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Título: Equivalência funcional de um sistema embarcado de código aberto para captura passiva e decodificação determinística de redes SAE J1939/ISOBUS em maquinário agrícola
Título(s) alternativo(s): Functional equivalence of an open-source embedded system for passive capture and deterministic decoding of SAE J1939/ISOBUS networks in agricultural machinery
Autor(es): Borges, Victor Augusto Bertin
Orientador(es): Miranda, Glauco Vieira
Palavras-chave: Agricultura - Transferência de tecnologia
Sistemas embarcados (Computadores)
Software - Desenvolvimento
Agriculture - Technology transfer
Embedded computer systems
Computer software - Development
Data do documento: 16-Jun-2026
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Medianeira
Citação: BORGES, Victor Augusto Bertin. Equivalência funcional de um sistema embarcado de código aberto para captura passiva e decodificação determinística de redes SAE J1939/ISOBUS em maquinário agrícola. 2026. Dissertação (Mestrado em Tecnologias Computacionais para o Agronegócio) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Medianeira, 2026.
Resumo: A Agricultura de Precisão contemporânea fundamenta-se na interconectividade dos elementos que compõem o ecossistema agrícola. No entanto, o desenvolvimento de novas tecnologias e a extração de dados esbarram no elevado custo de tecnologias e no encapsulamento proprietário das ferramentas de diagnóstico. Diante desta lacuna, este trabalho objetivou desenvolver e validar um sistema embarcado de código aberto a até 30% do custo da solução comercial para a captura, decodificação e registro de dados estruturados em barramentos CAN, ISOBUS (ISO 11783) e SAE J1939. A arquitetura física foi implementada em um Computador de Placa Única (Raspberry Pi5) acoplado a um transceptor CAN galvanicamente isolado, operando sob o subsistema de rede Linux. O software de decodificação foi desenvolvido em Python, adotando processamento assíncrono e estruturas de threads concorrentes para a leitura, decodificação e armazenamento dos dados contidos nos Grupos de Parâmetros (PGNs) das normas SAE J1939 e ISOBUS (ISO 11783). A validação ocorreu em dois estágios, inicialmente pela simulação em bancada via injeção de logs reais extraídos de um maquinário agrícola por terceiros, e ensaio dinâmico comparativo em campo, com o nó derivado da porta de diagnóstico de um trator agrícola (John Deere 7230J), operando em paralelo com um analisador comercial PEAK PCAN-USB Pro. Os resultados em bancada processaram uma janela amostral de 36.606 quadros em 117 segundos com perfil leptocúrtico (curtose 9,15), P99 < 2,20 ms e latência mediana de 0,44 ms. Os resultados em campo comprovaram a funcionalidade da proposta frente ao hardware comercial, registrando uma mesma janela amostral de 19.957 mensagens sem a ocorrência de descartes de pacotes. O interpretador manteve o uso da Unidade Central de Processamento estável em 46,15%, sem evidências de estrangulamento térmico durante os ensaios propostos. As principais limitações encontradas foram a restrita autonomia de armazenamento de até 4,6h, a ausência de validação térmica, a existência de anomalias temporais de até 928,86 ms por preempção do Sistema Operacional e pela ausência de RTOS. Conclui-se que o protótipo viabiliza a extração íntegra de dados da rede de maquinários agrícolas, superando as barreiras de custo e de encapsulamento vigentes na indústria. Ao disponibilizar uma infraestrutura de código aberto validada para o monitoramento veicular, o sistema se posiciona como um instrumento para fomentar o acesso à agricultura de precisão, suportando o avanço independente da modelagem agronômica preditiva e da Ciência de Dados no cenário do agronegócio digital.
Abstract: Contemporary Precision Agriculture is grounded in the interconnectivity of the elements that compose the agricultural ecosystem. However, the development of new technologies and data extraction are hindered by the high cost of equipment and the proprietary encapsulation of diagnostic tools. In light of this gap, this study aimed to develop and validate an open-source embedded system at up to 30% of the cost of commercial solutions for capturing, decoding, and recording structured data on CAN, ISOBUS (ISO 11783), and SAE J1939 buses. The physical architecture was implemented on a Single-Board Computer (Raspberry Pi 5) coupled with a galvanically isolated CAN transceiver, operating under the Linux networking subsystem. The decoding software was developed in Python, adopting asynchronous processing and concurrent thread structures for reading, decoding, and storing data contained in the Parameter Group Numbers (PGNs) of the SAE J1939 and ISOBUS (ISO 11783) standards. Validation occurred in two stages: initially through bench simulation via the injection of real logs extracted from agricultural machinery by third parties, and subsequently through a comparative dynamic field test, with the node connected to the diagnostic port of an agricultural tractor (John Deere 7230J), operating in parallel with a commercial PEAK PCAN-USB Pro analyzer. The bench results processed a sample window of 36,606 frames in 117 seconds with a leptokurtic profile (kurtosis 9.15), P99 < 2.20 ms, and a median latency of 0.44 ms. The field results confirmed the functionality of the proposed system compared to the commercial hardware, recording an identical sample window of 19,957 messages without the occurrence of packet drops. The interpreter maintained stable Central Processing Unit usage at 46.15%, with no evidence of thermal throttling during the proposed tests. The main limitations encountered were the restricted storage autonomy of up to 4.6 hours, the lack of thermal validation, and the existence of temporal anomalies of up to 928.86 ms due to Operating System preemption and the absence of a Real-Time Operating System (RTOS). It is concluded that the prototype enables the integral extraction of data from agricultural machinery networks, overcoming the cost and encapsulation barriers prevalent in the industry. By providing a validated open-source infrastructure for vehicular monitoring, the system positions itself as an instrument to foster access to precision agriculture, supporting the independent advancement of predictive agronomic modeling and Data Science within the digital agribusiness landscape.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/40747
Aparece nas coleções:MD - Programa de Pós-Graduação em Tecnologias Computacionais para o Agronegócio

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