Uma análise aprofundada da IoT em soluções agrícolas e de agricultura inteligente

A agricultura e a indústria agrícola contam com ideias inovadoras e avanços tecnológicos para ajudar a aumentar a produtividade e alocar melhor os recursos. O final do século 19 e o século 20 trouxeram uma série de inovações mecânicas, como tratores e colheitadeiras. Hoje, uma força motriz por trás do aumento da produção agrícola a um custo menor é a Internet das Coisas (IoT) , que deixa a porta aberta para engenheiros que buscam trazer uma solução agrícola inteligente ou sensor agrícola IoT para o mercado.



Os aplicativos da Internet das Coisas na agricultura incluem rastreamento de ativos, como veículos agrícolas, monitoramento de gado, monitoramento de armazenamento e muito mais. Por exemplo:

• Sensores de gado podem notificar os fazendeiros quando os animais saem do rebanho para que os trabalhadores do rancho possam prendê-los.
• Os sensores de solo podem alertar os agricultores sobre condições irregulares, como alta acidez, dando ao agricultor tempo para reconciliar o problema e produzir melhores safras.
• Os tratores autônomos podem ser controlados remotamente, proporcionando economias significativas nos custos de mão de obra.

Os próximos anos verão o uso crescente dessas e de outras tecnologias de agricultura inteligente. Na verdade, projeta-se que as instalações de dispositivos IoT no mundo agrícola experimentarão uma taxa composta de crescimento anual de 20%. E de acordo com um relatório da Machina Research de janeiro de 2016, o número de dispositivos agrícolas conectados deve crescer de 13 milhões no final de 2014 para 225 milhões em 2024.

Procurando uma visão geral de como implementar a tecnologia de que você precisa para sua solução de agricultura inteligente?

Abaixo, descrevemos três casos de uso de agricultura IoT genéricos e sete aplicativos agrícolas IoT já existentes no mercado que estão possibilitando que agricultores e pecuaristas coletem dados significativos. Além disso, orientaremos você em cinco questões de engenharia que você deve considerar antes de finalizar sua solução de agricultura inteligente.

IoT na agricultura - casos de uso

Monitoramento de gado

Graças ao monitoramento de gado, os pecuaristas podem usar aplicativos IoT sem fio para coletar dados sobre a saúde, bem-estar e localização de seu gado. Essas informações economizam dinheiro de duas maneiras:

1. Ajuda a identificar animais doentes para que possam ser retirados do rebanho, evitando a propagação de doenças.
2. Reduz os custos de mão de obra porque os fazendeiros podem identificar onde seu gado está localizado.

Existem alguns desafios específicos ao instrumentar gado com sensores. Especificamente, é muito difícil equipar o gado com uma coleira. Uma opção alternativa é usar um bolus adaptado sem fio no estômago da vaca, que pode se comunicar via Bluetooth com um brinco.

Outro desafio potencial que os fazendeiros enfrentam ao implementar uma solução de IoT é selecionar uma tecnologia sem fio com bateria suficiente para durar a vida do animal. Uma vaca de corte, por exemplo, vive 15 meses ou mais - e embora algumas tecnologias que usam uma rede mesh provavelmente não administrem esse tipo de duração da bateria, o Symphony Link pode se conectar facilmente por esse período de tempo sem muita infraestrutura ao redor do rancho para conecte todos os dispositivos.

Monitoramento de Conservação

Embora não se enquadre estritamente no título de "agricultura", o monitoramento de rinocerontes ameaçados de extinção é um dos casos de uso de IoT mais interessantes que existem. Saber onde os rinocerontes estão localizados em grandes instalações de jogos pode ajudar os conservacionistas a protegê-los dos caçadores furtivos.

Como se pode imaginar, pegar um rinoceronte não é fácil - e descobrimos que nem sempre é bem-sucedido. As coleiras são arrancadas durante os combates e são conhecidas por causar mudanças comportamentais nos rinocerontes. Para superar esses obstáculos, estamos atualmente examinando a ideia de colocar dispositivos Symphony Link dentro de um chifre de rinoceronte.

Monitoramento de plantas e solo para agricultura de precisão

Monitorar as condições da planta e do solo é um caso de uso simples - mas pode levar a um retorno fantástico do investimento para os agricultores. Vimos vários grandes usos para a IoT agrícola neste espaço:

1. Detecção de umidade e nutrientes do solo.
2. Controlar o uso de água para o crescimento ideal das plantas.
3. Determinar perfis de fertilizantes personalizados com base na química do solo.
4. Determinar o momento ideal para plantar e colher.
5. Relatórios das condições meteorológicas.

Como os sensores em todos os casos de uso acima estão próximos ao solo, usar uma rede mesh pode ser difícil. Simplesmente não há orçamento de link suficiente. Mas topologias em estrela como o Symphony Link são ideais, porque um ponto de acesso pode se comunicar com vários sensores de 20 a 100 quilômetros quadrados de distância.

Embora esses estudos de caso genéricos forneçam uma visão sobre como a IoT na agricultura pode ser útil para a comunidade agrícola, também é importante entender quais projetos e aplicações de agricultura IoT já foram desenvolvidos:

7 Projetos e aplicações de agricultura IoT interessantes

1. Sistema de monitoramento de solo da Cropx

A Cropx produz sistemas de hardware e software que medem umidade, temperatura e condutividade elétrica no solo. Seu sistema informa aos agricultores quando e quanto irrigar.

2. Monitoramento de sensor sem fio da TempuTech

A TempuTech percebeu a necessidade de aumentar a segurança no armazenamento agrícola. Silos e elevadores de grãos podem ser locais perigosos, com correias transportadoras que podem pegar fogo e acúmulo de poeira que pode ser explosivo. Usar sensores para rastrear perigos é de grande valor. Com o Equipment Insight da GE, a TempuTech criou uma maneira de conectar sensores sem fio e ajudar os agricultores a entender os dados de seus silos e elevadores de grãos. Usando esta plataforma, os fabricantes podem estabelecer normas básicas de desempenho e definir condições de alerta e alarme relacionadas à temperatura, vibração, umidade e outras condições.

3. Equipamento inteligente do CLAAS

CLAAS é um dos fabricantes líderes mundiais de equipamentos de engenharia agrícola. Os agricultores podem operar o equipamento CLAAS no piloto automático, receber conselhos sobre como melhorar o fluxo da colheita e minimizar as perdas de grãos ou otimizar automaticamente o desempenho do equipamento. A empresa está fazendo parceria com 365FarmNet, um programa que permite que os agricultores gerenciem toda a sua propriedade agrícola em um computador ou dispositivo móvel. O sistema coleta dados e os faz uso significativo por meio de mapeamento de campo, planejamento de fertilização, balanço de nutrientes e programas de calendário e planejamento.

4. Plataforma de dados Drone da PrecisionHawk

O PrecisionHawk criou um UAV autônomo que coleta dados de alta qualidade por meio de uma série de sensores usados ​​para levantamento, mapeamento e imagem de terras agrícolas. É essencialmente um drone que realiza observações e monitoramento em vôo. Antes de enviar o drone para o ar, os fazendeiros dizem a ele que campo pesquisar e escolher uma resolução de solo ou altitude. Cada drone pode detectar as condições meteorológicas usando inteligência artificial, então ele escolhe a melhor trajetória de vôo com base em fatores como a velocidade do vento ou a pressão do ar. Durante o vôo, o drone coleta imagens visuais, térmicas e multiespectrais; então ele pousa no mesmo lugar que decolou. (Esta é uma ferramenta de agricultura da Internet das Coisas interessante e útil!)

5. Labirinto de milho do plantio de precisão

A Radar Family Farms começou como uma fazenda de abóboras na década de 1990 e hoje oferece aos visitantes um labirinto de milho de 10 acres a cada outono. Nos primeiros dias, a família criou o labirinto plantando todos os 10 acres de milho e, em seguida, contratando uma empresa para aparar a forma do labirinto. Isso foi um desperdício de sementes - e um desperdício de dinheiro. Usando a tecnologia de Precision Planting, eles agora são capazes de plantar na forma de um mapa - algo que eles acreditam que nenhuma outra fazenda nos EUA está fazendo.

6. Rede Libelium da TeamDev para a qualidade da safra de tabaco

O tabaco é uma grande indústria na Itália e requer certos requisitos ambientais e climáticos para um crescimento ideal. Em resposta a este problema, uma empresa italiana de software - TeamDev - implantou a plataforma Waspmote Plug &Sense da Libelium para coletar dados sobre as condições climáticas que podem afetar as plantações de tabaco. Esta técnica pode ser usada por produtores de tabaco para otimizar suas safras em condições não tipicamente adequadas para o cultivo do tabaco.

7. Vacas conectadas da JMB da América do Norte

A JMB North America trouxe ao mercado uma solução IoT que ajuda os pecuaristas a monitorar vacas grávidas que estão se preparando para dar à luz. Um sensor movido a bateria é expulso da novilha quando o estomago se rompe, o que envia uma notificação ao fazendeiro ou ao gerente do rebanho. O sensor permite que os fazendeiros fiquem mais focados no tempo que passam com as novilhas prenhes.

5 questões de engenharia a serem consideradas antes de projetar sua solução de agricultura inteligente

Conforme mostrado nos exemplos acima, há uma grande variedade de casos de uso de agricultura de IoT para cobrir uma variedade de questões agrícolas e pecuárias. Se você estiver projetando uma solução de agricultura inteligente, há áreas específicas de foco para manter em mente enquanto você desenvolve seu produto.

1. Qual será o seu aplicativo monitorando?

Agricultores, agricultores e produtores de alimentos industriais estão procurando soluções de IoT para aumentar a eficiência e os rendimentos e reduzir perdas e roubos. Em outras palavras, eles procuram otimizar recursos e reduzir custos. O que quer que o usuário final esteja monitorando, deve estar na frente e no centro enquanto você projeta o aplicativo.

Por exemplo, um agricultor de milho pode estar principalmente preocupado com o uso da água. Ele não quer usar muita água, mas também precisa ter certeza de que água suficiente está chegando onde é necessária. O monitoramento em tempo real, por outro lado, pode ajudar um fazendeiro a localizar uma vaca doente no rebanho antes que ela contamine o resto dos animais. Isso reduzirá drasticamente as perdas de gado e reduzirá os custos associados à compra de antibióticos necessários para tratar um grande grupo.

2. Quanto alcance sem fio é necessário?

A distância que os dados precisam percorrer tem um grande impacto sobre o tipo de tecnologia que deve ser usada. Se você medir algo a 10 metros de distância, não usaria a mesma tecnologia que usaria para algo a 1.500 metros de distância.

Para distâncias curtas, você pode usar identificação por radiofrequência (RFID) ou comunicação de campo próximo (NFC), que é comum em telefones celulares. NFC ou RFID podem ser usados ​​se você estiver etiquetando um feedbag e precisar saber quantos quilos de soja estão em cada saco.

Se você estiver enviando dados para um objeto de 10 metros ou mais próximo, Bluetooth ou Bluetooth Low Energy (BLE) podem ser boas opções. Um bom exemplo disso seria projetar uma marca auricular Bluetooth para porcos que vivem em uma pequena área, que diria ao usuário final a idade dos suínos e informações importantes sobre eles.

Se o seu aplicativo precisa enviar dados por centenas ou mesmo milhares de metros, você pode olhar para as opções de rede remota de baixa potência (LPWAN). Alguns exemplos incluem Symphony Link ou outras tecnologias sub-GHz. Um aplicativo sobre este tipo de rede pode ser usado para medir a umidade do solo nos campos ou para localizar e rastrear o gado enquanto ele pastoreia. Este tipo de aplicação também é ideal para monitorar fazendas de peixes que possuem grandes áreas cercadas de aquicultura e são de difícil acesso.

3. De onde vem a fonte de alimentação?

Existe uma correlação muito próxima entre a duração da bateria e o alcance. Um sensor que está muito distante requer mais energia para levar informações de um ponto a outro. Para contornar isso, os criadores de produtos de IoT geralmente projetam aplicativos para enviar muito menos dados (ou enviar dados com menos frequência) para economizar custos e energia.

Portanto, você precisará determinar de onde sua aplicação de sensor obterá energia. Dado que a maior parte da agricultura de IoT está normalmente fora ou espalhada por uma grande área, você precisará considerar uma aplicação de baixo consumo de energia. Caso contrário, o serviço e a manutenção de muitos sensores distantes serão opressores para o usuário final.

4. Com que frequência o usuário final precisa coletar dados?

Você pode pensar que quanto mais pacotes de dados um sensor pode enviar, melhor, mas este não é necessariamente o caso. Quantos pacotes de dados são necessários depende de muitos fatores diferentes, incluindo o aplicativo do usuário final e o ambiente local.

Por exemplo, se um fazendeiro tem um sensor de umidade em um campo de batata distante, ele provavelmente não precisa coletar informações a cada dois segundos. Uma ou duas vezes por dia provavelmente é o suficiente, o que significa que a vida útil da bateria será muito maior.

Por outro lado, um aplicativo usado para enviar coordenadas GPS e outras informações coletadas por um trator poderia facilmente enviar pacotes de dados quase constantes de volta ao gateway. Afinal, um trator oferece uma fonte de energia perfeita (e quase ilimitada), de modo que grandes quantidades de dados ou fluxos de vídeo podem ser enviados sem obstruir a rede. Você pode ver como isso é muito diferente do nosso exemplo de sensor de umidade, que não tem uma fonte de energia constante.

Outro exemplo é uma comparação de nivelamento de tanques e irrigação. Muitas fazendas têm grandes tanques que albergam fertilizantes, combustível ou ração para gado. O monitoramento dos níveis desses tanques mais de uma vez por dia provavelmente é desnecessário. Por outro lado, quando a irrigação está ligada, atualizações contínuas podem garantir que as quantidades certas de água sejam liberadas e que não haja vazamentos.

Tudo isso para dizer:antes de criar um aplicativo de agricultura M2M, certifique-se de considerar quantos dados são demais.

5. Que tipo de sensores são necessários e como eles serão conectados?

Cada tecnologia de sensoriamento sem fio é diferente, então você deve considerar quais você vai usar e como você fará a interface com elas antes de começar. Alguns sensores - como sensores de umidade - são incorporados e requerem microcontroladores para fazer a interface. Criar o sensor e intemperizá-lo é um desafio de engenharia que precisa ser vencido.

Posicionar o sensor para um caminho de comunicação ideal é outro desafio de engenharia. Se os sensores forem colocados em um pomar de laranja, as árvores podem interferir se as antenas não forem montadas corretamente. Obviamente, isso não é um grande desafio se uma antena for montada em um campo de morango.

Em conclusão, lembre-se disso:a tecnologia que você projeta em seu aplicativo de agricultura de IoT não deve ser um obstáculo para o que o usuário final está tentando medir. Portanto, certifique-se de entender o que seu usuário final precisa medir e, em seguida, escolha uma tecnologia sólida para desenvolver e divulgar essas informações.

Vamos colocar seu aplicativo de agricultura IoT no mercado.

Como não dependem de conexões WiFi ou 3G de terceiros, as opções de conectividade de área ampla (LPWA) de baixo consumo de energia, como o Symphony Link, desfrutam de maior confiabilidade e escalabilidade de rede, mesmo em uma vasta empresa agrícola. Baixe o folheto abaixo para saber mais sobre como o Symphony Link pode ajudar a conectar seu aplicativo de agricultura IoT. Se você tiver dúvidas, vamos conversar.