desenvolvimento de conversor isobus para padronização iso 11783

Congresso Brasileiro de Agricultura de Precisão- ConBAP 2014
São Pedro - SP, 14 a 17 de setembro de 2014
DESENVOLVIMENTO DE CONVERSOR ISOBUS PARA PADRONIZAÇÃO ISO 11783 –
ESTUDO DE CASO DE UMA APLICAÇÃO PARA MONITORAMENTO DE PLANTIO
RODRIGO M. R. SAKAI1, CARLOS E. MILHOR2
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Engo. Mecatrônico, SENTRON Sistemas Embarcados, [email protected]
Engo. Mecatrônico, SENTRON Sistemas Embarcados, [email protected]
Apresentado no
Congresso Brasileiro de Agricultura de Precisão - ConBAP 2014
14 a 17 de setembro de 2014 - São Pedro - SP, Brasil
RESUMO: O padrão ISOBUS é adotado pelos maiores fabricantes de máquinas e implementos
agrícolas no mundo atualmente. No Brasil, o desenvolvimento de equipamentos padronizados não
acompanha o ritmo dos grandes centros desenvolvedores. Este trabalho apresenta uma alternativa que
pode incentivar o aumento do uso da tecnologia ISOBUS e seus benefícios em máquinas e
implementos agrícolas nacionais. Uma unidade de interconexão de rede (gateway) é utilizada como
conversor ISOBUS, e permite que dispositivos não padronizados tenham acesso aos serviços do trator
ISOBUS. O conversor é responsável pela comunicação com os serviços do trator (VT, TC, GPS,
TECU), e as informações relevantes para a execução da tarefa no campo devem ser filtradas e
retransmitidas ao equipamento proprietário, de acordo com as necessidades da aplicação agrícola. Um
estudo de caso de uma aplicação de monitoramento de plantio ISOBUS é apresentado como um
exemplo de aplicação que pode utilizar o conversor ISOBUS e obter as vantagens da padronização. O
conversor ISOBUS aumenta o valor agregado de produtos não padronizados e diminui o atraso
tecnológico brasileiro em relação ao desenvolvimento internacional.
PALAVRAS–CHAVE: conversor, gateway, ISOBUS.
DEVELOPMENT OF AN ISOBUS CONVERTER FOR ISO 11783 STANDARDIZATION –
CASE STUDY OF AN APPLICATION FOR A PLANTER MONITOR
ABSTRACT: The ISOBUS standard is adopted by the largest manufacturers of agricultural
machinery and implements in the world today. In Brazil, the development of standardized equipment
does not keep pace of major developers centers. This work presents an alternative that can encourage
increased use of ISOBUS technology and its benefits in national machinery and agricultural
implements. A network interconnection unit (gateway) is used as ISOBUS converter, and allows nonstandard devices to access ISOBUS tractor services. The converter is responsible for communication
with tractor services (VT, TC, GPS, TECU), and relevant data for task execution must be filtered and
relayed to the non-standard equipment, according to the needs of agricultural application. A case study
of an application of an ISOBUS planter monitor is presented as an example application that can use
the ISOBUS converter and get the benefits of standardization. The ISOBUS converter increases the
added value of non-standard products and decreases the Brazilian technological backwardness in
relation to international development.
KEYWORDS: converter, gateway, ISOBUS.
INTRODUÇÃO: A norma ISO 11783 (ISOBUS) estabelece um padrão de comunicação de dados
entre dispositivos eletrônicos em máquinas agrícolas. Atualmente, é o padrão adotado pelos maiores
fabricantes de máquinas e implementos agrícolas no mundo. A padronização ISOBUS oferece o
conceito “plug-and-play”. Este conceito apresenta vantagens para o usuário final, como por exemplo,
a utilização conjunta de equipamentos de diferentes fabricantes para executar uma tarefa no campo.
Sistemas proprietários (não padronizados) podem executar tarefas tão bem quanto os sistemas
padronizados, porém não permitem que dados sejam trocados, ou que qualquer tipo de comunicação
seja estabelecida entre dispositivos de diferentes fabricantes. No Brasil, o desenvolvimento de
equipamentos padronizados não acompanha o ritmo dos grandes centros desenvolvedores. Há vários
motivos para o desinteresse das empresas que desenvolvem tecnologia para a agricultura, entre as
principais pode-se citar: a falta de equipamentos para conexão, a complexidade de implementação de
rotinas que obedeçam ao padrão ISOBUS e a falta de demanda do mercado por equipamentos
padronizados. Neste contexto, este trabalho apresenta uma alternativa que pode incentivar o aumento
do uso da tecnologia ISOBUS e de seus benefícios em máquinas e implementos agrícolas. Através de
uma unidade de interconexão de rede, denominada gateway, é possível converter diferentes
protocolos, e assim utilizar os recursos do trator ISOBUS. Este trabalho tem como objetivo apresentar
uma solução para acesso ao barramento ISOBUS e acesso aos serviços oferecidos pelo trator, como
interface gráfica (VT), interface de tarefas (TC), sistema de posicionamento global (GPS) e interface
do trator (TECU). Consequentemente, dispositivos eletrônicos já existentes no mercado podem ter
acesso aos dispositivos do trator ISOBUS, com mínima intervenção em software.
MATERIAL E MÉTODOS: A comunicação entre um sistema proprietário comum e os serviços
disponíveis no trator (VT, TC, GPS, TECU) pode ser realizada fisicamente através de um gateway, ou
seja, um conversor ISOBUS. O conversor possui um canal de comunicação com o barramento CAN
(protocolo ISOBUS) e outro canal de comunicação com o sistema proprietário (Figura 1).
Figura 1: Dois canais de comunicação do conversor ISOBUS.
A comunicação com o dispositivo proprietário pode ser realizada através de portas de comunicação,
normalmente utilizadas em equipamentos eletrônicos embarcados. A norma ISO estabelece
procedimentos específicos para comunicação. Todos estes procedimentos devem ser implementados
na forma de rotinas (SAKAI, 2008; PEREIRA, 2008), para serem executadas pelo conversor. Os
principais procedimentos da norma ISO 11783 estão descritos na tabela 1.
Tabela 1. Principais procedimentos que um controlador deve gerenciar em um barramento ISOBUS.
PROCEDIMENTOS
DESCRIÇÃO
Gerenciamento de Rede (ISO 11783-5, Obtenção e manutenção de endereço dinâmico na rede.
2011).
Gerenciamento de protocolo de transporte Envio e recebimento de dados de 9 a 1785 bytes.
(ISO 11783-3, 2007).
Gerenciamento de protocolo de transporte Envio e recebimento de dados acima de 1785 bytes.
estendido (ISO 11783-6, 2010).
Gerenciamento de interface gráfica Envio da interface gráfica, manutenção da conexão,
(object pool) com Terminal Virtual
gerenciamento de eventos, atualização de dados na
(ISO 11783-6, 2010).
interface e gerenciamento de alarmes.
Gerenciamento de tarefas (device Envio da interface de dispositivo, manutenção da
description object pool) com Controlador conexão, gerenciamento de execução da tarefa e
de Tarefas (ISO 11783-10, 2009).
gerenciamento de envio de informações para mapas de
aplicação.
O conversor é responsável pela comunicação com os serviços do trator (VT, TC, GPS, TECU), e
gerencia todos os procedimentos descritos na tabela 1. As informações relevantes para a execução da
tarefa no campo devem ser filtradas e retransmitidas ao equipamento proprietário, de acordo com a
necessidade da aplicação agrícola. A comunicação com o sistema proprietário pode ser realizada de
duas maneiras: através de um protocolo de comunicação padrão ou de comunicação proprietária. No
primeiro caso, utiliza-se um protocolo padrão (por exemplo, SAE J1939, NMEA 0183, MODBUS,
etc.). No segundo caso, é necessário desenvolver previamente um protocolo de comunicação
proprietária entre os fabricantes. O protocolo proprietário determina o meio físico, a velocidade da
comunicação, o formato de dados da mensagem (data frame) e as regras para a comunicação.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: A empresa SENTRON Sistemas Embarcados desenvolveu um
conversor de protocolos, com a finalidade principal de atuar como um gateway entre sistemas
proprietários e um barramento ISOBUS (Figura 2).
Figura 2: Conversor ISOBUS da SENTRON Sistemas Embarcados com conector padrão ISOBUS.
A comunicação física com o dispositivo proprietário pode ser realizada através das seguintes portas de
comunicação serial: CAN 2.0B, RS-232 ou RS-485. Os procedimentos de gerenciamento do
barramento ISOBUS com todos os serviços do trator (VT, TC, GPS, TECU) já estão implementados
na memória do conversor. Desta maneira, os sistemas proprietários acessam os serviços de modo
transparente. A interface gráfica no padrão ISOBUS e o protocolo de comunicação com o sistema
proprietário são particularidades do fabricante, e dependem da aplicação do sistema agrícola e das
funcionalidades necessárias para a operação. Assim, estas propriedades devem ser previamente
implementadas na forma de rotinas, e alocadas na memória do conversor. Um estudo de caso pode ser
verificado no desenvolvimento de uma aplicação ISOBUS para o monitoramento de plantio.
a
b
Figura 3: a) Tela de operação do monitor de plantio; b) Configuração de parâmetros e alarmes
(SENTRON, 2014).
A aplicação (interface gráfica) foi desenvolvida pela SENTRON para atender aos requisitos mínimos
de um monitor de plantio de mercado, cuja funcionalidade é monitorar a média de plantio da
plantadeira e os possíveis desvios de taxa de plantio individual (linhas com alta ou baixa taxa de
plantio). A tela principal de operação é apresentada na figura 3-a. Uma tela secundária para
configuração apresenta os parâmetros da aplicação agrícola e alarmes que podem ser configurados
pelo usuário (Figura 3-b). Esta aplicação específica utiliza o conversor ISOBUS da SENTRON e pode
ser utilizada por qualquer fabricante de monitores de plantio. Desta maneira, um fabricante de monitor
de plantio que possui um produto não padronizado pode utilizar o conversor ISOBUS com este
aplicativo específico para oferecer um produto com a opção de compatibilidade ISOBUS.
CONCLUSÕES: O atual nível de desenvolvimento de sistemas com a tecnologia ISOBUS no Brasil
justificou o desenvolvimento de um equipamento de conversão, que permite acesso ao barramento
ISOBUS de maneira eficaz. A utilização de um conversor ISOBUS pode reduzir o tempo para se
oferecer um produto com a opção no padrão ISOBUS. A utilização de um conversor ISOBUS pode
reduzir o custo com mão-de-obra especializada no protocolo ISOBUS, o custo com investimento em
ferramentas para o desenvolvimento das rotinas do padrão ISOBUS e o custo com o desenvolvimento
ou readequação de hardware para se atender os requisitos de uma aplicação ISOBUS, como interface
CAN 2.0B e aumento da capacidade de memória não-volátil. O estudo de caso do aplicativo ISOBUS
para monitoramento de plantio corrobora a eficácia do conversor ISOBUS da SENTRON, e abre
possibilidades para fabricantes de monitores de plantio não padronizados. O conversor ISOBUS
aumenta o valor agregado de produtos não padronizados e diminui o atraso tecnológico brasileiro em
relação ao desenvolvimento internacional.
REFERÊNCIAS
ISO 11783-3 (2007). Tractors and machinery for agriculture and forestry — Serial control and
communications data network. Part 3: Data Link Layer.
ISO 11783-5 (2011). Tractors and machinery for agriculture and forestry — Serial control and
communications data network. Part 5: Network Management.
ISO 11783-6 (2010). Tractors and machinery for agriculture and forestry — Serial control and
communications data network. Part 6: Virtual Terminal.
ISO 11783-10 (2009). Tractors and machinery for agriculture and forestry — Serial control
and communications data network. Part 10: Task controller and management information
system data interchange.
PEREIRA, R. R. D. (2008). Protocolo ISO 11783: procedimentos para comunicação serial
de dados com o controlador de tarefas. São Carlos, 2008. 188f. Dissertação (Mestrado em
Engenharia Mecânica) – Escola de Engenharia de São Carlos - Universidade de São Paulo,
2008.
SAKAI, R. M. R. (2008). Rede Serial para Comunicação de Dados e Controle em Sistema
Embarcado: Estudo de Implementação da ISO 11783. São Carlos, 2008. 107f. Dissertação
(Mestrado em Engenharia Mecânica) – Escola de Engenharia de São Carlos - Universidade de
São Paulo, 2008.
SENTRON (2014). Monitor de Plantio MPS-101 – Manual de Operação. Disponível em
www.sentron.com.br. Acesso em abr. 2014.