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1 ISO 11783/ISOBUS の概要 農業情報設計社濱田安之 そもそも ISO 11783/ISOBUS とは ISO は農業機械の内部 あるいはトラクタと作業機等の農業機械の間で 走行速度や PTO 回転数等の情報を送受信する際の通信プロトコル ( 通信手順の規定 ) を規定した国際標準 ISOBUS は 国際標準 ISO11783 を基に 実装や適合試験 ( 対象の機器が規定に合致するかどうかを確認する試験 ) に関する項目を業界団体 (AEF:Agricultural Industry Electronics Foundation 農業電子工業財団 ) が規定したものを ISOBUS と呼んでいる 適合試験に合格した電子制御ユニット等にはステッカーが貼られており ISOBUS に準拠しているかどうかがわかる 1

2 ISOBUS ステッカー 要注意! ISO 11783のISOと11783の間には空白がある ISOBUSのISOとBUSの間には何も入らない (ISO-BUSやISOバスは間違い) ISOBUSと名乗るためには認証機関における認証試験にパスする必要がある 2

3 ISO 11783/ISOBUS ISOBUS においては トラクタ等の農用車両や作業機に搭載された電子制御ユニット (ECU) あるいは作業者が使用する情報表示 操作装置 GPS 等のセンサー等の ISOBUS 対応機器が それぞれインプルメントバス ( 作業機バス ) と呼ばれる 1 組の配線に接続されてネットワークを構成し これらの機器が相互に情報通信 連携することで必要な機能を提供する ISO 11783/ISOBUS 作業者はバーチャルターミナル (VT) と呼ばれる様々な作業機に対応可能な情報表示 操作端末を用いて 各種情報を確認するとともに 作業の開始 停止や投入資材の施用量の調整といった必要な操作を行う また タスクコントローラ (TC) と呼ばれる自動制御装置を用いてほ場内の場所や作物の生育状況に応じた適切な施肥管理や関連する情報の収集 保存を行うことができる TC は VT にあらかじめ内蔵され 画面を切り替えて使うようになっていることが多い ほとんどの VT/UT TC は専用機であるが ノート PC 上で動作するソフトウエアとして提供されている場合もある その他 簡易なリモートコントローラも市販 3

4 ISO 11783/ISOBUS 作業機は VT/UT に表示する画面のデザインや,TC と通信するために用いる作業機の情報 ( 施肥 散布量の値等 ) に関する情報を保持 トラクタに作業機が接続されると VT/UT TC をネットワーク上で探した後 これらの情報を送信することで VT/UT TC による作業機の操作が有効になる仕組みになっている 様々な作業機に付け替えた場合でも その都度必要な情報が作業機から提供され VT/UT TC を汎用的に使用可能 ISO 11783/ISOBUS 作業時には VT TCからの操作指示やトラクタからの情報を受けて必要な制御を行う VTに表示するデータやTCで記録するためのデータ 必要に応じてトラクタの制御に必要なデータが作業機からネットワークに送信される 4

5 農業機械の制御に必要な大部分の情報が規定されている ISOBUS 対応機器間で通信される情報は 速度 エンジン回転数 PTO ヒッチ情報等のトラクタ 車両に関する情報 作業開始 停止 資材施用量 生産物の収量や水分等の作業機に関する情報 VT を用いた作業機や車両情報の表示と操作に関する情報 TC による精密農業 自動操舵等の自動制御に関する情報 外部記憶装置を用いた情報の保存 読み込みに関する情報 故障診断に関する情報と多岐にわたる おおよそ農業機械における計測 制御に求められるほとんどの情報が規定 現在も拡張中 現在でも ISO は拡張 修正が続いており その中の一つとして 複雑な操作 ( 複数の作業機を適用した作業における回行時の作業機の昇降 ブームの折りたたみ等 ) を簡単にするための作業者の操作の記録 再生機能 ( シーケンス コントロール ) に関する新たな規定が検討されている 5

6 ECU と CF ECU( 電子制御ユニット ) と CF( コントロールファンクション ) ECU( 電子制御ユニット ) ISO において ECU は 基本的な部品やサブアセンブリー アセンブリーを組み合わせて構成され 物理的に一体となっている電子部品 (electronic item consisting of a combination of basic parts, subassemblies and assemblies packaged together as a physically independent entity) と規定されている 実体として目で見て数えることができる というのが ECU であり ISO11783 ネットワークに接続された ハードウエア 6

7 CF( コントロール ファンクション ) ECUが 実体を持つ電子制御ユニットのハードウエア である一方 CF( コントロールファンクション ) は ISO 及び他の互換性のあるプロトコル (SAE J1939, NMEA2000) において ある制御を行う 機能 の最小単位 を指すものとして規定 言い方を変えると 仮想のECU CF( コントロール ファンクション ) 1つのECUには ひとつまたは複数 のCFが内包され これらのCF 間で情報通信が行われる この 機能 はISO のAnnex E, Fに記載あり 記載された機能ごとにCFとして動作する必要がある 7

8 CF( コントロール ファンクション ) 1つのECUには ひとつまたは複数 のCFが内包され これらのCF 間で情報通信が行われる この 機能 はISO のAnnex E, Fに記載あり 記載された機能ごとにCFとして動作する必要がある CF の例 8

9 関連情報のオンラインデータベース化 現在オンラインデータベース化 実際にアクセス方法を確認 CF の識別 ネットワーク上のCFが相互に通信して機能を形成 CANインターフェースはすべてのCFが1 対の配線に接続 相手を指定する 自分を識別してもらう必要がある 9

10 CF の識別方法 NAMEと呼ぶ64ビットの値で識別 ISO 11783ネットワーク上のすべてのCFは 一意のNAME によって識別される CFとNAMEは一対一で対応 NAME のビット配置その 1 10

11 補足 ( バイト配列について ) リトルエンディアン! NAME のビット配置その 2 11

12 もうちょっとくわしく 先程ダウンロードしたファイルで確認 WS( ワーキングセット ) 作業機 トラクタなど機械としてのひとかたまり 実際にオペレータ ユーザーが見た最小単位 WS の中で ひとつまたは複数の CF(ECU) が連携して機能 スプレーヤーにおける複数 ECU によるバルブの制御など 1 つのワーキングセットマスターと呼ばれる CF と 0 または 1 つ以上のワーキングセットメンバーと呼ばれる CF から構成される 12

13 WS( ワーキングセット ) VT/UT TC は WS 単位で取り扱い アドレス 通信は自分と相手先を指定して送受信 本来であればNAMEを用いて指定 毎回 64ビットは... 8ビットのアドレスと呼ぶ値を使用 13

14 アドレス ネットワーク上のNAMEとアドレスは一対一で対応 8bitなので256 個 このうちグローバルアドレス (0xff: ネットワーク上のすべてのCFを送信先として指定 ) とNULLアドレス (0xfe: アドレスを確定できなかった場合に送信元として使用 ) を抜いた 254 個 (0x00-oxfd) がアドレスとして利用可能 1ネットワーク上に存在可能なCFは254 個 (CAN ノード ( ECU) としては最大 30 個 ) アドレスの決定方法 アドレスはネットワーク上で一意でなくてはいけない ISO ネットワークが開始されたとき あるいは ISO ネットワーク上に CF が追加されたときに アドレスクレームと呼ぶ手順に基づいて CF によるアドレス使用の可否とその使用するアドレスが決定される 固定アドレス (Non-self-configurable Address) 非固定アドレス (Self-configurable Address:ISO11783 ネットワーク上の CF を確認してから重ならないアドレスを設定 ) の 2 種類がある アドレスは消滅あるいは変更される場合がある 14

15 固定 非固定アドレス 固定アドレス : あらかじめISO 11783で使用するアドレスが規定 ( 主にトラクタ関連のCF) 非固定アドレス : ある一定の範囲のアドレス中からまだ割り当てられていないアドレスを使用 ( 主に作業機関連のCF) アドレスクレーム ( アドレス宣言 決定 ) の方法はだいたい一緒 固定 ( 既定 ) アドレス ダウンロードファイルを確認 15

16 WS のアドレス ワーキングセットに対してメッセージを送信する際には ワーキングセットマスターのアドレスに対してメッセージを送ることで すべてのワーキングセットメンバーにメッセージが送られる ワーキングセットメンバーはワーキングセットマスターのアドレスに送られたメッセージは自分のCFに送られたものとして処理を行う アドレスのまとめ アドレスはネットワーク上で通信対象のCFを指定するためにある 固定 非固定アドレスの2 種類 アドレスは途中で変更 消滅する可能性がある 送受信先のNAMEとアドレスの対応を把握しておく必要がある 特定のCF( 主にトラクタ関係 ) は使用するアドレスがあらかじめ規定されている 16

17 メッセージの送受信 ISO 11783ネットワークは ハードウエア層 に CAN (Controller Area Network) プロトコル を用いて通信する CAN-H,CAN-Lの2 本の線を各 ECUに接続して通信 次世代のネットワークも検討中 CAN インターフェース 17

18 メッセージの送受信 29ビットのID( データの種類を識別するための値 ) と0-64ビットのデータを1メッセージとする 通信内容はネットワーク上のすべてのECUが受信することができる ISO におけるメッセージ 29 ビットの ID( データの種類を識別するための値 ) と 8-64 ビットのデータを 1 メッセージとする 18

19 ISO におけるメッセージ 29 ビットの ID( データの種類を識別するための値 ) と 8-64 ビットのデータを 1 メッセージとする ID(29 ビット ) の設定方法 送信元の CF のアドレス (=SA: ソースアドレス 8 ビット ) 相手先アドレス (DA: デスティネーションアドレス 8 ビット ) PGN( パラメーターグループナンバー : データの種類を識別する番号 24 ビット ) プライオリティ (3 ビット 優先順位 :0-7 を指定 数値が少ない方が優先 ) PGN の番号が大きいもの (0x00f000 以上 ) については DA が無効 ( 存在しないことになっている 送信先は全 CF) 19

20 先日の ISOBUS セミナー資料で確認 P30-32 データ長とメッセージ 1-8 バイト長の場合 通常の CAN メッセージとして送受信 8 バイト以上の場合 TP( トランスポートプロトコル 7*255=1785 バイトまで ) ETP( エクステンデッド TP 7*255*255*255= 約 116M バイトまで ) が規定 送信先がグローバルアドレス以外の ( 送信先 CF を特定する ) 場合 一定数のメッセージを送信するたびに確認を行い 問題なければ継続する仕組み 20

21 先日の ISOBUS セミナー資料で確認 P32-38 規格文書で確認 21

22 アドレスクレーム ISO(JIS) 本文を確認 ISO (2011) P Network initializationから JIS XXXX-5 P20 WS の宣言 本文で確認 ISO (2009) P122 JIS XXXX-7 P115 22

23 インプリメントメッセージ インプリメントメッセージとは? ある程度共通的な情報 ( トラクタに関連する情報が多い ) の規定 1 つのメッセージに複数の情報が内包される ISO で規定 データ長は 8 バイト (1 メッセージ以内 ) 内包される情報 ( パラメータ ) はほとんどが 2 ビット以上のフラグ ( 状態を表す数値情報 ) と 8/16/32 ビットの数値情報で構成される 複数のパラメータで 1 メッセージが構成されるので PG( パラメータ グループ ) と呼ぶ パラメータの値 ( フラグ ) フラグの大半を占める 2 ビットのフラグは 情報送信を行うフラグは オン オフ エラー ( センサーの故障やデータが取得できなかった ) 無効 ( センサーが搭載されていないなど ) コマンド受信用のフラグは オン オフ そのまま ( 何もしない ) ビットが増える場合はこれに追加する格好となる 23

24 パラメータの値 ( 数値 ) 以下のとおり区分される 有効な数値 ( 上位 8ビットが0x00-0xfa(=250)) パラメータ拡張 ( 上位 8ビットが0xfb) 将来の拡張用 ( 上位 8ビットが0xfc-0xfd) エラー ( 上位 8ビットが0xfe) 無効 ( 上位 8ビットが0xff) 演算時に注意する必要がある 規格で確認 ISO (2009) P5 JIS XXXX-7 P6 24

25 再度注意事項 バイト配列はリトルエンディアン ビットの並びがバイトをまたぐときに注意する必要がある (ISO (2009) P3) インプリメントメッセージの例 25

26 インプリメントメッセージの例 インプリメントメッセージの例 26

27 インプリメントメッセージの例 インプリメントメッセージの例 27

28 インプリメントメッセージの例 インプリメントメッセージの例 28

29 インプリメントメッセージの例 TECU VT/UT TC 先日開催された ISOBUS セミナーの資料を基に説明 29

30 TECU TECU 30

31 TECU TECU 31

32 TECU TECU 32

33 TECU TECU 33

34 TECU TECU 34

35 TECU VT ISOBUS セミナー資料 P

36 TC ISOBUS セミナー資料 P