2014/8/26 ISOBUSゼミナール 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 11783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 2014/8/26 ISOBUSゼミナール 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 2014/8/26 ISOBUSゼミナール 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 2014/8/26 ISOBUSゼミナール 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 2014/8/26 ISOBUSゼミナール 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 11783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 2014/8/26 ISOBUSゼミナール 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 11783-1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 2014/8/26 ISOBUSゼミナール 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 11783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 11783-1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 2014/8/26 ISOBUSゼミナール 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 11783-1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 2014/8/26 ISOBUSゼミナール 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 2014/8/26 ISOBUSゼミナール 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 2014/8/26 ISOBUSゼミナール 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 2014/8/26 ISOBUSゼミナール 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 2014/8/26 ISOBUSゼミナール 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 2014/8/26 ISOBUSゼミナール 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 11783ネットワークが開始されたとき、あるいは ISO 11783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 2014/8/26 ISOBUSゼミナール 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 2014/8/26 ISOBUSゼミナール 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 2014/8/26 ISOBUSゼミナール 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 2014/8/26 ISOBUSゼミナール 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 11783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 2014/8/26 ISOBUSゼミナール ISO 11783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 2014/8/26 ISOBUSゼミナール 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 2014/8/26 ISOBUSゼミナール 先日のISOBUSセミナー資料で確認 • P32-38 規格文書で確認 21 2014/8/26 ISOBUSゼミナール アドレスクレーム • ISO（JIS）本文を確認 • ISO 11783-5(2011) P19 4.5 Network initializationから • JIS XXXX-5 P20 WSの宣言 • 本文で確認 • ISO 11783-7(2009) P122 • JIS XXXX-7 P115 22 2014/8/26 ISOBUSゼミナール 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。ISO11783-7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 2014/8/26 ISOBUSゼミナール 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 11783-7(2009) P5 • JIS XXXX-7 P6 24 2014/8/26 ISOBUSゼミナール 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 11783-7(2009) P3） インプリメントメッセージの例 25 2014/8/26 ISOBUSゼミナール 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 2014/8/26 ISOBUSゼミナール 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 2014/8/26 ISOBUSゼミナール 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 2014/8/26 ISOBUSゼミナール 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 2014/8/26 ISOBUSゼミナール TECU TECU 30 2014/8/26 ISOBUSゼミナール TECU TECU 31 2014/8/26 ISOBUSゼミナール TECU TECU 32 2014/8/26 ISOBUSゼミナール TECU TECU 33 2014/8/26 ISOBUSゼミナール TECU TECU 34 2014/8/26 ISOBUSゼミナール TECU VT • ISOBUSセミナー資料P60-93 35 2014/8/26 ISOBUSゼミナール TC • ISOBUSセミナー資料P110-132 36
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