O Protocolo CAN Bus nas Aplicações Off-Road: Uma Análise Comparativa entre os Padrões Existentes.
Alexandre de Almeida Guimarães
General Motors do Brasil Ltda.
Copyright © 2001 Society of Automotive Engineers, Inc
ABSTRACT
The on-board technology being incorporated into the vehicles is increasing exponentially. Not only for passenger cars, but also for buses and trucks. Off-road vehicles took part on this evolution process. The amount of systems developed over the years and the needs of communication between each other brought some concepts of data bus. One of them is the CAN Bus, which has started with the standard ISO 11898.
Based on that, some variants have been developed and used to accomplish each specific off-road application.
In some cases there are more than one protocol for a specific application. For these cases, a common standard would centralize improvement efforts and facilitate the developments. Through this paper we analyze the most important automotive CAN Bus based standards already considered on off-road applications, specially agricultural activities, and indicate which one can be the most complete from a technical and market standpoint.
RESUMO
A tecnologia embarcada sendo incorporada nos veículos está aumentando exponencialmente. Não somente nos veículos de passageiros, mas também em ônibus e caminhões. Os veículos Off-Road (fora de estrada) tomaram parte neste processo evolutivo. A quantidade de sistemas desenvolvidos através dos anos e as necessidades de comunicação entre eles, trouxeram alguns conceitos de barramentos de dados.
Um destes barramentos é o CAN (Controller Area Network), o qual foi iniciado através do padrão ISO11898. Baseado nele, algumas variantes têm sido desenvolvidas e utilizadas para atender cada aplicação
“off-road” específica. Para estas aplicações, um padrão comum centralizaria esforços em relação a melhorias e facilitaria os desenvolvimentos de forma geral. No decorrer deste artigo serão analizados os mais
importantes barramentos automotivos baseados no padrão CAN e já considerados em aplicações “off- road”, especialmente nas atividades agrícolas, indicando qual é o mais interessante do ponto de vista técnico e mercadológico.
PALAVRAS-CHAVE
CAN, Controller Area Network, Serial Data Bus, LBS, ISO11783, J1939, ISO11898, Multiplexing.
INTRODUÇÃO
Quando imaginamos algum dos processos agrícolas existentes atualmente, seja o ato de arar ou adubar ou semear a terra, ou pulverizar a lavoura e até mesmo o de colher o produto final, lembramos imediatamente da ferramenta mais importante em todo e qualquer processo agrícola: o Trator. Ele é elemento básico em todos os contatos com a terra.
Associado ao trator, existem os chamados Implementos Agrícolas. Cada implemento, diferentemente do trator, possui a sua aplicação específica. Existe um utilizado para arar, outro para adubar, um para semear, um para pulverizar e um implemento específico para colher.
Fica simples perceber que durante o processo produtivo na agricultura, muitas são as variações no conjunto Trator / Implemento.
Associando agora os processos agrícolas aos demais processos industriais e comerciais existentes, percebemos que também na agricultura a evolução tecnológica está ocorrendo; mecânica e eletronicamente. Esta evolução é natural no sentido que proporciona maior controle do processo e disponibiliza informações essenciais ao planejamento
das próximas safras e assim, da "Empresa - Fazenda".
Dentro deste contexto, dois termos vêm se caracterizando como bons representantes desta nova filosofia agrícola: "Agricultura de Precisão" e
“Protocolos de Comunicação”.
SAÍDAS
COMUNICAÇÃO DE DADOS EM VEÍCULOS A eletrônica anteriormente vista somente em veículos de passageiro, está sendo também embarcada nos tratores e seus implementos. Os objetivos principais desta incorporação são, entre outras coisas, reduzir o consumo de insumos, aumentar a qualidade dos processos e do produto final e assim, consequentemente, aumentar a lucratividade do produtor e a satisfação do consumidor final [1].
A Agricultura de Precisão depende da monitoração dos processos, da extração de dados das várias atividades executadas (do preparo da terra à colheita do produto) e a sua análise, procurando estimar os resultados finais. Para tanto, ferramentas computacionais para simular e avaliar os mais diferentes cenários são aplicadas, sempre consolidando as informações obtidas em campo durante cada fase do processo produtivo agrícola [1].
Percebe-se assim que, na Agricultura de Precisão, uns dos elementos mais importantes são as informações de cada fase do processo. Estas informações são os dados coletados em campo. Eles estão disponíveis em parte no trator, em parte nos implementos. São informações de velocidade e posição do maquinário em relação ao terreno, quantidade de sementes plantadas, quantidade de adubo depositado, quantidade de pesticida pulverizado e até mesmo eventuais falhas nos implementos ou no trator, entre outras. As informações são coletadas no decorrer dos trabalhos por sensores específicos e são armazenadas numa central localizada no próprio trator, de onde são retiradas posteriormente para as devidas análises. A forma como estes dados são levados dos sensores à unidade central do trator é uma das grandes dificuldades na Agricultura de Precisão.
Uma primeira consideração seria levar os dados diretamente de cada sensor à unidade central instalada no trator. Este arranjo é conhecido como Arquitetura Centralizada e pode ser visualizado na figura 1.
Figura #1: Diagrama Esquemático de uma Arquitetura Centralizada.
Como vantagens desta arquitetura, pode-se destacar:
• Simplicidade do hardware utilizado, sendo constituido basicamente pelos sensores, o cabeamento e uma placa eletrônica de gerenciamento do sistema (a própria Unidade de Controle instalada no trator).
• Todos os dados estarão disponíveis à Unidade Central durante toda a operação do sistema. Não é necessária nenhuma lógica de prioridades entre os dados coletados em cada sensor.
Como desvantagens [2], pode-se destacar:
• Grande quantidade de cabeamento requerido para conectar os sensores à unidade central do trator, o que dificulta a instalação e a manutenção da rede.
• Limitação das possibilidades de expansão do sistema.
O outro arranjo que poderia ser utilizado é o conhecido por Arquitetura Distribuída. Neste caso, existiriam vários módulos inteligentes espalhados pelo trator, recebendo apenas uma parcela dos dados, geralmente aqueles gerados próximo a ele mesmo, e enviando-os à Unidade Central do trator; agora não mais responsável por todo o processamento dos sinais discretos dos sensores e sim, simplesmente, por receber e armazenar os dados para posterior análise. Um diagrama esquemático do que seria esta arquitetura pode ser visto na figura 2.
ECU 1 ECU 2
MÓDULO
S CENTRAL
E N T R A D A
Figura #2: Diagrama Esquemático de uma Arquitetura Distribuida.
Como vantagens desta arquitetura, pode-se destacar:
• Reduzida quantidade de cabeamento da rede, por estarmos instalando módulos remotos bem próximos aos sensores [3].
• Menor tempo de instalação do sistema, exatamente pela menor quantidade de chicote requerida [3].
• Maior robustez do sistema, onde teriamos reduzido o número de paradas para manutenção por quebra de chicote [3].
• Permite a ampliação do sistema com significativa facilidade [4].
• Permite a aplicação de protocolos de comunicação mais inteligentes, o que aumentaria ainda mais a confiabilidade do sistema [5].
• Facilita a criação do software de aplicação, uma vez que possibilita a sua modularização e distribuição pelos vários módulos remotos [5].
• Possibilita também a modularização do projeto do sistema e da execução dos testes de validação, aumentando a sua confiabilidade e reduzindo os prazos envolvidos no desenvolvimento [4].
Como desvantagens desta arquitetura, pode-se destacar:
• Difícil implementação do software de controle da rede, o que depende diretamente do protocolo escolhido [5].
• Difícil determinação das prioridades de transmissão dos dados dos módulos remotos ao módulo central do trator [5].
E N T R A D A S S A Í D A S
E C U
4 ECU 3
MÓDULO CENTRA
L
ECU 1 ECU 2
• Difícil determinação da taxa de transmissão ideal para uma dada aplicação [6].
Do ponto de vista de uma aplicação agrícola qualquer, alguns requisitos mínimos devem ser observados no momento de se desenvolver uma rede embarcada de comunicação de dados. Pode-se destacar os seguintes:
• Estar preparada para trabalhar em ambientes móveis, sendo resistente especialmente a elevada vibração dos equipamentos [2].
• Ser resistente a situações extremamente nocivas, como as condições climáticas adversas (exposição aos raios solares e a chuva) e a exposição a produtos químicos provenientes do próprio trabalho [2].
• Ter cabeamento reduzido para facilitar a sua instalação e reduzir os problemas com manutenção [2].
• Não requerer tempo elevado ou manobras complicadas para a conexão de um equipamento à rede [7].
• Ser imune as interferências eletro-magnéticas [2].
Além de todos os fatores colocados acima, um em especial deve ser considerado: o Protocolo de Comunicação de Dados. Ele deve ser simples de se implementar e deve garantir uma velocidade de transmissão suficiente para a dada aplicação [7]. Além disso, deve permitir a interoperabilidade entre equipamentos de diversos fabricantes, o que sugere que ele seja reconhecido como um padrão [8].
Várias são as razões para se padronizar um protocolo de comunicação agrícola, assim como foi feito para as aplicações industriais, comerciais, navais e automotivas, entre outras. Como colocado anteriormente, um trator possui aplicação universal no contexto agrícola [9]. Já os implementos, são dedicados cada qual a uma aplicação específica.
Apesar disso, devemos garantir que os implementos se comuniquem com o trator normalmente [10], mesmo que sejam, e é a condição mais comum atualmente, de fabricantes diferentes. Utilizando um protocolo padronizado, os vários fabricantes não serão obrigados
a revelar o funcionamento interno de seus equipamentos, apenas disponibilizar os dados no barramento [9]. Do ponto de vista dos componentes eletrônicos, a adoção de um padrão permite que fabricantes de equipamentos troquem componentes entre si para o desenvolvimento de novos e padronizados equipamentos [11].
PROTOCOLOS DE COMUNICAÇÃO SERIAL No tópico anterior, foram colocadas as dificuldades da comunicação de dados em equipamentos agrícolas e foram destacadas as características desejáveis em um protocolo, o qual se pretende adotar no desenvolvimento de novos equipamentos.
Dentre os vários protocolos de comunicação serial existentes, alguns podem ser destacados por já terem sido objeto de análise em aplicações agrícolas.
Estamos nos referindo aos protocolos RS232, RS485, ISO 11898, SAE J1939, DIN 9684 (LBS) e ISO 11783, sobre os quais colocaremos agora um breve descritivo e destacaremos as suas vantagens e desvantagens principais.
RS232:
Pode ser considerada uma das interfaces mais populares de todos os tempos, existindo em praticamente todos os computadores; pessoais e de grande porte. Foi concebido para a comunicação bidirecional de dados entre 2 (dois) dispositivos, a uma distância máxima variando de 150m a 300m, dependendo da taxa de transmissão e do tipo de cabo utilizado. É caracterizada por utilizar linhas desbalanceadas, onde o sinal é aplicado a um dos fios e referenciado ao outro, conectado ao terra comum do sistema [12].
Como vantagens de se utilizar o RS232 em aplicações agrícolas, pode-se destacar [2]:
• Compatível com a grande maioria dos micro- controladores existentes.
• Protocolo simples de se implementar.
Sobre as desvantagens deste padrão, pode-se destacar [2]:
• Dificuldade de expansão e de se implementar um controle distribuído, uma vez que trabalha somente com 2 (dois) nós na rede.
• Grande quantidade de cabeamento, principalmente por ser necessário levar os sinais dos sensores a um dos 2 (dois) nós existentes, nem sempre localizados nas proximidades dos sensores.
• Problemas com interferências eletro-magnéticas devido a não ser uma rede de linhas balanceadas ou diferenciais.
Analisando as diversas particularidades do RS232, percebe-se que apesar de simples e extremamente difundido, não contempla grande parte das características desejáveis a um protocolo agrícola.
De qualquer forma, um Monitor de Semeadora utilizando o RS232 foi desenvolvido pelo Laboratório de Automação Agrícola da USP (LAA) [13], e o seu diagrama esquemático pode ser visualizado na figura 3.
Módulo da Semeadora
Módulo do Trator RS-232 Sensor de
Velocidade
Sensor de Operação
...
Sensores - Fluxo de Sementes
Display
Teclado
Alarme PC
RS-232 GPS
RS-232
Figura 3: Diagrama esquemático do Monitor de Semeadora do LAA.
A experiência adquirida com este desenvolvimento, possibilitou a melhor compreensão da aplicação em questão (um Monitor de Semeadora) e incentivou o grupo a procurar alternativas mais eficientes, como o RS485 e o protocolo CAN Bus.
RS485:
Possibilita a troca de dados entre uma quantidade maior de nós e a uma distância maior entre os diversos nós da rede. A quantidade de pontos conectados à rede, dependendo do comprimento da mesma e da taxa de transmissão, pode chegar a 256 [12]. Apesar disso, existe somente um nó capaz de conversar com todos os demais, sendo conhecido como mestre [2]. Isto impede um controle verdadeiramente distribuído.
Como vantagens do RS485, poderia-se destacar [2]:
• Possibilidade de expansão da rede em até 256 nós.
• Protocolo simples de se implementar.
• Menor comprimento total dos cabos, uma vez que os nós podem ser melhor distribuídos na rede e aproximados dos sensores.
• Maior imunidade a ruídos elétricos, uma vez que adota par trançado e loop de corrente em sua linha de comunicação.
Sobre as desvantagens, pode-se destacar o fato de não ser um controle verdadeiramente distribuído, caracterizando uma comunicação Mestre-Escravo [14].
Do ponto de vista de uma aplicação agrícola, a baixa eficiência desta rede devido a comunicação ser efetuada dentro do conceito mestre-escravo, dificulta a sua utilização em aplicações que requerem um controle completamente distribuído, onde os módulos trocam de forma rápida e direta, as informações necessárias ao seu processamento interno.
A figura 4 ilustra uma rede RS485:
Figura 4: Diagrama esquemático da Camada Física do RS485.
ISO 11898:
É a Norma básica e oficial do protocolo CAN (Controller Area Network), desenvolvida originalmente pela compania alemã Robert Bosch para utilização na indústria automotiva, buscando comunicação efetiva e de custos reduzidos em eletrônica embarcada de modo geral [21].
Com o passar dos anos, as exigências à troca de informações entre os diversos módulos eletrônicos nos veículos cresceram de tal forma que, o cabeamento requerido para tais conexões chegou a atingir vários quilometros de comprimento [15].
A figura 5, mostra um estudo realizado pela KVASER AB sobre o crescimento exponencial dos sistemas eletrônicos embarcados nos veículos da marca Volvo. É apresentado um gráfico com o número de fusíveis incorporados ao longo dos anos, assim como o aumento do comprimento do chicote [16].
Comprimento do chicote [metros]
27
54 1200 Quantidade
de fusíveis
575
16
7 9 283
5 183
4
Figura 5: Fusíveis e Cabos nos veículos Volvo ao longo dos anos.
Isto acarretou problemas crescentes relativos a custo de material, tempo de produção dos veículos e até mesmo em relação à confiabilidade do sistema. A figura 6 ilustra parte das conexões requeridas em um sistema automotivo, cujos módulos estejam conectados ponto a ponto [15].
Figura 6: Ligação ponto a ponto de sistemas embarcados em veículos.
A solução para este problema é a troca da forma de comunicação entre estes módulos eletrônicos. Deve ser considerado um protocolo que garanta os seguintes fatores [15]:
• Redução do cabeamento total da rede.
• Ser capaz de transmitir altas taxas de informação, uma vez que os sistemas operam com informações em tempo real.
UNIDADE CENTRAL
UNIDADE ... REMOTA
“N”
RX TX
RX TX RX TX RX TX
UNIDADE REMOTA
“1”
UNIDADE REMOTA
“2”
CENTRAL CONTROLE
DO MOTOR DE
TRAVAS PAINEL DE
ABS
INSTRUMENTOS
A/C
VIDRO ELÉTRICO 1927 1944 1956 1966 1975 1982 1997
30 50 83
• Boa flexibilidade das linhas de comunicação para facilitar a instalação do chicote no veículo.
• Capacidade de interligar diversos nós, garantindo futuras expansões do sistema.
• Trabalhar dentro do conceito multi-mestre, eliminando a existência de um módulo principal e responsável pelo gerenciamento da rede.
• Robustez suficiente para garantir seu funcionamento em ambientes nocivos e móveis.
• Capacidade para detectar e tratar eventuais falhas geradas por problemas em hardware e software ou, interferências externas como as eletro- magnéticas.
O protocolo que cobre todos estes requerimentos é o CAN. A figura 7 mostra uma arquitetura baseada neste protocolo.
Figura 7: O protocolo CAN em uma aplicação automotiva.
O protocolo CAN pode chegar a uma taxa de transmissão de 1Mbits/seg, com um comprimento de cabo de 40m (podendo ser aumentado com a proporcional diminuição da taxa de transmissão), garantindo todos os requerimentos colocados acima.
Perceba que o CAN foi desenvolvido para aplicações muito similares as aplicações agrícolas, o que bem indica a sua utilização nestes sistemas.
É um padrão internacional genérico que especifica basicamente a forma de transmissão das informações, sem se preocupar com o formato e o tipo das mensagens. Para tanto, existem várias normas fundamentadas na ISO 11898 que foram criadas para aplicações específicas. Nestes casos, foram
especificadas desde as mensagens requeridas até o cabeamento e conectores necessários a cada aplicação.
Para as aplicações automotivas, a SAE (Society of Automotive Engineers) criou a J1939. Para as aplicações navais, a NMEA (National Marine Electronics Association), criou a NMEA 2000. Para as aplicações agrícolas, a DIN (Deutsche Industrie- Norm), desenvolveu a DIN 9684, conhecida como LBS (Landwirtschaftliches Bus System), enquanto que a ISO (International Organization for Standardization) vem trabalhando na ISO 11783, que pretende ser o padrão mundial para as aplicações agrícolas.
Na tabela 1 estão relacionadas algumas aplicações e suas respectivas normas, baseadas na CAN ISO 11898.
APLICAÇÕES ORGANIZAÇÃO PADRÃO
Automotiva SAE
Naval NMEA
Agrícola DIN
ISO
DIN 9684 ISO 11783
J1939
NMEA 2000
CENTRAL DE TRAVAS CONTROLE
DO MOTOR
Tabela 1: Aplicações e suas respectivas normas baseadas na CAN ISO 11898.
PAINEL DE
ABS
É muito importante mencionar que a ISO 11898 especifica 2 tipos de protocolos, diferentes basicamente em relação aos identificadores de mensagens [16]. O protocolo básico possui o indentificador de 11 bits, que permite ao sistema gerenciar aproximadamente 2000 mensagens diferentes (padrão CAN 2.0A). O protocolo extendido possui o identificador formado por 29 bits, que permite ao sistema gerenciar cerca de 500 milhões de mensagens (padrão CAN 2.0B). A utilização de um padrão ou de outro, depende da aplicação e varia de norma para norma (normas baseadas na ISO 11898). A tabela 2 relaciona os dois padrões existentes e seus respectivos identificadores.
FORMATO IDENTIFICADOR Qtd de Mensagens
CAN Básico – CAN 2.0A 11 bits +/- 2000
CAN Extendido – CAN 2.0B 29 bits +/- 500 milhões
Tabela 2: Formatos do Identificador de mensagens CAN.
INSTRUMENTOS BAIXA
VELOCIDADE ALTA
VELOCIDADE
VIDRO ELÉTRICO A/C
Como o objetivo principal deste artigo é comentar as aplicações agrícolas, estaremos destacando agora, os protocolos baseados na CAN ISO 11898 potencialmente aplicáveis à agricultura.
PROTOCOLOS AGRÍCOLAS EXISTENTES
Avaliação Técnica:
Como dito anteriormente, o protocolo ISO 11898 deu oportunidade a criação de diversos protocolos CAN, específicos para determinadas aplicações. Do ponto de vista agrícola, 3 (três) se destacam atualmente: a DIN 9684 (LBS) e a ISO 11783, por serem essencialmente agrícolas e a SAE J1939 que, apesar de ter sido criada para aplicações em caminhões e ônibus, é objeto de análise nos ambientes agrícolas.
Segue uma breve explanação de cada um dos 3 (três) protocolos citados:
J1939: Padrão de comunicação baseado na norma CAN ISO 11898 e utilizado em aplicações automotivas. Foi baseada no padrão CAN 2.0B, onde o identificador de mensagens possui 29 bits. Define todos os níveis necessários a um protocolo para que o mesmo possa ser efetivamente utilizado em aplicações completas [17].
Do ponto de vista das aplicações agrícolas, a J1939 ainda não possui todos os componentes necessários a realização da sua padronização como um protocolo agrícola. Mensagens que cubram as mais variadas aplicações na agricultura ainda não foram definidas, existindo apenas algumas propostas para algumas aplicações. Na prática, nenhuma aplicação agrícola sobre a J1939 foi desenvolvida até o momento [18].
De qualquer forma, analisando as diversas literaturas que tratam da J1939 aplicada à agricultura, percebermos que os trabalhos efetuados com ela procuram auxiliar o desenvolvimento da norma ISO 11783, que se pretende ser um padrão internacional [11]. Algumas partes da J1939 foram adotadas, sem qualquer alteração, pela Comissão ISO que trata da criação da ISO 11783, enquanto que outras estão sendo utilizadas como referência.
DIN9684: Conhecido também por LBS (Landwirtschaftliches Bus System), é um padrão de comunicação agrícola baseado na ISO 11898 – CAN 2.0A (identificador de 11 bits). Foi criado pela
Associação Alemã de Tratores e Maquinário Agrícola (LAV) em conjunto com empresas e instituições alemãs, tendo sido finalizado em 1993. A principal motivação para a criação deste padrão, foi o crescimento acelerado da disponibilidade de equipamentos eletrônicos para aplicações agrícolas [9].
Este protocolo define todos os componentes necessários a um barramento de comunicação agrícola, tendo como características principais o seguinte:
• Quantidade de mensagens possíveis = 2048.
• Máxima Taxa de Transmissão = 125 Kbits/seg.
• Comprimento máximo da rede (considerando a Taxa de Transmissão Máxima) = 40m.
• Quantidade Máxima de Nós na rede = 20.
Existem vários trabalhos realizados sobre a LBS (como uma proposta de gerenciamento de dados de posicionamento de um trator [19]) e alguns equipamentos já são comercializados baseados nesta norma. Como exemplo, pode-se citar o sistema Fieldstar [20], hoje comercializado como opcional dos tratores da empresa “Massey Ferguson”. Trata-se de um terminal de operação, o qual recebe todos os dados disponíveis no trator e implementos, calcula a partir deles uma série de informações e orienta o operador do sistema a realizar determinadas ações requeridas à boa continuidade das atividades.
Analisando as várias literaturas disponíveis, percebe-se que mesmo sendo aplicado à equipamentos em comercialização, a LBS não é a melhor solução para todas as aplicações agrícolas, especialmente as futuras. Um padrão com uma maior quantidade de pontos disponíveis na rede, maior taxa de transmissão e maior quantidade de mensagens, o que aumentaria a flexibilidade do sistema, é realmente necessário [1].
De qualquer forma, todos os trabalhos realizados sobre a LBS tem sido utilizados como referência às atividades da Comissão ISO que trata da criação da ISO 11783.
ISO11783: Padrão de comunicação agrícola baseado na ISO 11899 – CAN 2.0B (identificador de 29 bits). Está em desenvolvimento pelo grupo de trabalho ISO TC23/SC19/WG1, que procura reunir os diversos requerimentos dos sistemas agrícolas atuais e predizer o que seria interessante em um protocolo de comunicação, para que o mesmo seja flexível o
suficiente para suportar as diversas aplicações agrícolas futuras.
Esta norma, assim como a DIN 9684, define todos os componentes necessários a um barramento agrícola, tendo como características principais o seguinte [6]:
• Quantidade de mensagens possíveis = mais de 500 milhões.
• Máxima Taxa de Transmissão = 250 Kbits/seg.
• Comprimento máximo da rede (considerando a Taxa de Transmissão Máxima) = 40m.
• Quantidade Máxima de Nós na rede = 256.
Como dito anteriormente, todos os demais protocolos de comunicação potenciais para aplicações agrícolas, tem seus resultados obtidos direcionados aos trabalhos de criação da ISO 11783, o que garante a abrangência desta norma à todas as aplicações agrícolas existentes, até mesmo as aplicações atuais que operam sobre a DIN 9684, e as aplicações a serem desenvolvidas futuramente.
Avaliação de Mercado:
Cada uma das 3 (três) normas citadas anteriormente possui aplicações atualmente conhecidas ou potenciais utilizações:
J1939: Amplamente utilizada no setor automotivo. Empresas como a Dearborn, Motorola, Eaton, Caterpillar, Detroit Diesel, Bosch, TACOM e Alphabet Stoneridge, entre outras, possuem sistemas eletrônicos baseados na J1939 visando as aplicações em caminhões e tratores. Como mencionado anteriormente, nunca foi utilizada em condições realmente agrícolas por não possuir todas as especificações necessárias para isso [18].
DIN 9684 (LBS): Utilizada atualmente por várias empresas fabricantes de tecnologia agrícola, como a Amazone, Bredal, Grimme, Hardi, Spra- Coupe, Delvano, Agrifac, Kuhn, Kverveland, Lemken, Horsch, Class e AGCO, entre outras. Como sistemas eletrônicos baseados na LBS, poderiam ser destacados o Agrocom e o Fieldstar [20], respectivamente das empresas Class e AGCO. Este último, disponível como opcional nos tratores da empresa Massey Ferguson, fabricante de tratores, nada mais é que um terminal de
operação que recebe os sinais lidos pelos sensores espalhados pelo implemento e trator, os processa e orienta o operador da máquina de toda e qualquer ação requerida. A LBS, como pode ser visto, é amplamente utilizada atualmente.
ISO 11783: Por ainda estar em processo de desenvolvimento, não foi utilizada como referência em nenhum projeto de equipamento comercial [6]. Apesar disso, é objeto de análise de grande parte das empresas que comercializam produtos eletrônicos na agricultura, especialmente por ser capaz de proporcionar uma solução que acomode as existentes, como a LBS, e as futuras, com milhares de mensagens e centenas de nós conectados à rede.
EQUIVALÊNCIA ENTRE AS NORMAS
Como os 3 (três) protocolos devem ser utilizados paralelamente por um prazo indeterminado, é necessária a compreenção das suas similaridades e diferenças. Para tanto, segue a tabela 3 que co- relaciona as partes de cada norma.
DESCRIÇÃO ISO
11783
SAE J1939
DIN 9684 (LBS)
Generalidades do Padrão #1 #2 Não Disp.
Camada Física #2 #12 #2
Camada de Enlace #3 #21 #3
Camada de Rede #4 #31 #2 e #3
Camada de Gerenciamento de Rede #5 #81 #3
Terminal Virtual #6 #72 #4
Camada de Aplic. de Mens. do Implemento #7 Não Disp. #3
Camada de Aplic. do Conj. Motor + Transm. #8 Não Disp. Não Disp.
Unidade Eletrônica de Controle do Trator #9 #71 Não Disp.
Controlador de Tarefas e Sist. de Gerenc. de Info. #10 Não Disp. #5
Dicionário de Dados #11 Não Disp. #3
Tabela 3: Equivalência entre as partes das Normas ISO 11783, SAE J1939 e DIN 9684 - LBS.
CONCLUSÕES
Todas as atividades executadas, não só com a LBS, mas também com a SAE J1939, buscam aumentar as experiências com os protocolos de
comunicação serial às aplicações off-road e auxiliar o desenvolvimento do padrão ISO 11783 (ainda em desenvolvimento).
Do ponto de vista técnico, pode-se destacar:
J1939: Não possui nenhuma aplicação agrícola desenvolvida e seus documentos não contemplam soluções completas para esta finalidade, faltando, por exemplo, a definição das mensagens requeridas às diversas condições / aplicações na agricultura [18]. De qualquer forma, ficou claro durante as pesquisas que toda e qualquer atividade com a J1939 no meio agrícola, visa aumentar a experiência com este tipo de tecnologia, auxiliando a criação da norma ISO 11783 [11].
DIN 9684: Com capacidade de controle de nós limitada a 20 unidades e gerenciamento de mensagens não superior a 2048 no total, a LBS não poderia ser aplicada aos futuros desenvolvimentos agrícolas, sem comprometer as possibilidades de expansão e controle do sistema. As tendências são claras e mostram um crescimento exponencial na disponibilidade de equipamentos eletrônicos na agricultura, o que reforça a necessidade de se ter um protocolo capaz de gerenciar o seu volume de informação [9]. A DIN não será capaz de atender os requisitos de expansão das futuras redes. Apesar desta norma estar sendo empregada em vários equipamentos comerciais, percebe-se que foi desenvolvida como uma solução temporária, com o intuito de cobrir uma lacuna aberta pela grande evolução tecnológica ocorrida no início da década de 90.
ISO 11783: Sobre a que se pretende seja a norma internacional para aplicações agrícolas, a ISO 11783 é capaz de controlar mais de 500 milhões de mensagens e interligar até 256 nós, além de tornar viável a convivência de uma rede LBS (CAN 2.0A) em um ambiente CAN 2.0B, o que evita o sucateamento da tecnologia atualmente comercializada. Todas as atenções estão voltadas à normatização da ISO; mesmo as comissões que analisam as demais normas [1].
Acredito que os estudos aqui realizados foram muito importantes, no sentido que auxiliaram na indicação de qual protocolo melhor se ajustará aos desenvolvimentos futuros – A ISO11783.
SOBRE O AUTOR
Alexandre de Almeida Guimarães trabalha na GM do Brasil desde 1993. Iniciou trabalhando com automação industrial, o que executou por cerca de 4
anos. Foi transferido para a Administração da Engenharia de Produtos, onde trabalhou por 2 anos com atividades relacionadas ao Orçamento da Engenharia. Trabalha atualmente como Engenheiro de Produto, sendo responsável basicamente por Sistemas de Entretenimento (Rádio, Alto-falante e Antena), Interruptores, Atuadores, Módulo de Controle de Carroçaria e Barramento de Dados em veículos de passageiros. Formado em Engenharia Elétrica pela Pontifícia Universidade Católica de São Paulo e cursando Mestrado em Sistemas Digitais na Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. A dissertação é baseada no padrão CAN (Controller Area Network) e a sua aplicação em veículos automotivos.
Ministra aulas na Universidade do Grande ABC (UNIABC) em Santo André – SP.
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