NMEA 2000 , abreviado como NMEA2k o N2K y estandarizado como IEC 61162-3 , es un estándar de comunicaciones plug-and-play que se utiliza para conectar sensores marinos y unidades de visualización en barcos y embarcaciones. La comunicación funciona a 250 kilobits por segundo y permite que cualquier sensor se comunique con cualquier unidad de visualización u otro dispositivo compatible con los protocolos NMEA 2000. Eléctricamente, NMEA 2000 es compatible con la red de área del controlador ("bus CAN") que se utiliza en vehículos de carretera y motores de combustible. El formato de protocolo de nivel superior se basa en SAE J1939 , con mensajes específicos para el medio marino. Raymarine SeaTalk 2 , Raymarine SeaTalk NG, Simrad Simnet y Furuno CAN son implementaciones renombradas de NMEA 2000, aunque pueden usar conectores físicos diferentes del conector de tornillo estándar DeviceNet Micro-C M12 de 5 clavijas, todos los cuales son eléctricamente compatibles y se pueden conectar directamente.
El protocolo se utiliza para crear una red de dispositivos electrónicos, principalmente instrumentos marinos, en un barco. Varios instrumentos que cumplen con el estándar NMEA 2000 están conectados a un cable central, conocido como columna vertebral, mediante redecillas. La red troncal alimenta cada instrumento y transmite datos entre todos los instrumentos de la red. Esto permite que una unidad de visualización muestre muchos tipos diferentes de información. También permite que los instrumentos funcionen juntos, ya que comparten datos. NMEA 2000 está diseñado para ser "plug and play" para permitir que los dispositivos fabricados por diferentes fabricantes se comuniquen entre sí.
Ejemplos de dispositivos electrónicos marinos para incluir en una red son receptores GPS , pilotos automáticos , instrumentos de viento, sondas de profundidad, instrumentos de navegación , instrumentos de motor y trazadores de cartas náuticas . La interconectividad entre instrumentos en la red permite, por ejemplo, que el receptor GPS corrija el rumbo que está dirigiendo el piloto automático.
Historia
El estándar NMEA 2000 fue definido y controlado por la Asociación Nacional de Electrónica Marina (NMEA) con sede en EE. UU . Aunque la NMEA divulga cierta información sobre el estándar, reclama los derechos de autor sobre el estándar y, por lo tanto, su contenido completo no está disponible públicamente. Por ejemplo, la NMEA publica qué mensajes existen y qué campos contienen, pero no revela cómo interpretar los valores contenidos en esos campos. Sin embargo, los entusiastas están progresando lentamente en el descubrimiento de estas definiciones de PGN. [1]
Funcionalidad
NMEA 2000 conecta dispositivos mediante la tecnología Controller Area Network (CAN) desarrollada originalmente para la industria automotriz. NMEA 2000 se basa en el protocolo de alto nivel SAE J1939 , pero define sus propios mensajes. [2] [3] Los dispositivos NMEA 2000 y los dispositivos J1939 pueden coexistir en la misma red física. [4]
NMEA 2000 ( IEC 61162-3) puede considerarse un sucesor del estándar de bus de datos en serie NMEA 0183 (IEC 61162-1). [5] Tiene una velocidad de datos significativamente más alta (250k bits / segundo frente a 4800 bits / segundo para NMEA 0183). Utiliza un formato de mensaje binario compacto en contraposición al protocolo de comunicaciones en serie ASCII utilizado por NMEA 0183. Otra mejora es que NMEA 2000 admite una red de datos disciplinada de múltiples hablantes y múltiples oyentes, mientras que NMEA 0183 requiere un solo orador y múltiples oyentes ( símplex ) protocolo de comunicaciones en serie .
Construcción de redes
La red NMEA 2000, al igual que la red SAE J1939 en la que se basa, está organizada en torno a una topología de bus y requiere una única resistencia de terminación de 120 Ω en cada extremo del bus. (Las resistencias están en paralelo, por lo que un bus correctamente terminado debe tener una resistencia total de 60 Ω). La distancia máxima para cualquier dispositivo desde el autobús es de seis metros. La longitud máxima del cable backbone es de 250 metros (820 pies) con backbone de cable Midi o de 100 metros (328 pies) con backbone de micro cable [3]
Cableado e interconexión
El único estándar de cableado aprobado por NMEA para su uso con redes NMEA 2000 es el estándar de cableado DeviceNet , que está controlado por Open DeviceNet Vendors Association . Dichos sistemas de cableado pueden llevar la etiqueta "Aprobado por NMEA 2000". El estándar DeviceNet define niveles de blindaje, tamaño de conductor, resistencia a la intemperie y flexibilidad que no necesariamente cumplen otras soluciones de cableado comercializadas como compatibles con "NMEA 2000". [2] [3]
Hay dos tamaños de cableado definidos por el estándar DeviceNet / NMEA 2000. El mayor de los dos tamaños se indica como cable "Mini" (o alternativamente, "Grueso") y está clasificado para transportar hasta 8 amperios de corriente de alimentación. El más pequeño de los dos tamaños se indica como cable "Micro" (o alternativamente, "Delgado") que utiliza el conector cilíndrico de 5 pines M12 especificado en IEC 61076-2-101, y está clasificado para transportar hasta 3 amperios de fuente de alimentación. Actual.
El minicable se utiliza principalmente como "red troncal" (o "troncal") para redes en embarcaciones más grandes (normalmente con longitudes de 20 my superiores), mientras que el microcable se utiliza para las conexiones entre la red troncal y los componentes individuales. Las redes en embarcaciones más pequeñas a menudo se construyen completamente con microcables y conectores.
Una red NMEA 2000 no es eléctricamente compatible con una red NMEA 0183, por lo que se requiere un dispositivo de interfaz para enviar mensajes entre dispositivos en los diferentes tipos de red. También se requiere un adaptador si los mensajes NMEA 2000 se van a recibir o transmitir desde una PC.
Formato de mensaje y números de grupo de parámetros (PGN)
De acuerdo con el protocolo SAE J1939, los mensajes NMEA 2000 se envían como paquetes que constan de un encabezado seguido (normalmente) de 8 bytes de datos. El encabezado de un mensaje especifica el dispositivo de transmisión, el dispositivo al que se envió el mensaje (que pueden ser todos los dispositivos), la prioridad del mensaje y el PGN (Número de grupo de parámetros). El PGN indica qué mensaje se está enviando y, por lo tanto, cómo deben interpretarse los bytes de datos para determinar los valores de los campos de datos que contiene el mensaje. [2]
Una definición de grupo de parámetros puede describir un registro de datos que consta de más datos de los que pueden estar contenidos en una sola trama CAN. [6] Los métodos de transferencia NMEA 2000 incluyen la transmisión de grupos de parámetros de un solo cuadro y dos métodos de transmisión de grupos de parámetros de múltiples cuadros. Estos métodos de transferencia se comparan a continuación:
Un solo cuadro | Multi-paquete ISO 11783 | Paquete rápido NMEA 2000 |
---|---|---|
8 bytes | Hasta 1785 bytes | Hasta 223 bytes |
Transmitir de forma predeterminada a menos que pf <0xF0 | Puede usarse para enviar cualquier mensaje hasta 1,785 a un dispositivo específico con control de flujo (RTS / CTS) o transmisión (BAM) | Transmitir de forma predeterminada a menos que pf <0xF0 |
La capa CAN asegura que todos los nodos (conectados) recibieron el mensaje y validaron su CRC | Con protocolo de enlace (RTS / CTS) / basado en tiempo (50 ms) en caso de BAM (transmisión) | Sin apretón de manos |
Sin retrasos en el protocolo de transferencia | Tarda más en enviar la misma cantidad de datos que un paquete rápido | Se necesita menos tiempo para enviar hasta 223 bytes; sin retrasos en el protocolo de transferencia; no hay garantía de que sea recibido por todos los nodos |
Implementado por todas las industrias | Implementado por todas las industrias | NMEA 2000 y adoptado por ISO para aplicaciones GNSS Con / Ag |
El protocolo de paquetes múltiples especificado en ISO 11783-3 permite la transmisión de grupos de parámetros de cuadros múltiples de hasta 1785 bytes. El protocolo encapsula el grupo de parámetros en un protocolo de transporte, ya sea globalmente o en una dirección específica. En caso de transferencia de dirección específica (RTS / CTS), el dispositivo receptor puede controlar el flujo de datos de acuerdo con los recursos disponibles del dispositivo receptor. En ambos casos (RTS / CTS) versus BAM. el mensaje que se está transfiriendo se anuncia en el primer mensaje. En caso de CTS / RTS, el receptor puede rechazar el mensaje. En caso de un BAM, el mensaje simplemente se puede ignorar.
El protocolo Fast Packet definido en NMEA 2000 proporciona un medio para transmitir hasta 223 bytes de datos, con la ventaja de que cada cuadro conserva la identidad y la prioridad del grupo de parámetros. La primera trama transmitida utiliza 2 bytes para identificar los grupos de parámetros de paquetes rápidos secuenciales y las tramas secuenciales dentro de una transmisión de un solo grupo de parámetros. El primer byte contiene un contador de secuencia para distinguir la transmisión consecutiva de los mismos grupos de parámetros y un contador de tramas establecido en la trama cero. El segundo byte en la primera trama identifica el tamaño total del grupo de parámetros a seguir. Los fotogramas sucesivos utilizan un solo byte de datos para el contador de secuencia y el contador de fotogramas. Debido a que muchos de los grupos de parámetros de NMEA 2000 superan los 8 bytes pero no requieren la capacidad de 1.785 bytes del paquete múltiple, el método predeterminado de transmisión de grupos de parámetros de múltiples cuadros en NMEA 2000 es utilizar el protocolo Fast Packet.
Independientemente del protocolo que se utilice, los grupos de parámetros de tramas múltiples se envían trama por trama y se pueden intercalar con otros grupos de parámetros de mayor prioridad utilizando cualquiera de los protocolos o incluso grupos de parámetros de trama única. Cada dispositivo es responsable de reensamblar el grupo de parámetros una vez que se transmiten todas las tramas para el grupo de parámetros.
Certificación de dispositivo
Los dispositivos pasan por un proceso de certificación supervisado por NMEA y se les permite mostrar el logotipo "Certificado por NMEA 2000" una vez que han completado el proceso de certificación. El proceso de certificación no garantiza el contenido de los datos, que es responsabilidad de los fabricantes. Sin embargo, el proceso de certificación asegura que los productos de diferentes fabricantes intercambien datos de manera compatible y que puedan coexistir en una red. [7]
NMEA 2000 y redes propietarias
Varios fabricantes, incluidos Simrad , Raymarine , Stowe y Mastervolt , tienen sus propias redes patentadas que son compatibles o similares a NMEA 2000. Simrad se llama SimNet , Raymarine se llama SeaTalk NG , Stowe se llama Dataline 2000 y Mastervolt se llama CZone . Algunos de estos, como SimNet y Seatalk NG, son una red NMEA 2000 estándar, pero utilizan conectores y cableado no estándar; Hay adaptadores disponibles para convertir a conectores NMEA 2000 estándar, o el usuario puede simplemente quitar el conector y hacer una conexión directa. [8]
Marcas comerciales
El término "NMEA 2000" es una marca registrada de la Asociación Nacional de Electrónica Marina. Los dispositivos que no tienen la "certificación NMEA 2000" no pueden utilizar legalmente la marca comercial NMEA 2000 en su publicidad.
Fabricantes
Las siguientes son algunas de las empresas que se han registrado en NMEA con el fin de producir productos certificados por NMEA 2000: [9]
- MarineCraft
- SAMYUNG ENC
- Tecnologías Carling
- Amphenol LTW
- Actisense [10]
- Airmar
- Empirbus
- Furuno
- Garmin
- Comunicaciones estándar GME
- Honda
- Colibrí
- Quark-elec (Reino Unido)
- Icom Incorporated
- Lowrance Electronics
- Molex [11]
- Maretron
- Navico
- Raymarine
- Navegación Simrad
- SeaStar Solutions (anteriormente Teleflex Marine)
- Tohatsu
- VeeThree
- Dispositivos para yates
- Yamaha Marine
- Hemisferio GNSS [12]
- Tecnologías de control de Warwick [13]
Ver también
- Formato de intercambio de GPS
Estándares relacionados
- NMEA 0183
- NMEA OneNet , un futuro estándar basado en Ethernet
Estándares de seguridad con NMEA 2000
- Sistema de identificación automática
[14]
Referencias
- ^ https://github.com/canboat/canboat/
- ^ a b c "Documento técnico explicado sobre NMEA 2000®" (PDF) . Consultado el 24 de mayo de 2021 .
- ^ a b c "Guía de instalación de la red Maretron NMEA 2000®" (PDF) . Consultado el 24 de mayo de 2021 .
- ^ Bartlett Tim. Power & Motoryacht (ed.). "Un desglose del protocolo: cómo conversan los sistemas de los barcos" . Power & Motoryacht Número de enero de 2012 . Consultado el 25 de septiembre de 2015 .
- ^ boatprojects.blogspot.com (ed.). "Guía para principiantes de Nmea 2000, Nmea 0183 y puentes" . Consultado el 25 de septiembre de 2015 .
- ^ Spitzer, Steve (2009). " Pasado, presente y futuro de NMEA 2000 " (PDF), Conferencia anual de RTCM 2009.
- ^ "Resumen del proceso de certificación NMEA 2000® y acuerdo de licencia" (PDF) . Consultado el 23 de junio de 2017 .
- ^ N2K, mezcla de cables no es un gran woop, Panbo, febrero de 2008
- ^ "Lista de registro NMEA" (PDF) . Consultado el 4 de febrero de 2015 .
- ^ Sitio web de Actisense
- ^ "Cables y conectores NMEA 2000® Brad® Micro-Change® (M12) y Brad® Mini-Change®" . Consultado el 30 de noviembre de 2013 .
- ^ "Productos marinos Hemisphere GNSS" . Consultado el 26 de enero de 2015 .
- ^ "Kit marino de Warwick Control Technologies" . Consultado el 27 de abril de 2018 .
- ^ "Puerta de enlace bidireccional NMEA 2000/0183 + WiFi" . Puerta de enlace bidireccional Quark-elec NMEA 2000/0183 .
enlaces externos
- Página web oficial de NMEA 2000
- Lista de productos certificados por NMEA 2000
- Números de grupo de parámetros NMEA 2000 y descripción breve
- Descripciones de grupos de parámetros NMEA 2000 (mensajes) con descripción de campo (más larga)
- Manual de instalación y planificación de ODVA: Sistema de cable DeviceNet: cableado de red para redes DeviceNet, gran parte del cual se aplica a redes NMEA 2000.
- Luft LA, Anderson L, Cassidy F. "NMEA 2000: Una interfaz digital para el siglo XXI" 2002-01-30