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avaliação de máquinasInstrumentaçãoInstrumentação

Aaquisição de dados é uma ativi-dade essencial em todo tipo detecnologia e ciência e seu objeti-

vo é apresentar, ao observador, os valores dasvariáveis, ou parâmetros, que estão sendomedidos. Uma vez que a tomada de dados éuma das etapas mais tediosas de um ciclode pesquisa, pode-se automatizar o sistemade aquisição sem comprometer a precisãocom as vantagens de reduzir os erros gera-dos pela transcrição de dados, eliminar asvariações induzidas pelo operador nos pro-cessos de coleta de dados e aumentar a taxade leitura de dados.

Na agricultura, vários pesquisadores têmtrabalhado em diferentes áreas, utilizando al-gum tipo de sistema de aquisição de dadoscom a finalidade de monitorar eventos em suaspesquisas. A versatilidade de um sistema deaquisição também se torna importante, per-mitindo sua adaptação para diferentes pesqui-sas sem grande elevação de custos.

Nos equipamentos que se deseja moni-torar, ou controlar, são instalados sensores,que transformam um fenômeno físico emsinais elétricos. Os sinais elétricos produzi-dos variam de acordo com os parâmetros fí-sicos, que estão sendo monitorados, e devemser condicionados para fornecer sinais apro-priados à placa de aquisição de dados. Os

acessórios de condicionamento de sinaisamplificam, isolam, filtram e excitam sinaispara que estes sejam apropriados às placasde aquisição. Uma vez condicionados e tra-balhados na forma desejada, os sinais podemser lidos em computadores, com placas espe-cíficas instaladas, e armazenados em diferen-tes formas, como arquivos de texto.

EQUIPAMENTOS NECESSÁRIOS

A configuração, controle e monitoramentoda aquisição de dados podem ser realizados como auxílio de programas de computador especí-ficos, como o LabVIEW (Laboratory VirtualInstrument Engineering Workbench) e equi-

pamentos da National Instruments, que tra-balham dentro do conceito de instrumento vir-tual (VI). A instrumentação virtual tem comoobjetivo usar um computador comum para criarum aplicativo simulando instrumentos reaiscom controles e ambiente personalizados, mascom a versatilidade que acompanha o progra-ma de aquisição. O LabVIEW é um ambientede desenvolvimento de aplicativos, ou instru-mentos virtuais, baseado em programação grá-fica. Utiliza terminologia, ícones e idéias fami-liares a técnicos, cientistas e engenheiros, e ébaseado em símbolos gráficos ao invés de lin-guagem de texto para descrever ações de pro-gramação. Sua grande vantagem é que o usuá-rio não necessita conhecer profundamente lin-

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O condicionamento de sinais é uma importante fase do sistema de aquisição de dados. Na seqüência:fenômeno físico, sensores, condicionamento de sinais, placa de aquisição de dados, computador

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Programa de computador permite precisão na aquisição automática dedados, que são usadas na avaliação de máquinas agrícolas, descartandoerros que antes eram cometidos na coleta convencional

Programa de computador permite precisão na aquisição automática dedados, que são usadas na avaliação de máquinas agrícolas, descartandoerros que antes eram cometidos na coleta convencional

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guagens ou técnicas de programação para criarum instrumento virtual, ou aplicativo, que ébaseado no conceito de fluxo de dados.

DESCRIÇÃO DO TRABALHO

Nesse sentido, foi realizado um traba-lho para desenvolver um programa de com-putador para aquisição automática de da-dos a ser utilizado na avaliação de máqui-nas agrícolas, utilizando programas e equi-pamentos da National Instruments, buscan-do a coleta de dados de uma forma eficien-te e reduzindo os erros tradicionais geradospela coleta de dados convencional.

Este trabalho foi realizado no Departa-mento de Engenharia Agrícola, na Univer-sidade Federal de Viçosa. Esta etapa cons-tou de instalação e configuração de senso-res, de componentes e do programa LabVI-EW versão 6i, da National Instruments.

A operação de aquisição automática dedados envolveu os seguintes sensores: célula

de carga modelo LCCA 10K da Omega, comcapacidade de 45 kN; torquímetro modeloTQ501-10K da Omega, com capacidade de1130 mN e 6000 rpm; sensor tipo indutivomodelo PS5-18GI50-E da Sense; e sensor develocidade modelo RVSII da Dickey-John. Foiutilizado, ainda, um computador portátilCompaq Presario para aquisição, processa-mento e armazenamento de dados.

OS SENSORES

A célula de carga converte uma força,agindo sobre ela, em um sinal elétrico analó-gico através da deformação física de medido-res de deformação, que são colados no blocoda célula de carga e são ligados em forma deponte de Wheatstone. Uma carga aplicadana célula, em compressão ou tensão, produz

uma deflexão no bloco, que transmite defor-mação aos medidores. A deformação produzuma alteração na resistência elétrica propor-cional à carga. Normalmente, uma voltagemde excitação é requerida na entrada e a saídapode ser lida em milivoltagem.

O torquímetro é constituído por um dis-positivo de anel deslizante integral que é utili-zado para transferir sinais elétricos da parteeletrônica rotativa para a parte eletrônica es-tacionária. O anel deslizante consiste de esco-vas de grafite que se encostam ao anel de rota-ção, fornecendo um percurso elétrico para aexcitação de entrada e para a voltagem do si-nal de saída de medidores de deformação liga-dos em forma de ponte de Wheatstone.

O sensor tipo indutivo é um equipamen-to eletrônico capaz de detectar a aproximaçãode peças metálicas, componentes, elementosde máquinas, etc. A detecção ocorre sem quehaja contato físico entre o sensor e o aciona-dor, aumentando a vida útil do sensor por nãopossuir peças móveis sujeitas a desgastes me-cânicos. Tem como princípio de funcionamen-to a geração de um campo eletromagnético dealta freqüência, desenvolvido por uma bobinaressonante instalada na face sensora. A bobi-na faz parte de um circuito oscilador, gerandoum sinal senoidal em condição normal e,quando esta é acionada com a proximidadede um metal, a energia do campo é absorvidapelo metal, diminuindo a amplitude do sinalgerado no oscilador. Esta variação é converti-da em uma variação contínua que, compara-da com um valor padrão, passa a atuar no es-tágio de saída para leitura.

O radar é utilizado para medir a veloci-dade de deslocamento de um objeto, ou veí-culo, no qual foi instalado. Possui circuitoseletrônicos que emitem um sinal Doppler, emdeterminada freqüência, em direção ao solo.O sinal atinge um obstáculo e uma freqüên-cia retorna a um circuito detector. Um mi-

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“Os acessórios de condicionamento de sinais amplificam, isolam, filtram eexcitam sinais para que estes sejam apropriados às placas de aquisição”

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Tela de apresentação doaplicativo AvaliaMA

Detalhe de instalação da célula de cargamontada na barra de tração do trator

Esquema de ligação dos componentes do sistema de aquisição de dados: 1 – Computador portátil; 2 – Cartão deaquisição de dados tipo PCMCIA; 3 e 4 – Cabos; 5 – Chassi; 6 – Módulo de terminais; 7 – Módulo condicionadorde sinais; 8 – Célula de carga; 9 – Torquímetro; 10 – Sensor tipo indutivo; 11 – Sensor de velocidade

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“O sistema de aquisição automática de dados, depois de implementado, foi testado preliminarmentecom a finalidade de verificar a precisão dos dados provenientes dos sensores e calibrá-los”

croprocessador mede o período de cada ciclodetectado, processando-o e gerando uma fre-qüência de saída correspondente a um nú-mero de pulsos por espaço percorrido.

APLICATIVO PARA AQUISIÇÃO DE DADOS

Utilizando o programa LabVIEW 6i, de-senvolveu-se um VI, ou aplicativo, denomina-do AvaliaMA, para aquisição automática dedados para coletar, processar e armazenar da-dos provenientes dos sensores instalados numamáquina agrícola, e no caso deste trabalho, umacolhedora de feijão. O aplicativo apresenta aousuário os dados, enquanto lidos, em tela, naforma gráfica e numérica em tempo real. Tema função de criar e abrir um arquivo para arma-zenagem dos dados, adquirir dados provenien-tes de sensores a uma taxa e freqüência de lei-tura definida, realizar operações aritméticas comos valores lidos e armazenar os dados em arqui-vo de texto. O aplicativo desenvolvido inicia econtinua a leitura, enquanto não ocorre errointerno do sistema de aquisição automática dedados, ou interrupção induzida pelo usuário.

O sistema de aquisição automática de da-dos, depois de implementado, foi testado preli-

minarmente com a finalidade de verificar a pre-cisão dos dados provenientes dos sensores ecalibrá-los. As equações de calibração de cadasensor foram utilizadas na programação doaplicativo desenvolvido para efeito de correçãodos dados obtidos pelo aplicativo. Em seguida,o sistema de aquisição automática de dados foitestado, em condições dinâmicas, comparan-do-se dados obtidos pelo aplicativo desenvolvi-do com dados lidos por outro sistema de leitu-ra, conectado aos mesmos sensores. Após osensaios preliminares, o sistema de aquisição au-tomática de dados foi montado em uma má-quina colhedora de feijão, tracionada por umtrator, a fim de avaliar seu desempenho duran-te a operação de colheita de feijão. A operaçãode colheita foi realizada na Área Experimentalda Epamig e no Laboratório de AutomaçãoAgropecuária da Embrapa Milho e Sorgo emSete Lagoas, MG. O feijão da variedade Pérolafoi utilizado nos ensaios de campo, sendo se-meadas 12 a 13 sementes por metro linear emespaçamento de 0,5 m entre linhas. O tratorutilizado no ensaio de campo foi o modeloMassey Ferguson 620 4x2 com tração diantei-ra auxiliar, enquanto a colhedora de feijão utili-zada foi a Colombo Double Master.

MONTAGEM DOS SENSORES

A célula de carga foi montada na barrade tração do trator, num dispositivo cons-truído de modo a eliminar forças laterais.O torquímetro foi montado entre a árvoresecundária de acionamento da colhedora ea árvore do cilindro trilhador da colhedorade feijão.

O sensor indutivo foi montado na árvorede acionamento primária da colhedora defeijão. Nesta árvore, foi instalada uma peçametálica responsável por gerar os pulsos li-dos pelo sensor. O sensor de velocidade foimontado na lateral do trator, na estruturada escada do operador.

Os dados de força de tração requerida pelabarra de tração, torque requerido e rotação daTDP, e velocidade de deslocamento da máqui-na colhedora de feijão foram coletados, em tem-po real, pelos sensores célula de carga, torquí-metro, sensor indutivo e sensor de velocidade,respectivamente. O conjunto trator-colhedorade feijão foi ensaiado sob diferentes condiçõesde operação, usando-se as velocidades de des-locamento de 4, 7 e 10 km/h, número de leirasde feijão colhido de 4, 7 e 10 leiras, e rotação daTDP de 420 e 540 rpm. A potência requeridana barra de tração foi calculada a partir dosdados coletados de força de tração requeridana barra de tração e velocidade de deslocamen-to. A potência requerida na TDP foi calculada,a partir dos dados coletados de torque requeri-do e a rotação da TDP.

CONCLUSÃO

Observou-se, durante ensaios, facilidade deoperação do sistema e do aplicativo AvaliaMA,permitindo rapidez e eficiência na operação deaquisição de dados e buscando eliminar os er-ros tradicionais gerados pela coleta de dadosconvencional, como anotações incorretas emplanilhas e perda de dados. Foi observada ain-da a capacidade de combinar o sistema imple-mentado para atender a demandas de diversaspesquisas, podendo ser utilizado em diferentestipos de máquinas agrícolas. M

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Detalhe de instalação do torquímetro montado entre a árvore secundária (esq.) e instalaçãodo sensor auditivo montado na árvore de acionamento primário da colhedora de feijão (dir.)

Variação do torque requerido na TDP em função do tempo, durante ensaio com

tratamento de 10 linhas na leira, a 10 km/h e rotação da TDP de 540 rpm

Ricardo Ferreira Garcia,Univ. Estadual do Norte Fluminense

Detalhe de instalação do sensor de velocidademontado na lateral do trator

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