Progettazione e sviluppo di nodi ROS per la gestione del CAN-bus in scenari di agricoltura di precisione

This paper is the result of the training internship foreseen by my course of study in Computer Engineering and Industrial Automation. An experience that I carried out together with my colleague Luigi Di Marcantonio and under the guidance and advice of Dr. Mancini Adriano. The topic covered in this thesis concerns the design and development of an interface that allows communication between the Robot Operating System (ROS) and devices on the CAN bus (Controller Area Network) or a serial standard for fieldbus. The aim of the paper is not only to present the design context in a precise way, that is, precision agriculture, but also to demonstrate how real realities benefit from the use of ROS. Applications in which agricultural machines, tools and on-board sensors can work synergistically exploiting all the benefits of ISOBUS1. The thesis first deals with the context of precision agriculture, introducing the principles, the technologies it uses and demonstrating with some practical examples how it is indispensable for anyone who today wants to run a company in this sector. The evolution and spread of precision agriculture will be analyzed not only on the Italian territory, where the agricultural context has always played a fundamental role in the country's economy, but also across the border. All the tools and methods that were recorded during development are sent. Starting from ROS up to the sensors used by Arduino, each hardware or software component will be examined to clarify to the reader what the "actors" of the project are. We then proceed with what will be the heart of this work: the design and development. In this part the whole work flow followed by me and my colleague under the supervision of Dr. Mancini will be retraced. This thesis, unlike that of my colleague, is mainly concentrated on the high level part of the interface. The project will be presented in natural and illustrated language that is easy to understand. Defining will go further down with the level of abstraction, favoring a technical language. The chapter will then close with the presentation and analysis of the product code. In order to evaluate the final quality of the interface created, an entire chapter will be dedicated to all the analysis of the results and the reasons that led us to make some choices during development will be discussed. The final part of the paper will deal with the conclusions drawn from this project and future events.

Questo elaborato è il risultato del tirocinio formativo previsto dal mio corso di studi in Ingegneria Informatica e Dell’Automazione Industriale. Un’esperienza che ho svolto insieme al mio collega Luigi Di Marcantonio e sotto la guida ed i consigli del Dott. Mancini Adriano. L’argomento trattato in questa tesi riguarda la progettazione e lo sviluppo di un’interfaccia che permetta la comunicazione tra Robot Operating System (ROS) e dispositivi su bus di tipo CAN (Controller Area Network) ovvero uno standard seriale per bus di campo. L’obiettivo dell’elaborato non è solo quello di presentare in maniera precisa il contesto progettuale, ovvero quello dell’agricoltura di precisione ma anche quello di dimostrare come applicazioni reali possano giovare dell’utilizzo di ROS. Applicazioni nelle quali macchine agricole, attrezzi e sensoristica di bordo possono lavorare sinergicamente sfruttando tutti i benefici dell’ISOBUS1. La tesi affronta dapprima il contesto dell’agricoltura di precisione, introducendone i principi, le tecnologie di cui si serve e dimostrando con alcuni esempi pratici come essa sia indispensabile per chiunque oggigiorno voglia condurre un’azienda in questo settore. Si analizzeranno l’evoluzione e la diffusione dell’agricoltura di precisione non solo sul territorio italiano, dove il contesto agricolo ha sempre ricoperto un ruolo fondamentale nell’economia del paese, ma anche oltre confine. Successivamente verranno presentati tutti gli strumenti ed i metodi che sono stati utilizzati durante lo sviluppo. Partendo da ROS fino alla sensoristica utilizzata da Arduino ogni componente hardware o software verrà esaminata per chiarire al lettore quali siano gli “attori” del progetto. Si procede poi con quello che risulterà essere il cuore di questo elaborato: la progettazione e lo sviluppo. In questa parte verrà ripercorso tutto il workflow seguito da me e il mio collega sotto supervisione del Dott. Mancini. Questa tesi, differentemente da quella del mio collega, si concentrerà maggiormente sulla parte ad alto livello dell’interfaccia. Verrà inizialmente presentato il progetto con un linguaggio naturale e utilizzando schemi di facile comprensione. Successivamente si scenderà più in basso con il livello di astrazione privilegiando un linguaggio tecnico. Il capitolo si chiuderà poi con la presentazione e l’analisi del codice prodotto. Al fine di valutare la qualità finale dell’interfaccia realizzata verrà dedicato un intero capitolo all’analisi dei risultati e verranno discusse le motivazioni che ci hanno portato ad effettuare alcune scelte durante lo sviluppo. Parte conclusiva dell’elaborato tratterà delle conclusioni tratte da tale progetto e degli eventuali sviluppi futuri.