Storia e Tecnica : NMEA2000

Il sistema di trasmissione dati NMEA 2000® 

Come in ogni sistema, l’evoluzione naturale dello standard NMEA0183 (ripetiamo le caratteristiche salienti : 4800 bit al secondo, 8 bit di dati, nessun bit di parità, 1 bit di stop) ha presupposto un miglioramento generale , che è stato quello relativo alla velocità di trasmissione dati.

L’esigenza primaria che ha portato a ciò si riferisce fondamentalmente a due tipi di problemi:

Ø     Display grafici TFT al posto della normale strumentazione lcd

Ø     Comandi elettronici dei motori

 

I display grafici TFT rappresentano attualmente il top delle gamme di strumenti nautici, e le loro avanzate caratteristiche richiedono un flusso dati più veloce.

Evidentemente, una visualizzazione del genere richiederà trasmissioni dati a velocità più elevata.

I display multifunzione di ultima generazione, quelli cioè che possono ripetere dati di cartografia,radar e scandaglio, usano già un tipo di collegamento in rete , e similmente ad una LAN per computer, ogni strumento ha un indirizzo IP : il collegamento avviene tramite un cavo di rete ad alta velocità, come nei sistemi Raymarine Seatalk High Speed o nei Furuno Navnet.

Allo stesso modo, i controlli elettronici dei propulsori di moltissime marche (citiamo tra gli altri MAN, Caterpillar, Volvo Penta, ecc.) utilizzano delle “manette” elettroniche e display di controllo multifunzionale che sostituiscono i tradizionali strumenti contagiri e termometri analogici.

E’ necessario però riflettere che una rete LAN necessita di un ambiente “pulito” elettricamente, e che le connessioni multiple debbono essere realizzate mediante switch o hub di rete.

 

In quest’ottica, al fine di integrare nel miglior modo possibile la capacità di comunicazione tra la strumentazione di bordo, la National Marine Electronics Association ha introdotto lo standard NMEA 2000 ® [1].

 

Mentre nel sistema NMEA0183 avevamo una struttura di collegamenti libera, in NMEA 2000 ci troviamo di fronte alla scelta di un protocollo CAN , per la rete, e transceiver conformi ad ISO11898-2 come supporti fisici.

L’acronimo CAN sta per Controlled Area Network,.e il bus , di tipo seriale e destinato ad ambienti soggetti anche a forti disturbi, fu sviluppato per la prima volta dalla Bosch negli anni ottanta. Caratterizzato da un bit rate che può giungere a 1 Mb/s su una lunghezza massima di quaranta metri, nel bus CAN abbiamo grosse differenze su cui vale la pena di soffermarci. 

La caratteristica fondamentale è dovuta al fatto che i bit 0 e 1 vengono considerati rispettivamente dominanti e recessivi, ed i messaggi (frames) sono composti da 11(messaggio standard) o 29 bit(messaggio esteso) . Tutti i frame iniziano con un bit di "start-of-frame" (SOF). L’alimentazione del bus è stabilita da 9 a 16 volt cc.

Tecnicamente il CANbus realizza un’interfaccia a quattro fili + schermo ,  bilanciata (differenziale) , che può essere realizzata con conduttori intrecciati (twisted pair) schermati o meno, o semplicemente piattina multipolare, con la struttura :




  START OF FRAME---->DATA----->END OF FRAM

I cinque fili sono utilizzati come schermo, alimentazione positiva, ground, segnale digitale H e segnale digitale L.

 

Nella pratica, siamo in presenza di una backbone (linea dorsale) con due estremità, alle quali vengono applicati dei connettori “tappo” con una resistenza di 120 ohm.

Al centro di tale dorsale sistemiamo il primo connettore a T  per l’alimentazione e successivamente i vari collegamenti alla strumentazione.

Ogni apparato è caratterizzato da un LEN , cioè un numero equivalente del carico, specificato dal costruttore. Un LEN equivale al consumo di corrente di 50 mA.

 La rete funziona bene solo se la massima caduta di tensione è di 3 volt. Per conoscere questa caduta di tensione si può impiegare la formula:

Caduta di tensione in volt = somma dei LEN x lunghezza in mt della linea (dalla batteria al carico più lontano ) x resistenza del cavo in ohm per metro (si può assumere uguale a 0,05 ohm) x 0,1

 Quindi, supponendo di avere tre dispositivi con LEN uguale a 5, ed una lunghezza di venti metri, avremo:

 Caduta di tensione= 5 x 20 x 0,05 x 0,1 =  0,5 volt

 

Il calcolo dimostra che data la bassa caduta di tensione l’alimentazione può essere disposta anche ad un estremità.

Se invece dal calcolo di caduta risultasse un valore maggiore di 3, l’alimentazione deve essere riposizionata al centro, ripetendo il controllo di caduta  sia sul ramo destro che su quello sinistro.

Nell’installazione di una rete NMEA2000 è indispensabile rispettare le massime lunghezze ammissibili: 

6 mt  dal terminatore T allo strumento (cavi di derivazione).  

100 mt di lunghezza massima di rete (che nel diporto sarà difficile raggiungere..., ma si parla della somma del backbone più tutte le derivazioni).

 78 metri massimi come somma di tutte le derivazioni, non più di 50 apparati collegati.

 

L’alimentazione, da 9 a 16 volt, e quindi a puntino per tutti gli impianti di bordo a 12 , deve essere fornita in un solo punto.

 

Come le informazioni NMEA 0183 viaggiano su stringhe ascii ( le famose $GPGLL, ecc.) , sulla NMEA2000 il riconoscimento dei dati e degli apparati avviene attraverso i PGN , i numeri di gruppo di parametri, e viaggiano in codice binario, assicurando una drastica riduzione della possibilità di errore di trasmissione/ricezione.

I PGN sono individuati da sei cifre, e sono assegnati ai costruttori, rendendo possibile l’identificazione del dispositivo; all’interno del gruppo, ogni costruttore definisce conformemente alle specifiche NMEA, i vari parametri propri dell’apparato.

 

I connettori impiegati, ovviamente a 5 pin, sono standardizzati da NMEA con i colori blu, bianco, nero, rosso, schermo.

 

 

nome

significato

colore

NET-L

dati

blue

NET-H

dati

white

Shield

schermatura

drain

NET-C

ground

black

NET-S

positivo

red

 

Fig.5  Assegnazione dei colori alle linee NMEA2000

 



[1] NMEA 2000® is a registered trademark of the National Marine Electronics Association, Inc.



 
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