NMEA 2000

Come cablare i vari strumenti di bordo è spesso un task lasciato agli esperti, ma con il nuovo protocollo NMEA è cambiato tutto, ecco come, di seguito trovate il mio articolo uscito su Bolina di qualche mese fa.

N.M.E.A. 2000
L’ N.M.E.A. (National Maritime Elettronic Associacion) è un’associazione di produttori di elettronica il cui fine principale, come possiamo leggere nel loro sito: www.nmea.org, è migliorare la tecnologia e implementare la sicurezza della strumentazione elettronica usata a bordo di navi e imbarcazioni. Questa associazione nata negli anni ’50 del secolo scorso ha saputo coinvolgere la maggioranza dei produttori di apparecchiature elettroniche che operano nel mondo marino ed è entrata nel lessico del diportista sopratutto grazie ai suoi protocolli di comunicazione. Infatti da quando a bordo delle nostre barche, gli apparati elettronici sono diventati sempre più numerosi e complessi, ci siamo abituati a sentir parlare di dati NMEA o di NMEA 0183. In più da qualche anno abbiamo iniziato a sentir parlare anche di NMEA 2000 un altro protocollo, più moderno, veloce e versatile, che sta prendendo il posto del vecchio 0183. Ma andiamo con ordine e vediamo di capire cosa è l’NMEA 0183 e quali sono le differenze sostanziali con l’NMEA 2000.
L’ NMEA 0183 è uno standard di comunicazione nato per creare delle linee seriali di trasmissioni dati a 4800 Baud. Questa la definizione tecnica, a noi basti sapere che grazie allo standard NMEA 0183 siamo in grado di interfacciare fra di loro apparecchiature elettroniche, sia dello stesso produttore che di differenti marchi.
Per come è stato pensato l’NMEA 0183 si possono creare delle linee di comunicazione con un solo strumento attivo, che trasmette dei dati (talker), e tanti apparecchi o display passivi (listener), ovvero che ricevono questi dati. Per cui le classiche applicazioni prevedono per esempio un GPS come strumento attivo, un pilota automatico e vari display come strumenti passivi. In questo modo il nostro pilota automatico può correggere la rotta in base ad un eventuale corrente o scarroccio; ciò è reso possibile grazie al fatto che il GPS gli invia i dati della nostra posizione, prua e velocità, e le stesse informazioni le possiamo leggere sui vari display ad esso collegato. Se però volessimo far arrivare al pilota automatico anche i dati del vento, per farlo lavorare come timone a vento, dobbiamo creare un’altra linea NMEA 0183 con lo strumento del vento che trasmette e il pilota automatico che riceve. Se inoltre volessimo far ricevere al radar i dati della bussola del pilota automatico, in modo che il nostro plotter sovrapponga la battitura radar alla carta nautica, dobbiamo creare una terza linea. Insomma più cresce la voglia di interfacciare i vari strumenti, più si complica l’andirivieni di cavi e l’utilizzo di un multiplexer si rende necessario. I multiplexer infatti sono apparecchi che hanno in ingresso usualmente fino a 4 linee NMEA 0183 e una uscita NMEA 0183 che a questo punto avrà al suo interno i dati trasmessi da 4 talker. Questo è un po’ il limite fisico della rete NMEA 0183 per le installazioni su barche da diporto.
Per meglio gestire la necessità di interfacciare fra di loro il numero sempre maggiore di strumenti elettronici installati sulle nostre barche, qualche anno fa la N.M.E.A. ha creato un nuovo standard chiamato NMEA 2000 o N2K. Questo nuovo protocollo è 50 volte più veloce nella trasmissione dei dati del NMEA 0183 e può gestire tanti talker e tanti listener sulla stessa linea. Infatti con questo nuovo standard, possiamo connettere tutta la strumentazione di bordo con un’unica linea, chiamata “spina dorsale” (backbone), costituita da un unico cavo che corre da prua a poppa; da questo cavo centrale con l’utilizzo di connettori a T si creano le varie calate, una per ogni sensore, display, plotter, AIS ecc… Questa nuova architettura oltre ad essere più snella è anche più versatile, infatti ogni qualvolta si debba aggiungere uno strumento nuovo basta inserire un nuovo terminale a T e creare di fatto una nuova calata.
Un altro grosso passo in avanti nella semplicità di installazione rispetto al NMEA 0183 è stato ottenuto grazie alla tecnologia plug and play, ovvero le apparecchiature che vengono aggiunte alla rete non hanno bisogno di installazione o settaggio di sorta, basta inserire il connettore e il sistema riconosce il nuovo strumento e inizia a dialogare con gli altri.

Lo standard N2K è una derivazione dello standard CAN (Controller Area Network), un protocollo sviluppato dalla Bosch in campo automobilistico per poter creare una rete di sensori e strumenti senza bisogno di un processore centrale, che grazie alla sua efficienza e versatilità si è diffuso in molti altri settori, come quello marino. I due standard sono perfettamente compatibili e questo ha portato con se alcuni vantaggi diretti per noi velisti. Primo, tutta una serie di sensori che vengono prodotti in questo campo sono direttamente interfacciabili con la nostra rete NMEA, per citarne alcuni: sensori di pressione e temperatura dell’olio motore, sensori di temperatura del liquido di raffreddamento del motore e del generatore. Sensori di temperatura del frigo e del freezer, sensori di pressione del circuito idraulico, livelli dei serbatoi con misura volumetrica, sensori di presenza acqua in sentina, fino ad arrivare a sensori di sforzo su attrezzatura e chissà quante altre applicazioni. Secondo la NMEA ha scelto per i cablaggi i cavi e connettori prodotti seguendo lo standard DeviceNet, che essendo gli stessi del CAN sono economici e facilmente reperibili. Per questo in teoria tutti gli apparecchi NMEA 2000 compatibili dovrebbero avere il connettore tipo DeviceNet Micro-C M12 5-pin o Mini- C M12 5 pin. In realtà alcune marche importanti di elettronica marina hanno creato il loro standard, per esempio: Raymarine ha il Sea-talk, Simrad il Simnet e Furuno il CAN. Ma di fatto questi protocolli sono tutti elettricamente compatibili con l’N2K e anche se possono presentare dei connettori diversi dal DeviceNet, possono essere collegate alla nostra rete NMEA 2000 via appositi riduttori o semplicemente sostituendo il connettore con uno DeviceNet. Il terzo grosso vantaggio sta nel fatto che I cavi NMEA 2000, a differenza che nel vecchio standard, non portano solo i dati, ma portano anche l’alimentazione, rendendo l’installazione e il cablaggio molto più pratica, veloce e pulita. La N.M.E.A. ha individuato due sezioni di cavi e connettori da utilizzare in ambito marino fra i vari presenti nello standard DeviceNet: il più grande dei quali è il mini che può portare una corrente massima 8 ampere e il più piccolo, denominato micro, che invece ha una corrente massima di 3 ampere, per cui per la maggior parte delle apparecchiature, che non consumano molta energia, non è necessario cablare i cavi che portano l’alimentazione; ne deriva un grosso risparmio in semplicità di installazione.
La possibilità di interfacciare tanti sensori e strumenti su una sola linea permette di poter tener sotto controllo tutti i dati e le indicazioni utili allo stesso tempo. Ci sono in commercio display touch screen che una volta collegati alla nostra rete N2K non solo sono in grado di mostrarci tutte le informazioni presenti nella nostra rete, ma ci danno la possibilità di poterli raggruppare in schermate predefinite o costruite su nostra misura; possiamo così decidere posizione e grandezza da dare a ogni dato, scegliendo di fatto il risalto da dare ad ogni informazione. Per esempio quando navighiamo a vela daremo più visibilità alla velocità della barca, all’intensità e direzione del vento; mentre quando andiamo a motore daremo più risalto ai dati dell’ecoscandaglio, velocità, giri motore, temperatura olio e liquido raffreddamento e semmai il fuori rotta. In più questi strumenti ci offrono la possibilità di inserire una serie di allarmi a nostro piacimento, sia su strumenti di “vitale” importanza, come temperatura e pressione olio motore o presenza acqua in sentina, sia che per informazioni meno importanti ma sempre utili, come la temperatura della cella frigo e freezer. Grazie a questi allarmi verremo avvertiti in tempo se qualcosa non sta funzionando correttamente e potremmo quindi agire tempestivamente.
Tutte queste funzionalità le possiamo raggiungere anche attraverso il nostro pc di bordo, semplicemente collegando la rete NMEA 2000 attraverso un apposito convertitore N2K/USB. Qui si apre la strada anche al data storage e data analisys, ovvero l’immagazzinamento dei dati e la successiva rielaborazione per vari scopi. Possiamo infatti, oltre a poter visualizzare sul nostro pc qualsiasi informazione relativa ai sistemi della nostra barca, anche tener traccia dei dati rilevati per poi poterli analizzare e confrontare. Per esempio possiamo mettere in grafico le nostre velocità medie con aumento/diminuzione vento, possiamo tener traccia dei consumi di carburante in base al vento per poter determinare quanto il windage influisce sui nostri consumi, per barche a motore possiamo trovare la migliore efficienza di avanzamento in base all’angolo di trim analizzando dati velocità/ consumi e via di seguito.
In altre situazioni poter analizzare lo storico dei dati del motore, per esempio, ci può aiutare ad individuare quando qualcosa è iniziato a deteriorasi e meglio risolvere il problema o evitare che cio accada in seguito.

Per inciso, con l’utilizzo di router Wi-Fi i dati della rete non saranno disponibili solo per il solo computer fisicamente collegato alla rete N2K, ma anche per ogni dispositivo wireless di bordo, quindi tablet, telefonini o veri e schermi da “indossare”; così facendo possiamo tenere sempre i nostri dati sottocchio senza bisogno di cablare e mettere display in ogni angolo della barca. (ciò è possibile farlo anche con multiplexer/router NMEA 0183, anche se la quantità di dati a disposizione sarà inferiore)
Insomma con lo standard NMEA 2000 siamo entrati in una nuova epoca, dove creare una rete all’interno della propria barca non è più un lavoro da tecnici specializzati, ma un task alla portata di tutti. La possibilità di interfacciare qualsiasi strumento certificato N2K a prescindere di quale produttore sia ci permette di scegliere ogni sensore e prodotto in base alle sue caratteristiche tecniche e prezzo, invece di essere costretti a installazioni monomarca, dettate dalla incompatibilità o difficoltà di cablaggio più che da una scelta razionalmente e tecnicamente motivata.

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The Dunning–Kruger effect is a cognitive bias wherein relatively unskilled individuals suffer from illusory superiority, mistakenly assessing their ability to be much higher than is accurate. The bias was first experimentally observed by David Dunning and Justin Kruger of Cornell University in 1999. Dunning and Kruger attributed the bias to the metacognitive inability of the unskilled to evaluate their own ability level accurately. Their research also suggests that conversely, highly skilled individuals may underestimate their relative competence, erroneously assuming that tasks that are easy for them also are easy for others.

~ Wikipedia