LEVANTAMENTO E SISTEMATIZAÇÃO DE PADRÕES DESENVOLVIDOS PARA MÁQUINAS E IMPLEMENTOS AGRÍCOLAS BASEADOS NO PROTOCOLO CAN

PARA PROJETO DE INTERFACE

Rafael Vieira Sousa Engo Eletrônico, Bolsista de mestrado da Fapesp, Escola de Engenharia de São Carlos - USP /

Embrapa Instrumentação Agropecuária, R. XV de Novembro,1452, CEP 13560-970, São Carlos, SP, (0xx16) 274 2477, fax: (0x16) 272 5958

rafael@cnpdia.embrapa.br.

R. Y. Inamasu Pesquisador da Embrapa Instrumentação Agropecuária, R. XV de Novembro,1452, CEP 13560-970,

São Carlos, SP

A. N. Torre Pesquisador da Embrapa Instrumentação Agropecuária, R. XV de Novembro,1452, CEP 13560-970,

São Carlos, SP

RESUMO

NMEA 0183 é um padrão bastante utilizado em comunicação de dados entre receptores GPS ou DGPS com outros dispositivos. Por outro lado, o ISO 11783 é um padrão internacional emergente, que permite a integração de diferentes dispositivos de controle e automação (ECU – Electronic Control Unit), para aplicações em eletrônica embarcada em máquinas e implementos agrícolas. Visando fornecer subsídio para implementação deste padrão, principalmente para as pequenas e médias indústrias nacionais, que possuem limitações tecnológicas, este trabalho apresenta um estudo do padrão ISO 11783, direcionado ao projeto de circuito eletrônico de interface entre este padrão e o padrão NMEA 0183.

Palavras-chave: automação de máquinas agrícolas, CAN, ISO 11783, NMEA 0183

SEARCHING AND SISTEMATIZATION OF STANDARDS DEVELOPED TO AGRICULTURAL MACHINERY BASED ON CAN PROTOCOL FOR DESIGN OF

INTERFACE WITH GPS RECEIVER ABSTRACT

The NMEA 0183 is a standards widely used to data communication between GPS or DGPS receivers and other devices. In other hands ISO 11783 is a international standard that are being developed and applied to embedded electronics in agricultural machinery to integrate different devices in a serial bus. The application of this protocol in Brazil is restrict to imported machines, and small and medium manufactures need support to apply this technology and offer compatible equipment in the market. This work present the results of searching about ISO 11783 standard that are organized in a practical referential documentation for development of hardware and software interface, between ISO 11783 and NMEA 0183 to GPS or DGPS receivers.

Key Words: Agricultural Machinery Automation, CAN, ISO 11783, NMEA 0183

INTRODUÇÃO E METODOLOGIA

A associação de normas NMEA (National Marine Electronics Association) desenvolveu o padrão NMEA 0183 para interface de dispositivos eletrônicos para aplicações marítimas, mas este padrão tem sido adotado por fabricantes de receptores GPS e DGPS para aplicações em diversas áreas, incluindo a área agrícola. Por outro lado, para atender requisitos próprios do ambiente agrícola e permitir a integração de dispositivos eletrônicos, tem-se adotado o protocolo de comunicação digital serial Controller Area Network – CAN, em padrões para máquinas e implementos na área agrícola, como o padrão da ISO (International Standards Organization) – ISO 11783 (SOUSA, INAMASU & TORRE, 2000).

O emprego da tecnologia com o CAN no Brasil é restrito a alguns produtos importados e os pequenos e médios fabricantes nacionais, que normalmente possuem limitações tecnológicas, necessitam de subsídios e auxílio para continuar a fornecer equipamentos compatíveis no mercado. Para fornecer suporte a estes fabricantes, foi realizado um estudo baseado em publicações produzidas pelo meio acadêmico e cientifico, em consultas diretas ou indiretas a fontes relacionadas com fabricantes de GPS e DGPS, máquinas e implementos, e associação de normas ISO, SAE (Society of Automotive Engineers) e NMEA, responsáveis respectivamente pelas padronizações internacionais ISO 11783, SAE J1939 (padrão semelhante ao da ISO) e NMEA 0183. As informações foram associadas ao levantamentos de componentes eletrônicos para CAN, apresentadas por SOUSA, INAMASU & TORRE (2000), para orientar o desenvolvimento de circuitos eletrônicos e programas computacionais.

RESULTADOS E DISCUSSÕES

O padrão NMEA 0183 define características elétricas, protocolo de transmissão de dados, temporizações e tipos de mensagens. A versão 1.x deste padrão possui características elétricas baseadas no padrão RS232-C da EIA (Electronic Industries Alliance). Esta é a versão mais comum utilizada nos receptores GPS e tem sido muito utilizado em equipamentos agrícolas como relatado por STRAUSS et al (1999).

O padrão ISO 11783 adotou o a versão 2B protocolo CAN, segundo padronizado internacionalmente e documentado na ISO 11898 (para aplicações de alta velocidade). A tabela 1 apresenta as partes componentes da documentação ISO 117831 e descritas sinteticamente por STONE (1997) e também por HOFSTEE & GOENSE (1999).

TABELA 1: Partes componentes da documentação ISO 11783

PARTE TÍTULO ESCOPO

Parte 1 General Standard Visão geral sobre o padrão e da aplicação de cada parte

Parte 2 Physical Layer Especificação de cabeamento, conectores e sinais

Parte 3 Data Link Layer Implementação do CAN e especificação da estrutura das mensagens

Parte 4 Network Layer Especificação da interconexão de sub-redes

Parte 5 Network Management Layer Especificação do processo de inicialização e endereçamento de ECUs

Parte 6 Virtual Terminal Especificação do terminal de controle de dispositivos

Parte 7 Implement Messages Application Layer

Especificação das mensagens básicas dos implementos e da máquina

Parte 8 Power Train Message Especificação de mensagens automotivas Parte 9 Tractor ECU Define as funções da máquina no barramento

Parte 10 Task Controller and Management Computer Interface

Especificação de interface entre programas computacionais de controle e administração com o barramento

A implementação do CAN segundo a ISO 11783 é descrita nas partes 2 e 3 apresentadas na tabela 1. As partes, 2 e 3, definem características que influenciam diretamente na escolha de controladores e transceptores que implementam o protocolo. Tais componentes são encontrados no mercado com diferentes características, e muitos destes componentes são compatíveis com o padrão em questão (SOUSA, INAMASU & TORRE, 2000 ).

A figura 1 mostra um exemplo de circuito de interface, ilustrado em diagrama simplificado, para projeto de ECUs com GPS.

FIGURA 1: Esquema de um circuito de interface entre NMEA 0183 e ISO 11783 para projeto de ECUs com GPS.

No esquema da figura 1 é utilizado um controlador CAN (implementa o protocolo CAN) não integrado ao microcontrolador. Uma interface serial SPI (Serial Peripheral Interface) é utilizada para comunicação de dados entre o controlador CAN e o microcontrolador. A interface USART utilizada para implementar o padrão de transmissão do quadro de dados definido pelo NMEA (taxa de 4800 bits/s, 1 bit de início de quadro, 8 bits de dados, 1 ou 2 bits de fim de quadro). Os transceptores RS232C e CAN são responsável pela implementação das características elétricas de camada física dos padrões NMEA e ISO respectivamente.

A conversão das menagens referentes a GPS e DGPS, entre o formato NMEA, que é baseado em sentenças de caracteres (ex. de mensagens: GGA, VTG, RTCM), e formato ISO, que podem ser encontradas nos documentos ISO 11873- Partes 7 e 8, deve ser implementada por rotinas de programas para o microcontrolador da figura 1.

CONCLUSÕES

O estudo realizado permitiu a geração de uma documentação referencial e um circuito de interface para projeto de ECU segundo padrão ISO 11783, utilizando GPS ou DGPS com padrão NMEA 0183. Os primeiros testes mostraram um circuito simples, porém eficiente, e que tornará viável a utilização destas novas tecnologias para benefício da agricultura.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

GOENSE, D.; HOFSTEE, J.W. Simulation of a controller area network-based tractor-implement data bus according to ISO 11783. Journal of Agricultural Engineering Research, vol. 73, no. 4, pp. 383-394, August 1999.

SOUSA, R.V., INAMASU, R.Y., TORRE, A.N. Protocolo CAN: um subsídio para implementação. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA AGRÍCOLA, 29., 2000, Fortaleza. Anais eletrônicos... Fortaleza: Sociedade Brasileira de Engenharia Agrícola, 2000.

STONE, M.L. High speed networking in construction and agricultural equipment. In: SAE SYMPOSIOUM ON FUTURE TRASPORTATION ELECTRONICS: MULTIPLEXING AND..., 1994, Dearbon, MI. [S.I.: SAE], 1997. p. 1589-1598. (SAE, 941662).

STRAUSS, C; CUGNASCA, C. E.; SARAIVA, A. M.; HIRAKAWA, A. R. Applications of the CAN and ISO 11783 protocols to a planter monitor. In: WORLD MULTICONFERENCE ON CIRCUITS, SYSTEMS, COMMUNICATIONS AND COMPUTERS, 1999, Danvers. Proceedings: World Scientific and Engineering Society, 1999. CD-Rom.