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Title:
TELEMATIC DEVICE FOR MOTORIZED MACHINES USED IN OFF-ROAD OPERATIONS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2021/203182
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a novel wireless communication device for installation in self-propelled machines used in farming, mining, forestry, construction and logistics or any other sector that requires off-road operation. This telematic device is intended to provide two-way wireless communication between a remote system and the data network carried on-board the machine, comprising electronic control units that provide an interface with all of the component parts of the machine, such as the cab, chassis, engine, transmission, inter alia. This is done using GSM, Wi-Fi, Bluetooth or ISM-band (900 MHz) communication networks or by means of backup on a mobile device (smartphone or tablet), without the need for secondary equipment and without the machine having to be provided with a GSM antenna, also enabling use as actuator, sending data to the CAN network, and also as an Internet access point to provide connection in the machine to other devices that need to send or receive data, as well as providing a means of identifying or authenticating the driver/operator by means of an RFID device or card or a smartwatch.

Inventors:
DOS SANTOS JUNIOR, Jorge Luiz Leal (BR)
GAIOSKI, Eleandro Ricardo (BR)
Application Number:
PCT/BR2021/050103
Publication Date:
October 14, 2021
Filing Date:
March 11, 2021
Export Citation:
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Assignee:
IOTAG TECNOLOGIA LTDA (BR)
International Classes:
G07C5/00; G05D1/00; H04W4/44; G06F13/38; G05B23/02
Attorney, Agent or Firm:
VILAGE MARCAS E PATENTES LTDA (BR)
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Claims:
REIVINDICAÇÃO

1- DISPOSITIVO DE TELEMÁTICA PARA MÁQUINAS MOTORIZADAS DESTINADAS A OPERAÇÕES FORA DE ESTRADA, dispositivo de comunicação sem fio para telemetria de máquinas auto-propelidas dotado de armazenamento interno, slot para expansão de armazenamento por meio de cartão flash micro-SD, cartão de comunicação do tipo nano-SIM (GSM), interface Wi-Fi, possibilidade de comunicação com periféricos dotados de sistema Android para smartphone, smartwatch, tablet, computador, notebook, para transporte dos dados até um ponto de conexão com a internet, para interface de visualização das informações de forma instantânea ou para impute de informações relevantes a operação, o qual age de forma passiva na captura dos dados e também como atuador, enviando informações para a rede CAN, caracterizado por estar formado por partes internas e externas, compreendendo: uma película frontal (1), uma tampa superior (2), uma placa eletrónica principal (3), uma placa eletrónica secundária (4), um suporte de conexão (5), e uma tampa inferior (6); onde a placa eletrónica principal (3) acomoda e representa o sistema eletrónico que processa as informações que devem ser recebidas, armazenadas e enviadas pelo equipamento, e a placa eletrónica secundaria (4) acomoda e representa as antenas de radiofrequência que são utilizadas para a recepção do sinal de GPS, comunicações Bluetooth, Wi-fi, LTE e comunicação RFID; onde a placa eletrónica secundaria (4) inclui a Fonte de Alimentação (11), a Interface de Dados (12), a Interface de Controle (13) e o Conector Integrado de nove pinos, e a placa eletrónica principal (3) inclui a Interface de Cartões (14), os Núcleos de Processamento (15), os Sensores de Movimento (16), o Modem Celular (17), os Transceptores de Rádio (18), o Receptor de Satélites (19) e as Antenas Internas (20); e onde a placa eletrónica principal (3) e a placa eletrónica secundária (4) estão acomodadas e encapsuladas no Gabinete Circular (22), o qual trata-se do invólucro do dispositivo com um círculo transparente para indicação luminosa padrão RGB (vermelho, verde e azul) com até 8 cores indicativas do funcionamento.

Description:
DISPOSITIVO DE TELEMÁTICA PARA MÁQUINAS MOTORIZADAS DESTINADAS A

OPERAÇÕES FORA DE ESTRADA

[001] Trata a presente descrição de um novo modelo de dispositivo de telemática, o qual se trata de um novo aparelho de comunicação sem fio para instalação em máquinas com motorização própria que realizam atividades em áreas de agricultura, mineração, silvicultura, construção e logística ou qualquer outro segmento que exige operação fora de estrada. Este dispositivo de telemática tem como objetivo fazer a comunicação sem fio bidirecional entre um sistema remoto e a rede de dados embarcada na máquina, composta por unidades eletrónicas de controle que fazem interface com todas as partes constituintes da máquina, como cabine, chassis, motor, transmissão e outros. Realizando tal feito por meio de rede GSM, Wi-Fi, Bluetooth, Comunicação em banda ISM (900Mhz) ou até mesmo por intermédio de backup em um dispositivo móvel (smartphone ou tablet), com Independência de equipamento secundário para tal e sem a necessidade da máquina ser dotada de antena GPS, além de poder servir como atuador, enviando dados para a rede CAN e também como ponto de acesso a internet para fornecer conexão dentro da máquina para outros dispositivos que necessitem receber ou enviar dados, e de poder ser um meio de identificação ou autenticação de motorista/operador por meio de cartão ou dispositivo RFid ou até mesmo Smartwatch.

CAMPO DE APLICAÇÃO

[002] O Dispositivo de telemática para máquinas motorizadas destinadas a operações fora de estrada, objeto da presente invenção, é aplicado nas áreas e atividades de agricultura, mineração, silvicultura, construção civil, portuárias, logística e outras máquinas de uso fora de estrada e ou qualquer outro segmento que exige operação fora de estrada, e em vias ou terrenos onde não se faz necessário o uso de placas de identificação dos veículos, para ser utilizado e instalado em máquinas, equipamentos ou veículos com motorização própria com o objetivo de coletar, armazenar e transmitir dados de forma remota (telemetria).

OBJETIVO DA INVENÇÃO

[003] O Dispositivo de telemática para máquinas motorizadas destinadas a operações fora de estrada, objeto da presente invenção, tem como objetivo fazer a comunicação sem fio bidirecional entre um sistema remoto e a rede de dados embarcada das máquinas, equipamentos ou veículos, nos quais é instalado, por meio de rede GSM, Wi-Fi, Bluetooth, Comunicação em banda ISM (900Mhz) ou até mesmo por intermédio de backup em um dispositivo móvel como smartphone ou tablet, com essa comunicação realizada por unidades eletrónicas de controle que fazem interface com todas as partes constituintes da máquina, como cabine, chassis, motor, transmissão e outros. Servindo também como ferramenta para a criação de um ponto de acesso à internet (Hot-Spot) dentro da máquina, capaz de servir como uma interface de provimento de internet para que o usuário descarregue ou tenha acesso a informações da rede mundial de internet. PROBLEMA A SER RESOLVIDO

[004] A presente invenção busca resolver alguns problemas relacionados com dificuldades de comunicação para maquinas, equipamentos e veículos utilizados em serviços em áreas como, áreas e atividades de agricultura, mineração, silvicultura, construção civil, portuárias, logística e outras máquinas de uso fora de estrada e ou qualquer outro segmento que exige operação fora de estrada, e em vias ou terrenos onde não se faz necessário o uso de placas de identificação dos veículos, através de um novo dispositivo que auxilie e evite os inconvenientes, tais como:

[005] A dependência de outro equipamento, como um tablet, para o armazenamento e transferência dos dados coletados pela maquina ou equipamento, onde o problema é resolvido com a presença de meios de transmissão interno ao próprio equipamento coletor, seja por GSM, Wi-Fi, LoRa, armazenamento interno ou via Slot de expansão MicroSD para que os dados sejam armazenados até que possam ser descarregados pelas vias anteriormente supracitadas;

[006] A dependência da máquina ou equipamento a ser monitorado ter que ser dotado de uma antena de posicionamento global (GPS) nativo, uma vez que o presente dispositivo já possui componente GPS interno ao seu hardware, fato que dispensa a necessidade de tal mecanismo nativo nas máquinas;

[007] A presente invenção prove um dispositivo de fácil utilização e implementação com funcionalidades inovadoras e vantajosas, tais como:

[008] A possibilidade de ser utilizado como um atuador que além de ler, pode enviar informações para a rede CAN por meio de atuadores embutidos no próprio hardware;

[009] A possibilidade de servir como um ponto de acesso a internet dentro da máquina (hot-spot) pelo qual o utilizador pode conectar-se por meio de um dispositivo móvel qualquer, como um celular, tablet, computador, entre outros; [010] A possibilidade do uso de RFid como mecanismo de identificação e autenticação de motorista/operador;

[011] A conectividade com um dispositivo do tipo smartwatch para visualização, alertas ou identificação/autenticação de motorista ou operador, assim como para input de respostas a parâmetros e macros de operação e não conformidades operacionais;

[012] A presença de componentes de transmissão GSM e antena GPS internos ao equipamento, além da independência do uso de equipamentos auxiliares para o armazenamento e transmissão dos dados outrora coletados;

[013] A possibilidade de uso do equipamento como atuador na máquina por meio da rede CAN;

[014] A possibilidade do uso do equipamento como ponto de acesso à internet por outros equipamentos para envio e recebimento de dados (hot-spot);

[015] A presença de leitor RFid para identificação de cartões que podem servir como identificador ou autenticador de utilizadores (motoristas/operadores).

[016] A conexão à internet realizada através da rede de telefonia celular (LTE), Sig-Fox, LoRa e Wi-Fi;

[017] A utilização de um card SIM acessível, que contém também e-SIM que retira a necessidade do uso do plástico (SIM-card) para autenticação na rede de telefonia celular; e

[018] A possibilidade de conexão com dispositivos secundários (smartwatch, tablet, smartphone etc.);

[019] Além das funcionalidades e vantagens acima elencadas, o dispositivo de telemática para máquinas motorizadas destinadas a operações fora de estrada, objeto da presente invenção, é resistente a molhamentos e respingos de água, e é capaz de gerar telas no terminal virtual ISO-bus das máquinas, servindo como interface de configuração e apontamentos, assim, com esta funcionalidade o dispositivo se torna independente de aparelhos secundários para operacionalização, como por exemplo: um tablet ou em celular; ainda o dispositivo possui uma saída auxiliar apta à programação e configuração dos módulos presentes na máquina, como um Kline que é uma saída física para programação de máquinas; e possui módulo inercial com as funções de: magnetômetro, acelerômetro e giroscópio.

[020] É um entendimento global que já existem equipamentos que realizam a leitura, armazenamento e transmissão de dados de máquinas auto-propelidas. Dentre a lista de sistemas similares estão: o Field View (de propriedade da Bayer) que por sua vez possui o “Field View Drive”, sendo um equipamento que possui formato similar ao ConnecTag, porém apresenta deficiências, tais como: a dependência de um equipamento secundário como um tablet especificamente da marca Apple, no qual as informações são descarregadas via Bluetooth, armazenadas nesse dispositivo e por meio deste subidas para a internet que depende de conexão no dispositivo secundário.

[021] Além disso, o drive depende de um sistema de posicionamento global (GPS) nativo da máquina, no qual está conectado, fato que não é necessário no ConnecTag pois ele possui antena GPS interna própria.

[022] Assim, o Dispositivo de telemática para máquinas motorizadas destinadas a operações fora de estrada, objeto da presente invenção, trata-se de um dispositivo de coleta, armazenamento e transmissão de dados de máquinas com Independência de equipamento secundário para tal e sem a necessidade da máquina ser dotada de antena GPS, sendo composto por um conector simples circular dotado de placas eletrónicas funcionais encapsuladas em um conjunto estrutural, além de ter como objetivos secundários de poder servir como atuador, enviando dados para a rede CAN e também de pode servir como ponto de acesso a internet para fornecer conexão dentro da máquina para outros dispositivos que necessitem receber ou enviar dados, e ainda de poder ser meio de identificação ou autenticação de motorista/operador por meio de cartão ou dispositivo RFid ou até mesmo Smartwatch. O que o torna um elemento novo para o estado da técnica capaz de resolver os problemas da área técnica acima citados.

ESTADO DA TÉCNICA

[023] Existem alguns dispositivos similares, à invenção proposta, apresentados em alguns documentos de patente que possuem exatamente o mesmo conceito de instalação, conforme aqui proposto, como um conector circular padrão que está presente em vários tipos de veículos comerciais e máquinas pesadas, contudo esses dispositivos possuem algumas deficiências e desvantagens com relação à abordagem proposta pela presente invenção, sendo que a principal delas é o conceito de telemática, ou seja, a capacidade de ler e escrever dados nas unidades eletrónicas de controle da máquina. Dentre esses dispositivos podem se citar os descritos nos documentos de patente a seguir:

[024] O documento de patente US2014011483, VEHICLE BUS ACCESS POINT SYSTEM AND METHOD, que descreve um sistema e método de transmissão de informações do veículo de um veículo para um servidor através de uma rede externa. [025] Um módulo de conector de barramento de veículo é conectado a um barramento de veículo através do conector de barramento de veículo do veículo. O módulo conector do barramento do veículo também é conectado de forma comunicativa a um dispositivo de comunicação pessoal. As informações do veículo são coletadas do ônibus do veículo e combinadas com as informações capturadas pelo dispositivo de comunicação pessoal para formar um registro do motorista. O log do driver é transmitido ao servidor através da rede externa;

[026] O documento de patente US2009102626, SYSTEM APPARATUS AND METHODS FOR DATA COMMUNICA TION BETWEEN VEHICLE AND REMOTE DATA COMMUNICA TION TERMINAL , BETWEEN PORTIONS OF VEHICLE AND OTHER PORTIONS OF VEHICLE, BETWEEN TWO OR MORE VEHICLES, AND BETWEEN VEHICLE AND COMMUNICATIONS NETWORK, que descreve um sistema, um aparelho e métodos são fornecidos para comunicações de dados associadas a um veículo. O aparelho inclui preferencialmente pelo menos um subsistema eletrónico associado ao veículo e uma pluralidade de condutores elétricos conectados ao pelo menos um subsistema eletrónico e associado ao veículo. Um conversor de protocolo de comunicação de dados de veículo é de preferência conectado à pluralidade de condutores elétricos para converter um primeiro protocolo de comunicação de dados associado à comunicação de dados ao longo da pluralidade de condutores elétricos em um segundo protocolo de comunicação de dados, como um infravermelho, um dado RF, uma Internet, ou outro protocolo de comunicação de rede. O aparelho também inclui, de preferência, um transceptor conectado ao conversor de protocolo de comunicação de dados para transmitir o segundo protocolo de comunicação de dados do veículo e receber o protocolo de comunicação de dados de outra parte do veículo, um terminal remoto de comunicação de dados, outro veículo ou outra rede de comunicações;

[027] O documento de patente US2004137768, REMOTE DIAGNOSTIC UNIT ENCLOSURE ASSEMBLY, onde é divulgado um conector elétrico, com uma placa de circuito impresso removível. A placa de circuito impresso é capaz de conexão elétrica com pinos que se estendem através de um corpo de conector e um espaçador e é capaz de conexão elétrica com fios condutores. A placa de circuito impresso possui elementos de chave para garantir o alinhamento adequado com os pinos. Uma peça de lente coopera com a placa de circuito impresso para permitir a visibilidade de pelo menos um diodo emissor de luz na placa de circuito impresso. A parte da lente, a placa de circuito impresso e o espaçador são mantidos no lugar por um colar engatado no corpo do conector;

[028] O documento de patente US2005010341 , REMOTE DIAGNOSTICS DEVICE (RDU), que descreve uma unidade de diagnóstico remoto para uso em um veículo pesado inclui um conector de pino que se comunica com um barramento de dados no veículo. O conector do pino recebe um sinal do barramento de dados. Um microcontrolador recebe e interpreta uma mensagem de diagnóstico padrão como uma função do sinal recebido pelo conector do pino. Uma pluralidade de luzes é controlada pelo microcontrolador em função da mensagem de diagnóstico padrão; e

[029] O documento de patente WO2016187386 (US2017202044, US2016344859, BR 11 2017 024503 5), PROTECTIVE CONNECTOR AND APPLICATIONS THEREOF, que descreve um conector de proteção inclui uma estrutura de montagem central, pinos de acoplamento e uma estrutura de acoplamento de acoplamento. A estrutura de montagem do núcleo possui circuitos montados nela. A estrutura de acoplamento correspondente envolve substancialmente a estrutura de montagem do núcleo e se une a outro conector, de modo que os pinos correspondentes do conector de proteção sejam eletricamente acoplados aos pinos do outro conector. A estrutura de acoplamento correspondente é mecanicamente livre em relação à estrutura de montagem do núcleo, de modo que as forças aplicadas à estrutura de acoplamento correspondente para acoplar o conector de proteção ao outro conector não sejam aplicadas aos circuitos dentro da estrutura de montagem do núcleo.

[030] Todos os documentos de patente mencionados apresentam dispositivos capazes apenas de ler os dados de operação e fazer a telemetria para o sistema remoto que pode ser diferente em cada aplicação. Nenhuma das invenções similares apresentadas nestes documentos de patente é capaz de fazer a escrita de dados nas referidas unidades, ou seja, aplicar técnicas de telecomando para efetivamente mudar o comportamento operacional da máquina, como por exemplo, desligamento ou partida de motor, aumento ou redução de marcha ou aceleração, entre outros.

[031] A diferença fundamental é o fato do estado da técnica apresentado por estas invenções similares necessitarem obrigatoriamente um aparelho periférico externo para comunicação com a rede celular para envio dos dados da máquina ou veículo para a rede mundial de computadores. Na invenção proposta, o uso destes aparelhos é opcional, pois sua placa eletrónica interna é inovadora ao integrar todos os componentes eletrónicos e antenas internas para comunicação que existem em aparelhos portáteis, tais como: celulares, tabletes e similares.

[032] Outra inovação importante é a integração, dentro do próprio dispositivo de telemática, de receptores especiais e antenas sintonizadas com os satélites do sistema global de navegação que fazem parte dos aparelhos externos necessários ao funcionamento completo dos dispositivos similares apresentados em outras patentes.

[033] Além da sincronia automática do relógio interno com o horário mundial, a recepção dos sinais de satélite permite o cálculo com precisão da velocidade, altitude e posição geográfica da máquina em tempo real. Além disso, todos os dispositivos eletrónicos similares apresentados em outros documentos de patente têm ainda a deficiência de não fazer o sensoriamento dos vários eixos de movimentos angulares que não podem ser detectados pelo sistema de posicionamento por satélites, tais como: a inclinação, a rotação e azimute.

[034] Outra grande desvantagem do estado da técnica apresentado em outros documentos de patente é a inexistência de interfaces de controle de sinais para leitura de sensores e controle de atuadores presentes na máquina, assim como, a inexistência de comunicação direta com o crachá ou meio similar de identificação do operador.

[035] A última inovação importante é a solução mecânica que possibilita a abertura do dispositivo para acesso ao seu interior sem que as características de resistência contra o ingresso de poeira ou líquidos, permitindo que o usuário possa trocar o cartão de assinante da operadora celular e o cartão de memória expansível, inexistentes no estado da técnica das patentes mencionadas.

[036] Esta troca de plano de dados entre operadoras também pode ser realizada sem a troca do cartão, ou seja, através de uma configuração realizada remotamente, através de outra inovação integrada a placa eletrónica dispositivo de telemática.

MOTIVAÇÃO

[037] A definição precisa dos termos técnicos utilizados no título desta patente é fundamental para justificar o conceito inovativo da presente invenção. Assim, deve-se esclarecer que máquinas motorizadas pesadas para operações fora de estrada são diferentes de veículos leves e comerciais como carros, caminhões, ônibus e utilitários para uso em estradas e vias regulamentadas. Máquinas são projetadas para executar uma determinada operação em áreas onde normalmente não se regulamenta o uso de placas de identificação para tráfego em vias públicas, como tratores, escavadeiras, empilhadeiras, motoniveladoras, carregadeiras, colhedoras e outras do mesmo tipo que são operadas por pessoas especialmente treinadas.

[038] Além de importantes para a operação da própria máquina, os dados e informações destas atividades podem ser monitorados para se determinar a performance do trabalho realizado, consumo de combustível e outros insumos específicos, além de alarmes e outras informações que são importantes para se evitar falhas, quebras ou paradas não planejadas destas máquinas.

[039] Para esclarecer uma das principais inovações do presente dispositivo, é importante enfatizar que a Telemática é um termo bem definido e de conhecimento público, que pode ser dividido em dois campos ou termos complementares usados normalmente para designar dispositivos que podem ter a função de fazer interface com máquinas para comunicação a distância, a seguir: A Telemetria, que refere-se a aplicações de leitura ou medição de informações à distância, ou seja, o fluxo de dados segue da máquina para um sistema remoto; e o Telecomando que refere-se a aplicações de escrita ou comando de informações à distância, ou seja, o fluxo de dados segue de um sistema remoto para a máquina.

[040] Entende-se por Sistema Remoto, qualquer equipamento computacional que tem a função de armazenar e processar as informações recebidas ou enviadas para a máquina, podendo ser de classificados em três tipos: o sistema fixo, que é o tipo mais comum de sistema de processamento onde os dados são computados por servidores em rede que estão normalmente ao alcance dos usuários que ainda podem ter acesso às informações em seus computadores normais ou portáteis; o sistema móvel, que é realizado por aparelhos pessoais com sistemas operacionais portáteis como celulares, tabletes, relógios e similares, onde é possível que as informações processadas estejam disponíveis para o usuário com mobilidade em qualquer local, inclusive próximos à própria máquina se a tecnologia de conectividade sem fio tiver o alcance; e o sistema de nuvem, que é a abordagem mais recente de processamento onde toda a infra-estrutura de servidores pode estar distribuída em várias localidades geográficas, com possibilidade de acesso pelo usuário em qualquer terminal com acesso a rede mundial de computadores.

[041] Apesar de todo este conceito de telemática de máquinas para comunicação com sistemas remotos ser de conhecimento público, existem inovações substanciais de como estes conceitos podem ser aplicados em prática através da invenção aqui apresentada, que se baseia em um projeto de um dispositivo específico para resistir ao ambiente de operações de máquinas, que são mais exigentes que os ambientes de veículos.

DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[042] A seguir faz-se referência às Figuras que acompanham este relatório descritivo, para melhor entendimento e ilustração do mesmo, onde se vê:

[043] A Figura 1 mostra um esquema em vista explodida do Dispositivo de telemática para máquinas motorizadas destinadas a operações fora de estrada, objeto da presente invenção, destacando suas principais partes componentes.

[044] A Figura 2 mostra um esquema em vista explodida do Dispositivo de telemática para máquinas motorizadas destinadas a operações fora de estrada, objeto da presente invenção, destacando suas principais partes componentes e funcionais.

[045] A Figura 3 mostra um esquema do diagrama de blocos das partes funcionais do Dispositivo de telemática para máquinas motorizadas destinadas a operações fora de estrada, objeto da presente invenção.

DESCRIÇÃO GERAL DA INVENÇÃO

[046] O Dispositivo de telemática para máquinas motorizadas destinadas a operações fora de estrada, objeto da presente invenção, trata-se um dispositivo de comunicação sem fio para telemetria de máquinas auto-propelidas dotado de armazenamento interno, slot para expansão de armazenamento por meio de cartão flash micro-SD, cartão de comunicação do tipo nano-SIM (GSM), interface Wi-Fi, possibilidade de comunicação com periféricos dotados de sistema Android para smartphone, smartwatch, tablet, computador, notebook, entro outros, seja para transporte dos dados até um ponto de conexão com a internet, seja para interface de visualização das informações de forma instantânea ou até mesmo para impute de informações relevantes a operação. O equipamento além de agir de forma passiva na captura dos dados pode servir também como atuador, enviando informações para a rede CAN.

[047] O Dispositivo de telemática para máquinas motorizadas destinadas a operações fora de estrada (100), objeto da presente invenção, está essencialmente formado por partes internas e externas do dispositivo de telemática, conforme figura 1 , compreendendo:

[048] Uma película frontal (1) que além de fazer o acabamento estético com logomarca e número de série, permite que a iluminação interna das placas eletrónicas seja visível para que o usuário entenda visualmente por cores o estado de funcionamento do dispositivo; [049] Uma tampa superior (2), onde esta peça serve para fazer o fechamento do conjunto mecânico inteiro para a sustentação das antenas internas e da película frontal, ambas adesivadas diretamente nesta parte, que ainda tem uma abertura circular para passagem da luz interna;

[050] Uma placa eletrónica principal (3), onde são soldados os componentes eletrónicos dos seis blocos de circuitos responsáveis pelas funções de processamento, armazenamento e comunicação sem fio dos dados processados pelo dispositivo;

[051] Uma placa eletrónica secundária (4) onde são soldados os componentes eletrónicos dos três blocos de circuitos que responsáveis pelo gerenciamento de energia das placas, interfaces de dados com a rede da máquina e interface com sensores e atuadores da máquina;

[052] Um suporte de conexão (5), o qual faz a sustentação das placas eletrónicas e dos pinos de conexão que estão soldados nela. Além disto, possui cavidades para a instalação de anéis de vedação do gabinete que pode ser aberto e fechado por parafusos fixados nesta mesma peça; e

[053] Uma tampa inferior (6), a qual faz a conexão mecânica do dispositivo no conector receptáculo complementar na cabine da máquina. O usuário pode girar esta peça para que seja travado na instalação do dispositivo sem que sejam necessários outros elementos fixadores.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[054] O Dispositivo de telemática para máquinas motorizadas destinadas a operações fora de estrada (100), objeto da presente invenção, trata-se de um dispositivo, que possui as seguintes particularidades e conceitos inventivos: I) Independência de equipamento externo para realizar o armazenamento e transferência de dados coletados (meios de transmissão interno ao próprio equipamento coletor, seja por GSM, Wi-Fi, LoRa, armazenamento interno ou via slot de expansão MicroSD); II) GPS interno; III) utilizado como um atuador que além de ler, pode enviar informações para a rede CAN por meio de atuadores embutidos no próprio hardware; IV) servir como um ponto de acesso a internet dentro da máquina (hot-spot) pelo qual o utilizador pode conectar-se por meio de um dispositivo móvel qualquer (celular, tablet, computador etc.); V) uso de RFid como mecanismo de identificação e autenticação de motorista/operador; VI) SIM card acessível, contém também e-SIM que retira a necessidade do uso do plástico (SIM-card) para autenticação na rede de telefonia celular; VII) gerar telas no terminal virtual ISO-bus das máquinas, servindo como interface de configuração e apontamentos; VIII) Kline (saída física para programação de máquinas) onde o dispositivo possui uma saída auxiliar apto a programação e configuração dos módulos presentes na máquina; IX) Possui módulo inercial com as funções de: magnetômetro, acelerômetro e giroscópio; e X) dispositivo é resistente a molhamentos e respingos de água.

[055] Na constituição e configuração do dispositivo existem três peças plásticas principais que sustentam, criam forma e protegem o equipamento.

[056] A peça denominada tampa superior (2) constitui um "gabinete superior" (GS), que tem a função de proteger o equipamento de intempéries e criar um acabamento estético com uma película frontal (1), e serve também como sustentação do sistema eletrónico e das antenas.

[057] A peça denominada suporte de conexão (5), forma um “Gabinete de conexão" (GC), que tem a função de sustentação para o sistema eletrónico formado pela placa principal (3) e a placa secundaria (4), apresenta conector macho que deve ser encaixado no receptáculo de padrão J1939 existente na máquina e proteção contra intempéries.

[058] A peça denominada tampa inferior (6) forma o "Gabinete de travamento" (GT) que possui as funções de travamento no receptáculo J1939 da máquina, acabamento estético e como manopla que permite o giro manual do equipamento quanto este deve ser travado no receptáculo J1939 presente na máquina ou trator.

[059] A película frontal (1) tem as funções de proteger o equipamento de intempéries, acabamento estético, sinalização luminosa para indicação de status do equipamento e de alocar figuras de identificação de logomarcas.

[060] A placa eletrónica principal (3) acomoda e representa o sistema eletrónico que processa as informações que devem ser recebidas, armazenadas e enviadas pelo equipamento.

[061] A placa eletrónica secundaria (4) acomoda e representa as antenas de radiofrequência que são utilizadas para a recepção do sinal de GPS, comunicações Bluetooth, Wi-fi, LTE e comunicação RFID.

[062] O dispositivo de telemática, aqui proposto, foi desenvolvido para ser compatível com máquinas de segmentos e fabricantes diferentes, cada qual com sua particularidade de instalação que pode ser realizada através nas máquinas pesadas para operação fora de estrada. Para atingir este objetivo, a presente invenção (100) apresenta um projeto mecânico com gabinete preferencialmente circular para proteção das partes internas, como a placa eletrónica principal (3) e a placa eletrónica secundária (4). Na parte inferior do dispositivo acomoda-se um conector integrado com nove pinos que faz a interface do dispositivo montado diretamente sobre a porta de diagnóstico padrão da máquina, ou ainda em cabos e outras partes elétricas através de acessórios de fixação e de conexão que podem ser fornecidos separadamente dependendo da situação.

[063] O Dispositivo de telemática para máquinas motorizadas destinadas a operações fora de estrada, objeto da presente invenção, tecnicamente compreende pelo menos onze itens de funcionalidades incorporados na placa eletrónica principal (3) e placa eletrónica secundaria (4), a seguir:

[064] A placa eletrónica secundaria (4) inclui a Fonte de Alimentação (11), a Interface de Dados (12), a Interface de Controle (13) e o Conector Integrado de nove pinos, onde:

[065] A Fonte de Alimentação (11), com tensão de 6 a 36V (volts) para suportar baterias com tensão de 12V ou 24V em situações de pouca carga ou picos de tensão de até 202V durante 0,4 segundos e outros transientes elétricos conforme norma ISO-7637. A faixa de operação de temperatura e umidade relativa podendo variar entre de -45 a +85 °C e de 5 a 95% respectivamente;

[066] A Interface de Dados (12) sendo a interface de comunicação com as unidades eletrónicas de controle (ECUs) da máquina. A taxa de dados das portas com padrão RS232 para comunicação serial ponto a ponto é de 115 kbps, enquanto nos padrões de rede de dois fios CAN é de 1000 kbps (quilo-bits por segundo) e no padrão de rede de fio único KLINE é de 250 kbps;

[067] A Interface de Controle (13) sendo o terminal do dispositivo para interface cabeada com diversos tipos de sensores e atuadores da máquina com diferentes tipos de terminação de carga resistiva e tensões de alimentação. Além de sinais com níveis digitais ou analógicos, as interfaces suportam até 36V no modo entrada com resolução de 12 bits e até 1 ,5A por porta no modo saída;

[068] O Conector Integrado (21) é preferencialmente confeccionado em plástico de poliamida com teor de 30% de fibra de vidro (PA-30GF) com possibilidade de fixação na máquina através do conector circular padrão de 9 pinos definido pela norma SAE- J1939/17. A vedação do conjunto mecânico de gabinete e conexão tem um grau que variável, sendo IP65 proteção contra poeira, IP66 contra líquidos e IP67 contra imersão rasa; [069] A placa eletrónica principal (3) inclui a Interface de Cartões (14), os Núcleos de Processamento (15), os Sensores de Movimento (16), o Modem Celular (17), os Transceptores de Rádio (18), o Receptor de Satélites (19) e as Antenas Internas (20), onde:

[070] A Interface de Cartões (14) faz a conexão com 2 cartões removíveis, sendo o um no padrão MicroSD com capacidade de dados expressada em gigabytes (GB) e classe de velocidade de acesso em megabytes por segundo (MB/s). Outro cartão tem o padrão de tamanho Nano (4FF) e função SIM (Subscriber Identification Module) para controle de acesso a redes celulares;

[071] Os Núcleos de Processamento (15) são núcleos com frequência de operação em MHz (mega-hertz) e desempenho de processamento medido em MIPS (milhões de instruções por segundo). A capacidade de memória de programação (RAM) é dada em megabytes (MB), e a função de RTC (Real Time Clock) é um relógio de registro da desconexão do dispositivo da bateria da máquina;

[072] Os Sensores de Movimento (16) são correspondentes ao número de eixos dos sensores de inclinação, rotação e azimute do movimento da máquina. Um acelerômetro mede movimentos lineares adiante/reverso, esquerda/direita e acima/abaixo. Um giroscópio mede ângulos de rampa, rolagem e tombamento. Um magnetômetro mede a direção em relação ao horizonte do campo magnético do planeta;

[073] O Modem Celular (17) tem possibilidade de troca automática números de assinatura por meio do padrão e-SIM/eUICC, é possível conectar e alternar entre redes celulares com sinal de cobertura 2G e 4G das operadoras de celular. A taxa de dados depende de cada uma das 4 tecnologias de conexão disponíveis, sendo de até 32 kbps (NB-IOT), 107 kbps (GPRS), 296 kbps (EDGE) e 375 kbps (LTE-M);

[074] Os Transceptores de Rádio (18) fazem a comunicação sem fio por conexão ponto a ponto Bluetooth versão 4.2 de baixa energia (BLE) com alcance de até 25 metros e taxa de até 24Mbps. Comunica-se ainda pelo padrão de rede Wi-Fi 802.11 b/g/n que permite um ponto de acesso para outros equipamentos com alcance de até 50 metros e taxa de até 150 Mbps e pelo padrão 802.15.4 e protocolo LoRa.

[075] O Receptor de Satélites (19) se comunica com as constelações de satélites do sistema de posicionamento global (GNSS) que podem ter o sinal recebido para o cálculo de horário e coordenadas geográficas a uma taxa entre 1 e 10 vezes por segundo (Hz) com precisão de 1 metro. Até 16 sinais de satélites do sistema americano (GPS), russo (GLONASS) e chinês (BEIDOU) podem ser processados simultaneamente; e [076] As Antenas Internas (20) são antenas internas sintonizadas em até 9 frequências nas faixas de kHz, MHz ou GHz dependendo do padrão de comunicação. A frequência de 2,4GHz é para comunicação Wi-Fi e Bluetooth sendo 1 ,6 GHz para recepção de satélites. De acordo com a rede celular disponível, 2G ou 4G, as frequências podem ser 700/850/900 MHz ou 1 ,8/1 ,9/2,1 GHz.

[077] A placa eletrónica principal (3) e a placa eletrónica secundária (4) estão acomodadas e encapsuladas no Gabinete Circular (22), o qual trata-se do invólucro do dispositivo com um círculo transparente para indicação luminosa padrão RGB (vermelho, verde e azul) com até 8 cores para indicar o funcionamento. Com um peso máximo de 102 gramas, possui 60 mm de diâmetro por 50 mm de comprimento e pode ser aberto através de elementos de fixação como parafusos e ou pinos com trava, para acesso ao seu interior para troca dos cartões removíveis.

[078] As placas eletrónicas, principal e secundária, trabalham em conjunto para programar tanto a leitura e quanto a gravação de dados de centrais eletrónicas de controle de motor, transmissão e outras que são embarcadas em máquinas motorizadas destinadas a operação fora de estrada.

[079] O funcionamento do dispositivo de telemática somente é possível através de diversos blocos de circuitos eletrónicos digitais e analógicos, responsáveis pelo gerenciamento de energia das placas, interfaces de dados com a rede da máquina, processamento e armazenamento de dados, bem como controle do sinal de antenas internas sintonizadas em várias frequências para comunicação através de diferentes tecnologias de comunicação sem fio.

[080] A parte eletrónica do dispositivo de telemática está composta pela Placa Secundária (4), com três blocos de circuito funcionais, e pela Placa Principal (3) que tem ao todo seis blocos funcionais responsáveis pelas funções de processamento, armazenamento e comunicação sem fio dos dados processados pelo dispositivo, conforme diagrama em blocos apresentado na Figura 3.

[081] A Placa Secundária é responsável pelos três blocos que fazem a interface com a máquina através do Conector Integrado (20) que possui ao todo nove pinos identificados pelas letras de A a J por ordem alfabética. Cada pino é responsável por uma conexão elétrica correspondente no conector complementar padrão SAE-J1939/17 localizado na máquina que pode fornecer níveis de tensão entre 6 e 36V em 2 de seus pinos para a Fonte de Alimentação (11) que gerencia a energia de todas as placas. O Conector integrado (20) possui sete pinos de conexão com diversos módulos eletrónicos que são embarcados na máquina para controle de motor, transmissão, cabine e outros. São estes pinos que se conectam e comunicam com a Interface de Dados (12) que possui a função de decodificar os níveis de sinal elétricos e taxas de comunicação dos protocolos de dados RS232, KLINE e CAN.

[082] A Interface de Dados (12) funciona em conjunto com a Interface de Controle (13) que se conecta aos mesmos pinos do conector e pode ser ativada quando não existe comunicação de dados para alternativamente realizar leitura de níveis de tensão de até 36V provenientes de sensores diversos que podem estar presentes na máquina, como temperatura, pressão, nível de combustível e outros, cujos valores de leitura de informações podem ser necessários para disparar ações de ativação de saídas de corrente de até 1 ,5A necessária para fornecer o sinal de controle de atuadores da máquina, como solenoides, válvulas, sonorizadores e outros.

[083] A Interface de Cartões (14) é responsável pelo cartão de memória removível padrão MicroSD, o que permite que o dispositivo possa ter sua capacidade de dados expandida pelo usuário. Esta interface tem outra conexão para um cartão removível tamanho 4FF ou Nano SIM ( Subscriber Identification Module) para assinatura do plano de dados celular padrão e função para controle de acesso a redes celulares. Este bloco da Interface de Cartões (14) gerencia a escrita e a leitura de todos os dados que são analisados e manipulados pelos Núcleos de Processamento (15) que formam o bloco principal responsável pela inteligência de telemática necessária para operações de leitura e escrita de dados nas unidades eletrónicas de controle da máquina. Este bloco dos Núcleos de Processamento (15) é comandado por códigos de programação armazenados em sua memória que implementam algoritmos desenvolvidos especialmente para aplicar técnicas de telecomando para efetivamente dar instruções de comando ao operador ou até mesmo mudar automaticamente o comportamento operacional da máquina, como por exemplo, desligamento ou partida de motor, aumento ou redução de marcha ou aceleração, entre outros.

[084] Os Sensores de Movimento (16) são circuitos dedicados a fazer a medição de até nove eixos de deslocamentos lineares e angulares, sendo três de aceleração (m/s 2 ), três de ângulo (rad/s) e três de campos magnéticos (mT). O processamento de todas estas leituras permite através de cálculos matemáticos inferir a inclinação do terreno por onde a máquina trafega para alertar o usuário sobre riscos de tombamento e vibrações excessivas por exemplo. Outra função importante deste bloco dos Sensores de Movimento (16) é aumentar a precisão das coordenadas de localização decodificadas pelo Receptor de Satélites (19) com capacidade de sintonizar simultaneamente até dezesseis sinais de satélites do sistema americano (GPS), russo (GLONASS) e chinês (BEIDOU), para que o dispositivo sincronize automaticamente com o calendário e horário mundial e faça cálculos em tempo real da distância percorrida, velocidade de deslocamento, altitude e posição geográfica da máquina.

[085] O Modem Celular (17) integra todos os componentes eletrónicos que gerenciam a comunicação bidirecional do dispositivo de telemática com as estações rádio base de redes com sinal de cobertura 2G e 4G das operadoras de celular. Este bloco do Modem Celular (17) trabalha em conjunto com os Transceptores de Rádio (18) para usar as Antenas Internas (20) que sintonizam várias frequências de comunicação para expandir a ainda mais possibilidade de conectividade para redes domésticas padrões Wi-Fi 802.11 b/g/n e Lo Ra padrão 802.15.4. Esta interação entre estes dois blocos do Modem Celular (17) e dos Transceptores de Rádio (18) e as antenas que permitem que a melhor tecnologia de comunicação sem fio e a frequência sejam selecionadas automaticamente de acordo a demanda por taxa de dados e com a disponibilidade de cobertura pela região de operação da máquina, para que esta esteja a maior parte do tempo possível conectada a rede mundial de computadores sem que seja necessário um aparelho periférico externo como celulares, tabletes e similares.

VANTAGENS

[086] O objetivo principal da invenção é ser uma solução de telemática flexível, ou seja, compatível com vários tipos de máquinas motorizadas para uso fora de estrada, e completa, ou seja, que não dependa de periféricos externos como aparelhos portáteis ou similares para comunicação com um sistema remoto conforme definido anteriormente. [087] Para isto ser possível, a invenção possui um conceito mecânico robusto, devido ao exigente ambiente operacional de operação, sujeito a altas vibrações e solavancos, extremos de temperatura e umidade, além de intempéries e outros líquidos corrosivos. [088] Além disto, as placas eletrónicas internas possuem alta tolerância a surtos e anomalias elétricas comuns no sistema de geração de energia da máquina, bem como imunidade a radiações eletromagnéticas provenientes de outros equipamentos de radiofrequência presentes dentro da cabine.

[089] Uma vantagem importante é a apresentação para o operador de uma interface gráfica com botões onde além de inserir dados manualmente apresentadas na própria tela original do computador de bordo embarcado na máquina onde se podem visualizar informações criadas pelo dispositivo de telemática. Outras soluções se baseiam na interface apresentada no aparelho portátil manipulado pelo operador, o que obviamente pode tirar sua atenção não sendo assim recomendado por questões de segurança dentro de máquinas pesadas em operação.

[090] Outro benefício da inovação é integração de interfaces de entrada e saída ao dispositivo com programação de diferentes níveis de tensão e corrente para leitura de sensores e controle de atuadores.

[091] Esta inovação permite ações de segurança, como por exemplo, a medida de sinais externos de travamento da porta da cabine ou de detecção de peso sobre o banco do operador, que são reportados ao sistema remoto de processamento de dados. Neste caso, um comando a distância pode ser enviado para que o motor da máquina seja desligado, ou ainda, para que o dispositivo ative sua interface de saída conectada à buzina ou a sirene luminosa da máquina para alertar ao operador ou a outras pessoas que estão próximas à máquina que existe uma situação de perigo iminente.

[092] Os sensores de movimento são grande avanço com relação aos dispositivos similares, pois têm a função importante de alertar sobre o perigo iminente de tombamento da máquina quando em operação em terrenos inclinados, sendo ainda de fundamental importância para aquelas que operam paradas com a cabine girando em torno de plataforma de operação, possibilitando medir o desempenho do trabalho realizado pelo operador

[093] A interface sem fio com o crachá ou meio similar de identificação do operador tem como vantagem o registro de seu turno de trabalho diretamente no dispositivo de telemática que pode, além disto, controlar a partida automática da máquina caso o sistema remoto autorize pelas regras estabelecidas de permissões de horário ou habilitação individual para operar cada tipo de máquina.

[094] Ao contrário de outras soluções similares que têm o problema de perder novos dados, ou descartar os antigos quando não existe mais espaço de memória, o dispositivo tem a vantagem de armazenar internamente os dados de operação em sua memória expansível, algo imprescindível na falta de cobertura de uma rede de dados que aumenta a demanda por espaço de memória dependendo do tempo sem conectividade.

[095] Assim, pelas características de configuração e funcionamento, acima descritas, pode-se notar claramente que o DISPOSITIVO DE TELEMÁTICA PARA MÁQUINAS MOTORIZADAS DESTINADAS A OPERAÇÕES FORA DE ESTRADA, trata-se de um dispositivo novo para o Estado da Técnica o qual reveste-se de condições de inovação, ato inventivo e industrialização inéditas, que o fazem merecer o Privilégio de Patente de Modelo de Utilidade.