A Gateway-Based Approach for Integrating Digital Compass Data into Controller Area Network (CAN) in Precision Farming Systems
İ̇lker Ünal · Osman Eceoğlu
设计微控制器网关，将数字罗盘NMEA数据转换为CAN总线消息，用于精准农业自主平台。
微控制器网关、NMEA解析、CAN 2.0B、多帧分段与握手同步。
平均延迟19.6ms，消息重构成功率99.98%，丢包率0.02%，实现可靠实时通信。
可研究多传感器异构协议统一网关及时间同步，提升农机自主系统实时性与可扩展性。
该论文提出基于网关的NMEA-CAN协议转换方案，实测延迟19.6ms、重建成功率99.98%，对精准农业自主农机传感器集成有实用价值，但属细分技术进展，影响范围有限。
将高精度定向传感器集成到弹性通信基础设施中，是下一代自主系统的关键需求。数字罗盘传感器通常以NMEA格式生成数据，而移动机器人中的分布式控制架构则主要采用CAN 2.0B协议。本研究介绍了一种基于微控制器的硬件-软件网关的设计与实现，该网关能够在自主农业平台中实现这些异构通信标准之间的无缝互操作。所提出的系统作为协议转换层运行，通过串行通信从数字罗盘获取定向数据（航向、俯仰和横滚），并将其转换为符合CAN标准的报文。传入的NMEA语句在封装为扩展CAN帧之前，经过解析、验证和过滤。为解决经典CAN的有效载荷限制和传输速率差异问题，实现了多帧分段策略和基于握手的同步机制。此外，采用缓冲技术以确保时间一致性，并防止高频数据交换过程中的数据丢失。实验评估表明，所提出的网关实现了可靠的实时通信性能，在连续CAN总线数据传输测试中，平均端到端通信延迟为19.6 ms，报文重构成功率为99.98%，丢包率为0.02%。所提出的集成框架有效弥合了传统串行传感器协议与现代基于CAN总线的分布式系统之间的差距。因此，这项工作为精准农业中的协议互操作性提供了一种可扩展且实用的解决方案，并为自主田间机器人稳健传感器集成策略的发展做出了贡献。