Este trabalho tem base na demanda de pesquisas e desenvolvimento de tecnologias de redes de comunicação (fieldbus) que visam à integração de sistemas de automação e controle para aplicações em sistemas agrícolas. Sistemas agrícolas relacionados com as práticas da agricultura de precisão, com sistemas embarcados em máquinas e implementos agrícolas e com sistemas de controle de estufas e criadouros. É fundamentado também pelos esforços conjuntos no sentido de promover padronização e implementação da norma ISO11783, baseada no CAN, que dê suporte às práticas agrícolas relacionadas com a aquisição e transmissão de grande quantidade de dados. Um dos principais desafios associados ao projeto e utilização de redes de comunicação como o CAN, está relacionado à dificuldade de definição dos parâmetros de configuração para um bom desempenho da rede. O dimensionamento desses parâmetros exerce forte influência no desempenho da rede analisada. Sob o contexto destas necessidades relacionadas, este trabalho apresenta a pesquisa e o desenvolvimento de uma ferramenta de análise de desempenho de redes fieldbus baseada no protocolo CAN para integração de dispositivos em aplicações em sistemas agrícolas. As etapas desse desenvolvimento consistem na sistematização e validação de um modelo matemático do enlace de dados da rede, na proposta de uma metodologia de análise de parâmetros de configurações relacionados com a rede e na implementação computacional dessa metodologia. Espera-se que a metodologia implementada seja uma ferramenta que facilite tarefas de análise e obtenção de dados referentes às aplicações. O resultado deste trabalho busca auxiliar no dimensionamento de parâmetros de configuração e na otimização de redes CAN, além de fornecer dados que ajudam no desenvolvimento de soluções baseadas no protocolo CAN e na norma ISO11783. / This work has base in the demand of research and development of data communication networks (fieldbus) to support the integration of control and automation devices for applications in agricultural systems. Agricultural systems related with the precision agriculture practices, with the embedded systems in agricultural machinery and with the greenhouses control and livestock systems. It is also guided by the efforts on the implementation of ISO11783 standard. The ISO11783 (also called ISOBUS) standard communication link is a common tendency to integrated different devices on agricultural machinery through an embedded control network. The ISOBUS use the controller area network (CAN) as a data link protocol to perform the data communication. The correct definition of the data link configuration parameters represents one of the main challenges related to the design of CAN-based networks. The definition of these parameters has influence in the performance of the analyzed network. This work presents the research and the development of a performance analysis tool of CAN-based networks for applications in agricultural systems. This development consists of the systematization and validation of a CAN mathematical model. An analysis methodology is proposed to use the mathematical model. A simulation software was built and implements the methodology. It is expected that the implemented methodology facilitates the analysis tasks of the configuration parameters of the applications. The result obtained may assist in the performance evaluation and in the definition of an optimized configuration for the network based on CAN protocol and ISO11783 standard.

Este trabalho tem base na demanda de pesquisas e desenvolvimento de tecnologias de redes de comunicação (fieldbus) que visam à integração de sistemas de automação e controle para aplicações em sistemas agrícolas. Sistemas agrícolas relacionados com as práticas da agricultura de precisão, com sistemas embarcados em máquinas e implementos agrícolas e com sistemas de controle de estufas e criadouros. É fundamentado também pelos esforços conjuntos no sentido de promover padronização e implementação da norma ISO11783, baseada no CAN, que dê suporte às práticas agrícolas relacionadas com a aquisição e transmissão de grande quantidade de dados. Um dos principais desafios associados ao projeto e utilização de redes de comunicação como o CAN, está relacionado à dificuldade de definição dos parâmetros de configuração para um bom desempenho da rede. O dimensionamento desses parâmetros exerce forte influência no desempenho da rede analisada. Sob o contexto destas necessidades relacionadas, este trabalho apresenta a pesquisa e o desenvolvimento de uma ferramenta de análise de desempenho de redes fieldbus baseada no protocolo CAN para integração de dispositivos em aplicações em sistemas agrícolas. As etapas desse desenvolvimento consistem na sistematização e validação de um modelo matemático do enlace de dados da rede, na proposta de uma metodologia de análise de parâmetros de configurações relacionados com a rede e na implementação computacional dessa metodologia. Espera-se que a metodologia implementada seja uma ferramenta que facilite tarefas de análise e obtenção de dados referentes às aplicações. O resultado deste trabalho busca auxiliar no dimensionamento de parâmetros de configuração e na otimização de redes CAN, além de fornecer dados que ajudam no desenvolvimento de soluções baseadas no protocolo CAN e na norma ISO11783. / This work has base in the demand of research and development of data communication networks (fieldbus) to support the integration of control and automation devices for applications in agricultural systems. Agricultural systems related with the precision agriculture practices, with the embedded systems in agricultural machinery and with the greenhouses control and livestock systems. It is also guided by the efforts on the implementation of ISO11783 standard. The ISO11783 (also called ISOBUS) standard communication link is a common tendency to integrated different devices on agricultural machinery through an embedded control network. The ISOBUS use the controller area network (CAN) as a data link protocol to perform the data communication. The correct definition of the data link configuration parameters represents one of the main challenges related to the design of CAN-based networks. The definition of these parameters has influence in the performance of the analyzed network. This work presents the research and the development of a performance analysis tool of CAN-based networks for applications in agricultural systems. This development consists of the systematization and validation of a CAN mathematical model. An analysis methodology is proposed to use the mathematical model. A simulation software was built and implements the methodology. It is expected that the implemented methodology facilitates the analysis tasks of the configuration parameters of the applications. The result obtained may assist in the performance evaluation and in the definition of an optimized configuration for the network based on CAN protocol and ISO11783 standard.

A utilização de eletrônica embarcada na agricultura tem crescido rapidamente, tornando necessária a utilização de diversos módulos a bordo da máquina (trator e implemento). Considerando-se os impactos relacionados a esta tendência, alternativas tecnológicas devem ser geradas e devidamente exploradas, especialmente sobre os sistemas de controle e o cabeamento requeridos. As arquiteturas eletro-eletrônicas devem garantir o mínimo de custo de implementação e tempo de manutenção. Os sistemas de controle devem operar maximizando a disponibilidade das informações, o que implica a necessidade de troca de dados entre estes diversos sistemas de controle e, portanto, a existência de um protocolo de comunicação serial internacionalmente padronizado. Neste contexto, este trabalho aborda os diversos protocolos de comunicação serial - como o RS232, o RS485 e o CAN (Controller Area Network) - e as suas normas específicas, voltadas às aplicações agrícolas, como a ISO11783 e a DIN 9684, comparando-as. Dessa análise resulta a indicação da ISO11783, norma baseada no protocolo CAN, como a mais interessante para as aplicações agrícolas. Essa norma é estudada em detalhes, o que permite a criação de um roteiro de estudo e implementação do referido protocolo. Finalmente, é desenvolvida uma aplicação deste protocolo, considerando-se uma rede de comunicação de dados de um Monitor de Semeadora, a fim de demonstrar sua aplicação prática. / The use of on-board electronics in agriculture has grown quickly, requiring many electronic modules on-board machines (tractor and implement). Considering the trend related impacts, alternative technologies should be developed and used properly, especially on control systems and on the required wiring harness. Electro-electronic architectures should provide minimum implementation cost and maintenance related time. Control systems should operate maximizing the availability of information that implies on the necessity of data exchange among these variety of control systems and also, on the existence of an international standardized serial communication protocol. Considering that, this documentation covers many serial communication protocols - as RS232, RS485 and CAN (Controller Area Network) - and the agricultural applications related standards as ISO11783 and DIN 9684, comparing them. This analysis results in the indication of ISO11783, a CAN Bus based standard, as the most interesting to agricultural applications. This standard is analyzed in details, making possible the development of a protocol related study and implementation guideline. Finally, a protocol related application is developed for a Planter Monitor implement bus network, looking forward to demonstrating an ISO11783 real implementation.

A utilização de eletrônica embarcada na agricultura tem crescido rapidamente, tornando necessária a utilização de diversos módulos a bordo da máquina (trator e implemento). Considerando-se os impactos relacionados a esta tendência, alternativas tecnológicas devem ser geradas e devidamente exploradas, especialmente sobre os sistemas de controle e o cabeamento requeridos. As arquiteturas eletro-eletrônicas devem garantir o mínimo de custo de implementação e tempo de manutenção. Os sistemas de controle devem operar maximizando a disponibilidade das informações, o que implica a necessidade de troca de dados entre estes diversos sistemas de controle e, portanto, a existência de um protocolo de comunicação serial internacionalmente padronizado. Neste contexto, este trabalho aborda os diversos protocolos de comunicação serial - como o RS232, o RS485 e o CAN (Controller Area Network) - e as suas normas específicas, voltadas às aplicações agrícolas, como a ISO11783 e a DIN 9684, comparando-as. Dessa análise resulta a indicação da ISO11783, norma baseada no protocolo CAN, como a mais interessante para as aplicações agrícolas. Essa norma é estudada em detalhes, o que permite a criação de um roteiro de estudo e implementação do referido protocolo. Finalmente, é desenvolvida uma aplicação deste protocolo, considerando-se uma rede de comunicação de dados de um Monitor de Semeadora, a fim de demonstrar sua aplicação prática. / The use of on-board electronics in agriculture has grown quickly, requiring many electronic modules on-board machines (tractor and implement). Considering the trend related impacts, alternative technologies should be developed and used properly, especially on control systems and on the required wiring harness. Electro-electronic architectures should provide minimum implementation cost and maintenance related time. Control systems should operate maximizing the availability of information that implies on the necessity of data exchange among these variety of control systems and also, on the existence of an international standardized serial communication protocol. Considering that, this documentation covers many serial communication protocols - as RS232, RS485 and CAN (Controller Area Network) - and the agricultural applications related standards as ISO11783 and DIN 9684, comparing them. This analysis results in the indication of ISO11783, a CAN Bus based standard, as the most interesting to agricultural applications. This standard is analyzed in details, making possible the development of a protocol related study and implementation guideline. Finally, a protocol related application is developed for a Planter Monitor implement bus network, looking forward to demonstrating an ISO11783 real implementation.