Proposta para construção de medidor volumétrico de leite

direcionado a pequenos e médios produtores rurais,

utilizando como base tecnológica a plataforma Arduino

José Marcos Neto1, Marcos Alberto Lopes da Silva

1Bacharelado em Ciência da Computação – Centro Universitário do Triângulo (UNITRI) – Av. Nicomedes Alves dos Santos, 4545, Bairro Gávea - CEP 38.411-106 –

Uberlândia – MG – Brasil

josemarcos@kompass.com.br, malopes21@gmail.com

Resumo. A indústria passou por três revoluções em nossa história recente e

está iniciando uma quarta revolução, marcada pela convergência de

tecnologias digitais, onde o mundo real se mistura com o mundo tecnológico

permitindo que o homem interaja com a informação de forma inovadora. A

mecanização e automação de atividades produtivas antes encontradas

principalmente nos grandes centros industriais chegam ao campo. O

agronegócio se reinventa com a substituição de boa parte da mão de obra

humana em busca de competitividade e produtividade aliada a recursos

tecnológicos. Com a massificação de microprocessadores e

microcontroladores há o surgimento de novas tecnologias alternativas que se

popularizam possibilitando o desenvolvimento de projetos com hardware e

software de código aberto e de baixo custo. A construção de um medidor

volumétrico utilizando a Plataforma Arduino, dispositivo open source,

possibilitou que se encontrasse uma solução alternativa aos grandes players

do mercado e seus produtos de alto valor agregado, para a Fazenda

Conceição, na obtenção do volume de leite produzido por animal. O índice

volumétrico por animal é essencial para que o produtor rural possa realizar o

manejo adequado de seu rebanho, obtendo consequentemente melhora na

qualidade do mesmo e aumento de produtividade.

1. Introdução

O agronegócio, cada vez mais, direciona os produtores rurais rumo a mecanização e automação de suas atividades, isso os torna mais competitivos e produtivos em um mercado amplamente globalizado. Na história recente ocorreram três revoluções industriais, entrando nos dias atuais, na quarta revolução, onde carros autônomos trafegam pelas ruas com atuação mínima do ser humano, atendentes robôs, em hotéis, substituem o homem e, máquinas com inteligência artificial embarcada são capazes de aprender e agregar novos conhecimentos para darem respostas e soluções às questões que lhes são apresentadas.

Dentro deste cenário de evolução tecnológica, surgem novas oportunidades de negócio, produtos e serviços que visam facilitar a integração do homem do campo à modernidade do processamento de informações para auxiliá-lo na tomada de decisões. A medição da produção de leite na atividade rural é de suma importância para identificar individualmente a capacidade produtiva de cada animal, com isso, os principais benefícios são: poder ajustar de forma adequada o manejo do rebanho, tratar

as necessidades de alimento e pastagem para cada animal. Este trabalho, portanto, orientar-se-á no sentido de identificar a possibilidade de automatizar a medição de leite, com a adoção da plataforma Arduino, um dispositivo open source, no qual é possível embarcar um software que controla as funcionalidades dos dispositivos acessórios e sensores que atuam diretamente na medição, fornecendo índices individuais da produção de leite.

Diante de um mercado altamente competitivo, grandes players se destacam com produtos e softwares integrados para mecanização e automação na agropecuária. Porém, o alto custo destes equipamentos dificulta, principalmente aos pequenos produtores de leite, integrar sua atividade aos recursos altamente tecnológicos. Nesse contexto, a proposta de trabalho visa apresentar um modelo básico de um protótipo, que atenda as expectativas, conforme poderá ser observado no estudo de caso realizado na Fazenda Conceição de propriedade do Sr. Ari M. Borges. A relevância desta pesquisa contribui, diretamente, para análise e desenvolvimento de estratégia alternativa que permitirá a inserção de maior número de pequenos e médios produtores no contexto tecnológico, contribuindo efetivamente no melhoramento do manejo do rebanho e conseqüente aumento da produtividade leiteira.

2. Onde tudo começou (As Revoluções na Indústria?)

É notória sua indispensável aplicabilidade em dias atuais, nas residências, na indústria e nos principais processos da cadeia produtiva, onde é amplamente utilizada com a finalidade de aperfeiçoar o desenvolvimento de produtos ou serviços. Trata-se da automação, que de forma geral, trouxe grandes benefícios para a humanidade.

A utilização de tecnologia está presente desde a antiguidade, quando o homem desenvolvia ferramentas para aperfeiçoar sua forma de vida, facilitando o modo como obtinha seu sustento diário. A automação é só mais um degrau em direção ao desenvolvimento dos processos produtivos.

É preciso lembrar que automação é um processo ou tarefa que é desenvolvida através de máquinas controladas de forma automática e mecanização é simplesmente o emprego de uma máquina para execução de alguma tarefa em substituição ao esforço físico humano (PUC GOIÁS, 2011).

Leonardo Da Vinci (1452-1519), com seus desenhos e experimentos, antecipou em muitos séculos tecnologias essenciais para os nossos dias.

“Da Vinci pensava na realidade e agia com base nas leis da

natureza. Era um futurista do século XV, conforme relatou físico

Vanderlei Salvador Bagnato, professor do Instituto de Física de

São Carlos, Universidade de São Paulo (USP)” (VEJA, 2016).

Observando a natureza e seu comportamento, Da Vinci enxergou mecanismos que anteciparia em pelo menos cinco séculos a invenção do helicóptero, conforme poderá ser visualizado na Figura 1.

Figura 1. Parafuso aéreo (VEJA, 2016).

Na Europa do século XV, a produção têxtil com a utilização dos teares era bastante difundida e Da Vinci é o primeiro a conceber sua automação. Sua imaginação inventiva multiplicou o movimento das mãos dos tecelões aumentando a rapidez e produtividade através da junção de roldanas, manivelas e alavancas empregadas nas máquinas de tecelagem, Figura 2.

Figura 2. Tear automático (VEJA, 2016).

2.1. Do Vapor ao Computador

Não haveria automação industrial sem antes haver as indústrias que por sua vez necessitam desenvolver processos automáticos cada vez mais autocontroláveis. No século XVIII tem-se o início da automação industrial com o advento da máquina a vapor por James Watt, no ano de 1788 (PUC GOIÁS, 2011).

A chamada II Revolução industrial aconteceria no século seguinte. A indústria alavancou seu crescimento se fortalecendo com o surgimento de novas fontes energéticas, o surgimento do aço e, neste ambiente propício para o desenvolvimento de novas tecnologias, criaram-se também dispositivos mecânicos chamados relés, que em pouco tempo faria parte do processo produtivo das fábricas (UFRN, 2003).

Embora o conceito de indústria já se estabelecera, no início do século XX, os ambientes fabris ainda desfrutavam de processos de automação bem rudimentares. Em 1909, Henry Ford revolucionou o pensamento da indústria, propagando-se até os dias de hoje. Henry Ford (1863-1947), na General Motors, idealizou o que ele mesmo chamou de Linha de Montagem, dando início ao que poderia ser considerado o ponto crucial para o grande desenvolvimento industrial tornando um bom marco inicial da Automação industrial. Os conceitos de Henry Ford, (FGV) e (PORTAL EDUCAÇÃO), revolucionaram a indústria da época, elaborando basicamente três princípios de administração que resumidamente são:

1) princípio da intensificação: redução do tempo desde a fabricação da matéria-prima até a colocação do produto no mercado;

2) princípio da economicidade: reduzir ao mínimo o estoque da matéria-prima;

3) princípio de produtividade: aumento da capacidade de produção por trabalhador com redução de custos através do emprego de técnicas especializadas e linha de montagem.

A GM, naquele século, já produzia automóveis em larga escala, e nos anos seguintes a morte de Henry, a GM já fazia uso de máquinas automatizadas por relés. No entanto, a alta complexidade com instalação de painéis e cabines de controle, problemas estruturais, vida útil dos relés, gasto excessivo de energia e outros problemas associados levaram a GM, em 1968, contratar a empresa BedFord Association, em BedFord – USA, para desenvolver um dispositivo eletrônico em substituição relés utilizados naquela época. Criaram então o MDC – Modular Digital Controller, primeiro Controlador Lógico Programável que viria a substituir todo amontoado de fios, cabines de controle consumido pelos relés.

Em 1954, foram criados os primeiros robôs, pelo americano George Devol. A princípio substituíram a mão-de-obra no transporte de materiais perigosos, em poucos anos, a GM instalou robôs em sua linha de montagem para soldagem de carrocerias.

A evolução dos processos de automação continua até nossos dias, onde os diferentes níveis de controle de automação poderão ser explicados pela pirâmide da automação industrial, Figura 3, (AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL).

Figura 3. A pirâmide da Automação Industrial (AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL).

A história das máquinas nos revela pelo menos três momentos decisivos nestes últimos séculos, uma delas foi a possibilidade de acionar máquinas por meio da máquina a vapor de James Watt, sem uso de força humana. Outro momento crucial foi a produção em série com as máquinas automáticas, por Henry Ford. Já a terceira revolução, a das máquinas computadorizadas, iniciada com a Segunda Guerra Mundial momento em que, realmente, nasceram os computadores atuais.

Por fim, inicia-se a quarta revolução industrial marcada pela convergência de tecnologias digitais, físicas e biológicas, onde mundo real se mistura com o mundo tecnológico permitindo que o homem interaja com a informação de forma inovadora. Robôs e softwares trabalhando junto com seres humanos, transformando radicalmente a

forma de trabalho. Automação e máquinas com capacidade de raciocínio já estão substituindo o trabalho humano, essa transformação beneficiará quem estiver mais bem adaptado e com maior capacidade de gerar inovação (SEBRAE, 2017).

Os CLPs (Programmable Logic Controller), vieram para substituir os relés, dispositivos mecânicos que por este fato estavam pré-dispostos ao desgaste além de outros problemas já mencionados. Os CLPs geralmente explicados como computadores miniaturizados que contém um hardware e software utilizados para realizar as funções de controle, uma unidade central de processamento recebe informações através de uma unidade de entrada de dados, processa estas informações segundo as especificações de um programa armazenado em uma unidade de memória, e devolve os resultados através de uma unidade de saída.

Definição de CLPs segundo a Nema (National Electrical Manufacturers Association ):

“Aparelho eletrônico digital que utiliza uma memória

programável para o armazenamento interno de instruções para

implementações específicas, tais como lógica, seqüenciamento,

temporização, contagem e aritmética, para controlar, através de

módulos de entradas e saídas, vários tipos de máquinas ou

processos” (UFPR).

Como dito anteriormente, no início deste capítulo, é inegável a aplicabilidade da automação, seja para aperfeiçoar processos, aumentar a produtividade, reduzir custos. A automação está presente em vários setores, dentre tantos, encontra-se na indústria, comércio, setor agrícola, têxtil e residências.

2.2. Automação no Agronegócio

Diante dos desafios da modernidade e da globalização, o homem do campo não foge a esse contexto, a era dos veículos de tração animal, da enxada e da foice, dá lugar a automação, a robótica, a informática, instrumentos e a mecanização rural.

Responsável por cerca de 13% do PIB nacional em 2017 (IBGE, 2018), é cada vez mais intensivo a mecanização e automação no agronegócio. A informação precisa para tomada de decisão, controles computacionais com a finalidade de reduzir custos, alinhar a produção com produtividade.

A produção leiteira, parte do tema foco deste trabalho, aos poucos tem automatizado sua estrutura. Ainda um número bem reduzido de produtores de leite, cerca de 13% no Brasil (BNDES, 2016), sendo 1,3 milhão de propriedades produzindo leite (BALDE BRANCO, 2016), fazem uso de equipamentos e técnicas na produção de leite como por exemplo, ordenha mecânica, isso se dá em função dos autos custos de equipamentos face ao grande número de pequenos produtores que não possuem renda suficiente para grandes investimentos.

Uma das grandes empresas privada que está inserida neste mercado voltada para a produção de leite é a DeLaval que agrega um programa de automação, que visa soluções integradas para redução de mão-de-obra, utilização de sensores no fornecimento de dados para tomada de decisão. Integrando todos os equipamentos e os próprios sensores compilados em um único software de gerenciamento do rebanho (DELAVAL, 2018).

O medidor de leite, ponto focal deste trabalho, é um dos equipamentos de automação que facilita o controle do volume produzido por animal durante o período de lactação deste, pois, realiza a contagem diária da produção e a transmite, automaticamente, a um sistema informatizado. Outro benefício da identificação diária do volume produzido é o controle do manejo do rebanho, permitindo ao produtor tratar especificamente o animal de forma individualizada, ofertando mais ou menos ração, divisão em grupos com mesmo índice de produção ou até mesmo indicando a necessidade do descarte do animal. Abaixo um modelo de medidor mecânico, Figura 4, e um modelo digital, Figura 5. Tais equipamentos poderão ser adquiridos em sites de comércio eletrônico ou em lojas voltadas para o seguimento agropecuário.

Figura 4. Modelo de Medidor de Leite Mecânico (TRU-TEST, 2018).

Figura 5. Modelo de Medidor de Leite Digital (BRMILK, 2018)

2.3. Diferença entre Micropocessador e Microcontrolador

A popularidade dos microcomputadores nos dias atuais, permitiu sua utilização nas mais variadas aplicações, desde processos como numa balança eletrônica, piloto automático de carros, reserva de passagens, bem como em operações mais complexas tais como: automação industrial na fabricação de veículos a controle de reatores nucelares.

O desenvolvimento da Microeletrônica a passos largos nos últimos anos é responsável em grande parte por esta popularização, disponibilizando rapidamente componentes cada vez mais poderosos e aplicações cada vez mais complexas. O cérebro dos microcomputadores é o microprocessador.

2.4. O Microprocessador

O primeiro microprocessador mais conhecido e que impulsionou o desenvolvimento de outros microprocessadores até nossos dias é o microprocessador 8080 da Intel, Figura

6, lançado em dezembro de 1973. Apesar de antigo seus conceitos básicos estão presentes nos microprocessadores mais recentes (UFPR).

Figura 6. Intel 8080 Foto: http://www.x86-guide.com

O micropocessador, ou simplesmente processador, é responsável pela execução dos cálculos e instruções solicitados pelos programas, e se incumbe de enviar as informações solicitadas por todos os componentes do PC e de receber aquelas por eles geradas. Ele é de vital importância para o funcionamento geral do computador, celulares, tablets e equipamentos que baseiam-se nele para executar suas funções. No entanto, o microprocessador não trabalha sozinho e nem pode ser programado, isto significa que para o microprocessador trabalhar o mesmo necessita de outros componentes externos como memória de leitura e escrita para armazenamento de dados, memória RAM e ROM, dispositivos periféricos, conversores, interfaces, etc.

2.5. O Microcontrolador

O chip do microcontrolador é praticamente um computador, isto é, no mesmo estão reunidos os itens necessários para seu funcionamento como processador, memória ROM e RAM, periféricos de entrada e saída, conversor analógico e digital, etc. É programável, e pode executar diversas funções, no entanto, para que outras funções sejam executadas, é necessário reprogramá-lo, isto significa que o microcontrolador trabalha somente com as funcionalidades que está em seu programa.

O microcontrolador é dedicado ao dispositivo ou sistema que ele controla, geralmente embarcado no interior de outro dispositivo para que possam controlar suas funções, tais como: alarmes, eletrodomésticos, veículos, etc.

A capacidade de gerenciar e otimizar funcionalidades de dispositivos é consideravelmente alta, além do baixo custo, a presença de componentes como memórias e conversores e sua fácil programação, torna o microcontrolador muito utilizado atualmente (NOVA ELETRONICA).

Exemplos de Microcontroladores:

• PIC - família de microcontroladores fabricados pela Microchip -

http://www.microchip.com/design-centers/8-bit

• Atmel AVR - família de microcontroladores fabricados pela Atmel, sendo esta adquirida em 2016 pela Microship - https://www.embarcados.com.br/microchip-

compra-atmel.

• Intel MCS - família de microcontroladores, Figura 7, fabricados pela Intel - https://www.embarcados.com.br/intel-8051

Figura 7. Intel 8051

3. A Plataforma Open-Source Arduino

No ano de 2005, objetivando a criação de um dispositivo que reunisse em si mesmo características como baixo custo, que fosse funcional e de fácil programação, tornando assim acessível a estudantes e projetistas amadores, 5 pesquisadores: Massimo Banzi,

David Cuartielles, Tom Igoe, Gianluca Martino e David Mellis, criaram a plataforma Arduino (MCROBERTS, 2015).

A característica conceitual de hardware livre adotada pelos seus criadores, buscava permitir a qualquer um montar, modificar, melhorar e personalizar o Arduino, partindo de um mesmo hardware básico o que o torna um incrível projeto open source com capacidade para desenvolver do mais simples a complexos projetos de forma rápida e fácil, com uma curva de aprendizagem relativamente baixa.

3.1. O Hardware Arduino

O hardware consiste em um dispositivo open source simples projetado para um microcontrolador Atmel AVR de 8 bits, alguns modelos foram projetados para um Atmel ARM de 32 bits. O software consiste em uma linguagem de programação padrão e do bootloader que roda no microcontrolador.

As placas Arduino, Figura 8 (modelo de uma placa Arduino Mega), são capazes de realizar leitura de entradas e saídas, tais como: luz em um sensor, pressionamento em um botão ou uma mensagem no twitter e, após fazer algum processamento, transformá-las em uma saída – ativar um motor, ligar um LED, publicar algo on-line, entre outros. Utilizando a linguagem C/C++, podendo ser estendida por meio de bibliotecas C++, em um ambiente de desenvolvimento próprio da plataforma, software Arduino (IDE), o programa poderá dizer à placa o que fazer, enviando um conjunto de instruções para o microcontrolador, trocando informações entre os dispositivos e componentes externos que se conectam a ele.

Figura 8. Arduino Mega (ARDUINO, 2018).

A IDE própria da plataforma Arduino, Figura 9, permite que o usuário escreva um sketch (programa ou literalmente, rascunho ou esboço), conjunto de instruções passo a passo, do qual deverá fazer o upload para o Arduino.

Em uma definição resumida, podemos chamar o Arduino de plataforma de computação física ou embarcada (MCROBERTS, 2015).

Figura 9. IDE com o sketch Blink carregado.

O Arduino pode ser conectado a LEDs, displays de matriz de pontos, botões de acionamento, interruptores, motores, sensores de temperatura, sensores de pressão, sensores de distância, receptores GPS, módulos Ethernet e Wifi ou qualquer outro dispositivo que emita dados ou que possa ser controlado.

Funcionalidades específicas poderão ser adicionadas ao Arduino através dos Shields (escudos), são placas de circuito, adicionais e prontas para uso, acopladas a placa principal e que contém outros dispositivos, tais como: receptores GPS, displays de LCD, módulos de Ethernet, etc. Em substituição aos Shields, pode-se criar o mesmo circuito utilizando protoboards ou construindo os circuitos em PCB.

Há inúmeras versões do Arduino disponíveis. A mais comum é a versão Uno – lançada em 2010, Figura 10, comumente encontrada na maioria dos projetos Arduino, talvez por ser a mais versátil.

Figura 10. Arduino Uno (ARDUINO, 2018).

Há um grande número de placas Arduino que estão agrupadas nos seguintes níveis: • Entry Level - Nível de Entrada;

• Enhanced Features – Recursos Avançados;

• Internet of Things – Internet das Coisas;

• Education – Educacional;

• Wearable – Vestíveis;

• 3D Printing – Impressão 3D;

Uma lista completa das versões de placas poderá ser encontrada no site oficial (ARDUINO, 2018). Cada placa tem funcionalidades específicas que poderão atender a diferentes projetos.

A versatilidade desse sistema é que ao criar um projeto com um Arduino, e posteriormente quiser transformá-lo em um projeto permanente, pode-se utilizar o Arduino simplesmente para desenvolver o dispositivo e programar o chip, e então, retirar o chip e colocá-lo em uma placa própria de circuito personalizado. Assim, terá criado um dispositivo embarcado personalizado.

No presente trabalho, na seção de Estudo de Caso, faz-se uso da placa Arduino Uno. Para embarcar o sistema de forma a tornar tudo devidamente funcional, deve-se apenas ter a IDE e os drivers da placa utilizada instalados, para conectar-se ao Arduino por meio de um cabo USB e realizar o upload do programa. Ao conectar a placa ao PC, aquela se apresentará como uma porta COM no ambiente Windows, a qual deverá ser identificada na IDE para o correto upload do software. No próximo tópico será mostrado o estudo de caso de um medidor de leite com o uso de sensor Hall para medir a vazão, display de LCD para visualização das informações e uma placa Arduino para controle dos dispositivos acoplados.

4. Estudo de Caso

O manejo do rebanho bovino para produção leiteira depende de informações precisas e diárias para uma constante adequação, redução de custos e aumento da produtividade.

O cenário utilizado para este estudo de caso encontra-se na fazenda Conceição, ambiente real e propício para desenvolvimento do projeto, pois, não obstante o uso da ordenha mecânica, ainda não faz uso de qualquer dispositivo de medição da produção de leite. O manejo do rebanho na fazenda Conceição se dá de forma igualitária, ou seja, na distribuição de ração não há diferenciação de volume por animal, sendo distribuída de igual forma a todos e, os animais agrupados em um mesmo pasto. Não há, portanto, conhecimento detalhado da capacidade produtiva de cada animal, pois, não há

implantado qualquer dispositivo mecânico ou eletrônico para a obtenção de tal informação. Somente a obtenção do volume total, até então, é possível, com a utilização da ordenha mecânica, a produção é toda direcionada para o tanque de resfriamento, Figura 11, nele há uma régua que possibilita identificar o volume total armazenado mediante uma tabela de conversão em litros a partir do valor encontrado na mesma.

Figura 11. Tanque de Resfriamento de Leite.

Através da orientação de um profissional veterinário, iniciou-se o processo de melhoria no manejo do rebanho e, para tanto, a necessidade, entre outras, de obter-se a informação da produção diária de cada animal.

Para o cenário utilizado, faz-se imprescindível a aquisição do medidor de leite, contudo, o custo final elevado para a obtenção de 4 unidades do medidor mecânico torna-se um fator preocupante. Mediante tal necessidade de aquisição dos equipamentos, algumas análises sobre quais alternativas no mercado seriam mais adequadas, por fim, decidiu-se pelo desenvolvimento e aprimoramento de um protótipo básico que atendesse às expectativas do momento.

As primeiras tentativas foram direcionadas para a construção de um medidor com a utilização de uma célula de carga, utilizada em balanças digitais controlada pela placa Arduino Uno, conforme esquema demonstrado na Figura 12, e para a leitura das variações obtidas pela célula de carga foi utilizada uma placa shield acoplada ao Arduino.

Figura 12. Esquema elétrico Arduino Uno conectado a uma Célula de Carga.

A idéia inicial era a identificação da produção por animal pelo peso do leite produzido. Este conceito se mostrou ineficaz, primeiro pela complexidade de controle do fluxo de leite que deveria ser interrompido até o limite de peso determinado e posteriormente liberado para continuar até o tanque de resfriamento e, segundo, pela

instabilidade gerada nos equipamentos pelo fluxo intermitente de leite, causando erro nas leituras.

Optou-se, por fim, pela utilização de um sensor, Figura 13, que medisse a vazão de líquido, o mesmo mostrou-se mais viável já que não interrompia o fluxo de leite nos dutos e a oscilação nas mangueiras e dutos não causou problemas para obter-se a leitura.

Figura 13. Sensor de vazão de líquidos.

Como dispositivo de saída para visualização das leituras obtidas a partir do sensor de vazão, foi acoplado um display LCD, Figura 14, à placa Arduino Uno, para exibir o volume em litros, o temporizador e funções básicas de “P-pausa”, responsável por parar a leitura do sensor e “I-início”, ativa o processo de leitura do sensor, anteriormente interrompido pela função “P-pausa”.

Figura 14. LCD para visualização de informações e funções.

As funções de início e pausa são acionadas por botões conforme o esquema elétrico mostrado na Figura 15, onde o pressionamento sobre um botão gera leitura com diferentes níveis de corrente elétrica, resultado obtido pela presença do resistor conectado em um dos pólos de cada botão. A diferença de corrente elétrica é detectada pelo software embarcado e o mesmo realiza o acionamento da funcionalidade específica solicitada.

Figura 15. Esquema elétrico para o botão de seleção

A partir das pesquisas realizadas e um aprofundamento dos estudos em partes da eletrônica, para conhecimento e entendimento das funcionalidades e especificações particulares dos materiais e dispositivos utilizados, foi possível integrar todos os dispositivos à placa Arduino Uno, sendo apresentado ao final um protótipo básico que atingisse as expectativas iniciais, conforme poderá ser visualizado na Figura 16, Figura

17 e Figura 18.

Figura 16. Sensor de vazão adaptado em uma caixa de distribuição de energia.

Figura 17. Auxílio de uma placa protoboard para conexão dos dispositivos e controle de pressionamento de botão, potenciômetro, LCD e alarme integrada a Placa Arduino Uno.

Figura 18. Protótipo de unidade de medição alimentado por fonte de 9V.

Após a finalização do protótipo, realizou-se os testes de medição, em um ambiente real, Figura 19 e Figura 20, durante o processo de ordenha de aproximadamente 50 animais, com quatro unidades, obtendo um percentual de acuracidade aproximada de

95%. Foram realizadas medições mensais, uma vez ao mês, com ordenhas no período da manhã e tarde.

Figura 19. Protótipo de medição em funcionamento durante ordenha.

Figura 20. Unidades de medição em funcionamento conectadas em série.

A calibragem do sensor para atingir um nível satisfatório de precisão é calculado pela função abaixo.

Tem se que:

Calc = (NbTopsFan * 60 / 7.5); //(Pulse frequency x 60) / 7.5Q, = flow rate in L/hour

Serial.print (Calc, DEC); //Prints the number calculated above

Serial.print (" L/hour\r\n"); //Prints "L/hour" and returns a new line

Onde, variando “Q” ocorre o aumento ou redução da acuracidade desejada.

Ainda com a finalidade de aumentar a precisão de leitura, realizou-se vários testes confrontando o volume total armazenado no tanque de resfriamento, após a finalização da ordenha de todos os animais, pela utilização do processo manual com a régua padrão no tanque de resfriamento, face ao volume total gerado pela medição dos equipamentos eletrônicos. Este processo fora repetido cerca de 6 vezes até que chegasse a uma precisão máxima possível.

5. Conclusão

As medições da produção de leite realizada na Fazenda Conceição, fazendo uso dos protótipos construídos, permitiram, sobretudo, em um primeiro momento, eliminar completamente as incertezas sobre a capacidade de produção de cada animal. Cada medição realizada era associada a um animal, identificado pelo brinco de numeração única.

Como afirmado inicialmente a medição se traduz em uma variável de extrema importância para o adequado manejo do rebanho e uma vez obtida esta informação, foi possível, na Fazenda Conceição, iniciar o processo de seleção e agrupamento de animais por similaridade de produção leiteira, ou seja, dividiu-se o rebanho em três grupos, os de baixa, média e alta produção de leite. Assim, foi possível configurar, inicialmente, o volume e tipo de ração para cada grupo especificamente.

O desenvolvimento dos equipamentos e funcionalidades com uso de dispositivos de controle e sensores associados mostrou-se bastante eficaz com a utilização da plataforma Arduino. Por ter custo extremamente baixo, conforme poderá ser visualizado na Tabela 1 possibilitou o desenvolvimento do projeto inicial e que futuramente exigirá um pouco mais de complexidade.

Tabela 1. Custo aproximado por unidade de dispositivo construída.

COMPONENTES UTILIZADOS R$/UND

Arduino UNO R3 33,99 Sensor De Fluxo/vazão 30,90 40 Fios Jumper 14,24 Protoboard 830 Pontos Furos 18,90 LCD 16x2 Com Backlight Azul 12,50 Resistores 7,50 Potenciometro 5,00 2 Botões 1,50 Conexões em PVC e suporte em "U" 15,00 CASE (CAIXA DE DISTRIBUIÇÃO) 13,00 TOTAL POR UNIDADE 152,53

Como pesquisa e desenvolvimento adicional, observa-se algumas melhorias ainda não implementadas nos equipamentos as quais são necessárias para a construção do produto final. O registro de cada animal associado com sua medição deverá ser digitado pelo operador, através de um dispositivo de entrada como um teclado, por exemplo, ou obtido através de uma conexão RFID, caso o animal tenha um brinco eletrônico que o identifique unicamente. As informações sobre a medição individual dos animais, após a ordenha, deverão ser armazenadas em um dispositivo de memória física, tal como um cartão de memória SD.

Durante o processo de ordenha é comum o equipamento de extração do leite, sair da teta da vaca, causando uma entrada de ar excessiva, afetando a leitura realizada pelo sensor de vazão de líquido. Tal situação poderá ser corrigida ajustando o software embarcado para acionar algum mecanismo ou até mesmo parar a contagem quando o fluxo de leite atingir níveis anormais, já que não há a possibilidade de realizar a diferenciação entre leite e o ar que moverá o sensor.

Sugere-se ainda, o desenvolvimento de uma comunicação Wi-Fi do modulo medidor para ambiente em cloud que utilize o modelo serverless. Isto permitirá o armazenamento e consulta via internet com o menor custo, performance e escalabilidade.

Uma vez finalizada as implementações com o Arduino e dispositivos acessórios, o equipamento poderá sofrer uma personalização mais adequada tanto da estrutura física,

com um case ergonômico e adaptável às estruturas da ordenha, quanto da parte eletrônica que poderá ser substituída por uma placa única de circuito integrado, otimizando o espaço utilizado e reduzindo as proporções do produto final.

Referências

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