🌾 AgOpenGPS Plot Manager

Автоматическая система управления секционным опрыскиванием для полевых агрономических испытаний.

Программно-аппаратный комплекс, который интегрируется с AgOpenGPS для точного нанесения препаратов по схеме делянок опыта. Управляет 14 электромагнитными клапанами через Teensy 4.1, принимая решения о включении/выключении на основе GPS-позиции, RTK-качества, скорости и давления воздуха.

📐 Архитектура системы

┌────────────────────────────────┐
│        AgOpenGPS (ПК)          │
│ GPS + RTK + Автопилот          │
└────────┬───────────┬───────────┘
         │ UDP 8888  │ UDP 8888
    PGN 253 (GPS)  PGN 229 (Sections)
         │           │
┌────────▼───────────▼───────────┐
│     PlotManager.UI (WinForms)  │
│  ┌──────────────────────────┐  │
│  │   PlotManager.Core       │  │
│  │ SpatialEngine             │  │
│  │ SectionController         │  │
│  │ PlotModeController        │  │
│  └──────────┬───────────────┘  │
└─────────────┼──────────────────┘
         USB Serial │ 115200 бод
    PlotProtocol    │ (0xAA 0x55)
              ┌─────▼─────┐
              │ Teensy 4.1 │
              │ Firmware    │
              └──┬──────┬──┘
     14 MOSFET   │      │ Ethernet 10Hz
     (D4184)     │      │ UDP 9999 JSON
  ┌──────────────▼┐  ┌──▼──────────────┐
  │ 14 Соленоидных│  │ SensorHub (PC)  │
  │ клапанов      │  │ ← Давление возд.│
  └───────────────┘  │ ← 10× расходомер│
                     └─────────────────┘

Потоки данных

Путь	Протокол	Частота	Данные
AOG → PlotManager	UDP 8888	10 Hz	GPS (lat/lon/heading/speed/fix/COG)
AOG → PlotManager	UDP 8888	10 Hz	Section Control (14-бит маска)
PlotManager → Teensy	USB Serial	По событию	SET_VALVES, HEARTBEAT, E-STOP
Teensy → PlotManager	Ethernet UDP 9999	10 Hz	JSON {AirV, FlowHz[10], Estop}
Teensy → PlotManager	USB Serial	10 Hz	STATUS (маска, ошибки)

🗂️ Структура проекта

RoboCraft/
├── src/
│   ├── Firmware/                    # Teensy 4.1 (PlatformIO + Arduino)
│   │   ├── platformio.ini
│   │   └── src/
│   │       ├── Config.h             # Пины, константы, IP-адреса
│   │       ├── main.cpp             # Главный цикл (139 LOC)
│   │       ├── CommandParser.h      # Стейт-машина парсер пакетов
│   │       ├── ValveController.h    # Управление 14 MOSFET-клапанами
│   │       ├── SensorReader.h       # ISR-счётчики расходомеров + АЦП
│   │       ├── TelemetrySender.h    # UDP JSON телеметрия
│   │       └── Diagnostics.h        # Heartbeat, LED, статус
│   │
│   └── PlotManager/
│       ├── PlotManager.Core/        # .NET 8 Class Library
│       │   ├── Models/              # Доменные модели
│       │   ├── Services/            # Бизнес-логика
│       │   └── Protocol/            # Протоколы (AOG + PlotProtocol)
│       ├── PlotManager.UI/          # WinForms приложение
│       │   ├── Forms/               # Окна
│       │   └── Controls/            # Пользовательские контролы
│       └── PlotManager.Tests/       # xUnit тесты (293 тестов)

⚙️ Модули

Firmware (Teensy 4.1)

Файл	Назначение
Config.h	Пин-маппинг (14 клапанов → D2-D12,D24-D26), 10 расходомеров (D14-D23), давление воздуха (A14/D38), сетевые настройки (192.168.5.177), протокол (SYNC=0xAA55)
main.cpp	Главный цикл: `setup()` → инициализация Ethernet/Serial/ISR; `loop()` → парсинг команд, heartbeat watchdog, отправка телеметрии
CommandParser.h	Стейт-машина (5 состояний: WaitSync1→WaitSync2→WaitCmd→WaitData→WaitCrc). Парсит пакеты `[0xAA][0x55][CMD][DATA...][CRC]`, CRC = XOR всех байт CMD+DATA
ValveController.h	Атомарное управление 14-бит маской клапанов через `digitalWrite`. Методы: `setValves(mask)`, `emergencyStop()`, `openValve(i)`, `closeValve(i)`
SensorReader.h	10 аппаратных ISR для расходомеров (RISING edge → volatile counter). `update()` каждые 100мс атомарно читает и обнуляет счётчики, вычисляет Hz. АЦП давления: `analogRead(A14)` → напряжение 0-3.3V
TelemetrySender.h	JSON через NativeEthernet UDP: `{"T":millis,"AirV":1.75,"FlowHz":[25.0,...],"Estop":false}`. Авто-переподключение при потере link
Diagnostics.h	Heartbeat watchdog (2 сек timeout → E-STOP). LED: быстрое мигание=ошибка, горит=клапаны открыты, медленно=idle. Отправка STATUS каждые 100мс

Команды PlotProtocol (PC → Teensy)

Команда	Код	Payload	Описание
SET_VALVES	`0x01`	`[MSB][LSB]` (14 бит)	Установить маску клапанов
PRIME	`0x02`	`[Mask_MSB][Mask_LSB][Dur_MSB][Dur_LSB]`	Прокачка секций
HEARTBEAT	`0x03`	—	Keepalive (≤2 сек)
EMERGENCY_STOP	`0x04`	—	Закрыть все клапаны

Ответы Teensy → PC

Ответ	Код	Payload	Описание
STATUS	`0x80`	`[Mask_MSB][Mask_LSB][ErrFlags]`	Текущее состояние
ACK	`0x81`	`[AckedCmd]`	Подтверждение команды

PlotManager.Core — Модели

Класс	Файл	Назначение
`GeoPoint`	Models/GeoPoint.cs	Координаты WGS84 (lat/lon) + метод `DistanceTo()`
`Plot`	Models/PlotGrid.cs	Делянка: SouthWest/NorthEast углы, Row/Column, `Contains(point)`
`PlotGrid`	Models/PlotGrid.cs	2D массив делянок с буферами, HeadingDegrees (для поворота)
`SpatialResult`	Models/SpatialResult.cs	Результат пространственного анализа: State/Plot/Product/ValveMask/Distance
`BoomState`	Models/SpatialResult.cs	Enum: OutsideGrid → InAlley → ApproachingPlot → InPlot → LeavingPlot
`MachineProfile`	Models/MachineProfile.cs	Полный профиль машины: геометрия, гидравлика, COG, RTK, калибровка сенсоров. JSON-сериализуемый
`BoomProfile`	Models/MachineProfile.cs	Конфигурация бума: Y-offset, X-offset, канал, задержки, overlap%
`HardwareSetup` / `Boom`	Models/HardwareSetup.cs	Runtime-структура для пространственного движка
`TrialMap`	Models/TrialMap.cs	Карта продуктов: `GetProduct(row, col)` → имя препарата
`HardwareRouting`	Models/HardwareRouting.cs	Маршрутизация: `GetSections(product)` → каналы клапанов
`SensorSnapshot`	Models/SensorSnapshot.cs	Калиброванные данные: AirPressureBar, FlowRatesLpm[10], IsStale
`PassState`	Models/PassState.cs	Состояние прохода: номер, колонка, направление (↑/↓), скорость
`WeatherSnapshot`	Models/WeatherSnapshot.cs	Метео перед опытом: t°C, влажность%, ветер м/с
`NozzleCatalog`	Models/NozzleCatalog.cs	Каталог форсунок: модель, расход по закону √P
`TrialDefinition`	Models/TrialDefinition.cs	Определение опыта: продукты, нормы, форсунки

PlotManager.Core — Сервисы

SpatialEngine — Пространственный движок

Файл: SpatialEngine.cs (678 LOC)

Ядро системы. Принимает GPS-координату и определяет, какие клапаны открыть.

Алгоритм EvaluatePosition(boomCenter, heading, speed):

1. FindPlot(boomCenter)
   ├── O(1) для heading=0: index = (coord - origin) / (plotSize + buffer)
   └── O(N²) fallback для повёрнутых сеток
2. Если ВНУТРИ делянки:
   ├── distToExit = DistanceToExitBoundary(pos, plot, heading)
   ├── Если distToExit ≤ deactivationDist → State=LeavingPlot, Mask=0 (сухое отсечение)
   └── Иначе → State=InPlot, Mask=ComputeValveMask(plot)
3. Если СНАРУЖИ:
   ├── forwardPoint = ProjectPoint(pos, heading, activationDist)
   ├── FindPlot(forwardPoint)? → State=ApproachingPlot, Mask=on (набор давления)
   ├── IsInGridArea(pos)? → State=InAlley, Mask=0
   └── → State=OutsideGrid, Mask=0

Динамические расстояния look-ahead:

activationDist = PreActivationMeters + (speed × SystemActivationDelayMs / 3600)
deactivationDist = PreDeactivationMeters + (speed × SystemDeactivationDelayMs / 3600)
Учитывает ускорение через EMA-фильтр (AccelerationSmoothingAlpha = 0.3)

Per-Boom путь (EvaluatePerBoom):

Оценивает каждый бум индивидуально по его GPS-позиции (с Y-offset)
COG crab-walk коррекция: при |heading − COG| > порог (3°) задние бумы ориентируются по COG
Overlap-гистерезис: разные пороги активации/деактивации (70%/30%)

SectionController — Интерлоки безопасности

Файл: SectionController.cs (328 LOC)

Четыре уровня блокировки, каждый может обнулить маску:

Интерлок	Триггер	Поведение
Скорость	speed > targetSpeed × (1+tolerance)	Маска = 0
E-STOP	`EmergencyStopActive = true`	Маска = 0
RTK Loss	Fix < RtkFix → таймаут 2 сек →	Маска = 0
Давление	AirPressure < MinSafe → 2 сек →	Маска = 0

RTK и Air Pressure используют 3-phase state machine:

Normal → Degraded (мгновенно при потере) → Lost (после таймаута)
Recovery: Lost/Degraded → Normal (мгновенно при восстановлении)

PlotModeController — Оркестратор

Файл: PlotModeController.cs (280 LOC)

Центральный координатор — связывает GPS, SpatialEngine, SectionController и Teensy:

AOG GPS (10Hz) ──► HandleGpsUpdate()
                   ├── CheckRtkQuality(fix)          ← интерлок RTK
                   ├── UpdateAcceleration(speed)     ← фильтр ускорения
                   ├── EvaluatePosition(pos, heading, speed)
                   ├── ApplyInterlocks(mask, speed)   ← все 4 блокировки
                   └── SendValveMask(finalMask)       ← Teensy USB

SensorHub (10Hz) ─► HandleTelemetryForInterlocks()
                   └── CheckAirPressure(bar)         ← интерлок давления

Thread Safety: _stateLock на всех shared state (_lastResult, _lastGps, _lastSentMask, _lastAogMask).

Вспомогательные сервисы

Сервис	Файл	Назначение
`GridGenerator`	Services/GridGenerator.cs	Генерация PlotGrid из параметров (rows×cols, размеры, буферы, heading)
`TrialMapParser`	Services/TrialMapParser.cs	Парсинг CSV-файлов со схемой опыта → TrialMap
`SensorHub`	Services/SensorHub.cs	UDP-слушатель JSON от Teensy, калибровка: `Bar = (V - offset) × mult`, `Lpm = Hz×60/pulsesPerL`
`AsAppliedLogger`	Services/AsAppliedLogger.cs	CSV-логгер As-Applied: 19 колонок (8 основных + Air + 10×Flow)
`TrialLogger`	Services/TrialLogger.cs	1Hz автолог с метео-шапкой и событиями входа/выхода из делянки
`PassTracker`	Services/PassTracker.cs	Детекция проходов: вход в колонку → lock скорости → трекинг отклонений → конец при выходе из сетки
`CleanController`	Services/CleanController.cs	Промывка: пульсы ON(2с)/OFF(1с) × 3 цикла, блокировка при speed>0.5
`PrimeController`	Services/PrimeController.cs	Прокачка: все 14 клапанов OPEN, блокировка при speed>0.5 и PlotMode
`AutoWeatherService`	Services/AutoWeatherService.cs	Авто-запрос метео при остановке на X сек (для NMEA WIMWV)
`PlotLogger`	Services/PlotLogger.cs	Централизованный JSON-логгер: Info/Warn/Error, EntryCount, сессии
`IPlotLogger`	Services/IPlotLogger.cs	Интерфейс логгера для DI и тестирования

PlotManager.Core — Протоколы

Класс	Файл	Назначение
`PlotProtocol`	Protocol/PlotProtocol.cs	Формирование/парсинг пакетов PlotManager↔Teensy: `BuildSetValves`, `BuildHeartbeat`, `ParseResponse`
`AogProtocol`	Protocol/AogProtocol.cs	Работа с PGN 229/253 AgOpenGPS: `IsValidPacket`, `ExtractSectionMask`, `OverrideSectionPacket`
`AogUdpClient`	Protocol/AogUdpClient.cs	UDP-слушатель AOG: парсинг GPS (PGN 253) и Section Control (PGN 229), отправка override-пакетов
`ITransport`	Protocol/ITransport.cs	Абстракция транспорта: `SendAsync(byte[])`, `ReceiveAsync()`

PlotManager.UI — Формы

Форма	Файл	Назначение
`MainForm`	Forms/MainForm.cs	Главное окно: загрузка профиля, создание сетки, TrialMap, кнопки Prime/Clean/PassMonitor
`FormPassMonitor`	Forms/FormPassMonitor.cs	Real-time дашборд: карта делянок, статус бумов, телеметрия, интерлоки
`FormMachineProfile`	Forms/FormMachineProfile.cs	Редактор профиля: гидравлика, бумы (DataGridView), калибровка сенсоров
`FormTrialWizard`	Forms/FormTrialWizard.cs	Мастер создания опыта: продукты, норма, автоподбор форсунки
`FormWeatherSnapshot`	Forms/FormWeatherSnapshot.cs	Ввод метео перед началом опыта
`FormOperationSettings`	Forms/FormOperationSettings.cs	Настройки операций: скорость, Prime/Clean, автометео, Trial (4 вкладки)

PlotManager.UI — Контролы

Контрол	Файл	Назначение
`PlotGridPreview`	Controls/PlotGridPreview.cs	GDI+ превью сетки делянок с цветовой кодировкой по продуктам
`PlotMapControl`	Controls/PlotMapControl.cs	Real-time карта: позиция трактора, след, раскрашенные делянки
`BoomStatusPanel`	Controls/BoomStatusPanel.cs	14 индикаторов состояний бумов (зелёный/красный/жёлтый)
`TelemetryPanel`	Controls/TelemetryPanel.cs	Давление (gauge), расход (bar chart), скорость
`InterlockStatusBar`	Controls/InterlockStatusBar.cs	6 индикаторов: Speed, E-STOP, RTK, Air, Teensy Health, AOG Health
`FieldContextPanel`	Controls/FieldContextPanel.cs	Контекстная панель: GPS+компас, позиция, продукт+следующий, проход, trial/log

🔧 Сборка и запуск

Firmware

# Требования: PlatformIO CLI
cd src/Firmware
pio run                    # Компиляция
pio run --target upload    # Прошивка Teensy 4.1

Аппаратная необходимость:

Teensy 4.1 с NativeEthernet
14× MOSFET D4184 на пинах D2-D12, D24-D26
10× расходомеров (hall-effect) на D14-D23
Датчик давления 0.5-4.5V на A14 (D38)
Ethernet-кабель к ПК (192.168.5.x subnet)

PlotManager (ПК, Windows)

cd src/PlotManager

# Только Core (кросс-платформенный)
dotnet build PlotManager.Core

# Тесты
dotnet test PlotManager.Tests   # 254 тестов

# UI (только Windows — требует Windows Desktop SDK)
dotnet build PlotManager.UI
dotnet run --project PlotManager.UI

Сетевые настройки

Устройство	IP	Порт	Направление
AgOpenGPS ПК	127.0.0.1	UDP 8888 →	PGN 229/253 broadcast
PlotManager	0.0.0.0	← UDP 8888	Слушает AOG
Teensy 4.1	192.168.5.177	→ UDP 9999	JSON телеметрия
PlotManager	0.0.0.0	← UDP 9999	SensorHub слушает
PlotManager	COM3	Serial 115200	PlotProtocol → Teensy

⚠️ Firewall: Входящий UDP на портах 8888 и 9999 должен быть разрешён в Windows Firewall.

🧪 Тестирование

254 тестов (xUnit), покрывают:
├── SpatialEngine: EvaluatePosition, FindPlot, ComputeValveMask, COG, look-ahead
├── SectionController: все 4 интерлока, таймауты, восстановление
├── SensorHub: калибровка, JSON парсинг, staleness
├── PassTracker: определение проходов, направление, speed deviation
├── GridGenerator: генерация, nudge, повороты
├── TrialSystem: Trial→MachineProfile, Rate∝Speed, NozzleCatalog
├── MachineProfile: JSON round-trip, BoomDelay, HardwareSetup converter
├── FieldHardening: RTK watchdog, EMA filter, COG threshold
├── Sprint4: CleanController, PrimeController, AutoWeather, WIMWV parser
├── EdgeCases: граничные значения, конкурентность, overflow-защита
└── Observability: PlotLogger, ServiceHealth, IPlotLogger контракты

📁 Формат данных

MachineProfile (JSON)

{
  "profileName": "Gevax 10-boom / Water",
  "preActivationMeters": 0.5,
  "preDeactivationMeters": 0.2,
  "systemActivationDelayMs": 300,
  "systemDeactivationDelayMs": 150,
  "cogHeadingThresholdDegrees": 3.0,
  "rtkLossTimeoutSeconds": 2.0,
  "minSafeAirPressureBar": 2.0,
  "booms": [
    {"boomId": 0, "yOffsetMeters": -0.30, "valveChannel": 0, "enabled": true}
  ]
}

As-Applied Log (CSV, 19 колонок)

Timestamp,Latitude,Longitude,PlotId,Product,SpeedKmh,ValveMask,Notes,Air_Bar,Flow_1_Lpm,...,Flow_10_Lpm
2026-03-11T08:30:00.123,50.12345678,30.12345678,R2C3,Herbicide_A,5.20,0x000F,,3.50,1.200,...,0.000

Teensy Telemetry (JSON, UDP 9999)

{"T":345098,"AirV":1.75,"FlowHz":[25.0,0.0,0.0,0.0,0.0,0.0,0.0,0.0,0.0,0.0],"Estop":false}

Name		Name	Last commit message	Last commit date
docs		docs
src		src
tests/fixtures		tests/fixtures
.editorconfig		.editorconfig
.gitignore		.gitignore
CONTRIBUTING.md		CONTRIBUTING.md
GEMINI.md		GEMINI.md
LICENSE		LICENSE
README.md		README.md
TrialMapPanel_old.cs		TrialMapPanel_old.cs
build_tmp.bat		build_tmp.bat
state.md		state.md

Navigation Menu

Repository files navigation

🌾 AgOpenGPS Plot Manager

📐 Архитектура системы

Потоки данных

🗂️ Структура проекта

⚙️ Модули

Firmware (Teensy 4.1)

Команды PlotProtocol (PC → Teensy)

Ответы Teensy → PC

PlotManager.Core — Модели

PlotManager.Core — Сервисы

SpatialEngine — Пространственный движок

SectionController — Интерлоки безопасности

PlotModeController — Оркестратор

Вспомогательные сервисы

PlotManager.Core — Протоколы

PlotManager.UI — Формы

PlotManager.UI — Контролы

🔧 Сборка и запуск

Firmware

PlotManager (ПК, Windows)

Сетевые настройки

🧪 Тестирование

📁 Формат данных

MachineProfile (JSON)

As-Applied Log (CSV, 19 колонок)

Teensy Telemetry (JSON, UDP 9999)

📜 Лицензия

About

Releases

Packages

Contributors

Languages

Latest commit

History

Folders and files

Repository files navigation

🌾 AgOpenGPS Plot Manager

📐 Архитектура системы

Потоки данных

🗂️ Структура проекта

⚙️ Модули

Firmware (Teensy 4.1)

Команды PlotProtocol (PC → Teensy)

Ответы Teensy → PC

PlotManager.Core — Модели

PlotManager.Core — Сервисы

SpatialEngine — Пространственный движок

SectionController — Интерлоки безопасности

PlotModeController — Оркестратор

Вспомогательные сервисы

PlotManager.Core — Протоколы

PlotManager.UI — Формы

PlotManager.UI — Контролы

🔧 Сборка и запуск

Firmware

PlotManager (ПК, Windows)

Сетевые настройки

🧪 Тестирование

📁 Формат данных

MachineProfile (JSON)

As-Applied Log (CSV, 19 колонок)

Teensy Telemetry (JSON, UDP 9999)

📜 Лицензия

About

Resources

Contributing

Stars

Watchers

Forks

Releases

Packages

Contributors

Languages