6. Πρωτόκολλα επικοινωνίας, ηλεκτρονικά μέσα παροχής πληροφοριών & εικονικός βοηθός

Transcript

1 6. Πρωτόκολλα επικοινωνίας, ηλεκτρονικά μέσα παροχής πληροφοριών & εικονικός βοηθός Τα πρωτόκολλα επικοινωνίας ISO και SAE J1939 αναπτύχθηκαν αποκλειστικά για γεωργικά και δασικά μηχανήματα, με σκοπό να καλύψουν όλες τις πτυχές δικτύωσης των ηλεκτρονικών συστημάτων τους στο φυσικό επίπεδο, την τυποποίηση της διασύνδεσης μεταξύ ελκυστήρα και παρελκόμενων μηχανημάτων, την αλληλεπίδραση με τον χειριστή και την επικοινωνία με απομακρυσμένα συστήματα διαχείρισης πληροφοριών. Οι ραγδαίες εξελίξεις στην τεχνολογία των υπολογιστών και των τηλεπικοινωνιών συνδέονται άμεσα με τη σημαντική ανάπτυξη του τομέα των ηλεκτρονικών μέσων παροχής πληροφοριών. Έτσι, τα κλασσικά ηλεκτρομηχανικά όργανα κινούμενης βελόνας αντικαταστάθηκαν από έναν υπολογιστή επί του οχήματος, ο οποίος επιτρέπει την αναπαράσταση ποσοτικών πληροφοριών, ενώ πραγματοποιεί υπολογισμούς που αφορούν την ποιότητα του εκτελούμενου έργου. Τη σημαντικότερη εξέλιξη στα ηλεκτρονικά μέσα παροχής πληροφοριών των ελκυστήρων και άλλων γεωργικών οχημάτων αποτελεί η τερματική μονάδα ISOBUS. Τέλος, το σύστημα αυτόματης εκτέλεσης σειράς προγραμματιζόμενων διαδοχικών εργασιών είναι ένα ηλεκτρονικό σύστημα το οποίο συμπεριφέρεται ως "εικονικός βοηθός" και εκτελεί αυτόματα μία σειρά χειρισμών για λογαριασμό του χειριστή Πρωτόκολλα επικοινωνίας Εισαγωγικές έννοιες Με τον όρο πληροφορία εννοούμε κάθε οργανωμένο σήμα, ενώ με τον όρο δεδομένα εννοούμε την κωδικοποιημένη μορφή της πληροφορίας. Η κωδικοποίηση αυτή γίνεται με ψηφιακό τρόπο για την περεταίρω επεξεργασία, αποθήκευση και μετάδοση. Με τον όρο μετάδοση δεδομένων εννοούμε την αποστολή της πληροφορίας μέσα από φυσικά κανάλια μετάδοσης (αγωγούς). Η έννοια της επικοινωνίας δεδομένων είναι ευρύτερη από αυτήν της μετάδοσης, επειδή εκτός της εκπομπής και της κωδικοποίησης της πληροφορίας, περιέχει τον έλεγχο της μετάδοσης, καθώς και τους κανόνες που διέπουν τα συστήματα ανταλλαγής πληροφοριών (Αλεξόπουλος και Λαγογιάννης, 2003). Η πιο διαδεδομένη μορφή μετάδοσης δεδομένων είναι η σειριακή. Στη σειριακή μετάδοση τα δυαδικά ψηφία (bit) αποστέλλονται το ένα μετά το άλλο μέσα από ένα φυσικό κανάλι μετάδοσης. Συνήθως, πρώτο αποστέλλεται το λιγότερο σημαντικό bit της ψηφιολέξης (Byte), ενώ μόνο σε ορισμένες περιπτώσεις προηγείται το πιο σημαντικό bit. Αντιθέτως, στην παράλληλη μετάδοση τα 8 bit της ψηφιολέξης αποστέλλονται ταυτόχρονα. Επομένως, η παράλληλη μετάδοση είναι ταχύτερη της σειριακής, αλλά απαιτεί πολλαπλά κανάλια για την μεταφορά των bit (Καλόμοιρος κ.ά., 2002). Απαραίτητη προϋπόθεση για τη μεταφορά των δεδομένων είναι ο συγχρονισμός μεταξύ της πλευράς που εκπέμπει τα δεδομένα και της πλευράς που λαμβάνει τα δεδομένα. Στη σύγχρονη μετάδοση τα δεδομένα είναι οργανωμένα σε τμήματα (block). Τα τμήματα αυτά μπορεί να περιλαμβάνουν είτε ψηφιολέξεις είτε δυαδικά ψηφία. Το κύριο χαρακτηριστικό της σύγχρονης μετάδοσης είναι η ταυτόχρονη αποστολή σημάτων χρονισμού. Αντιθέτως, η ασύγχρονη μετάδοση είναι η μεταφορά των δεδομένων ανά ψηφιολέξη, καθώς και η ασύγχρονη λειτουργία των κυκλωμάτων χρονισμού της πλευράς που εκπέμπει και της πλευράς που λαμβάνει την πληροφορία (Tanenbaum, 1991). Η μετάδοση της πληροφορίας μεταξύ δύο ή περισσότερων συσκευών γίνεται με τη βοήθεια ενός διαύλου επικοινωνίας (Bus). Στην πραγματικότητα η λέξη δίαυλος σημαίνει ένα κανάλι επικοινωνίας πάνω στο οποίο υπάρχουν σημεία πρόσβασης που μπορούν να συνδεθούν διάφορες συσκευές, ώστε να γίνουν μέλη του διαύλου και να ανταλλάσουν πληροφορίες μεταξύ τους. Τέτοιες συσκευές θα μπορούσαν να είναι μικροελεγκτές, αισθητήρες, κ.ά. Επίσης, η λέξη δίαυλος σημαίνει τον τρόπο διασύνδεσης αυτών των συσκευών, δηλαδή την τοπολογία του δικτύου το οποίο συγκροτούν. Οι κυριότερες τοπολογίες είναι η τοπολογία διαύλου, η τοπολογία αστέρα, η τοπολογία δακτυλίου, κ.ά. Για τη σύνδεση όλων των συσκευών, η τοπολογία διαύλου (Bus) βασίζεται σε ένα κεντρικό αγωγό που αποκαλείται "σπονδυλική στήλη" (backbone). Έτσι, όταν μία συσκευή επιθυμεί να επικοινωνήσει με μία άλλη, τότε εκπέμπει ένα μήνυμα μέσα στον κοινό αγωγό. Όλες οι άλλες συσκευές το λαμβάνουν και το φιλτράρουν. Στην περίπτωση που το μήνυμα τις αφορά

2 ανταποκρίνονται, διαφορετικά το αγνοούν. Η τοπολογία διαύλου χρησιμοποιείται σε μικρά δίκτυα ή συστήματα Ethernet. Τα βασικά χαρακτηριστικά ενός διαύλου είναι το εύρος, η συχνότητα λειτουργίας, ο ρυθμός μετάδοσης των δεδομένων, ο αριθμός των συσκευών που μπορούν να συνδεθούν, η ευρωστία των δεδομένων, κ.ά Αρχιτεκτονική ενδοοχηματικών ηλεκτρονικών δικτύων Τα τελευταία τριάντα χρόνια, έχουμε εκτεταμένη εφαρμογή ηλεκτρονικών συστημάτων στους διάφορους τύπους οχημάτων, που βελτιώνουν την απόδοση, μειώνουν την κατανάλωση καυσίμου και τις εκπομπές καυσαερίων, προσφέρουν άνεση και ασφάλεια (Leen and Heffernan, 2002). Η ανάγκη για βέλτιστη διαχείριση των λειτουργιών στα οχήματα, οδήγησε στη δικτύωση των επιμέρους ηλεκτρονικών συστημάτων. Ο Ελεγκτής Δικτυακής Περιοχής (Controller Area Network, CAN) είναι το ευρύτερα χρησιμοποιούμενο πρωτόκολλο επικοινωνίας των συνδεόμενων ηλεκτρονικών μονάδων ελέγχου, των αισθητήρων και των ενεργοποιητών. Έτσι, το σύστημα διαχείρισης πληροφοριών ενός γεωργικού ελκυστήρα περιλαμβάνει συνολικά πέντε ηλεκτρονικές μονάδες ελέγχου (ECUs): του κινητήρα, του κιβωτίου ταχυτήτων, του υδραυλικού συστήματος, του πίνακα οργάνων, και της κονσόλας πολλαπλών λειτουργιών, που οργανώνονται ορθολογικά σε ένα ευφυές σύστημα (Γράβαλος και Κουφόπουλος, 2003). Βασικά, πρόκειται για ένα σύνθετο ενδοοχηματικό ηλεκτρονικό δίκτυο στο οποίο οι χρονικές καθυστερήσεις και η εμφάνιση παροδικών λαθών, δεν είναι ασυνήθεις (Hansson et al.,1997). Οι επιμέρους ηλεκτρονικές μονάδες ελέγχου (ECUs) μίας ομόσπονδης αρχιτεκτονικής, είναι ανεξάρτητες μεταξύ τους. Κάθε λειτουργία εκτελείται από την αντίστοιχη μονάδα ειδικού σκοπού (dedicated ECU) με τους αντίστοιχους αισθητήρες και ενεργοποιητές. Η κατανομή των λειτουργιών βασίζεται στη γεωγραφική κατανομή των αισθητήρων και ενεργοποιητών, του διαθέσιμου χώρου και των άλλων περιορισμών του περιβάλλοντος. Στην Εικόνα 6.1, παρουσιάζεται ένα σύστημα ομόσπονδης αρχιτεκτονικής, όπου η κάθε λειτουργία υλοποιείται σε ξεχωριστή ηλεκτρονική μονάδα ελέγχου με τη χρήση αποκλειστικών εισόδων και εξόδων, ενώ η οποιαδήποτε αναγκαία ενδοεπικοινωνία μεταξύ των μονάδων εξασφαλίζεται από αποκλειστικούς αγωγούς σύνδεσης από-σημείο-σε-σημείο (point-to-point). Εικόνα 6.1 Σύστημα ομόσπονδης αρχιτεκτονικής (Αρχιτεκτονική A). Το πρώτο βήμα για μία ολοκληρωμένη αρχιτεκτονική (Obermaisser et al., 2009) έγινε με την εισαγωγή δίαυλου επικοινωνίας, όπως φαίνεται στην Εικόνα 6.2. Στη περίπτωση αυτή, όλες οι ECUs είναι συνδεδεμένες μεταξύ τους με μια δέσμη αγωγών, δηλαδή κάθε ECU μπορεί τόσο να στέλνει, όσο και να λαμβάνει δεδομένα. Σήμερα, στους γεωργικούς ελκυστήρες μεγάλης ισχύος συναντούμε το σύστημα Can Bus, ως ένα σύστημα βέλτιστης διαχείρισης πληροφοριών.

3 Εικόνα 6.2 Σύστημα ολοκληρωμένης αρχιτεκτονικής με χρήση διαύλου επικοινωνίας (Αρχιτεκτονική B). Ένα δεύτερο βήμα για την ολοκληρωμένη αρχιτεκτονική είναι η δικτύωση ηλεκτρονικών μονάδων ελέγχου, αισθητήρων και ενεργοποιητών (Εικόνα 6.3). Η διασύνδεση αισθητήρων και ενεργοποιητών μπορεί να γίνεται για κάθε έναν χωριστά ή ομαδικά (πολυπλεγμένη διασύνδεση). Εικόνα 6.3 Σύστημα ολοκληρωμένης αρχιτεκτονικής με δικτύωση ηλεκτρονικών μονάδων ελέγχου, αισθητήρων και ενεργοποιητών (Αρχιτεκτονική C). Το τελευταίο βήμα, θα μπορούσε να είναι η ολοκλήρωση των λειτουργιών σε ένα ενιαίο σύστημα, με στόχο τη μείωση του κόστους και την βελτιστοποίηση της απόδοσης του. Η ολοκλήρωση των λειτουργιών μπορεί να υλοποιηθεί κάτω από διαφορετικές αρχιτεκτονικές: α) του κεντρικού ελέγχου και β) του κατανεμημένου ελέγχου (Wasicek et al., 2014). Στην περίπτωση του κεντρικού ελέγχου, το λογισμικό εγκαθίσταται σε ένα κεντρικό υπολογιστικό σύστημα. Όπως φαίνεται στην Εικόνα 6.4, το υπολογιστικό σύστημα αποτελούμενο από τρεις επεξεργαστές, συνδέεται κεντρικά με τον δίαυλο επικοινωνίας. Επίσης, ο

4 ετερογενής πλεονασμός (redundancy) του συστήματος, δηλαδή ο εφεδρικός εξοπλισμός, εξασφαλίζει αδιάκοπη λειτουργία σε περίπτωση μερικής βλάβης. Εικόνα 6.4 Σύστημα ολοκληρωμένης αρχιτεκτονικής με κεντρικό έλεγχο και ετερογενή πλεονασμό (Αρχιτεκτονική D). Στην Εικόνα 6.5 δίνεται ένα παράδειγμα κεντρικού ελέγχου, όπου ο πλεονασμός είναι ο ίδιος για όλες τις λειτουργίες και γι αυτό ονομάζεται ομοιογενής. Εικόνα 6.5 Σύστημα ολοκληρωμένης αρχιτεκτονικής με κεντρικό έλεγχο και ομοιογενή πλεονασμό (Αρχιτεκτονική E). Στην περίπτωση του κατανεμημένου ελέγχου, οι επεξεργαστές συνδέονται ανεξάρτητα στον δίαυλο επικοινωνίας (Εικόνα 6.6). Αυτό σημαίνει διαφορετική κατανομή των υπολογισμών. Επίσης, ο πλεονασμός είναι ετερογενής αλλά θα μπορούσε να είναι ομοιογενής, όπως στην Εικόνα 6.5.

5 Εικόνα 6.6 Σύστημα ολοκληρωμένης αρχιτεκτονικής με κατανεμημένο έλεγχο και ετερογενή πλεονασμό (Αρχιτεκτονική F). Στην περίπτωση των συστημάτων, που βασίζονται σε μία ομόσπονδη αρχιτεκτονική, είναι δυνατόν να βελτιωθεί η ολική τους απόδοση, χρησιμοποιώντας πολυπλεγμένες διασυνδέσεις. Η μερική ή ολική πολύπλεξη αισθητήρων και ενεργοποιητών έχει το πλεονέκτημα της εύκολης διαχείρισης πληροφοριών, αλλά αυξάνει σημαντικά το κόστος. Η χρήση διαύλου επικοινωνίας επιτρέπει την εγκατάσταση πρόσθετων λειτουργιών στο δίκτυο. Οι στρατηγικές αξιοπιστίας υλοποιούνται τοπικά για κάθε μονάδα ελέγχου, γεγονός που οδηγεί σε αύξηση της πολυπλοκότητας και του κόστους, λόγω απουσίας μίας ολοκληρωμένης προσέγγισης στην ανοχή λάθους (fault tolerance). Συνεπώς, το κυριότερο μειονέκτημα της ομόσπονδης αρχιτεκτονικής είναι η ανεξάρτητη βελτιστοποίηση των λειτουργιών για κάθε μονάδα, που καθιστά το κόστος υψηλότερο από το αναγκαίο. Οι αρχιτεκτονικές που βασίζονται στον ολοκληρωμένο έλεγχο, σχεδιάστηκαν με στόχο να μειωθεί ο αριθμός των επεξεργαστών, ώστε να μειωθούν το συνολικό κόστος και το βάρος και να βελτιωθεί η αξιοπιστία. Επιπρόσθετες λειτουργίες υλοποιούνται χωρίς μεγάλες δυσκολίες, ενώ η συνολική προσέγγιση στην ανοχή λάθους βοηθά στη βελτίωση και στην αρμονική συμπεριφορά του συστήματος σε περίπτωση βλάβης. Η συνύπαρξη μονάδων λογισμικού διαφορετικής κρισιμότητας σε μια μονάδα υλικού, η αλληλεπίδραση των μονάδων και η περιορισμένη χωρητικότητα μνήμης, θα πρέπει να ληφθούν σοβαρά υπόψη μας. Με την αρχιτεκτονική κεντρικού ελέγχου, μειώνονται οι καλωδιώσεις μεταξύ υπολογιστικών μονάδων, αισθητήρων και ενεργοποιητών. Οι ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές επηρεάζουν λιγότερο την ενδοεπικοινωνία του συστήματος. Όμως το κεντρικό υπολογιστικό σύστημα είναι πολύπλοκο και στην περίπτωση βλάβης το κόστος επισκευής θα είναι μεγάλο. Η αρχιτεκτονική κατανεμημένου ελέγχου μας επιτρέπει να κατανείμουμε την πολυπλοκότητα με γεωγραφικό τρόπο. Οι ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές αποτελούν ένα σημαντικό πρόβλημα που μπορεί να επηρεάσει τους αγωγούς επικοινωνίας και ως εκ τούτου επιβάλλεται ο περιορισμός του εύρους του πολυπλεγμένου διαύλου. Ο ολοκληρωμένος έλεγχος προσφέρει τη δυνατότητα επιλογής ανάμεσα στον ετερογενή και ομοιογενή πλεονασμό. Η ετερογενής προσέγγιση επιτρέπει έναν σχεδόν άριστο πλεονασμό για κάθε λειτουργία. Αντίθετα, η ομοιογενής δημιουργεί έναν πλεονασμό για κάθε λειτουργία και η διαχείριση είναι απλούστερη. Γενικά στα συστήματα κατανεμημένου ελέγχου η διαχείριση της ανοχής λάθους είναι δυσκολότερη και υψηλότερου κόστους για να υλοποιηθεί σε σχέση με τα συστήματα κεντρικού ελέγχου. Τα ανωτέρω συνοψίζονται στον Πίνακα 6.1.

6 ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΕΣ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ A B C D E F Απόδοση Αξιοπιστία Πολυπλοκότητα Υψηλό κόστος Ηλεκτρομαγνητικές Παρεμβολές Ανοχή λάθους Πίνακα 6.1 Σύγκριση διαφορετικών αρχιτεκτονικών των ενδοοχηματικών δικτύων Πρωτόκολλο επικοινωνίας CAN Αρχικά, οι κατασκευαστές των αυτοκινήτων για να συνδέσουν τις διάφορες ηλεκτρονικές συσκευές μεταξύ τους χρησιμοποίησαν συστήματα επικοινωνίας από-σημείο-σε-σημείο (point-to-point). Όμως, η ανάγκη για σύνδεση όλο και περισσότερων συσκευών, οδήγησε στην ιδέα της ανάπτυξης ενός δικτύου συσκευών μέσα στο ίδιο το όχημα. Έτσι, ορισμένοι από τους μεγαλύτερους κατασκευαστές προσπάθησαν να αναπτύξουν τα δικά τους δίκτυα επικοινωνίας (όπως το VAN, A-Bus και M-Bus), αλλά χωρίς επιτυχία. Το 1983, πρώτη η εταιρεία Bosch ανέπτυξε το δίκτυο CAN ή Controller Area Network (Ελεγκτής Δικτυακής Περιοχής). Επομένως, το δίκτυο CAN είναι ένα σειριακό πρωτόκολλο επικοινωνίας για ηλεκτρονικές συσκευές, χωρίς να απαιτείται κάποιος κεντρικός μικροεπεξεργαστής και καθορίζεται από το πρότυπο ISO Το πρωτόκολλο CAN, εκτός από την αυτοκινητοβιομηχανία και γενικότερα τη βιομηχανία οχημάτων, χρησιμοποιείται πλέον και σε άλλου είδους εφαρμογές, όπως σε ιατρικά μηχανήματα, σε βιομηχανικά συστήματα, κ.ά. (Ortega and Borriello, 1998). Λόγω των διαφορετικών απαιτήσεων, τα συστήματα των διαύλων επικοινωνίας ταξινομούνται σε διαφορετικές κλάσεις, κάθε μία από τις οποίες σχετίζεται με συγκεκριμένες εφαρμογές. Δύο εκδοχές του συστήματος CAN βρίσκουν εφαρμογή στα οχήματα: α) το CAN υψηλής ταχύτητας (high-speed CAN ή CAN- C) και β) το CAN χαμηλής ταχύτητας (low-speed CAN ή CAN-B). Το CAN-C ορίζεται από το πρότυπο ISO και λειτουργεί με ταχύτητες από 125 kbps έως 1 Mbps. Ενώ, το CAN-B ορίζεται από το πρότυπο ISO και λειτουργεί με ταχύτητες από 5 kbps έως 125 kbps. Για την επιτυχή μετάδοση της πληροφορίας πρέπει να συνεργάζονται αρμονικά το σύνολο του υλικού και του λογισμικού του δικτύου. Ένας τρόπος για να γίνει αυτό είναι να μειώσουμε την πολυπλοκότητα της σχεδίασης. Το δίκτυο θα πρέπει να είναι οργανωμένο σε επίπεδα (layers) που το καθένα θα χτίζεται πάνω στο προηγούμενο. Ένα από τα πιο διαδεδομένα πρότυπα, είναι το πρότυπο αναφοράς OSI (Open System Interconnection) το οποίο είναι μία ιεραρχική δομή των επτά επιπέδων (φυσικό, διασύνδεσης δεδομένων, δικτύου, μεταφοράς δεδομένων, συνόδου, παρουσίασης και εφαρμογής). Το πρότυπο CAN ασχολείται με τα δύο πρώτα επίπεδα του OSI, δηλαδή το φυσικό επίπεδο και το επίπεδο διασύνδεσης δεδομένων. Έτσι το πρότυπο CAN διαιρείται σε τρία επίπεδα: α) το επίπεδο αντικειμένου, β) το επίπεδο μετάδοσης και γ) το φυσικό επίπεδο. Τα δύο πρώτα επίπεδα υλοποιούν μέρος του επιπέδου διασύνδεσης δεδομένων. Ειδικότερα, στο επίπεδο αντικειμένου (object layer) γίνεται ανίχνευση και διαχείριση των μηνυμάτων. Στο επίπεδο μεταφοράς (transfer layer) πραγματοποιείται ανίχνευση, σηματοδότηση και απομόνωση των σφαλμάτων, ενώ παρέχονται υπηρεσίες, όπως της διαιτησίας και του συγχρονισμού των bit. Τέλος, στο φυσικό επίπεδο (physical layer) υλοποιούνται όλες οι ηλεκτρικές (π.χ. επίπεδα σημάτων ή αναπαράστασης των bit) και φυσικές (π.χ. τύποι καλωδίων ή συνδετήρων) προδιαγραφές της σύνδεσης (Freiberger et al., 2011). Ως κόμβος του δικτύου CAN θεωρείται κάθε στοιχείο (π.χ. ηλεκτρονική μονάδα ελέγχου, αισθητήρας, κ.ά.) που συνδέεται στον δίαυλο CAN. Έτσι, ένας κόμβος αποτελείται από τον μικροελεγκτή της εφαρμογής, τον ελεγκτή CAN (CAN controller) και τον πομποδέκτη (CAN transceiver ή Bus driver). Στην Εικόνα 6.7 παρουσιάζεται η δομή ενός κόμβου (Eisele and Jöhnk, 1996). Ο ελεγκτής CAN είναι αυτός που παράγει το πλαίσιο δεδομένων (data frame), δηλαδή την αλληλουχία των bits που απαιτούνται για κάθε επικοινωνία και τα προωθεί στον πομποδέκτη μέσω της γραμμής TxD (Transmit Data). Ο πομποδέκτης ενισχύει τα σήματα, παράγει τα επίπεδα τάσης που απαιτούνται και μεταδίδει την επεξεργασμένη πλέον αλληλουχία των bits σειριακά στις γραμμές CAN_H και CAN_L του διαύλου. Στη συνέχεια, τα εισερχόμενα μηνύματα δέχονται την επεξεργασία του πομποδέκτη και προωθούνται στον ελεγκτή CAN μέσω της γραμμής

7 RxD (Receive Data). Ο μικροελεγκτής της εφαρμογής ελέγχει τον ελεγκτή CAN, αξιολογεί τα εισερχόμενα δεδομένα και ετοιμάζει τα δεδομένα προς αποστολή (Robert Bosch GmbH, 2007). Εικόνα 6.7 Η δομή ενός κόμβου του δικτύου CAN. Στην Εικόνα 6.8 παρουσιάζεται το ολοκληρωμένο κύκλωμα PCA82C251 (NXP Semiconductors, 2011) το οποίο χρησιμοποιείται ευρύτατα ως πομποδέκτης, για εφαρμογές CAN, σε βαρέως τύπου οχήματα, όπως είναι τα φορτηγά, οι γεωργικοί ελκυστήρες, κ.ά. Το ολοκληρωμένο κύκλωμα του πομποδέκτη παρέχει τη δυνατότητα για διαφορική εκπομπή στον δίαυλο CAN και διαφορική λήψη στον ελεγκτή CAN. Περιλαμβάνει συνολικά 8 γραμμές εισόδου-εξόδου: Τη γραμμή Rs η οποία χρησιμοποιείται για τον έλεγχο του τρόπου λειτουργίας (operation mode). Τις σειριακές γραμμές TxD και RxD οι οποίες χρησιμοποιούνται για την εκπομπή και λήψη των δεδομένων. Την Vref η οποία παρέχει μία ονομαστική τάση VCC/2 και την τάση τροφοδοσίας που είναι 4,5-5,5 V. Όταν ο ελεγκτής CAN στείλει μία ακολουθία σειριακών δεδομένων στην γραμμή TxD του πομποδέκτη, τότε η εσωτερική pull-up συνδεσμολογία (η συνδεσμολογία αυτή αυξάνει το δυναμικό σε ένα σημείο του κυκλώματος μέσω αντιστάτη) θέτει την είσοδο TxD σε κατάσταση high, δηλαδή ο οδηγός (driver) του διαύλου τίθεται αρχικά σε δευτερεύουσα κατάσταση (recessive state). Σε αυτή την κατάσταση, οι γραμμές CAN_H και CAN_L πολώνονται στα 2,5 V με μία εσωτερική αντίσταση των 17 kω. Εάν ένας ή περισσότεροι κόμβοι του διαύλου εκπέμψουν ένα κυρίαρχο bit, δηλαδή στη γραμμή TxD του

8 πομποδέκτη εφαρμοστεί μία κατάσταση low, τότε ο οδηγός του διαύλου βρίσκεται σε κυρίαρχη κατάσταση (dominant state). Στην περίπτωση αυτή η τάση στη γραμμή CAN_H είναι 3,5 V και για τη γραμμή CAN_L είναι 1,5 V. Ο οδηγός περιλαμβάνει μια πηγή και έναν απαγωγό ρεύματος. Η γραμμή CAN_H συνδέεται με την πηγή ρεύματος και η γραμμή CAN_L συνδέεται με τον απαγωγό ρεύματος. Τέλος, ο συγκριτής του πομποδέκτη είναι πάντα ενεργός και μετατρέπει το διαφορικό σήμα του διαύλου σε σήμα λογικής στάθμης το οποίο αποτελεί την έξοδο της γραμμής RxD (Eisele and Jöhnk, 1996). Εικόνα 6.8 Το ολοκληρωμένο κύκλωμα PCA82C251. Ένα από τα σημαντικότερα χαρακτηριστικά του διαύλου CAN είναι η διαφορική μετάδοση δεδομένων. Για τη διαφορική μετάδοση των δεδομένων προβλέπονται μόνο δύο διαφορετικές καταστάσεις: α) η κυρίαρχη και β) η δευτερεύουσα. Στην κυρίαρχη έχουμε δύο γραμμές, τη γραμμή CAN_H, η οποία βρίσκεται σε υψηλή τάση και την γραμμή CAN_L, η οποία βρίσκεται σε χαμηλή τάση. Στην δευτερεύουσα, οι έξοδοι βρίσκονται σε κατάσταση υψηλής αντίστασης. Η διαφορική μετάδοση δεδομένων είναι σημαντική για την προτεραιότητα μετάδοσης των μηνυμάτων αλλά και για την τεχνική της διαιτησίας ανάμεσα στους κόμβους. Τα μηνύματα αυτά έχουν μια συγκεκριμένη και σταθερή μορφή, ενώ μεταφέρουν δεδομένα και άλλες πληροφορίες. Τα μηνύματα στέλνονται στον δίαυλο με ένα μήνυμα που περιέχει την προτεραιότητα επιπέδου (level priority) και την αναγνώριση (identification). Οι κόμβοι συγχρονίζουν το εσωτερικό τους ρολόι με βάση τα εκπεμπόμενα μηνύματα στον δίαυλο. Έτσι στην περίπτωση που επιχειρείται να σταλούν ταυτόχρονα δύο μηνύματα, οι κόμβοι εντοπίζουν ποιο από τα δύο μηνύματα έχει μεγαλύτερη προτεραιότητα με αποτέλεσμα να καθυστερείται το μήνυμα με την μικρότερη προτεραιότητα. Τη χρήση του διαύλου την κερδίζει πάντα ο κόμβος με την υψηλότερη προτεραιότητα. Εάν δύο ή περισσότεροι κόμβοι στέλνουν το ίδιο μήνυμα ταυτόχρονα, τότε δημιουργείται μία κατάσταση σφάλματος. Στο σύστημα του διαύλου CAN έχουν εισαχθεί μηχανισμοί διαχείρισης σφαλμάτων. Όταν ένα μήνυμα δεν μεταδοθεί σωστά, επιτρέπεται η αναμετάδοσή του. Ο χρόνος που απαιτείται για την ανίχνευση ενός σφάλματος είναι περίπου 29 bit. Επίσης, οι μηχανισμοί αυτοί αναγνωρίζουν και απομονώνουν τους κόμβους εκείνους που δυσλειτουργούν. Οι κόμβοι που παρουσιάζουν κάποιο πρόβλημα είναι δυνατόν να αποσυνδεθούν από το δίκτυο (Schneider, 1996; Nyström et al., 2002).

9 Μορφή μηνύματος CAN H μορφή ενός μηνύματος CAN αποτελεί το κύριο χαρακτηριστικό για την εύρωστη επικοινωνία εντός του διαύλου. Ένα μήνυμα CAN περιλαμβάνει πεδία που υποδηλώνουν τη δευτερεύουσα κατάσταση του διαύλου (λογικό 1), πεδία που σηματοδοτούν την κυρίαρχη κατάσταση του διαύλου (λογικό 0) και πεδία που μπορούν να είναι είτε κυρίαρχα είτε δευτερεύοντα. Στο φυσικό επίπεδο, η σηματοδότηση των μηνυμάτων CAN γίνεται με τον εξής τρόπο: για τη μετάδοση του λογικού 1 ο δίαυλος παραμένει σε κατάσταση υψηλής αντίστασης ως προς τη "γη", ενώ για τη μετάδοση του λογικού 0 ο δίαυλος εκπέμπει μία διαφορική τάση. Οι ελεγκτές CAN διαχειρίζονται τα πλαίσια των μηνυμάτων CAN, σύμφωνα με τις προδιαγραφές που καθορίζονται από το CAN 2.0B (full CAN or extended frame CAN). Πλαίσιο (frame) ονομάζεται ένα πακέτο πληροφορίας το οποίο στέλνεται εντός του διαύλου CAN. Η διανομή των μηνυμάτων στον δίαυλο CAN εκδηλώνεται και ελέγχεται από τέσσερις διαφορετικούς τύπους πλαισίων: α) το πλαίσιο δεδομένων, β) το απομακρυσμένο πλαίσιο, γ) το πλαίσιο σφάλματος και δ) το πλαίσιο υπερφόρτισης. ΠΛΑΙΣΙΟ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ Το πλαίσιο δεδομένων (data frame) μεταδίδεται από έναν πομπό (transmitter) προς τους δέκτες (receivers) του δικτύου. Στην Εικόνα 6.9 παρουσιάζονται τα διαφορετικά πεδία ενός πλαισίου δεδομένων (Robert Bosch GmbH, 1991). Ειδικότερα, το πλαίσιο δεδομένων περιλαμβάνει 7 διαφορετικά πεδία bits. Εικόνα 6.9 Η μορφή του πλαισίου δεδομένων. Η αρχή του πλαισίου (start of frame ή SOF) σηματοδοτεί την αρχή των δεδομένων σε ένα πλαίσιο και περιέχει ένα κυρίαρχο bit. Το πεδίο διαιτησίας (arbitration field) περιλαμβάνει: α) τον δείκτη αναγνώρισης του μηνύματος (identifier) του οποίου το μήκος είναι 11 bits για την Έκδοση 1.2 (CAN Version 1.2) και 29 bits για την Έκδοση 2.0 (CAN Version 2.0), β) το RTR BIT (remote transmission request BIT) που σηματοδοτεί ένα αίτημα για απομακρυσμένη μετάδοση. Το πεδίο ελέγχου (control field) αποτελείται συνολικά από 6 bits από τα οποία χρησιμοποιεί 4 bits για το πεδίο DLC (data length code) και 2 bits είναι δεσμευμένα για μελλοντική επέκταση. Το πεδίο δεδομένων (data field) αποτελείται από τα 8 bytes (καθένα από τα οποία περιέχει 8 bits) της κύριας πληροφορίας του μηνύματος, με πρώτο το MSB (most significant bit). Το πεδίο ελέγχου κυκλικού πλεονάσματος (cyclic redundancy check ή CRC) περιλαμβάνει την ακολουθία CRC (CRC sequence) και ακολουθείται από έναν διαχωριστή CRC (CRC delimiter). Η ακολουθία CRC αποτελεί μέρος του μηχανισμού ελέγχου της ορθότητας του μηνύματος. Ο υπολογισμός CRC προκύπτει από τη διαίρεση των προηγούμενων τμημάτων του μηνύματος με ένα πολυώνυμο. Στη συνέχεια, το υπόλοιπο της διαίρεσης καταχωρείται στην ακολουθία CRC. Το πολυώνυμο που χρησιμοποιείται συνήθως είναι:

10 X X X X X X X 1 (6.1) Το πεδίο αναφοράς (Acknowledge field ή ACK field) είναι μήκους 2 bits και περιλαμβάνει τη σχισμή ACK (ACK slot) και τον διαχωριστή ACK (ACK delimiter). Εντός του πεδίου αναφοράς, οι πομποί στέλνουν 2 bits σε δευτερεύουσα κατάσταση. Ο δέκτης που έχει λάβει σωστά ένα έγκυρο μήνυμα, το αναφέρει αυτό στον πομπό στέλνοντας 1bit κυρίαρχης κατάστασης κατά τη διάρκεια της σχισμής ACK. Το τέλος του πλαισίου (end of frame ή EOF) οριοθετεί κάθε πλαίσιο δεδομένων (data frame) ή απομακρυσμένο πλαίσιο (remote frame) με μία flag sequence η οποία αποτελείται από 7 bits σε δευτερεύουσα κατάσταση. ΑΠΟΜΑΚΡΥΣΜΕΝΟ ΠΛΑΙΣΙΟ Το απομακρυσμένο πλαίσιο (remote frame) έχει ακριβώς την ίδια μορφή με το πλαίσιο δεδομένων. Συνολικά, έχει 6 πεδία τα οποία συμπληρώνονται με τις ίδιες τιμές. Η διαφορά του σε σχέση με το πλαίσιο δεδομένων είναι ότι δεν διαθέτει πεδίο δεδομένων και το RTR BIT βρίσκεται σε δευτερεύουσα κατάσταση λειτουργίας. ΠΛΑΙΣΙΟ ΣΦΑΛΜΑΤΟΣ Το πλαίσιο σφάλματος (error frame) αποτελείται από δύο διαφορετικά πεδία: τις σημαίες σφάλματος (error flags) και τον διαχωριστή σφάλματος (error delimiter). Οι σημαίες σφάλματος διακρίνονται σε ενεργές και παθητικές. Μία ενεργή σημαία σφάλματος αποτελείται από 6 συνεχόμενα bits κυρίαρχης κατάστασης, ενώ μία παθητική σημαία σφάλματος περιλαμβάνει 6 συνεχόμενα bits δευτερεύουσας κατάστασης (εκτός εάν έχουμε επανεγγραφή κάποιων bits κυρίαρχης κατάστασης από άλλους κόμβους). Ο διαχωριστής σφάλματος αποτελείται από 8 bits δευτερεύουσας κατάστασης. Μετά την εκπομπή μίας σημαίας σφάλματος, κάθε κόμβος στέλνει bits δευτερεύουσας κατάστασης, ενώ παρακολουθεί τον δίαυλο μέχρι να ανιχνεύσει ένα από αυτά. Μόλις το ανιχνεύσει στέλνει άλλα 7 bits δευτερεύουσας κατάστασης. ΠΛΑΙΣΙΟ ΥΠΕΡΦΟΡΤΙΣΗΣ Το πλαίσιο υπερφόρτισης (overload frame) αποτελείται από δύο διαφορετικά πεδία: τη σημαία υπερφόρτισης (overload flag) και τον διαχωριστή υπερφόρτισης (overload delimiter). Η σημαία υπερφόρτισης αποτελείται από 6 bits κυρίαρχης κατάστασης, ενώ ο διαχωριστής υπερφόρτισης περιλαμβάνει 8 bits δευτερεύουσας κατάστασης. Οι συνθήκες που προκαλούν την εκπομπή μίας σημαίας υπερφόρτισης είναι: α) οι εσωτερικές συνθήκες ενός δέκτη, οι οποίες απαιτούν την καθυστέρηση του επόμενου πλαισίου δεδομένων ή του απομακρυσμένου πλαισίου και β) η ανίχνευση 1bit κυρίαρχης κατάστασης κατά τη διάρκεια της διακοπής (intermission). Μετά την εκπομπή μιας σημαίας υπερφόρτισης, κάθε κόμβος παρακολουθεί τον δίαυλο μέχρι να ανιχνεύσει τη μετάβαση 1bit από μία κυρίαρχη σε μία δευτερεύουσα κατάσταση. Τη δεδομένη χρονική στιγμή, κάθε κόμβος τερματίζει την εκπομπή της σημαίας υπερφόρτισης και αρχίζει την εκπομπή 7 επιπλέον bits δευτερεύουσας κατάστασης. ΔΙΑΠΛΑΙΣΙΑΚΟ ΚΕΝΟ Τα πλαίσια δεδομένων (data frames) και τα απομακρυσμένα πλαίσια (remote frames) διαχωρίζονται από άλλα πλαίσια με ένα πεδίο το οποίο ονομάζεται διαπλαισιακό κενό (interframe spacing). To διαπλαισιακό κενό περιλαμβάνει τα πεδία της διακοπής (intermission) με 3 bits δευτερεύουσας κατάστασης και ορισμένα bits που χαρακτηρίζουν την αδράνεια του διαύλου (bus idle). Κατά τη διάρκεια της διακοπής, κανένας κόμβος δεν μπορεί να αρχίσει να εκπέμπει δεδομένα (π.χ. πλαίσιο δεδομένων ή απομακρυσμένο πλαίσιο). Η περίοδος κατά την οποία ο δίαυλος παραμένει αδρανής μπορεί να είναι αυθαίρετα μεγάλη. Στη συνέχεια, η ανίχνευση ενός bit κυρίαρχης κατάστασης στον δίαυλο, μεταφράζεται ως αρχή ενός νέου πλαισίου (start of frame) Διαχείριση σφαλμάτων Οι τύποι σφαλμάτων που μπορούν να ανιχνευτούν σε ένα μήνυμα CAN είναι οι εξής: BIT ERROR, STUFF ERROR, CRC ERROR, FORM ERROR, και ACNOWLEDGMENT ERROR. BIT ERROR Ένας κόμβος, όταν στείλει ένα bit στον δίαυλο, τότε ταυτόχρονα το παρακολουθεί. Έτσι, ένα BIT ERROR ανιχνεύεται, όταν το bit το οποίο παρακολουθείται παίρνει διαφορετική τιμή από αυτήν την οποία είχε αρχικά.

11 STUFF ERROR Ένα STUFF ERROR ανιχνεύεται, όταν εντοπιστούν παραπάνω από 5 διαδοχικά bits με την ίδια τιμή στο μήνυμα, επειδή με τον τρόπο αυτό παραβιάζεται ο κανόνας του γεμίσματος (bit stuffing). CRC ERROR Η ακολουθία CRC είναι το αποτέλεσμα των υπολογισμών που εκτελεί ο πομπός ενός κόμβου. Επίσης, οι δέκτες υπολογίζουν την CRC με τον ίδιο τρόπο που την υπολογίζει και ο πομπός. Έτσι, ένα CRC ERROR ανιχνεύεται, όταν το αποτέλεσμα των υπολογισμών είναι διαφορετικό. FORM ERROR Ένα FORM ERROR ανιχνεύεται, όταν ένα σταθερής μορφής πεδίο (π.χ. CRC delimiter) περιέχει ένα ή περισσότερα λανθασμένα bits. ACNOWLEDGMENT ERROR Ένα ACNOWLEDGMENT ERROR ανιχνεύεται τη χρονική στιγμή κατά την οποία ο πομπός ενός κόμβου σταματήσει να ανιχνεύει το bit κυρίαρχης κατάστασης κατά τη διάρκεια της ACK slot Δίκτυο CAN στους γεωργικούς ελκυστήρες Σε έναν σύγχρονο γεωργικό ελκυστήρα είναι σύνηθες να περιλαμβάνονται διαφορετικά δίκτυα, τα οποία συνδέονται μεταξύ τους δημιουργώντας ένα ενιαίο δίκτυο (το δίκτυο CAN). Έτσι, διασφαλίζεται η εύκολη μετάδοση των δεδομένων από και προς όλες τις ηλεκτρονικές συσκευές του ελκυστήρα. Πρόκειται για ένα κατανεμημένο σύστημα ελέγχου το οποίο δεν απαιτεί ελεγκτή για να ελέγχει τη ροή των δεδομένων μεταξύ των κόμβων (Fredriksson, 2005). Το δίκτυο αυτό χαρακτηρίζεται για την ευελιξία του. Στον δίαυλο, κατά την διάρκεια της λειτουργίας του δικτύου, μπορεί να συνδεθεί και να αποσυνδεθεί εύκολα μεγάλος αριθμός συσκευών, χωρίς να απαιτούνται αλλαγές σε επίπεδο υλικού και λογισμικού. Τον έλεγχο του διαύλου μπορεί να αναλάβει οποιαδήποτε από τις ηλεκτρονικές συσκευές. Επίσης, μία από τις ηλεκτρονικές συσκευές μπορεί να τεθεί σε κατάσταση αδράνειας (ύπνωσης) χωρίς να μεσολαβήσει κάποια εσωτερική διαδικασία. Το γεγονός αυτό βοηθάει στην εξοικονόμηση ενέργειας. Η κατάσταση αυτή της αδράνειας μπορεί να τερματιστεί μετά από μία αλλαγή στην κατάσταση λειτουργίας του διαύλου ή οποιαδήποτε άλλη δραστηριότητα (Robert Bosch GmbH, 1991; Hank and Jöhnk, 1997). Στην Εικόνα 6.10 παρουσιάζεται το δίκτυο CAN ενός γεωργικού ελκυστήρα σε συνδυασμό με ένα παρελκόμενο γεωργικό μηχάνημα. Το δίκτυο αυτό αποτελείται από δύο διαύλους: α) τον δίαυλο του γεωργικού ελκυστήρα και β) τον δίαυλο του παρελκόμενου μηχανήματος (π.χ. μιας χορτοδετικής μηχανής ή ενός ψεκαστικού μηχανήματος). Στον δίαυλο του ελκυστήρα συνδέονται οι τρεις βασικές ηλεκτρονικές μονάδες ελέγχου: του κινητήρα, του αυτόματου κιβωτίου ταχυτήτων και του υδραυλικού συστήματος. Επίσης συνδέονται οι ελεγκτές του πίνακα οργάνων, της κονσόλας πολλαπλών λειτουργιών και του ηλεκτρικού συστήματος. Οι δύο δίαυλοι ενώνονται μεταξύ τους με μία γέφυρα. Τα ηλεκτρονικά συστήματα του γεωργικού ελκυστήρα παρέχουν τη δυνατότητα σύνδεσης με άλλες ευφυείς συσκευές (π.χ. δέκτης GPS) οι οποίες από κοινού χρησιμοποιούν τον δίαυλο CAN στα πλαίσια της "γεωργίας ακριβείας" (DIN 9684) (Hofstee and Goense, 1997; Munack and Speckmann, 2001). Επιπλέον, η μονάδα ελέγχου της κονσόλας πολλαπλών λειτουργιών παρέχει τη δυνατότητα σύνδεσης στο δίκτυο CAN του διαγνωστικού οργάνου ή ενός φορητού υπολογιστή. Στην Εικόνα 6.11 παρουσιάζονται: α) η τυποποιημένη υποδοχή (θηλυκός συνδετήρας) 25A DIN για την παροχή ρεύματος και β) η τυποποιημένη υποδοχή κατά ISO για τη μετάδοση των δεδομένων (π.χ. ταχύτητα περιστροφής άξονα ΡΤΟ, πραγματική ταχύτητα ελκυστήρα, κ.ά.) προς την ηλεκτρονική μονάδα ελέγχου του παρελκόμενου γεωργικού μηχανήματος.

12 Εικόνα 6.10 Η βασική δομή του δικτύου CAN ενός γεωργικού ελκυστήρα. Εικόνα 6.11 Οι τυποποιημένες υποδοχές 25A DIN για την παροχή ρεύματος και ISO τη μεταφορά των δεδομένων προς το παρελκόμενο γεωργικό μηχάνημα. Στην Εικόνα 6.12 παρουσιάζεται το αναλυτικό διάγραμμα του συστήματος CAN Bus ενός γεωργικού ελκυστήρα. Στις Εικόνες 6.13, 6.14, 6.15, 6.16 και 6.17 παρουσιάζονται αντίστοιχα: ο έλεγχος της κονσόλας πολλαπλών λειτουργιών, ο έλεγχος του πίνακα οργάνων, ο έλεγχος του κινητήρα, ο έλεγχος του κιβωτίου ταχυτήτων και ο έλεγχος του υδραυλικού συστήματος μέσω του ενδοοχηματικού δικτύου CAN. Η σύνδεση μεταξύ ελεγκτών CAN (CAN controllers) και ECUs γίνεται με μόλις δύο αγωγούς (δισύρματη σύνδεση). Σε αυτούς του δύο αγωγούς επίσης συνδέονται, με σύνδεση συμβατή ως προς το σύστημα CAN Bus, περιφερειακές διατάξεις, όπως αισθητήρες, ενεργοποιητές, κ.ά.

13 Εικόνα 6.12 Το ενδοοχηματικό ηλεκτρονικό δίκτυο CAN Bus ενός γεωργικού ελκυστήρα. * (Στην περίπτωση του CAN 2.0B (full CAN or extended frame CAN), είναι απαραίτητο να τερματίζεται ο δίαυλος και στα δύο άκρα του με αντιστάσεις των 120 Ω. Οι αντιστάσεις αυτές συμβάλλουν στο να αποτρέπονται οι ανακλάσεις, αλλά και να εκφορτίζονται οι οδηγοί (drivers) των πομποδεκτών).

14 Εικόνα 6.13 Έλεγχος κονσόλας πολλαπλών λειτουργιών μέσω του ενδοοχηματικού δικτύου CAN Bus.

15 Εικόνα 6.14 Έλεγχος πίνακα οργάνων μέσω του ενδοοχηματικού δικτύου CAN Bus.

16 Εικόνα 6.15 Έλεγχος του κινητήρα μέσω του ενδοοχηματικού δικτύου CAN Bus.

17 Εικόνα 6.16 Έλεγχος του αυτόματου κιβωτίου ταχυτήτων μέσω του ενδοοχηματικού δικτύου CAN Bus.

18 Εικόνα 6.17 Έλεγχος του υδραυλικού συστήματος μέσω του ενδοοχηματικού δικτύου CAN Bus.

19 Πρωτόκολλο επικοινωνίας ISOBUS Τα ενσωματωμένα συστήματα ελέγχου είναι ευρέως διαδεδομένα στους γεωργικούς ελκυστήρες και στα άλλα αυτοκινούμενα γεωργικά μηχανήματα και οχήματα. Έτσι, η γεωργική βιομηχανία για την παραγωγή διαλειτουργικών και διαδικτυωμένων γεωργικών μηχανημάτων, προχώρησε στην υιοθέτηση του πρωτόκολλου επικοινωνίας ISO (ή ISO Bus ή ISOBUS) το οποίο βασίζεται στο πρωτόκολλο SAE J1939 (περιέχει το πρωτόκολλο CAN). Το ISOBUS είναι ένα πρωτόκολλο επικοινωνίας που αναπτύχθηκε αποκλειστικά για γεωργικά και δασικά μηχανήματα, με σκοπό να καλύψει όλες τις πτυχές δικτύωσης των ηλεκτρονικών συστημάτων στο φυσικό επίπεδο, στο επίπεδο διαχείρισης ισχύος, στην τυποποίηση της διασύνδεσης μεταξύ ελκυστήρα και παρελκόμενων μηχανημάτων, στην αλληλεπίδραση με τον χειριστή και στην επικοινωνία με συστήματα διαχείρισης πληροφοριών στη γεωργία (farm management information systems). Τα κατώτερα επίπεδα επικοινωνίας βασίζονται σε εκείνα του προτύπου CAN, τα πρόσθετα επίπεδα είναι κοινά με το πρότυπο SAE J1939, ενώ το ISO καθορίζει τα επίπεδα εφαρμογής για τις συσκευές του δικτύου. Οι βασικές συσκευές είναι η ηλεκτρονική μονάδα ελέγχου του ελκυστήρα (tractor electronic control unit ή TECU), η εικονική τερματική μονάδα (virtual terminal ή VT) και οι ηλεκτρονικές μονάδες ελέγχου των παρελκόμενων μηχανημάτων που συνιστούν τους συνδρομητές του δικτύου (working set ή WS). Πρόσθετες συσκευές στον δίαυλο είναι ο ελεγκτής έργου (task controller ή TC), η δορυφορική συσκευή εντοπισμού θέσης (GPS), ο ελεγκτής ακολουθίας (sequence controller ή SC) και οι βοηθητικές είσοδοι (auxiliary inputs ή AUX). Η Εικόνα 6.18 παρουσιάζει τη βασική αρχιτεκτονική του δικτύου ISOBUS. Το πρότυπο ISO περιλαμβάνει συνολικά 13 μέρη (parts) από τα οποία τα σημαντικότερα παρουσιάζονται αναλυτικά παρακάτω (Fellmeth, 2003). ΦΥΣΙΚΟ ΕΠΙΠΕΔΟ (ΚΑΛΩΔΙΩΣΕΙΣ ΚΑΙ ΣΥΝΔΕΤΗΡΕΣ) Σε γενικές γραμμές, στο φυσικό επίπεδο (physical layer) χρησιμοποιείται ένα συνεστραμμένο θωρακισμένο καλώδιο με τέσσερις αγωγούς. Οι αγωγοί CAN_L και CAN_H αφορούν τον δίαυλο CAN και οι αγωγοί TBC_PWR και TBC_RTN τον τερματισμό του διαύλου. Ειδικότερα, ο αγωγός TBC_PWR παρέχει μία τάση πόλωσης (bias voltage) σε σχέση με το TBC_RTN. Το δίκτυο είναι σχεδιασμένο για σύνδεση και αποσύνδεση μίας ECU, κατά τη διάρκεια της λειτουργίας. Ως εκ τούτου, είναι απαραίτητο να υπάρχουν κυκλώματα αυτόματου τερματισμού (termination bias circuits ή TBCs). Συνολικά είναι διαθέσιμοι τρεις διαφορετικοί τύποι υποδοχέων σύνδεσης ή συνδετήρων (connectors): ο συνδετήρας επέκτασης διαύλου (bus extension connector), ο συνδετήρας ταχείας αποκοπής (breakaway connector) και ο διαγνωστικός συνδετήρας (diagnostic connector). Για τη μετάδοση των δεδομένων χρησιμοποιείται ένας δίαυλος CAN με ταχύτητα 250 kbit/s και με μέγιστο μήκος τεμαχίου 40 m. Σε κάθε τεμάχιο μπορούν να συνδεθούν έως 30 ECUs. Επειδή, το πρότυπο CAN καθορίζεται από το πρότυπο ISO (ISO Highspeed), επιτρέπεται η απευθείας σύνδεση των ECUs που ορίζονται από το πρότυπο SAE J1939 ή NMEA2000. Στο φυσικό επίπεδο ο δίαυλος λειτουργεί με 12V (24 V).

20 Εικόνα 6.18 Η αρχιτεκτονική του δικτύου ISOBUS. ΕΠΙΠΕΔΟ ΣΥΝΔΕΣΗΣ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ Το επίπεδο σύνδεσης δεδομένων (data link layer) είναι το επόμενο επίπεδο στη διαστρωμάτωση του ISO και ασχολείται με την αποδοτική και αξιόπιστη επικοινωνία μεταξύ των γειτονικών κόμβων. Το ISO βασίζεται στο 29bit CAN Identifier (πρωτόκολλο CAN 2.0b). Η μετάδοση των δεδομένων είναι συμβατή και εναρμονίζεται με το πρότυπο SAE J1939. Το πλαίσιο CAN χωρίζεται σε δύο κύρια μέρη: στον δείκτη αναγνώρισης CAN (CAN Identifier) και στο πεδίο δεδομένων (data field). Ο δείκτης αναγνώρισης CAN ορίζει τα δεδομένα στο αντίστοιχο πεδίο και τη διεύθυνση προέλευσης και προορισμού. Το πεδίο δεδομένων περιέχει τα σήματα τα οποία περιγράφονται ως παράμετροι και τα οποία ομαδοποιούνται σχηματίζοντας ομάδες παραμέτρων (parameter groups ή PGs). Κάθε PG αναγνωρίζεται από έναν μοναδικό αριθμό (PGN). Έτσι, ένα απλό πλαίσιο CAN μπορεί να μεταδώσει μόνο 8 bytes. Οι περισσότερες από τις PGs είναι σχεδιασμένες για μήκος 8 bytes. Για τη μετάδοση PGs με μεγαλύτερο μήκος από τα 8 bytes, χρησιμοποιούνται τέσσερα διαφορετικά πρωτόκολλα: α) BAM (Broadcast Announce Messaging), β) CMDT (Connection Mode Data Transfer), γ) ETP (Extended Transport Protocol) και δ) FPTP (Fast Packet Transport Protocol). ΕΠΙΠΕΔΟ ΔΙΚΤΥΟΥ Στην πράξη, τα περισσότερα συστήματα ISO διαθέτουν πολλαπλά τμήματα. Για να συνδεθούν αυτά τα τμήματα με διαφανή τρόπο (transparent way) απαιτείται μία γέφυρα (bridge). Δεν πρέπει να χρησιμοποιηθεί αναμεταδότης (repeater), επειδή ανακλά τα ηλεκτρικά σήματα από το ένα τμήμα στο άλλο. Μία γέφυρα μπορεί να έχει τουλάχιστον δύο ελεγκτές CAN, όπου ο καθένας συνδέεται με ένα τμήμα του διαύλου, για να μεταδίδουν τα πλαίσια μεταξύ των τμημάτων. Κάθε τμήμα δεν θα πρέπει να συνδέεται σε περισσότερα σημεία πέραν του ενός με κάποιο άλλο τμήμα. Με τον τρόπο αυτό, αποφεύγεται η δημιουργία βρόχων και επομένως αποφεύγεται η πολλαπλή μετάδοση του ίδιου PGN.

21 ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΔΙΚΤΥΟΥ Ένα χαρακτηριστικό το οποίο είναι ιδιαίτερα σημαντικό και θα πρέπει να λαμβάνεται υπόψη στη σχεδίαση του δικτύου, είναι η ομότιμη (peer-to-peer) επικοινωνία. Ως εκ τούτου, κάθε ECU μπορεί να προβεί σε διαχείριση του δικτύου. Στην περίπτωση πολλαπλών ECUs σε έναν κόμβο, κάθε ECU θα πρέπει να έχει μοναδικό όνομα και διεύθυνση. ΣΥΝΔΡΟΜΗΤΕΣ ΔΙΚΤΥΟΥ Ένα παρελκόμενο μηχάνημα μπορεί να έχει πολλαπλές ECUs. Οι περισσότερες από αυτές είναι για τον έλεγχο κάποιας εφαρμογής. Επομένως, αυτές οι ECUs μπορούν να ομαδοποιηθούν σε ένα ευρύτερο σύνολο το οποίο αποκαλούμε συνδρομητές δικτύου (working set). Μία από τις ECUs είναι κυρίαρχη (working set master) και όλες οι άλλες είναι μέλη (working set members). Η κυρίαρχη ECU λειτουργεί ως διασύνδεση ή διεπαφή (interface) στον δίαυλο του παρελκόμενου μηχανήματος. Αυτό σημαίνει ότι η κυρίαρχη ECU προορίζεται για υπηρεσίες, όπως για παράδειγμα τη διαχείριση της επικοινωνίας με την εικονική τερματική μονάδα, ενώ οι άλλες ECUs δηλαδή τα μέλη, δραστηριοποιούνται στην εκτέλεση των καθηκόντων τους. Επιπλέον, είναι δυνατόν να ομαδοποιηθούν πολλοί συνδρομητές σε ένα ενιαίο σύνολο. Με τον τρόπο αυτό, επιτυγχάνεται ο συνδυασμός πολλών απλών παρελκόμενων σε ένα ενιαίο και μεγάλο παρελκόμενο μηχάνημα. Για παράδειγμα, δύο απλά ψεκαστικά μηχανήματα μπορεί να συνδυαστούν σε ένα ενιαίο ψεκαστικό με πολλαπλές ράμπες ψεκασμού (boom sections). ΕΙΚΟΝΙΚΗ TERMATIKΗ ΜΟΝΑΔΑ Η εικονική τερματική μονάδα (virtual terminal) παρέχει ένα ιδιαίτερα φιλικό περιβάλλον για τον χρήστη, όπως φαίνεται στην Εικόνα Μπορεί να διαχειριστεί πολλαπλές ECUs που ελέγχουν τη λειτουργία των επιμέρους μηχανικών συστημάτων και υποσυστημάτων τόσο του ελκυστήρα όσο και του παρελκόμενου μηχανήματος. Με τον τρόπο αυτό, δίνεται η δυνατότητα στον χρήστη να συλλέγει μεγάλο όγκο δεδομένων σχετικά με το αποτέλεσμα των εκτελούμενων καλλιεργητικών εργασιών. Επίσης, ο χειριστής έχει τη δυνατότητα να εισάγει νέα αρχεία ή να μεταβάλλει τις τιμές διαφόρων παραμέτρων λειτουργίας του συνδυασμού ελκυστήρα και παρελκόμενου μηχανήματος (Tumenjargal et al., 2013). Σε μία τερματική μονάδα μπορεί να υπάρχουν τα εξής στοιχεία χειρισμού: διακόπτες, τροχός κύλισης, αισθητήρας φωτισμού ημέρας, πλήκτρο Escape, πλήκτρα λειτουργιών, πλήκτρο επιβεβαίωσης, πλήκτρο εναλλαγής, πλήκτρο Home, πλήκτρο ON/OFF και οθόνη αφής. Επίσης, οι τιμές και τα στοιχεία χειρισμού που προβάλλονται στην οθόνη αφής, συγκροτούν το σύνολο της επιφάνειας χειρισμού. Μέσω της οθόνης αφής παρέχεται η δυνατότητα για απευθείας επιλογή των προβαλλόμενων στοιχείων. Τα στοιχεία αυτά επιτρέπουν στον χρήστη να αλληλοεπιδρά με τα συνδυαζόμενα παρελκόμενα μηχανήματα μέσα από τον θάλαμο ασφαλείας του ελκυστήρα. Για την απεικόνιση του συνόλου των δεδομένων χρειάζεται η κυρίαρχη ECU του παρελκόμενου μηχανήματος να μεταδώσει ένα Object Pool στην τερματική μονάδα. Object Pool είναι το σύνολο των δεδομένων το οποίο μεταδίδεται μέσω του διαύλου ISOBUS στην εικονική τερματική μονάδα και περιλαμβάνει όλες τις επιμέρους επιφάνειες χειρισμού. Μία γραφική επιφάνεια εργασίας μπορεί για παράδειγμα να περιλαμβάνει ένα απλό κουμπί, ένα πεδίο κειμένου εισόδου/εξόδου, bitmaps ή πιο πολύπλοκα στοιχεία, όπως ένα ραβδόγραμμα. Επιπλέον, η γραφική επιφάνεια εργασίας παρέχει τη δυνατότητα να γίνει επεξεργασία, αντιγραφή, διαγραφή ή προσθήκη νέων δεδομένων. Στην περίπτωση που συνδεθεί ένα παρελκόμενο μηχάνημα στον ελκυστήρα, το Object Pool φορτώνεται αυτόματα στην τερματική μονάδα. Πολλές φορές, λόγω του μεγέθους του, το Object Pool κατά τη μεταφορά του στην τερματική μονάδα χρειάζεται αρκετό χρόνο, ειδικά όταν πρόκειται για τη μεταφορά πολλαπλών Object Pools. Για τον λόγο αυτό ένα Object Pool αποθηκεύεται σε μία μη-πτητική μνήμη της τερματικής μονάδας. Αυτό έχει ως θετικό αποτέλεσμα, να περιορίζονται οι καθυστερήσεις μόνο όταν για την πρώτη φορά το παρελκόμενο μηχάνημα συνδέεται με την τερματική μονάδα του ελκυστήρα. Το Object Pool διατηρείται αρχικά στον κατάλογο και μετά τη διαγραφή του, αλλά δεν είναι πλέον εφικτός ο χειρισμός του μέσω του θεματικού μενού. Κατά την επανεκκίνηση της τερματικής μονάδας, φορτώνεται εκ νέου στην περίπτωση εκείνη που είναι συνδεδεμένο το παρελκόμενο μηχάνημα. Μια αναμετάδοση είναι απαραίτητη μόνον εάν το Object Pool αλλάξει ή αντικατασταθεί η τερματική μονάδα για κάποιους λόγους. Περισσότερες πληροφορίες για την εικονική τερματική μονάδα θα δοθούν στο επόμενο υποκεφάλαιο.

22 Εικόνα 6.19 Εικονική τερματική μονάδα ISOBUS της εταιρείας Ag Leader. ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ ΜΟΝΑΔΑ ΕΛΕΓΧΟΥ ΕΛΚΥΣΤΗΡΑ Η ηλεκτρονική μονάδα ελέγχου ελκυστήρα (tractor ECU ή TECU) αποτελεί τη διασύνδεση (interface) μεταξύ των διαύλων του παρελκόμενου μηχανήματος και του ελκυστήρα. Πολλές φορές, σε ελκυστήρες που δε διαθέτουν συμβατό εσωτερικό δίαυλο σύμφωνα με το πρωτόκολλο ISO 11783, η ECU ελκυστήρα μετατρέπεται σε πύλη (gateway) ανάμεσα στον εσωτερικό δίαυλο J1939 ενός ελκυστήρα και στον δίαυλο του παρελκόμενου μηχανήματος. Πύλη είναι μία επινόηση που ενδοσυνδέει δύο κατά τα άλλα ασύμβατα δίκτυα. Στην περίπτωση που ο ελκυστήρας δεν διαθέτει εσωτερικό δίαυλο J1939, τότε η ECU ελκυστήρα (κατόπιν μετασκευής του ελκυστήρα) δημιουργεί τους αναγκαίους PGNs, όπως για παράδειγμα είναι η ταχύτητα πορείας ή ο αριθμός των στροφών του δυναμοδότη αξιοποιώντας ένα εσωτερικό σύστημα πληροφόρησης (Oksanen et al., 2005b). Οι ECUs ελκυστήρα διακρίνονται ανάλογα με τη γενιά του υλικού που διαθέτουν σε 3 διαφορετικές κατηγορίες (classes), παρέχοντας πληροφορίες στα παρελκόμενα μηχανήματα από τους παρακάτω αισθητήρες: α) αισθητήρας μέτρησης των στροφών στην έξοδο του συστήματος μετάδοσης της κίνησης με τον οποίο υπολογίζεται η θεωρητική ταχύτητα του ελκυστήρα, β) ραντάρ μικροκυμάτων με το οποίο υπολογίζεται η πραγματική ταχύτητα του ελκυστήρα, γ) αισθητήρας μέτρησης των στροφών στον άξονα του δυναμοδότη, δ) αισθητήρας γωνιακής μετατόπισης με τον οποίο προσδιορίζεται η θέση των βραχιόνων του υδραυλικού συστήματος της ανάρτησης τριών σημείων. Με μία ECU ελκυστήρα της γενιάς υλικού 1 μπορούν να αξιολογηθούν μόνο τα σήματα ενός από τους δύο αισθητήρες ταχύτητας. Με μια ECU ελκυστήρα της γενιάς υλικού 2 μπορούν να χρησιμοποιηθούν ταυτόχρονα και τα δύο σήματα ταχύτητας, ενώ με μια ECU ελκυστήρα της γενιάς υλικού 3 μπορούν να αξιοποιηθούν τα σήματα από όλους του αισθητήρες.

23 ΕΛΕΓΚΤΗΣ ΕΡΓΟΥ Ο ελεγκτής έργου (task controller) είναι μία ECU που λειτουργεί επί του διαύλου του παρελκόμενου μηχανήματος. Ο ελεγκτής αυτός μπορεί να διαμορφωθεί για τον έλεγχο μίας ή περισσότερων καλλιεργητικών εργασιών. Η διαμόρφωση μπορεί να πραγματοποιηθεί άνετα και αποτελεσματικά με δεδομένα που προέρχονται από ένα σύστημα διαχείρισης πληροφοριών (farm management information system). Ένας εξωτερικός υπολογιστής είναι απαραίτητος μόνο για τη διαμόρφωση. Ο ελεγκτής μπορεί να λειτουργεί ανεξάρτητα από τον υπολογιστή. Ωστόσο, ο ελεγκτής μπορεί να χρησιμοποιεί τον υπολογιστή για την εμφάνιση πληροφοριών σχετικών με το αποτέλεσμα της εκτελούμενης καλλιεργητικής εργασίας με χρήση του λογισμικού του. Έτσι, ένα έργο (task) περιέχει όλα τα απαραίτητα δεδομένα για την εκτέλεση μίας καλλιεργητικής εργασίας, ενώ ο ελεγκτής είναι αυτός που στέλνει τις εντολές για τον έλεγχο του παρελκόμενου κατά τη διάρκεια εκτέλεσης της εργασίας (Miettinen et al., 2006). Η διασύνδεση μεταξύ του ελεγκτή έργου και του συστήματος διαχείρισης πληροφοριών καθορίζεται από το πρότυπο ISO/TC23/SC19/WG1. Έχει σχεδιαστεί με τρόπο που να διασφαλίζεται μια ανοικτή XML διασύνδεση. Αυτό δίνει τη δυνατότητα στον χειριστή του συστήματος διαχείρισης πληροφοριών να προχωρήσει σε παραγωγή έργων χωρίς να απαιτούνται ειδικές γνώσεις πάνω στον ελεγκτή. Το μόνο που απαιτείται για τη μετάδοση των δεδομένων, είναι ένα πρόγραμμα οδήγησης από τον κατασκευαστή του ελεγκτή (Pesonen et al., 2007). Οι λειτουργίες του ελεγκτή έργου διακρίνονται σε: α) task controller basic (totals), β) task controller geo-based (variables) και γ) task controller section control. Η λειτουργία task controller basic (totals) αναλαμβάνει την τεκμηρίωση αθροιστικών δεδομένων που αφορούν μία συγκεκριμένη εργασία. Η ανταλλαγή των δεδομένων μεταξύ του εξωτερικού υπολογιστή και του ελεγκτή εργασίας γίνεται με τη μορφή αρχείων ISO-XML. Τα δεδομένα μπορεί να μεταφέρονται μέσω συσκευής USB ή να μεταδίδονται online. Με τον τρόπο αυτό παρέχεται η δυνατότητα της εύκολης εισαγωγής παραγγελιών (δεδομένα εφαρμογής + δεδομένα απόδοσης) στην εφαρμογή του ελεγκτή έργου και της εξαγωγής μίας ολοκληρωμένης τεκμηρίωσης σε μεταγενέστερο στάδιο. Η λειτουργία task controller basic (variables) αναλαμβάνει να παρέχει δεδομένα που έχουν χωρική αναφορά, αλλά και να προγραμματίζει παραγγελίες επίσης με χωρικά δεδομένα, μέσω χαρτών εφαρμογής. Τέλος, η λειτουργία task controller section control αναλαμβάνει τη μεταφορά δεδομένων και τον έλεγχο τμήματος του πλάτους εργασίας ενός παρελκόμενου μηχανήματος, σύμφωνα με τις ενδείξεις του GPS και τον επιθυμητό βαθμό επικάλυψης κατά την εκτέλεση μίας εργασίας (π.χ. ψεκασμός μίας καλλιέργειας). Για παράδειγμα, όταν ο ρυθμός εφαρμογής του ψεκαστικού διαλύματος εξαρτάται από την πυκνότητα των ζιζανίων ή την ταχύτητα του ψεκαστικού μηχανήματος, τότε ο ελεγκτής έργου αναλαμβάνει να προετοιμάσει το ψεκαστικό μηχάνημα επικαιροποιώντας τα δεδομένα λειτουργίας του. Συνεπώς, ο ελεγκτής έργου χρησιμοποιείται τυπικά για εφαρμογές "γεωργίας ακριβείας" Παραδείγματα εφαρμογής των πρωτοκόλλων επικοινωνίας Τα πρωτόκολλα επικοινωνίας SAE J1939 (Society of Automotive Engineers, 1995) και ISO (International Organization for Standardization, 1997) έχουν πολύ μεγάλη σημασία για τη γεωργία ακριβείας, επειδή επιτρέπουν την αποτελεσματική ανταλλαγή πληροφοριών μεταξύ ηλεκτρονικών μονάδων ελέγχου, αισθητήρων, ενεργοποιητών και πακέτων λογισμικού από διαφορετικούς κατασκευαστές, σε έναν γεωργικό ελκυστήρα Χαρτογράφηση της κατανάλωσης καυσίμου με το SAE J1939 Ένας μεγάλος όγκος δεδομένων παράγεται κατά την εκτέλεση των διαφόρων καλλιεργητικών εργασιών. Η αποτελεσματική διαχείριση των δεδομένων αυτών, μπορεί να οδηγήσει στη λήψη καλύτερων αποφάσεων για μία γεωργική εκμετάλλευση. Η παρακολούθηση, συλλογή και καταγραφή των παραμέτρων λειτουργίας ενός γεωργικού ελκυστήρα, μέσω του πρωτόκολλου SAE J1939, όπως είναι η ροπή στρέψης του κινητήρα, η ταχύτητα κίνησης του ελκυστήρα και η ολίσθηση των κινητήριων τροχών, μπορούν να βοηθήσουν στη λήψη αποφάσεων για την αποτελεσματική διαχείριση και εξοικονόμηση καυσίμου. Οι Tsiropoulos et al. (2013) ανέπτυξαν ένα σύστημα λογισμικού το οποίο μπορεί να καταγράψει την κατανάλωση καυσίμου και να δημιουργήσει χωρικούς χάρτες κατανάλωσης. Το σύστημα λογισμικού αποτελείται από δύο υπο-εφαρμογές: α) μία για το λειτουργικό σύστημα Windows και β) μία διαδικτυακή. Είναι γραμμένο σε γλώσσα προγραμματισμού C# και διαθέτει 2 MS-SQL 2012 βάσεις δεδομένων: α) μία για

24 την υπο-εφαρμογή Windows και β) μία για τη διαδικτυακή υπο-εφαρμογή, οι οποίες συγχρονίζονται μεταξύ τους. Η υπο-εφαρμογή για Windows έχει τέσσερα βασικά εργαλεία: α) το σύστημα συλλογής δεδομένων (data logger) στον οποίο καταγράφονται και αποθηκεύονται τα δεδομένα από τον δίαυλο του γεωργικού ελκυστήρα και τον δέκτη GPS (Εικόνα 6.20), β) το εργαλείο χωρικής ανάλυσης (spatial analyst) στο οποίο δημιουργούνται οι χάρτες κατανάλωσης καυσίμου, γ) το εργαλείο της στατιστικής ανάλυσης (statistics tools) στο οποίο μπορούν να προβληθούν τα δεδομένα με μορφή πινάκων και γραφημάτων και δ) το εργαλείο συγχρονισμού (synchronization tool) που είναι υπεύθυνο για τον συγχρονισμό μεταξύ των δύο βάσεων δεδομένων. Η διαδικτυακή υπο-εφαρμογή περιλαμβάνει τρία βασικά εργαλεία: α) το εργαλείο πληροφοριών αγροτεμαχίων στο οποίο καταχωρούνται τα δεδομένα των αγροτεμαχίων, β) το εργαλείο προβολής των δεδομένων σε πραγματικό χρόνο (real time tool) και γ) το εργαλείο της στατιστικής ανάλυσης (statistics tools), όπου μπορούν να προβληθούν τα δεδομένα με μορφή πινάκων και γραφημάτων. Εικόνα 6.20 Το εικονικό σύστημα συλλογής και καταγραφής δεδομένων. Το εικονικό σύστημα συλλογής και καταγραφής δεδομένων προβάλλει σε πραγματικό χρόνο τις τιμές όλων των απαιτούμενων παραμέτρων. Τα δεδομένα αποθηκεύονται στην τοπική βάση δεδομένων με τη χρήση του διακόπτη "Έναρξη Εγγραφής". Εάν υπάρχει διαθέσιμη σύνδεση με το διαδίκτυο και ο συγχρονισμός μεταξύ της υπο-εφαρμογής των Windows και της διαδικτυακής υπο-εφαρμογής είναι ενεργοποιημένος, τότε το σύστημα συλλογής και καταγραφής των δεδομένων στέλνει τα δεδομένα εκτός από την τοπική βάση δεδομένων και στη διαδικτυακή βάση δεδομένων. Με τον τρόπο αυτό, τα δεδομένα μπορούν να προβληθούν σε πραγματικό χρόνο μέσω της διαδικτυακής υπο-εφαρμογής. Το εργαλείο χωρικής ανάλυσης χρησιμοποιείται για τη δημιουργία χαρτών κατανάλωσης καυσίμου και βασίζεται στη μέθοδο Inverse Distance Weighted (IDW), η οποία υπολογίζει τις τιμές των κελιών με τον μέσο όρο των τιμών των στοιχείων του δείγματος σημείων στην περιοχή του κάθε κελιού επεξεργασίας. Οι προκαθορισμένες τιμές για τη δημιουργία των χαρτών είναι p=2 και number of neighbours=12, με τύπο ταξινόμησης ίσου διαστήματος (Equal Interval). Οι χρήστες του λογισμικού έχουν τη δυνατότητα για αλλαγή

25 των παραμέτρων της δημιουργίας των χαρτών, όπως της μεθόδου ταξινόμησης, τον αριθμό των κλάσεων, των απορριπτόμενων τιμών, των χρωμάτων κ.ά. Το εργαλείο στατιστικής ανάλυσης (και για τις δύο υπο-εφαρμογές) μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη δημιουργία γραφημάτων και πινάκων με βάση τα δεδομένα. Το εργαλείο του συγχρονισμού χρησιμοποιείται για τον συγχρονισμό μεταξύ των δύο βάσεων δεδομένων του λογισμικού. Ο συγχρονισμός μπορεί να επιτευχθεί κατά τη διάρκεια της εκτέλεσης των καλλιεργητικών εργασιών σε πραγματικό χρόνο, ή μετά τη λήξη αυτών, ώστε τα δεδομένα να είναι διαθέσιμα στο διαδίκτυο μέσω της διαδικτυακής υπο-εφαρμογής. Επιπλέον, μέσω του εργαλείου συγχρονισμού είναι δυνατή η αποστολή των χαρτών κατανάλωσης καυσίμου στη διαδικτυακή υπο-εφαρμογή. Η εξαγωγή όλων των δεδομένων μπορεί να γίνει σε διάφορες μορφές αρχείων, όπως μορφή πλέγματος (π.χ. GeoTIFF, IMG), διανυσματική μορφή (π.χ. Shape files, AutoCAD DXF), μορφή εικόνας (π.χ. BMP, JPG), μορφή πίνακα δεδομένων (π.χ. XLS, CSV), για περαιτέρω επεξεργασία. Για την εφαρμογή αυτή χρησιμοποιήθηκαν: ένας γεωργικός ελκυστήρας (Lamborghini R6.130), μία δισκοσβάρνα, ένας δέκτης GPS (AgGPS-252 της Trimble) για την καταγραφή της θέσης στον αγρό και ένα δυναμόμετρο έλξης με 6 δυναμοκυψέλες για την καταγραφή στον τρισδιάστατο χώρο, των ασκούμενων δυνάμενων στο παρελκόμενο μηχάνημα. Το λογισμικό λαμβάνει και επεξεργάζεται δεδομένα από τις παραπάνω πηγές, δηλαδή τον δίαυλο του ελκυστήρα μέσω του πρωτοκόλλου SAE J1939, τον δέκτη GPS και το δυναμόμετρο έλξης. Τα δεδομένα που λαμβάνει από τον δίαυλο του ελκυστήρα αφορούν την ταχύτητα κίνησης, την κατανάλωση καυσίμου, τις στροφές του κινητήρα, τη ροπή στρέψης του κινητήρα και την ολίσθηση των κινητήριων τροχών. Τα δεδομένα των τριών αυτών πηγών μεταφέρονται σε ένα notebook (Acer Aspire One BCkk) μέσω 3 θυρών USB με ρυθμό δειγματοληψίας 4Hz. Στην Εικόνα 6.21 απεικονίζεται ο χωρικός χάρτης με την κατανάλωση καυσίμου στα τεμάχια του πειραματικού αγρού σε λίτρα ανά εκτάριο (l/ha) για διαφορετικές ταχύτητες κινήσεως ( km/h) και για διαφορετικές στροφές του κινητήρα (1800 και 2200rpm). Εικόνα 6.21 Κατανάλωση καυσίμου σε λίτρα ανά εκτάριο (l/ha) για διαφορετικές ταχύτητες κινήσεως ( km/h) και για διαφορετικές γωνιακές ταχύτητες (1800 και 2200 rpm).

26 Στο σημείο αυτό κρίνεται σκόπιμο να γίνει μία σύντομη αναφορά στα αποτελέσματα μίας πολύ ενδιαφέρουσας πιλοτικής έρευνας, η οποία πραγματοποιήθηκε από τους Marx et al. (2015), στο Nebraska Tractor Test Laboratory (NTTL). Σύμφωνα με τη έρευνα αυτή, υπάρχει μια σημαντική διαφορά στην κατανάλωση καυσίμου (ένα σφάλμα της τάξεως του 6,22 %) μεταξύ των δεδομένων που συλλέγονται με τη χρήση του διαύλου CAN (SAE J1939) και των δεδομένων που προήλθαν από τη δοκιμή ενός ελκυστήρα John Deere 8270R, σύμφωνα με τον διεθνώς αναγνωρισμένο κώδικα 2 του OECD (Organization for Economic Cooperation and Development) και το πιστοποιημένο δυναμόμετρο του NTTL. Από τη μελέτη αυτή, φαίνεται ότι υπάρχει μεγάλη ανάγκη για τη διεξαγωγή περαιτέρω ερευνών, όσον αφορά την ακρίβεια των δεδομένων που παρέχει ο δίαυλος CAN Παραγωγή γεωαναφερόμενων δεδομένων με το ISO Τα γεωαναφερόμενα δεδομένα (georeferenced data) είναι ένα σύνολο από μετρήσεις και καταγραφές που αναφέρονται σε συγκεκριμένες θέσεις στον χώρο (π.χ. στον αγρό). Η παραγωγή γεωαναφερόμενων δεδομένων συνδέεται άμεσα με τις νέες τεχνικές αναζήτησης της παραλλακτικότητας, η οποία χρησιμοποιείται όλο και περισσότερο στις γεωργικές εφαρμογές ακρίβειας (precision agriculture) που βελτιώνουν την διαχείριση των καλλιεργειών. Στην Εικόνα 6.22 παρουσιάζεται ένα ολοκληρωμένο σύστημα συλλογής γεωαναφερόμενων δεδομένων από διαφορετικές πηγές με χρήση του συστήματος ISOBUS (Fantuzzi et al., 2013). Εικόνα 6.22 Ολοκληρωμένο σύστημα συλλογής γεωαναφερόμενων δεδομένων από διαφορετικές πηγές με χρήση του συστήματος ISOBUS. Στην Εικόνα 6.23 παρουσιάζεται η αρχιτεκτονική ενός ασύρματου δικτύου παρακολούθησης της υγρασίας του εδάφους από απόσταση, όπου ο γεωργικός ελκυστήρας αποτελεί το κινητό στοιχείο συλλογής των δεδομένων (Gravalos et al., 2014). Το ασύρματο δίκτυο των αισθητήρων (Wireless Sensor Network ή WSN) εκπέμπει κάθε 30 sec μία ακολουθία δεδομένων προς τον ελκυστήρα. Το ασύρματο δίκτυο αποτελείται

27 από: α) τους αισθητήρες εδαφικής υγρασίας, β) τις απομακρυσμένες τερματικές μονάδες (remote terminal units ή RTUs) οι οποίες ισχυοδοτούνται από μικρά φωτοβολταϊκά πάνελ, γ) ένα ασύρματο μόντεμ (wireless modem) και δ) μία πύλη δικτύου (gateway). Εικόνα 6.23 Η αρχιτεκτονική του ασύρματου δικτύου παρακολούθησης της υγρασίας του εδάφους από τον γεωργικό ελκυστήρα. 1. Ασύρματο μόντεμ, 2. Πύλη δικτύου, 3. Φορητός υπολογιστής, 4. Τερματική μονάδα, 5. Φωτοβολταϊκό πάνελ, 6. Αισθητήρας υγρασίας εδάφους. Η αρχιτεκτονική του συστήματος επικοινωνίας μεταξύ ασύρματου δικτύου αισθητήρων υγρασίας εδάφους, γεωργικού ελκυστήρα και συστήματος διαχείρισης πληροφοριών αγροκτήματος παρουσιάζεται στην Εικόνα Ο ελεγκτής έργου (task controller) του δικτύου ISOBUS του ελκυστήρα, λειτουργεί ως ένα σύστημα διαχείρισης δεδομένων (Data Management System ή DMS) που αρχικά λαμβάνει τα δεδομένα της υγρασίας εδάφους τα οποία διαμορφώνει κατάλληλα και στη συνέχεια τα στέλνει στον απομακρυσμένο σταθμό του συστήματος διαχείρισης πληροφοριών του αγροκτήματος (Farm Management Information System ή FMIS). Το σύστημα διαχείρισης δεδομένων DMS επικοινωνεί με τον απομακρυσμένο σταθμό του συστήματος διαχείρισης πληροφοριών του αγροκτήματος FMIS μέσω του δικτύου ISOBUS και της μονάδας GSM (global system for mobile communications) η οποία είναι ενσωματωμένη στο σύστημα VE.CAN. Επίσης, το σύστημα διαχείρισης δεδομένων DMS διασυνδέεται με το σύστημα GPS μέσω του ISOBUS και αξιοποιεί τις πληροφορίες σχετικά με την ακριβή θέση του ελκυστήρα και τις διαδρομές που εκτελεί εντός του αγρού. Τέλος, το σύστημα διαχείρισης δεδομένων DMS μπορεί να διασυνδεθεί με ένα έξυπνο κινητό τηλέφωνο (smartphone) μέσω του πρωτοκόλλου bluetooth και με τον τρόπο αυτό, μπορεί ο χρήστης να αλληλοεπιδρά με το σύστημα (Fantuzzi et al., 2013).

28 Εικόνα 6.24 Η αρχιτεκτονική του συστήματος επικοινωνίας μεταξύ ασύρματου δικτύου αισθητήρων υγρασίας εδάφους, γεωργικού ελκυστήρα και συστήματος διαχείρισης πληροφοριών αγροκτήματος Ηλεκτρονικά μέσα παροχής πληροφοριών Εισαγωγικές έννοιες Τα μέσα παροχής πληροφοριών, όπως όργανα και δείκτες, απαιτούν ορθή χωροταξική τοποθέτηση γύρω από τη θέση εργασίας, ενώ τα πιο βασικά και αναγκαία τοποθετούνται συνήθως μπροστά και στο άμεσο οπτικό πεδίο του χειριστή. Τα όργανα και οι δείκτες παρέχουν πληροφορίες αναλογικές και ψηφιακές. Τα ψηφιακά όργανα, είναι προϊόντα της εξέλιξης της τεχνολογίας των ηλεκτρονικών με αποτέλεσμα να ελαχιστοποιούν το σφάλμα που μπορεί να προκύψει από τον παράγοντα χειριστή και τον τρόπο που διενεργεί την παρατήρηση. Οι κλίμακες των οργάνων και δεικτών επιβάλλουν να είναι ευδιάκριτες, συναρτώμενες της διακριτικής ικανότητας του οφθαλμού και της απόστασης ανάγνωσης, του επιπέδου φωτισμού και άλλων παραγόντων. Επιβεβλημένη είναι η χρήση διακριτών χρωμάτων στα ενδεικτικά όργανα και στους δείκτες για τη δημιουργία χρωματικών κλιμάκων. Οι χρωματικές κλίμακες του ερυθρού, του πράσινου και του ωχρού (κίτρινου) είναι αυτές που χρησιμοποιούνται περισσότερο. Το ερυθρό απεικονίζει μη επιθυμητή κατάσταση, το ωχρό απεικονίζει κατάσταση προβληματική και το πράσινο απεικονίζει κατάσταση επιθυμητή. Σε εκείνα τα μέσα παροχής πληροφοριών τα οποία ο χειριστής συμβουλεύεται συνεχώς κάτω από οποιεσδήποτε συνθήκες εξωτερικού φωτισμού, επιβάλλεται ιδιαίτερος φωτισμός. Λόγοι λειτουργικοί και εργονομικοί οδηγούν στην τοποθέτηση των μέσων παροχής πληροφοριών επί ενός ή περισσότερων πινάκων. Τα κύρια και βασικά μέσα παροχής πληροφοριών τοποθετούνται επί ενός πίνακα και ο πίνακας αυτός τοποθετείται μπροστά από τον χειριστή και εντός του άμεσου οπτικού πεδίου. Σε πολλές περιπτώσεις για λόγους εξοικονόμησης χώρου, άμεσης άντλησης πληροφοριών, κ.ά. δημιουργούνται σύνθετα μέσα παροχής πληροφοριών. Τα σύνθετα μέσα παροχής πληροφοριών περιλαμβάνουν όργανα και δείκτες, όπως για παράδειγμα ένα στροφόμετρο συνδυάζεται με δείκτες (αναλάμπουσες λυχνίες διαφόρων χρωμάτων με ειδική σήμανση) για τη θερμοκρασία του συστήματος ψύξης, του συστήματος λίπανσης, κ.ά. Στους σύγχρονους γεωργικούς ελκυστήρες, οι περισσότερες πληροφορίες μεταφέρονται και διαδίδονται μέσω ψηφιακών δεικτών με τη μορφή γραπτών κειμένων ή μηνυμάτων. Τα μέσα παροχής

29 γραμμάτων και αριθμών είναι αναντικατάστατα όταν απαιτείται μετάδοση πολύπλοκων μηνυμάτων και πληροφοριών. Συναγερμοί ορίων και βλαβών, τεχνικές πληροφορίες, κ.ά. αποτελούν τυπικά παραδείγματα μέσων παροχής γραμμάτων και αριθμών. Σε αρκετές περιπτώσεις παρατηρούνται δυσκολίες στη μεταβίβαση του επιθυμητού μηνύματος, λόγω του γεγονότος ότι πολλοί χειριστές δεν έχουν την απαραίτητη μόρφωση, οι συντμήσεις που χρησιμοποιούνται είναι ακατάλληλες, η σύνταξη είναι ανεπαρκής, κ.ά. Οι ραγδαίες εξελίξεις στην τεχνολογία των υπολογιστών και των τηλεπικοινωνιών συνδέονται άμεσα με τη σημαντική ανάπτυξη του τομέα των ηλεκτρονικών μέσων παροχής πληροφοριών. Έτσι, τα κλασσικά ηλεκτρομηχανικά όργανα κινούμενης βελόνας αναπαριστώνται με γραφική απεικόνιση (εικονικά όργανα) στην οθόνη ενός υπολογιστή. Με τη χρήση της νέας αυτής τεχνολογίας, οι κατασκευαστές έχουν πλέον στη διάθεσή τους πληθώρα συμβόλων και χαρακτήρων για την υλοποίηση μέσων παροχής πληροφοριών που επιτρέπουν την αλληλεπίδραση με τον χειριστή του ελκυστήρα σε πολλαπλά επίπεδα. Επιπλέον, η αντικατάσταση των κινούμενων μερών των αναλογικών οργάνων με ηλεκτρονικά κυκλώματα και εικονικά όργανα αυξάνει σημαντικά την αξιοπιστία των μέσων παροχής πληροφοριών. Ακόμη, εκτός από την απεικόνιση των τιμών διαφόρων μεταβλητών, εκτελούνται ταυτόχρονα υπολογισμοί με τη βοήθεια αλγορίθμων που διευκολύνουν τον χειριστή στη λήψη αποφάσεων (π.χ. για την απόδοση μίας καλλιεργητικής εργασίας. Η τεχνολογική εξέλιξη των μέσων παροχής πληροφοριών στους γεωργικούς ελκυστήρες απεικονίζεται συνοπτικά στην Εικόνα Εικόνα 6.25 Η τεχνολογική εξέλιξη των μέσων παροχής πληροφοριών στους γεωργικούς ελκυστήρες. Από τα αναλογικά, ψηφιακά, LED, LCD όργανα και δείκτες πληροφοριών έως τους δείκτες επί πίνακα και την εικονική τερματική μονάδα ISOBUS.

30 Η τελευταία τάση στα μέσα παροχής, η οποία υιοθετήθηκε σε πολλούς πειραματικούς ελκυστήρες από τους κατασκευαστές, είναι η απεικόνιση των πληροφοριών πάνω στους εμπρόσθιους και πλάγιους υαλοφράκτες (head-up displays ή HUD). Σύμβολα, σχήματα, ποσοτικές πληροφορίες προβάλλονται στο οπτικό πεδίο του χειριστή με ειδικές δέσμες φωτός, χωρίς να απομακρύνεται το βλέμμα του από το εξωτερικό περιβάλλον ή να διασπάται η προσοχή του Μηνύτορας επιδόσεων Ο μηνύτορας επιδόσεων (performance monitor) ή μηνύτορας δεδομένων (data monitor) είναι ένας υπολογιστής επί του οχήματος ο οποίος τοποθετείται συνήθως στην δεξιά πλευρά του χειριστή και επιτρέπει την αναπαράσταση ορισμένων ποσοτικών πληροφοριών. Επιπλέον, πραγματοποιεί υπολογισμούς που αφορούν την ποιότητα του εκτελούμενου έργου. Ο μηνύτορας φαίνεται στην Εικόνα 6.26 και περιλαμβάνει μία οθόνη υγρών κρυστάλλων (LCD) και δέκα πλήκτρα (pushbuttons). Για διευκόλυνση του χειριστή, ένα σύμβολο πάνω σε κάθε πλήκτρο υποδεικνύει τη λειτουργία που πρόκειται να επιλέξει. Ο μηνύτορας επιδόσεων έχει δύο διακριτές λειτουργίες: α) μηνύτορας επιδόσεων του γεωργικού ελκυστήρα και β) τερματική μονάδα (terminal) της ηλεκτρονικής μονάδας ελέγχου (ECU) του υδραυλικού συστήματος. Στην Εικόνα 6.27 φαίνεται η συνδεσμολογία της τερματικής μονάδας του μηνύτορα με την ECU του υδραυλικού συστήματος, τους αισθητήρες και τις υπόλοιπες συσκευές του ελκυστήρα (Same- Lamborghini-Hürlimann, 1992). Αναλυτικά ο μηνύτορας αναπαριστά τις εξής ποσοτικές πληροφορίες: α) στροφές κινητήρα, β) ταχύτητα πορείας, γ) στροφές δυναμοδότη, δ) βάθος εργασίας, ε) ολίσθηση τροχών, στ) διανυθείσα απόσταση, ζ) καλλιεργούμενη επιφάνεια, η) χρόνος εργασίας. Κάθε λειτουργία (εκτός της "ολίσθησης τροχών" η οποία αναπαρίσταται μόνιμα στην επιφάνεια της οθόνης) επιλέγεται με το πάτημα του αντίστοιχου πλήκτρου. Για τις τρεις τελευταίες λειτουργίες (διανυθείσα απόσταση, καλλιεργούμενη επιφάνεια και χρόνος εργασίας) μπορεί να γίνει επαναφορά πιέζοντας το πλήκτρο Reset. Οι πληροφορίες που αφορούν την καλλιεργούμενη επιφάνεια και τον χρόνο εργασίας εμφανίζονται μόνον όταν συνδεθεί παρελκόμενο μηχάνημα στην ανάρτηση τριών σημείων του οπίσθιου υδραυλικού συστήματος. ΣΤΡΟΦΕΣ ΚΙΝΗΤΗΡΑ Η ECU λαμβάνει τις στροφές με τις οποίες περιστρέφεται ο κινητήρας με τη βοήθεια του αισθητήρα στροφών (αισθητήρα προσέγγισης μεταβλητής μαγνητικής αντίστασης) και τις απεικονίζει στον μηνύτορα ως στροφές ανά λεπτό (rpm) με τέσσερα ψηφία εκ των οποίων το τελευταίο είναι πάντα το μηδέν (XXX0). ΤΑΧΥΤΗΤΑ ΠΟΡΕΙΑΣ Η ταχύτητα πορείας του ελκυστήρα αναπαρίσταται στον μηνύτορα με βάση τις ενδείξεις του ραντάρ μικροκυμάτων. Στην περίπτωση που το ραντάρ για οποιαδήποτε αιτία είναι εκτός λειτουργίας, η ταχύτητα πορείας του ελκυστήρα υπολογίζεται με βάση τις ενδείξεις του αισθητήρα στροφών στην έξοδο του συστήματος μετάδοσης της κίνησης. Η ταχύτητα πορείας απεικονίζεται σε km/h ή MPH (miles per hour) με τρία ψηφία εκ των οποίων το τρίτο είναι δεκαδικό (XX,X).

31 Εικόνα 6.26 Μηνύτορας επιδόσεων. 1. Πλήκτρο βάθους εργασίας, 2. Πλήκτρο στροφών κινητήρα, 3. Πλήκτρο στροφών δυναμοδότη, 4. Πλήκτρο ταχύτητας πορείας, 5. Πλήκτρο καλλιεργούμενης επιφάνειας, 6. Πλήκτρο χρόνου εργασίας, 7. Πλήκτρο διανυθείσας απόστασης, 8. Πλήκτρο επαναφοράς (reset) μόνο για τις λειτουργίες 5, 6, και 7, 9. Πλήκτρο επιλογής INFO (λειτουργίας μηνύτορα επιδόσεων)/par (αλλαγής παραμέτρων λειτουργίας)-το πλήκτρο αυτό επιτρέπει την έξοδο από την τρέχουσα οθόνη, 10. Πλήκτρο πλάτους εργασίας παρελκόμενου μηχανήματος, 11. Κλίμακα ολίσθησης (%), 12. Επιφάνεια οθόνης.

32 Εικόνα 6.27 Διάγραμμα συνδεσμολογίας μηνύτορα επιδόσεων. Α. Μηνύτορας επιδόσεων, Β. Ραντάρ, C. Αισθητήρας στροφών στην έξοδο του συστήματος μετάδοσης της κίνησης, D. Προς ηλεκτρονική μονάδα ελέγχου (ECU), E. Μέτρηση στροφών κινητήρα, F. Αισθητήρες-διακόπτες του δυναμοδότη 540/1000 rpm και της διαδρομής τερματισμού άνω βραχίονα ανύψωσης του υδραυλικού συστήματος, G. Διακόπτης λειτουργίας ραντάρ, H. Εναλλάκτης, Ι. Συνδετήρας. ΣΤΡΟΦΕΣ ΔΥΝΑΜΟΔΟΤΗ Ο μηνύτορας αναπαριστά την ταχύτητα περιστροφής (rpm) του οπίσθιου δυναμοδότη (PTO). Τρεις διακόπτες επί των τριών θέσεων του μοχλού επιλογής, πληροφορούν την ECU εάν ο δυναμοδότης λειτουργεί στις 540 rpm, 750 rpm (ECO) ή 1000 rpm. Στη συνέχεια, η ECU υπολογίζει την ταχύτητα περιστροφής του άξονα σε συνάρτηση των στροφών του κινητήρα. Η αναπαράσταση των στροφών γίνεται με τέσσερα ψηφία εκ των οποίων το τελευταίο είναι πάντα το μηδέν (XXX0). ΟΛΙΣΘΗΣΗ ΤΡΟΧΩΝ Η ολίσθηση των κινητήριων τροχών υπολογίζεται από τη σύγκριση των ενδείξεων του ραντάρ μικροκυμάτων και του αισθητήρα στροφών στην έξοδο του συστήματος μετάδοσης της κίνησης και εκφράζεται ως ποσοστό επί της εκατό (%). Η πληροφορία αυτή απεικονίζεται με τη μορφή ραβδογράμματος στο επάνω τμήμα της οθόνης.

33 ΚΑΛΛΙΕΡΓΟΥΜΕΝΗ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑ Η καλλιεργούμενη επιφάνεια εκφράζεται σε εκτάρια (ha) και απεικονίζεται με τέσσερα ψηφία εκ των οποίων τα δύο τελευταία είναι δεκαδικά (XX,XX). Η τιμή αυτή μεταβάλλεται μόνο όταν το συνδεδεμένο παρελκόμενο μηχάνημα βρίσκεται στη χαμηλότερη θέση του συστήματος ανάρτησης τριών σημείων. Για τον μηδενισμό της ένδειξης χρειάζεται να πιέσουμε και να διατηρήσουμε πιεσμένο το πλήκτρο Reset. Τα τέσσερα ψηφία αναβοσβήνουν χαρακτηριστικά για τρία δευτερόλεπτα και στη συνέχεια μηδενίζονται. ΠΛΑΤΟΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ Το σωστό πλάτος εργασίας του παρελκόμενου μηχανήματος πρέπει να εισαχθεί στο σύστημα του μηνύτορα πριν αρχίσει να εκτελείται ο αλγόριθμος υπολογισμού της καλλιεργούμενης επιφάνειας. Η διαδικασία εισαγωγής τους πλάτους εργασίας είναι η ακόλουθη: Αρχικά πιέζουμε το σχετικό πλήκτρο για να εμφανιστεί το πλάτος. Στη συνέχεια, με τη βοήθεια των πλήκτρων του "οριζόντιου βέλους" στη δεξιά πλευρά της οθόνης και του "συν" (στην Εικόνα 6.26 αναπαρίστανται με τους αριθμούς 5 και 7 αντίστοιχα) εισάγουμε την τιμή του σωστού πλάτους εργασίας του παρελκόμενου μηχανήματος η οποία αποτελείται από τέσσερα ψηφία εκ των οποίων το τελευταίο είναι δεκαδικό (XXX,X) και εκφράζεται σε cm. Με την ολοκλήρωση της διαδικασίας στην οθόνη εμφανίζεται η νέα τιμή του πλάτους εργασίας. Εάν η κατάσταση δεν μεταβληθεί μέσα σε 10 sec από την τελευταία καταχώρηση, τότε το σύστημα του μηνύτορα αποθηκεύει αυτόματα τα δεδομένα. ΧΡΟΝΟΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ Ο μηνύτορας εμφανίζει ως χρόνο εργασίας, το χρονικό διάστημα που μεσολαβεί από την τελευταία επαναφορά (reset) του συστήματος μέχρι την τρέχουσα χρονική στιγμή. Η μέτρηση του χρόνου γίνεται μόνον όταν το συνδεδεμένο παρελκόμενο μηχάνημα βρίσκεται στη χαμηλότερη θέση του συστήματος ανάρτησης τριών σημείων (θέση εργασίας). Ο χρόνος εργασίας απεικονίζεται με τέσσερα ψηφία, με μία άνω και κάτω τελεία που διαχωρίζει τις ώρες από τα πρώτα λεπτά (HH:MM). ΔΙΑΝΥΘΕΙΣΑ ΑΠΟΣΤΑΣΗ Ο μηνύτορας εμφανίζει τη διανυθείσα απόσταση από την τελευταία επαναφορά (reset) του συστήματος. Η απόσταση απεικονίζεται με τέσσερα ψηφία (XXXX) και εκφράζεται σε m. Η μέτρηση της απόστασης γίνεται ανεξάρτητα από τη θέση της ανάρτησης τριών σημείων του υδραυλικού συστήματος. ΒΑΘΟΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ Η λειτουργία αυτή βασίζεται στη μέτρηση της σχετικής κίνησης των βραχιόνων ανύψωσης του υδραυλικού συστήματος, αρχής γενομένης από το ύψος αναφοράς, το οποίο καθορίζεται από τον χειριστή. Το ύψος αναφοράς καθορίζεται με επαναφορά του μετρητή βάθους εργασίας, όταν οι βραχίονες ανύψωσης τοποθετούνται στο επιθυμητό ύψος. Το βάθος εργασίας εκφράζεται σε cm και απεικονίζεται με τέσσερα ψηφία εκ των οποίων το τελευταίο είναι δεκαδικό (XXX,X). Η μετάβαση του συστήματος από τη λειτουργία του μηνύτορα επιδόσεων στη λειτουργία της τερματικής μονάδας, γίνεται με τη βοήθεια του πλήκτρου INFO/PAR (Performance Monitor Data Terminal), με τον διακόπτη εκκίνησης γυρισμένο στη θέση ON και τον κινητήρα σβηστό. Στην οθόνη του μηνύτορα εμφανίζεται το παρακάτω μενού (Εικόνα 6.28).

34 Εικόνα 6.28 Μενού τερματικής μονάδας. Προκειμένου ο μηνύτορας επιδόσεων να παρέχει ακριβή δεδομένα, π.χ. καλλιεργούμενη επιφάνεια, ολίσθηση κινητήριων τροχών, κ.ά., θα πρέπει να προηγηθεί η εισαγωγή μιας σειράς παραμέτρων στην τερματική μονάδα, έτσι ώστε το σύστημα να είναι προσαρμοσμένο στα τεχνικά χαρακτηριστικά του ελκυστήρα επί του οποίου είναι εγκατεστημένο. Η εισαγωγή των παραμέτρων στην τερματική μονάδα γίνεται με τη βοήθεια των πλήκτρων: [ ] (5, Εικ. 6.26), [ ] (6, Εικ. 6.26), [+] (7, Εικ. 6.26) και [ ] (8, Εικ. 6.26). Για παράδειγμα, η εισαγωγή της παραμέτρου P4 που αφορά τον υπολογισμό της ολίσθησης των κινητήριων τροχών και εξαρτάται από τον τύπο του κιβωτίου ταχυτήτων, την τελική ταχύτητα του ελκυστήρα και το μεγέθος των ελαστικών, γίνεται ακολουθώντας της εξής διαδικασία: α) Αρχικά επιλέγουμε με το πλήκτρο [ ] την ένδειξη "PARAMETERS" από το μενού (Εικόνα 6.28) και στη συνέχεια πιέζουμε το πλήκτρο [ ], β) Μία νέα σελίδα εμφανίζεται στην οθόνη. Στη συνέχεια με το πλήκτρο [ ] επιλέγουμε την ένδειξη "Engine make" και πιέζουμε το πλήκτρο [ ], γ) Μία νέα σελίδα εμφανίζεται, στην οποία απεικονίζονται οι τιμές των παραμέτρων των κινητήριων τροχών του ελκυστήρα, δ) Εισάγουμε την παράμετρο εκείνη (Πίνακας 6.2) η οποία αντιστοιχεί στις συγκεκριμένες διαστάσεις ελαστικών, τον τύπο κιβωτίου ταχυτήτων και την τελική ταχύτητα, με τη βοήθεια των πλήκτρων [ ] και [+]. Με το πλήκτρο [ ] μετακινούμε τον κέρσορα από το ένα ψηφίο στο άλλο και με το πλήκτρο [+] αυξάνουμε την τιμή του επιλεγμένου ψηφίου, ε) Όταν ολοκληρωθεί η διαδικασία εισαγωγής της παραμέτρου, τότε με τη βοήθεια του πλήκτρου [ ] αποθηκεύουμε την τιμή και πιέζοντας το πλήκτρο INFO/PAR επιστρέφουμε στο αρχικό μενού.

35 Κιβώτιο ταχυτήτων Τελική ταχύτητα Διαστάσεις ελαστικών Ρ4 Ημιαυτόματο κιβώτιο τύπου power shift 30 km/h 20,8R /70x Ημιαυτόματο κιβώτιο τύπου power shift Αυτόματο κιβώτιο τύπου power shift 40 km/h km/h 20,8R /70x ,8R /70x Πίνακας 6.2 Επιλογή παραμέτρου Ρ4 (έλεγχος ολίσθησης κινητήριων τροχών) ανάλογα με τα ιδιαίτερα τεχνικά χαρακτηριστικά του ελκυστήρα, όπως τύπος κιβωτίου ταχυτήτων, τελική ταχύτητα και διαστάσεις ελαστικών Σύστημα συλλογής δεδομένων - Υπολογιστής επί του οχήματος Το σύστημα συλλογής δεδομένων (Data System) είναι μία εξέλιξη του μηνύτορα επιδόσεων. Πρόκειται για ένα ηλεκτρονικό σύστημα διαχείρισης το οποίο παρακολουθεί τα δεδομένα του γεωργικού ελκυστήρα και ειδικότερα του ηλεκτρονικά ελεγχόμενου υδραυλικού συστήματος. Η αρχιτεκτονική του συστήματος συλλογής δεδομένων παρουσιάζεται στην Εικόνα Εικόνα 6.29 Η αρχιτεκτονική του συστήματος συλλογής δεδομένων γεωργικού ελκυστήρα.

36 Το σύστημα συλλογής δεδομένων επιτρέπει στον χειριστή να αποθηκεύσει και να μεταφέρει τα δεδομένα του ελκυστήρα και του παρελκόμενου γεωργικού μηχανήματος στο απομακρυσμένο σύστημα διαχείρισης πληροφοριών του αγροκτήματος. Ειδικότερα, το σύστημα χρησιμοποιείται: Για την επεξεργασία και απεικόνιση δεδομένων που αφορούν τις επιδόσεις του ελκυστήρα, με σκοπό την περαιτέρω βελτιστοποίηση της χρήσης και της οικονομικής λειτουργίας. Για τον έλεγχο της λειτουργικής κατάστασης του ελκυστήρα (π.χ. στάθμη καυσίμου, θερμοκρασία κινητήρα, κ.ά.). Για την αποθήκευση χρήσιμων πληροφοριών που αφορούν τη συντήρηση του ελκυστήρα, ώστε ο χειριστής να καταρτίσει έγκαιρα ένα ολοκληρωμένο πρόγραμμα τεχνικών συντηρήσεων. Στο σύστημα συλλογής δεδομένων περιλαμβάνονται: α) ο ηλεκτρονικός έλεγχος του υδραυλικού συστήματος και β) ένας υπολογιστής επί του οχήματος. Ο ηλεκτρονικός έλεγχος του υδραυλικού συστήματος παρέχει εκτός από τις κλασικές λειτουργίες των ελέγχων θέσης, φορτίου και ελεύθερης ρύθμισης (πλεύσης), επιπλέον ρυθμίσεις και ελέγχους, όπως: α) ρύθμιση της ευαισθησίας σε διαφορετικά φορτία (draft sensitivity), β) έλεγχο του ρυθμού πτώσης (drop rate control) των βραχιόνων ανύψωσης, γ) ρύθμιση του ανώτατου ορίου ανύψωσης (height limit control) των βραχιόνων, δ) κλείδωμα των βραχιόνων της ανάρτησης για ασφαλή μεταφορά του παρελκόμενου και ε) ρύθμιση που επιτρέπει τον έλεγχο της ευαισθησίας του ραντάρ μικροκυμάτων (καλύτερος έλεγχος της ολίσθησης των κινητήριων τροχών). Για παράδειγμα, με τη βοήθεια του ηλεκτρονικού ελέγχου, είναι δυνατόν να εκτελέσουμε την εργασία της άροσης με έλεγχο φορτίου ως κύριο έλεγχο και έλεγχο ολίσθησης ως δευτερεύοντα ή με έλεγχο ολίσθησης ως κύριο και σύνθετο έλεγχο ως δευτερεύοντα και ούτω καθεξής. Επιπλέον, γνωρίζοντας τον τύπο του εδάφους, την περιεχόμενη υγρασία, τη συνεκτικότητα, την αντίσταση του εδάφους στη διείσδυση των υνιών του αρότρου και την ταχύτητα πορείας του ελκυστήρα, είναι δυνατόν να επιτύχουμε τη μέγιστη απόδοση. ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΗΣ ΕΠΙ ΤΟΥ ΟΧΗΜΑΤΟΣ Ο υπολογιστής επί του οχήματος (on board computer) με τη βοήθεια πολλαπλών αισθητήρων, επεξεργάζεται μεγάλο όγκο πληροφοριών που αφορούν τόσο τον ίδιο τον ελκυστήρα όσο και το παρελκόμενο μηχάνημα. Επιπλέον, παρέχει πληροφορίες που αφορούν την οικονομική απόδοση των μηχανημάτων (ελκυστήρας - παρελκόμενο μηχάνημα) και την παραγωγικότητα επιφάνειας (ρυθμός παραγωγής έργου εκπεφρασμένος ως επιφάνεια) (Εικόνα 6.30). Όλες οι λειτουργίες βρίσκονται υπό την εποπτεία του υπολογιστή ο οποίος παρακολουθεί κάθε μεταβολή των παραμέτρων λειτουργίας σε πραγματικό χρόνο, επιτρέποντας στον χειριστή να λαμβάνει τις τρέχουσες πληροφορίες με απλό πάτημα ενός κουμπιού.

37 Εικόνα 6.30 Ο υπολογιστής επί του οχήματος παρέχει πληροφορίες που αφορούν την οικονομική απόδοση ελκυστήραπαρελκόμενου μηχανήματος και την παραγωγικότητα επιφάνειας.

38 Εικονική τερματική μονάδα ISOBUS Η τερματική μονάδα ISOBUS αποτελεί τη σημαντικότερη τεχνολογική εξέλιξη στα ηλεκτρονικά μέσα παροχής πληροφοριών των ελκυστήρων και άλλων γεωργικών οχημάτων, της τελευταίας δεκαετίας. Όπως ήδη αναφέρθηκε παραπάνω (Υποκεφ ), η τερματική μονάδα διαχειρίζεται πολλαπλές ECUs που ελέγχουν την λειτουργία επιμέρους συστημάτων τόσο του ελκυστήρα όσο και του παρελκόμενου μηχανήματος, δίνοντας τη δυνατότητα στον χρήστη να διαχειρίζεται έναν μεγάλο όγκο πληροφοριών που αφορούν τις εκτελούμενες καλλιεργητικές εργασίες. Στο υποκεφάλαιο αυτό, θα επικεντρωθούμε κυρίως σε θέματα που αφορούν τους χειρισμούς στους οποίους πρέπει να προβεί κάποιος για να καταχωρήσει, αλλά και να αντλήσει τις κατάλληλες πληροφορίες από την τερματική μονάδα ISOBUS. ΧΕΙΡΙΣΜΟΙ ΤΕΡΜΑΤΙΚΗΣ ΜΟΝΑΔΑΣ ISOBUS Η χρήση τόσο της τερματικής μονάδας ISOBUS όσο και ο έλεγχος των συνδεδεμένων παρελκόμενων μηχανημάτων μέσω αυτής, γίνεται με την καταχώρηση ή τροποποίηση των τιμών διαφόρων παραμέτρων λειτουργίας. Η διαδικασία αυτή διεξάγεται με τη βοήθεια των "διαλόγων καταχώρησης". Τα βασικά πλήκτρα στους διαλόγους καταχώρησης είναι: α) το πλήκτρο "ΟΚ" με το οποίο αποθηκεύεται κάθε νέα τιμή και αντικαθίσταται η προηγούμενη και β) το πλήκτρο "ESC" με το οποίο διακόπτεται η καταχώρηση οποιασδήποτε νέας τιμής και διατηρείται η προηγούμενη. Στην επιφάνεια χειρισμού μίας παραμέτρου της οποίας πρόκειται να τροποποιηθεί η τιμή, θα πρέπει πρώτα να γίνει η επισήμανσή της δια αφής και στη συνέχεια με το πλήκτρο ΟΚ να γίνει η χρήση ενός παραθύρου διαλόγου. Στο παράθυρο διαλόγου, η καταχώρηση των αριθμητικών τιμών γίνεται με τρείς διαφορετικούς τρόπους: α) με το αριθμητικό πληκτρολόγιο, β) με τον τροχό κύλισης και γ) με τον συρόμενο ρυθμιστή. Σε ορισμένες περιπτώσεις, η παράμετρος σε μία επιφάνεια χειρισμού μπορεί να απαιτεί την καταχώρηση μίας δυαδικής τιμής (π.χ. σωστό/λάθος, ενεργοποίηση/ απενεργοποίηση, κ.ά.). Στην περίπτωση αυτή, μετά την επισήμανση της παραμέτρου και το άνοιγμα του διαλόγου καταχώρησης, η νέα τιμή εισάγεται δια αφής του ειδικού τετραγώνου στο πεδίο καταχώρησης και επιβεβαιώνεται με το πάτημα του πλήκτρου ΟΚ. Επιπλέον, για κάποιες άλλες παραμέτρους παρέχονται ειδικοί κατάλογοι με προ-επιλεγμένες τιμές (π.χ. για την επιλογή της γλώσσας). Η διαδικασία είναι η ίδια με αυτή που περιγράψαμε παραπάνω. Το βασικό μενού της τερματικής μονάδας περιλαμβάνει τα εξής πέντε υπομενού: α) το μενού έναρξης, β) τις ρυθμίσεις του χρήστη, γ) τις ρυθμίσεις της κάθε χώρας, δ) τις ρυθμίσεις του συστήματος και ε) διάφορες άλλες πληροφορίες που αφορούν την τεχνική κατάσταση του συστήματος. Στο μενού έναρξης προβάλλονται όλες οι διαθέσιμες εφαρμογές (π.χ. control, cam, GPS, tractor ECU, κ.ά.). Με το μενού "ρυθμίσεις χρήστη" παρέχεται η δυνατότητα στον χρήστη να προσαρμόσει την τερματική μονάδα σύμφωνα με τις προσωπικές του απαιτήσεις (π.χ. φωτισμός οθόνης, ένταση ήχου, κ.ά.). Στο μενού ρυθμίσεις για κάθε χώρα, προβλέπονται ρυθμίσεις που αφορούν τη γλώσσα, το σύστημα των μονάδων μέτρησης (μετρικό ή αγγλοσαξονικό σύστημα), κ.ά. Στο μενού ρυθμίσεις συστήματος παρέχεται επίσης η δυνατότητα στον χρήστη να προσαρμόσει το σύστημα ανάλογα με τις προσωπικές του απαιτήσεις, όπως ενεργοποίηση της πρωτεύουσας τερματικής μονάδας, της βαθμονόμηση της οθόνης, κ.ά. Τέλος, στο μενού πληροφορίες και διάγνωση προβάλλονται πληροφορίες που αφορούν την τερματική μονάδα (π.χ. έκδοση λογισμικού), τους συνδρομητές του δικτύου (π.χ. κατασκευαστής), πληροφορίες για τη μνήμη του συστήματος (π.χ. χωρητικότητα εσωτερικής μνήμης αποθήκευσης δεδομένων), κ.ά. Επιπλέον, είναι διαθέσιμες λειτουργίες διάγνωσης με τις οποίες παρέχονται μηνύματα σφάλματος που υποδεικνύουν τις πιθανές αιτίες και τρόπους αντιμετώπισης. ΕΠΙΤΗΡΗΣΗ ΠΑΡΕΛΚΟΜΕΝΟΥ ΜΗΧΑΝΗΜΑΤΟΣ Η πανοραμική παρακολούθηση των εκτελούμενων καλλιεργητικών εργασιών μέσω του συστήματος twin vision ή global monitor, που περιγράψαμε στο προηγούμενο κεφάλαιο (Υποκεφ. 5.3) αυτού του βιβλίου, μετεξελίχθηκε σε ένα σύστημα οπτικής επιτήρησης του παρελκόμενου μηχανήματος, με δυνατότητα σύνδεσης συνολικά 8 καμερών, διευκολύνοντας έτσι τον χειριστή στην εκτέλεση σύνθετων καλλιεργητικών διαδικασιών. Η σύνδεση περισσότερων από μία καμερών γίνεται μέσω ενός πολυπλέκτη, ο οποίος στη συνέχεια συνδέεται απευθείας στη διεπαφή "βίντεο" της τερματικής μονάδας. Η εφαρμογή του συστήματος οπτικής επιτήρησης ενεργοποιείται αυτόματα με την ενεργοποίηση της τερματικής κάμερας. Στο κύριο μενού της τερματικής μονάδας υπάρχει το πλήκτρο "Cam" με το οποίο ανοίγει η κύρια προβολή της κάμερας. Στην περίπτωση που είναι συνδεδεμένες περισσότερες κάμερες, στην

39 κύρια προβολή προβάλλεται η εικόνα της επιλεγμένης κάμερας. Με το πλήκτρο "Χρονικό διάστημα" γίνεται η επιβεβαίωση του χρονικού εύρους εναλλαγής των καμερών. Η κυκλική εναλλαγή των καμερών διευκολύνει τον χειριστή στην αποτελεσματική εκτέλεση των εργασιών, ενώ παρέχεται η δυνατότητα λήψης και αποθήκευσης εικόνων σε μορφή "JPEG", με τη βοήθεια της λειτουργίας του στιγμιότυπου. ECU ΕΛΚΥΣΤΗΡΑ Η εφαρμογή αυτή ενεργοποιείται αυτόματα με την ενεργοποίηση της τερματικής μονάδας και μέσω της κύριας προβολής παρέχεται η δυνατότητα πρόσβασης σε όλες της λειτουργίες της. Οι πληροφορίες που παρέχονται μέσω της κύριας προβολής αφορούν την ταχύτητα πορείας του ελκυστήρα, τις στροφές του δυναμοδότη και τη θέση των βραχιόνων ανύψωσης του υδραυλικού συστήματος της ανάρτησης τριών σημείων. Επιπλέον, παρέχεται πρόσβαση σε όλες τις άλλες λειτουργίες της ηλεκτρονικής μονάδας ελέγχου (ECU) του ελκυστήρα, όπως μετάβαση στον κατάλογο ελκυστήρων, επεξεργασία επιλεγμένου ελκυστήρα, επιλογή του τύπου αισθητήρα μέτρησης της ταχύτητας (ραντάρ ή αισθητήρας μέτρησης των στροφών στην έξοδο του συστήματος μετάδοσης κίνησης), ενεργοποίηση ή απενεργοποίηση της μετάδοσης των δεδομένων στον ελεγκτή έργου (task controller), επιλογή θέσης παρελκόμενου μηχανήματος (στη θέση εργασίας ή στη θέση μεταφοράς) και μέτρηση της καλλιεργούμενης επιφάνειας (μετρητής εκταρίων). Η εφαρμογή μέσω της λειτουργίας "μετρητής εκταρίων" παρέχει τις εξής πληροφορίες: α) το πλάτος εργασίας του παρελκόμενου μηχανήματος, β) τον τύπο αισθητήρα που χρησιμοποιήθηκε για τη μέτρηση της ταχύτητας πορείας, γ) τον χρόνο εργασίας, δ) τη διανυθείσα απόσταση και ε) την καλλιεργούμενη επιφάνεια. ΠΑΡΑΛΛΗΛΗ ΠΟΡΕΙΑ, ΤΜΗΜΑΤΙΚΟΣ ΕΛΕΓΧΟΣ ΚΑΙ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΠΕΡΙΓΡΑΜΜΑΤΟΣ Η εφαρμογή αυτή περιλαμβάνει τρεις επιμέρους εφαρμογές: α) την παράλληλη πορεία (parallel tracking), β) τον τμηματικό έλεγχο ή υποδιαίρεση (section control) του πλάτους εργασίας ενός παρελκόμενου μηχανήματος και γ) τη διαχείριση του περιγράμματος ή των ορίων (headland management) ενός αγρού. Η υπό-εφαρμογή της "παράλληλης πορείας" με τη βοήθεια ενός δέκτη GPS επιτρέπει τον ακριβή προσανατολισμό (καθοδήγηση) του ελκυστήρα, χωρίς να απαιτούνται διάδρομοι οδήγησης. Επιπλέον, υπολογίζει το υφιστάμενο πλάτος εργασίας και εντοπίζει τη θέση, ενώ προβάλλει τις παράλληλες διαδρομές και προτείνει τις αναγκαίες διορθώσεις με τη βοήθεια μίας φωτεινής μπάρας. Με τον τρόπο αυτό, η υπόεφαρμογή συμβάλλει ουσιαστικά στην αποφυγή επικαλύψεων και ασυνεχειών εντός του αγρού και είναι ιδανική για καλλιεργητικές εργασίες, όπως είναι οι ψεκασμοί με φυτοφάρμακα, η λίπανση, κ.ά. Η υπόεφαρμογή της "παράλληλης πορείας" επιτρέπει τους εξής χειρισμούς: α) καταχώρηση πλάτους εργασίας, β) καταχώρηση του ορίου επικάλυψης, γ) επιλογή της παράλληλης πορείας, δ) καταχώρηση τιμής ενδιάμεσων χώρων (παρτέρια), ε) λειτουργία αναστροφής (ενεργοποίηση ή απενεργοποίηση του μισού πλάτους εργασίας) και στ) μετάβαση στη μπάρα φωτισμού. Η λειτουργία της "καταχώρησης του ορίου επικάλυψης" βοηθά στη διαδικασία αντιστάθμισης των σφαλμάτων καθοδήγησης, λόγω αστοχιών (μετατόπισης) που παρουσιάζονται στο GPS. Με τον τρόπο αυτό αποφεύγονται οι τυχόν επικαλύψεις και ασυνέχειες. Με τον χειρισμό της "παράλληλης πορείας" παρέχονται δύο διαφορετικές λειτουργίες: α) ευθύγραμμη λειτουργία Α-Β και β) καμπύλη λειτουργία (Εικόνα 7.18). Με την "ευθύγραμμη λειτουργία", ο χειριστής ορίζει ένα σημείο Α και στη συνέχεια ορίζει και το σημείο Β. Τότε το σύστημα σχεδιάζει αυτόματα μία ευθεία γραμμή μεταξύ των δύο σημείων και ταυτόχρονα τοποθετεί παράλληλα το ίχνος καθοδήγησης. Με την "καμπύλη λειτουργία", αρχικά ο χειριστής ορίζει ένα σημείο Α, στη συνέχεια διανύει τη διαδρομή που επιθυμεί, η οποία μπορεί να περιλαμβάνει και στροφές και στο τέλος της διαδρομής ορίζει ένα σημείο Β. Με τον τρόπο αυτό, το σύστημα καταγράφει τη διανυθείσα πορεία και προβάλλει στην οθόνη παράλληλες διαδρομές σε απόσταση ίση με το πλάτος εργασίας. Με τον χειρισμό των "ενδιάμεσων χώρων" (τα επονομαζόμενα παρτέρια) παρέχεται η δυνατότητα παράλειψης του ίχνους και διευκολύνεται η αναστροφή (γίνεται μόνο με μία κίνηση). Με τον χειρισμό της "αναστροφής" προβάλλεται στην οθόνη το ίχνος καθοδήγησης στην περιοχή της αναστροφής. Η λειτουργία αυτή είναι χρήσιμη όταν κατά την εκτέλεση μίας εργασίας απαιτηθεί το παρελκόμενο μηχάνημα να λειτουργήσει μόνο με το μισό πλάτος εργασίας (π.χ. στη σπορά). Η μπάρα φωτισμού ή μπάρα ενδείξεων LED ενημερώνει τον χειριστή του ελκυστήρα για τις διορθώσεις που πρέπει να κάνει στο πηδάλιο οδήγησης, με βάση την απόκλιση της ακολουθούμενης πορείας από το ίχνος καθοδήγησης (Amazonen-Werke H. Dreyer GmbH & Co., 2014). Η υπό-εφαρμογή του "τμηματικού ελέγχου" απενεργοποιεί ή ενεργοποιεί τμήματα ή στοιχεία του παρελκόμενου μηχανήματος που συνιστούν το ολικό πλάτος εργασίας, με βάση τα δεδομένα που παρέχει ο δέκτης GPS. Για παράδειγμα, το σύστημα απενεργοποιεί τμήμα του ιστού ενός ψεκαστικού μηχανήματος, όταν αυτό διέρχεται πάνω από μία επιφάνεια την οποία έχει ήδη ψεκάσει και το επανενεργοποιεί κατά την

40 έξοδο από αυτήν. Με τον τρόπο αυτό, αποφεύγονται οι επικαλύψεις, περιορίζεται ο χρόνος εργασίας και μειώνεται το καλλιεργητικό κόστος. Ο "τμηματικός έλεγχος" περιλαμβάνει τους εξής χειρισμούς: α) επιλογή του βαθμού επικάλυψης (Εικόνα 6.31), β) καταχώρηση της ανοχής επικάλυψης (Εικόνα 6.32), γ) καταχώρηση της ανοχής επικάλυψης στα όρια ενός αγρού, δ) καταχώρηση της απόστασης αναστροφής (Εικόνα 6.33), ε) ενεργοποίηση και απενεργοποίηση της οπισθοπορείας, στ) ενεργοποίηση και απενεργοποίηση της καθυστέρησης σήμανσης και ζ) ενεργοποίηση και απενεργοποίηση του τμηματικού ελέγχου κατά την αναστροφή. Ο "βαθμός επικάλυψης" είναι αυτός που καθορίζει σε ποιο ακριβώς σημείο θα απενεργοποιηθούν τμήματα του παρελκόμενου μηχανήματος που συνθέτουν το ολικό πλάτος εργασίας: α) πριν αρχίσει η επικάλυψη (προκύπτουν ασυνέχειες), β) όταν το μισό του πλάτους εργασίας βρίσκεται εντός της καλλιεργηθείσας επιφάνειας (προκύπτουν μερικές επικαλύψεις, γ) όταν το σύνολο του πλάτους εργασίας βρίσκεται εντός της καλλιεργηθείσας επιφάνειας (προκύπτουν σημαντικές επικαλύψεις). Η "ανοχή επικάλυψης" είναι αυτή που καθορίζει το όριο εντός του οποίου γίνεται ανεκτή μία διαφορά στην επικάλυψη του πλάτους εργασίας (δεξιά και αριστερά). Για παράδειγμα, όταν η εκτελούμενη καλλιεργητική εργασία στον αγρό γίνεται σε παράλληλους διαδρόμους (παράλληλη πορεία), μπορεί το ακραίο τμήμα του πλάτους εργασίας του παρελκόμενου μηχανήματος να βρεθεί για μικρό χρονικό διάστημα εντός της ήδη καλλιεργηθείσας επιφάνειας, λόγω μετατόπισης του GPS. Με ρύθμιση του πλάτους εργασίας για μηδενική επικάλυψη, θα έπρεπε το ακραίο αυτό τμήμα του παρελκόμενου μηχανήματος σταδιακά να ενεργοποιείται και να απενεργοποιείται, με αποτέλεσμα να παρουσιάζεται ένα συνεχές "τρέμουλο". Με ρύθμιση της ανοχής στην επικάλυψη μπορεί να αποφευχθεί μία τέτοια κατάσταση (Competence Center ISOBUS e.v., 2014). Εικόνα 6.31 Ο "βαθμός επικάλυψης" καθορίζει ακριβώς το σημείο που θα απενεργοποιηθούν τμήματα του πλάτους εργασίας. α) πριν αρχίσει η επικάλυψη, β) όταν το μισό του πλάτους εργασίας βρίσκεται εντός της καλλιεργηθείσας επιφάνειας, γ) όταν το σύνολο του πλάτους εργασίας βρίσκεται εντός της καλλιεργηθείσας επιφάνειας.

41 Εικόνα 6.32 Η "ανοχή επικάλυψης" καθορίζει το όριο εντός του οποίου γίνεται ανεκτή μία διαφορά στην επικάλυψη του πλάτους εργασίας. Ο "βαθμός επικάλυψης" και η "ανοχή επικάλυψης" στα όρια ενός αγρού, για λόγους ασφαλείας, θα πρέπει να είναι μηδέν. Η "απόσταση αναστροφής" είναι αυτή που καθορίζει το σημείο ενεργοποίησης του πλάτους εργασίας μετά την απομάκρυνση του παρελκόμενου μηχανήματος από την καλλιεργηθείσα επιφάνεια. Η επιλογή της "απόστασης αναστροφής" εξαρτάται από το πλάτος εργασίας και άλλες τεχνικές παραμέτρους του παρελκόμενου μηχανήματος (π.χ. ακτίνα διασποράς σε έναν λιπασματοδιανομέα). Κατά την κίνηση ελκυστήρα και παρελκόμενου μηχανήματος με κατεύθυνση προς τα πίσω (ανίχνευση οπισθοπορείας μέσω του GPS), η λειτουργία "ενεργοποίηση και απενεργοποίηση οπισθοπορείας" αυτόματα απενεργοποιεί το πλάτος εργασίας του μηχανήματος το οποίο συνεχίζει την πορεία του. Χαρακτηριστικό παράδειγμα, η οπισθοπορεία γεωργικού ελκυστήρα με αναστρεφόμενο άροτρο. Με τον τρόπο αυτό αποτρέπεται η εσφαλμένη ενεργοποίηση του μηχανήματος. Με τον χειρισμό "καθυστέρηση σήμανσης", η καλλιεργηθείσα επιφάνεια επισημαίνεται χρωματικά μετά τη λήξη του χρόνου καθυστέρησης που σκοπίμως καταχωρήθηκε στην τερματική μονάδα. Η λειτουργία της "ενεργοποίησης και απενεργοποίησης του τμηματικού ελέγχου κατά την αναστροφή" συμβάλλει στην αποφυγή διάκενων, καθώς το πλάτος εργασίας απενεργοποιείται τμηματικά μόνο κατά την αναστροφή του παρελκόμενου μηχανήματος. Η εφαρμογή αυτή χρησιμοποιείται κυρίως σε μηχανήματα που έχουν πολύ μικρό πλάτος εργασίας (>1m), όπως είναι για παράδειγμα οι φυτευτικές μηχανές (Müller-Elektronik GmbH & Co., 2002).

42 Εικόνα 6.33 Η "απόσταση αναστροφής" καθορίζει το σημείο ενεργοποίησης του πλάτους εργασίας μετά την απομάκρυνση του παρελκόμενου μηχανήματος από την καλλιεργηθείσα επιφάνεια. 1. Σημείο ενεργοποίησης, 2. Σημείο απενεργοποίησης. Η υπό-εφαρμογή "διαχείριση του περιγράμματος ή των ορίων του αγρού" είναι αυτόματα διαθέσιμη μόνον όταν είναι απενεργοποιημένη η υπό-εφαρμογή του "τμηματικού ελέγχου". Η υπό-εφαρμογή αυτή παρέχει τη δυνατότητα επεξεργασίας των ορίων του αγρού, πρώτα εντός του περιγράμματος και στη συνέχεια στην περιοχή της αναστροφής. Με τη λειτουργία της "επισκόπησης" προβάλλεται μία σειρά από πληροφορίες που αφορούν τον αγρό, όπως κωδικοποιημένη ονομασία, όρια, καλλιεργημένη έκταση, πολλαπλά καλλιεργημένη έκταση, υπολειπόμενη έκταση, τυχόν εμπόδια, κ.ά. Αυτή η υπό-εφαρμογή είναι ιδανική για εργασίες, όπως είναι ο ψεκασμός και η σπορά Εικονικός βοηθός Μεταξύ των άλλων ηλεκτρονικών συστημάτων που έχουν ενσωματωθεί στα μηχανήματα μεγάλης ιπποδύναμης, είναι και το σύστημα αυτόματης εκτέλεσης σειράς προγραμματιζόμενων διαδοχικών εργασιών (Automatic Sequential Drive ή ASD) (Lamborghini Marketing and Advertising Department, 1999). Πρόκειται για ένα ηλεκτρονικό σύστημα το οποίο συμπεριφέρεται ως "εικονικός βοηθός" (virtual mate) και εκτελεί αυτόματα μία σειρά χειρισμών για λογαριασμό του χειριστή. Χωρίς πρόσθετο εξοπλισμό, αξιοποιεί τα δεδομένα των υπόλοιπων ηλεκτρονικών συστημάτων του ελκυστήρα. Ο "εικονικός βοηθός" ελέγχει αυτόματα τις στροφές του κινητήρα, τις σχέσεις του κιβωτίου ταχυτήτων, τη θέση των βραχιόνων ανύψωσης του υδραυλικού συστήματος, τις στροφές του δυναμοδότη, κ.ά. Συνολικά μπορεί να εκτελέσει διαδοχικά 25 προγραμματιζόμενες εργασίες (Πίνακας 6.3). Για παράδειγμα, για το όργωμα ενός χωραφιού των 10 εκταρίων, σχήματος ορθογώνιου και πλάτους 300m, με ένα άροτρο 5 σωμάτων με πλάτος κοπής 16" (δηλαδή συνολικού πλάτους εργασίας 2m), απαιτούνται συνολικά 150 ελιγμοί. Για την ολοκλήρωση της εργασίας θα πρέπει ο χειριστής στο τέλος κάθε διαδρομής, να επαναλαμβάνει τις ακόλουθες εργασίες: α) ανύψωση του αρότρου, β) μείωση των στροφών του

43 κινητήρα, γ) επιλογή του αναστροφέα κίνησης (κίνηση προς τα πίσω), δ) αναστροφή του αρότρου, ε) επιλογή του αναστροφέα κίνησης (κίνηση προς τα εμπρός), στ) αύξηση των στροφών του κινητήρα, ζ) βύθιση του αρότρου στο έδαφος. Επομένως, ο χειριστής χρειάζεται να εκτελέσει 150 ελιγμούς x 7 εργασίες/ελιγμό = 1050 επαναλαμβανόμενες εργασίες για να οργώσει τα 10 εκτάρια (100 στρέμματα). Έτσι, με τη χρήση του συστήματος των προγραμματιζόμενων διαδοχικών εργασιών, ο χειριστής του ελκυστήρα προχωρά μετά τον προγραμματισμό στην αυτόματη εκτέλεση των εργασιών με μία και μόνη εντολή. Με τον τρόπο αυτό, ο χειριστής στο τέλος της κάθε εργάσιμης ημέρας θα έχει αποφύγει όλους αυτούς τους κοπιώδεις και μονότονους χειρισμούς. Πίνακας 6.3 Προγραμματιζόμενες εργασίες. Στην οθόνη του μηνύτορα επιδόσεων, μεταξύ των άλλων πληροφοριών, απεικονίζονται τα σύμβολα των διαδοχικών εργασιών σύμφωνα με τη σειρά που έχουν προγραμματιστεί ή πρόκειται να εκτελεστούν (Εικόνα 6.34). Τα σύμβολα αυτά είναι συνήθως τυποποιημένα και στην κονσόλα πολλαπλών λειτουργιών μπροστά από κάθε χειριστήριο ελέγχου προβλέπεται το αντίστοιχο σύμβολο, για διευκόλυνση του χειριστή (Εικόνα 6.35).

44 Εικόνα 6.34 Πληροφορίες του μηνύτορα επιδόσεων και απεικόνιση των προγραμματιζόμενων διαδοχικών εργασιών. Η ολίσθηση των κινητήριων τροχών είναι 0%, η ταχύτητα πορείας 7.5km/h, οι ώρες λειτουργίας είναι 5h και η χρησιμοποιούμενη ισχύς 71%. Από αριστερά προς δεξιά στο κάτω μέρος του μηνύτορα τα σύμβολα υποδεικνύουν τις εξής προγραμματιζόμενες εργασίες: ανύψωση του αρότρου, μείωση των στροφών του κινητήρα, επιλογή του αναστροφέα κίνησης (κίνηση προς τα πίσω), αναστροφή του αρότρου, επιλογή του αναστροφέα κίνησης (κίνηση προς τα εμπρός), αύξηση των στροφών του κινητήρα, βύθιση του αρότρου στο έδαφος. Ο προγραμματισμός των εργασιών είναι ιδιαίτερα απλός. Ως γνωστόν όλα τα χειριστήρια ελέγχου βρίσκονται συγκεντρωμένα στην κονσόλα πολλαπλών λειτουργιών και επομένως ο χειριστής για να προγραμματίσει την ακολουθία των εργασιών δεν έχει παρά να εισαγάγει τις εντολές στη μνήμη του συστήματος, πιέζοντας τα αντίστοιχα κομβία. Στη συνέχεια δίνεται ένα παράδειγμα του τρόπου με τον οποίο προγραμματίζεται η ακολουθία των εργασιών πριν το όργωμα. ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΕΝΕΡΓΟΠΟΙΗΣΗΣ ΤΟΥ "ΕΙΚΟΝΙΚΟΥ ΒΟΗΘΟΥ" Με τον κινητήρα σε λειτουργία, διατηρούμε πιεσμένο το κομβίο Α (SEQ) στο μπροστινό μέρος του χειροστρόφιου (joystick) και στη συνέχεια πιέζουμε το κομβίο Β στο πίσω μέρος του, για περισσότερο από τρία δευτερόλεπτα (Εικόνα 6.35). Τότε από τον μηνύτορα ακούγεται ένα ηχητικό σήμα και ταυτόχρονα εμφανίζεται στην οθόνη το μήνυμα ενεργοποίησης MEMORISATION SEQ ACTIVE (C). ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ ΑΚΟΛΟΥΘΙΑΣ ΕΡΓΑΣΙΩΝ Η κονσόλα πολλαπλών λειτουργιών διαιρείται σε δύο βασικές ζώνες. Η πρώτη ζώνη περιλαμβάνει όλα εκείνα τα χειριστήρια (ως επί το πλείστον κομβία) με τα οποία γίνονται οι απαιτούμενες ρυθμίσεις. Για τον λόγο αυτό ονομάζεται "ζώνη ρυθμίσεων". Η δεύτερη ζώνη ονομάζεται "ζώνη εντολών", επειδή περιλαμβάνει τα χειριστήρια εκείνα με τα οποία δίδονται οι εντολές στα επιμέρους ηλεκτρονικά συστήματα του ελκυστήρα. Μεταξύ άλλων στην "ζώνη εντολών" περιλαμβάνονται τα εξής κομβία που φορούν τη λειτουργία του μηνύτορα επιδόσεων και κατ επέκταση του "εικονικού βοηθού": Κομβίο D: Με το "κομβίο D" που λειτουργεί ως επαναφορά (reset) μηδενίζονται οι απαριθμητές και διαγράφονται τα μηνύματα.

45 Κομβίο E: Με το "κομβίο Ε" που λειτουργεί ως κέρσορας (cursor) επιλέγονται οι διάφορες πληροφορίες και παράμετροι του συστήματος. Κομβίο F: Με τη βοήθεια του "κομβίου F" εμφανίζεται το κύριο μενού του μηνύτορα με το οποίο παρέχονται διάφορες πληροφορίες και παράμετροι που αφορούν το σύστημα. Κομβίο G: Με το "κομβίο G" που λειτουργεί ως εισαγωγή (enter) προκαλείται ο τερματισμός της καταχώρησης των στοιχείων σε ένα πεδίο του μηνύτορα. Για να προγραμματίσουμε την ακολουθία εργασιών (όργωμα) που έχουμε επιλέξει, πιέζουμε διαδοχικά τα αντίστοιχα κομβία της κονσόλας πολλαπλών λειτουργιών (Εικόνα 6.35) (Same-Lamborghini-Hürlimann, 2000), ενώ στην οθόνη του μηνύτορα εμφανίζονται τα αντίστοιχα σύμβολα (Εικόνα 6.34) (Lamborghini Marketing and Advertising Department, 1999). [1] Ανύψωση του αρότρου [2] Μείωση των στροφών του κινητήρα [3] Επιλογή του αναστροφέα κίνησης (κίνηση προς τα πίσω) [4] Αναστροφή του αρότρου [5] Επιλογή του αναστροφέα κίνησης (κίνηση προς τα εμπρός) [6] Αύξηση των στροφών του κινητήρα [7] Βύθιση του αρότρου στο έδαφος ΕΠΙΒΕΒΑΙΩΣΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΤΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ Τέλος, πιέζοντας τα κομβία Α και Β ταυτόχρονα αρχίζει η εκτέλεση των προγραμματιζόμενων διαδοχικών εργασιών με τη σειρά που έχουν προγραμματιστεί (Εικόνα 6.36). Εικόνα 6.35 Προγραμματισμός ακολουθίας εργασιών.

46 Εικόνα 6.36 Εκτέλεση των προγραμματιζόμενων διαδοχικών εργασιών με τη σειρά που έχουν προγραμματιστεί. Ξενόγλωσση βιβλιογραφία Eisele, H., Jöhnk, E. (1996). PCA82C250/251 CAN Transceiver. Application note AN Philips Semiconductors. Product Concept & Application Laboratoty. Hamburg. Germany. Fantuzzi, C., Gutman, P. O., Kaitovic, I., Larcher, L., Marzani, S., Ruggeri, M., Zagurskis, V. (2013). STRATOS: open System for TRAcTOrs autonomous Operations. EFITA-WCCA-CIGR Conference "Sustainable Agriculture through ICT Innovation". Turin. Italy. Fellmeth, P. (2003). ISO a Standardized Tractor - Implement Interface. In Proceedings of the 9 th International CAN Conference (icc 2003). Munich. Germany. Fredriksson, L-B. (2005). Distributed embedded control systems in robotics. KVASER AB. Sweden. Freiberger, S., Albrecht, M., Käufl, J. (2011). Reverse engineering technologies for remanufacturing of automotive systems communicating via CAN Bus. Journal of Remanufacturing, 1(6), Gravalos, I., Tsiropoulos, Z., Kateris, D., Gialamas, Th., Xyradakis, P., Avgoustis, A., Georgiadis, A., Fountas, S. (2014). Soil moisture monitoring from an agricultural tractor. In Proceedings of the 2 nd International Conference on Robotics and Associated high-technologies and equipment for agricultural and forestry (RHEA-2014). Madrid. Spain. Hank, P., Jöhnk, E. (1997). SJA 1000 Stand-alone CAN controller. Application note AN Philips Semiconductors. Systems Laboratory Hamburg. Germany. Hansson, H., Lawson, H., Bridal, O., Eriksson, C., Larsson, S., Lön, H., Strömberg, M. (1997). BASEMENT: An architecture and methodology for distributed automotive real-time systems. IEEE Transactions on computers, 40 (9), Hofstee, J.W., Goense, D. (1997). Simulation of a CAN-based tractor-implement field bus according to DIN9684. J. Agri. Engng. Res., 68, International Organization for Standardization, ISO (1997). Tractors, machinery for agriculture and forestry - Serial control and communications data network, Parts 1 to 5. Lamborghini Marketing and Advertising Department (1999). Automatic Sequential Drive - New programmed in operation. Treviglio (BG). Italy. Leen, G., Heffernan, D. (2002). Expanding automotive electronic systems. Computer, 35 (1), Marx, S. E., Luck, J. D., Hoy, R. M., Pitla, S. K., Blankenship, E. E., Darr, M. J. (2015). Validation of machine CAN bus J1939 fuel rate accuracy using Nebraska Tractor Test Laboratory fuel rate data. Computers and Electronics in Agricultural, 118,