Comunicazioni - Introduzione al Protocollo NMEA [Tutorial-Infografica]

14 di Maggio, 2021 - Tecnologie - Commento -

a cura di Leonardo Barcaroli

Articolo introduttivo sul Protocollo di Comunicazione NMEA. Cosa è, a cosa serve.

Cosa è NMEA2000

Il protocollo NMEA, in origine NMEA0183, ora NMEA2000 è uno standard di comunicazione utilizzato nella nautica e nelle comunicazioni di dati satellitari GPS. È stato sviluppato ed è attualmente gestito dalla National Marine Electronics Association (NMEA). Prima di procedere nello sviluppo della tematica, prendiamoci però un minuto per capire cosa è un protocollo di comunicazione e cosa è il soggetto NMEA.

La National Marine Electronics Association è un'organizzazione commerciale (Furuno, Kvaser, Litton, Navionics, Northstar, Raymarine, Simrad, Teleflex,Metal Marine, Trimble, CANtech, Airmar Japan Radio Corporation) operante principalmente nel campo dell’elettronica marina. Ha sede negli Stati Uniti e stabilisce gli standard di comunicazione tra i diversi strumenti e tra le varie componenti elettroniche in campo nautico marino. La sua mission è quella di assicurare un continuo sviluppo e miglioramento delle tecnologie e della sicurezza nei sistemi elettronici marini attraverso la formazione degli installatori e nello sviluppo e mantenimento degli standard di interfaccia.

Un protocollo di comunicazione elettronica è, nella pratica, l’insieme delle regole, ufficialmente e formalmente codificate, che regolano le modalità di comunicazione tra due o più componenti elettronici o più generalmente informatici.

Ora vediamo cosa è il Protocollo NMEA2000. E’, quindi, un protocollo di comunicazione usato principalmente in ambito marino e caratterizzato da un “architettura tecnologica aperta”. La sua applicazione garantisce l’interoperabilità tra tutti gli strumenti di bordo, tutti i sensori, i motori, gli altri apparecchi di comunicazione, radar, strumenti cartografici, sonde, ecoscandagli etc. Nei fatti stiamo dicendo che con il protocollo NMEA2000 possiamo realizzare una “rete tecnologica” integrata e cooperante.

Un ulteriore elemento da considerare è che l’NMEA è di fatto uno standard “plug and play”, il che vuol dire che non richiede configurazioni supplementari una volta che un elemento o un dispositivo viene collegato a questa rete.


From https://kus-usa.com/resources/a-quick-guide-to-nmea-2000/


NMEA2000 è di fatto un CAN (Controller Area Network) basato su un protocollo digitale bidirezionale sviluppato nel settore automobilistico (SAE 0J1939); è molto efficiente e robusto e questo lo ha reso adatto alle applicazioni marine.


A cosa serve

Dunque, lo standard NMEA2000 consente di interconnettere la maggior parte dei dispositivi cruciali a bordo, come per esempio ecoscandagli, radar, GPS, motori, sensori, allarmi e in generale di elettronica di bordo, e di farli comunicare tra loro in una maniera organizzata e centralizzata. Consideriamo che ormai tutti i produttori dei vari dispositivi appena citati già prevedono una connessione NMEA2000 di serie.

Il lettore, a questo punto, potrebbe porsi la domanda: Ma a cosa può servirmi questa capacità di interconnessione? 

Ebbene, facciamo un esempio, immaginiamo di possedere un plotter (GPS Cartografico Marino) compatibile con lo standard NMEA2000 o anche un notebook/tablet e di avere collegati alla stessa rete tutti gli altri dispositivi, compreso il motore. Avremmo, automaticamente e simultaneamente uno schermo in cui tutte le informazioni di qualsiasi apparato e sensore, vengono concentrate. Un “pannello di controllo” semplice e immediato dal quale controllare ogni singolo parametro come ad esempio l’angolo del Trim, l’inclinazione flap, le immagini provenienti dal radar, le temperature motore, i consumi, gli allarmi, i dati provenienti dai sensori, la tensione delle batterie, il consumo energetico in Ampere e così via. Potremmo personalizzare le finestre e le schermate, aggregando i dati come preferiamo. Portiamo l’esempio nella pratica e osserviamo come potrebbe essere il nostro “cockpit”:


From https://mvdirona.com/2018/06/tender-nmea2000-system/


L’immagine, anche se porta l’esempio applicativo all’estremo, rende chiara però l’utilità e le potenzialità di questo standard e delle varie tecnologie che possiedono la capacità di essere interconnesse al sistema.


Cosa è una Rete NMEA2000

La rete NMEA2000 è molto semplice ed è composta da un bus principale, ovvero un cavo dati che forma la “spina dorsale” della rete che viene chiamato non a caso “backbone”. Di solito il Backbone viene steso nel punto più basso dell’imbarcazione lungo la sua retta longitudinale e deve essere “chiuso” in testa e in coda con due “finali da 120 Ohm”. La massima lunghezza consentita di questa dorsale è di 200mt e la rete può ospitare fino a 50 dispositivi. Ogni periferica, sensore o dispositivo che sia può essere connesso alla backbone grazie ad un connettore detto “Connettore T”. Di seguito possiamo vedere l’applicazione pratica di una Rete NMEA2000 su una imbarcazione di media grandezza.


from www.galleonmarine.com


Considerazioni finali

Essendo di fatto un CAN bus moderno, il protocollo NMEA2000 abilita a connessioni multi-trasmettitore e multi-ricevitore. Cosa che invece era impossibile con il predecessore NMEA0183 che poteva essere composta da un solo talker (trasmettitore) e più listeners (ricevitori). NMEA2000 abilita la comunicazione seriale di tipo differenziale, ciò vuol dire ottenere un’alta immunità alle interferenze e questo si traduce in affidabilità, maggiore lunghezza del BUS e alta velocità di trasmissione (seriale di 250Kbps). La rete NMEA200 significa proiettare la nostra imbarcazione nella dimensione “Digitale” e considerando gli sviluppi della connettività globale anche nella dimensione del Cloud.

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