), a posição da haste do penetrômetro (185,1 mm) e a força executada para cravar a haste no solo ( N). A linha iniciada pelo numeral 2 indica, na ordem, o número da área de programa (20), o dia Juliano (295), hora (6:55), segundos (16.4), o número seqüencial do ponto de amostragem (1), latitude (22 49 ), fração de minutos da latitude (0,0571), longitude (48 25 ), fração de minutos da longitude (0,7031) e altitude (752,17 metros). O programa INDCONE (Castro Neto et al., 2000) foi modificado de forma a processar seqüências de dados com a estrutura apresentada no Quadro 1, gerando arquivos de dados para elaboração de gráficos de resistência do solo à penetração em função da profundidade e para a confecção de mapas georeferenciados de profundidade atingida pela haste, pressão máxima observada, profundidade da pressão máxima, altitude, índice de cone nas profundidade de 0 a 0,10m, 0 a 0,15m, 0 a 0,30m, 0,10 a 0,20m, 0,20 a 0,30m, 0,30 a 0,40m e de 0,40m até a profundidade atingida. 3

4 - Início do processo - Define freqüência (3,33 HZ) - Define distância longitudinal Aguarda tempo para nova leitura (freqüência) - Lê sensor de roda - Lê sensor de posição do pistão - Lê célula de carga Distancia longitudinal completada SIM Emite sinal sonoro e zera acumulador NÃO Força >= 30N? NÃO SIM Grava dados FIGURA 1: Fluxograma simplificado do programa para coleta de dados de resistência à penetração e espaçamento longitudinal. 5. CONCLUSÕES A solução proposta para a automatização do penetrômetro hidráulico eletrônico aumentou a agilidade, segurança e precisão no estabelecimento da rota de tráfego do conjunto no campo, na coleta e no tratamento dos dados, permitindo a utilização do grande volume de informações obtidas no campo para a tomada de decisão por parte do agricultor, em curto espaço de tempo. 4

5 QUADRO 1: Amostra de arquivo de coleta de dados do penetrômetro hidráulico-eletrônico ,295,655,16.4,1,185.1, ,295,655,16.7,1,193.8, ,295,655,17.0,1,202.7, ,295,655,17.3,1,211.5, ,295,655,17.6,1,220.6, ,295,655,17.9,1,229.8, ,295,655,18.2,1,238.5, ,295,655,18.5,1,247.3, ,295,655,18.8,1,255.8, ,295,655,19.1,1,264.1, ,295,655,19.4,1,272.6, ,295,655,19.7,1,281.0, ,295,655,20.0,1,289.7, ,295,655,20.2,1,2249,571.29,4825,7031.3, ,295,655,20.3,1,298.4, REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICAS CASTRO NETO, P., LANÇAS, K.P., NAGAOKA, A.K. Sistema para avaliação da compactação do solo em áreas de reforma da cultura da cana-de-açúcar. In: CONGRESSO DA SBI-Agro, 2, 1999, Campinas-SP. Anais... Campinas: Softex Agrosoft, CASTRO NETO, P., NAGAOKA, A.K., LANÇAS, K.P., BENEZ, S.H. Resistência à penetração do solo antes e após a colheita mecanizada da sola sob diferentes sistemas de manejo. In: SIMPÓSIO EM ENERGIA NA AGRICULTURA, 1,1999, Botucatu-SP. Anais... Botucatu-SP: UNESP-FCA, P NAGAOKA, A.K., CASTRO NETO, P., LANÇAS, K.P., BENEZ, S.H. Índices de cone na linha e na entrelinha de plantio da soja em diferentes tipos de manejo do solo. In: SIMPÓSIO EM ENERGIA NA AGRICULTURA, 1,1999, Botucatu-SP. Anais... Botucatu-SP: UNESP-FCA, P SANTOS, A.dos S. Projeto e construção de um penetrômetro hidráulico-eletrônico p. Dissertação (Mestrado em Agronomia/Energia na Agricultura) Faculdade de Ciências Agronômicas, Universidade Estadual Paulista. 5