Esperienze di costruzione di una rete NMEA 0183 (concetti base)

Un giorno ho acquistato via Internet un piccolo “multiplexer” NMEA 0183 con l’intenzione di collegare gli strumenti della mia barca e farli colloquiare fra loro. In fondo una volta ero un elettronico e oggi un informatico e dovrei essere capace di maneggiare questi strumenti.

Ho scelto un oggetto economico, indicatomi da un amico,  che mi sembrava davvero intelligente, prodotto da un velista spagnolo (Vela Navega).

Me lo sono studiato un po’, dato che diverse cose di questo protocollo NMEA (qui il sito ufficiale della National Marine Electronics Association) mi erano oscure, poi l’ho messo in un cassetto, in attesa di avere il tempo di approfondire. Sono passati quasi due anni.
Finalmente questa primavera ho preso il toro per le corna. Dovevo far funzionare la rete di un amico che doveva attraversare gli oceani e quindi dovevo sperimentare e capire quello che non mi era chiaro. Allora ho realizzato la rete sulla mia barca Moma e poi sulla sua ed ecco cosa ho imparato sulla base della mia esperienza.

Un po’ di concetti:

Una rete NMEA 0183 (qui cos’è e come funziona), da non confondere con la NMEA 2000 di cui parleremo sotto, è una rete concettualmente molto semplice. Di base uno strumento nautico, per esempio un plotter cartografico, o un AIS, possiede 2 fili per inviare dati e 2 fili per riceverli, tutto qui.
(Spesso i fili non sono 4, ma 3, perché il “negativo” delle due coppie è comune e a volte coincide col negativo dell’alimentazione 12V.)
Qui un documento in inglese (chiedo scusa, ma non ricordo da dove l’ho scaricato) con le logiche di connessione dettagliate per chi vuole approfondire.

Immaginiamo di far voler far parlare il plotter con un ricetrasmettitore (transponder) AIS, di un tipo privo di una propria antenna GPS, antenna di cui è invece provvisto il plotter.
Per far funzionare il tutto come si deve dobbiamo collegare i due apparati sia in ingresso, che in uscita.

Perché l’AIS possa trasmettere alle navi vicine tramite segnale VHF la posizione della nostra barca, collegheremo quindi il filo positivo di uscita del plotter al positivo di ingresso dell’AIS, e il filo negativo (o comune) di uscita del plotter al negativo (o comune) di ingresso dell’AIS.
In questo modo le nostre coordinate geografiche “escono” dal plotter ed “entrano” nell’AIS, che le ritrasmette tutt’intorno a noi.

Analogamente, perché il plotter ci mostri sulla carta le navi che si avvicinano a noi, dobbiamo acquisire i dati che escono dall’AIS all’interno del plotter.
Quindi collegheremo quindi il filo positivo di uscita dell’AIS al positivo di ingresso del plotter, e il filo negativo (o comune) di uscita dell’AIS al negativo (o comune) di ingresso del plotter.

Siccome la maggioranza degli AIS oggi possiede una propria antenna GPS, di solito il primo dei due collegamenti illustrati resta libero, quindi possiamo utilizzarlo per collegare un terzo apparato che richieda quei dati che escono dal plotter.
Per esempio, se possediamo un computer con installata sopra l’applicazione cartografica OpenCPN possiamo collegare l’uscita del plotter al nostro PC o Mac e vedere sul suo schermo sia la nostra posizione generata dal GPS, che la posizione delle altre navi che è passata attraverso al plotter.

Oppure quei due fili in uscita dal plotter potrebbero andare all’ingresso del nostro timone elettrico, configurando il plotter per inviargli i comandi di rotta.

Il Multiplexer:

Tutto molto semplice quindi: l’uscita di un apparato si collega all’ingresso di un altro, rispettando positivo e negativo.
Se mi occorre posso anche collegare assieme gli ingressi di due apparati (per esempio un plotter in coperta e uno in quadrato) perché “ascoltino” gli stessi dati provenienti da uno strumento del vento.

Ma cosa succede se voglio mandare al plotter i dati che escono dalla stazione del vento, ma anche dall’eco-scandaglio, dal radar, dal motore, e ogno altro apparato? Il mio filo d’ingresso nel plotter è già occupato e non posso collegare le uscite di 2 o 3 apparati su un solo filo d’ingresso. I “messaggi” NMEA si mescolerebbero e sarebbero incomprensibili, perché il “protocollo” NMEA non prevede la possibilità di collegare più “parlatori”.
Ecco allora che per farlo mi occorre il multiplexer di cui parlavo all’inizio.

Il compito di quest’apparecchietto è proprio quello di acquisire i segnali di diversi apparati NMEA e “accodarli” in un’unica uscita ordinata.

Le sentenze NMEA:

Ho parlato di messaggi, per indicare le informazioni che un apparato trasmette, ma in termini tecnici questi messaggi sono composti da “frasi” chiamate “sentenze“, che hanno una precisa struttura.
Al navigatore di solito non interessa conoscere ogni singola sentenza, ma può essere utile capire di cosa si tratta, quindi riporto solo qualche nozione.
Una semtenza inizia sempre con un “$“, seguito da 2 lettere che indicano il tipo di apparato che “parla” e da altre 3 lettere che spiegano che tipo di dato contiene la sentenza.
Poi, separati da virgole, ci sono i dati veri e propri, quindi tempina con “*” (asterisco) e 2 lettere di controllo della qualità di ciò che si è ricevuto (checksum)

Per esempio analizziamo questa sentenza:
$GPGLL,4538.331,N,01303.282,E,165931.,A*21

GP = indica un’informazione che proviene da un GPS
GLL = Identifica dei dati di posizione Geografica con Latitudine e Longitudine
4538.331 = una Latitudine
N = Nord
01303.282 = una Longitudione
E = Est
165931 = l’ora in formato UTC in hhmmss
A = modalità
21 il checksum

Ci sono decine di tipi di sentenze e ogni apparato collegato acquisisce solo quelli che lo riguardano e scarta gli altri.
(Chi volesse approfondire può cominciare dando una lettura a questi  link: https://www.marinepanservice.com/glossario/nmea-national-marine-electronics-association  e  https://it.wikipedia.org/wiki/NMEA_0183 )

Può accadere che i dati GPS emessi dal plotter e che debbono essere ricevuti dal VHF per l’uso del DSC, però vadano in conflitto con i dati GPS emessi dall’AIS. Un’utile funzione di molti mutiplexer può essere anche quella di “filtrare” le sentenze, lasciando passare quelle che includono la sigla “GLL” solo se arrivano dal plotter e bloccandole se arrivano dall’AIS, ma lasciando passare quelle relative alle navi in avvicinamento.

Connessioni:

Per quelli più esperti, possiamo spiegare che le connessioni NMEA 0183 altro non sono che connessioni “seriali” semplificate, in tutto analoghe alle RS232 dei computer. Infatti si possono collegare direttamente a un computer provvisto di quella porta, oppure tramite un’adattatore USB (tipo quello in vendita qui).

Nella pratica si tratta di unire fra loro banalmente dei sottili fili elettrici tramite dei “morsettini” (sconsiglio i vecchi “Mammouth”), o saldandoli con uno stagnatore.

Ma c’è un parametro di configurazione che viene spesso richiesto e che conviene tenere presente quando si abbinano due apparati ed è la “velocità” di trasmissione (o Baud-Rate), espressa in “bit” per secondo (“b/s”).
I valori possono essere diversi (2.400, 4.800, 9.600, 19.200, ecc.), ma in pratica ne vengono utilizzati 2 o 3 soli da quasi tutte le aziende:
4.800 (low speed) o 38.400 (high speed), in alcuni apparati recenti 115.200. Il valore deve essere il medesimo sia per l’apparato che trasmette, che per quello che riceve.

La rete NMEA 2000:

Il protocollo NMEA 0183 è piuttosto vecchiotto e, come abbiamo visto, richiede un multiplexer per far parlare più apparati. Ecco perché anni fa è nata la rete NMEA 2000 (qui cos’è e come funziona).
Questa rete semplifica la vita all’utente che non possiede competenze di connessioni elettroniche e toglie il problema del multiplexer.
Infatti si basa su un tipo di connessione che chiamiamo a “Bus“, che permette di innestare tuti gli apparati che vogliamo, su di un unico cavo che ha diverse “prese” di collegamento.

Se un armatore deve acquistare tutta l’elettronica ex novo, ovviamente, io consiglio di utilizzare tutti apparati NMEA 2000, ma spesso si posseiedono già vecchi strumenti con l’NMEA 0183, che è un peccato buttare, inoltre il 2000 è un sistema decisamente più costoso.

Esistono comunque anche apparecchi con ambedue gli standard e, se occorrono, ci sono accessori che permettono di interconnettere le due le reti. (Uno di questi è l’N2K0183 di Vela Navega, che è economico.)
Un convertitore (o un collegamento WiFi) è comunque necessario se si vuole far colloquiare una rete NMEA 2000 con un computer.

Le reti SeaTalk1 e SeaTalkNG:

Una cattiva abitudine che hanno molte le grosse aziende di elettronica e informatica è quella di inventarsi tecnologie “proprietarie” per fare le stesse cose che già fanno tecnologie standard usate da tutti.
È questo il caso di Raymarine, uno dei leader di strumenti per la navigazione, che anni addietro inventò la rete SeaTalk1, come miglioramento di sua sola proprietà dell’NMEA0183 e anni dopo il più performante SeaTalkNG (che non è compatibile neanche con il suo SeaTalk1).

Se il SeaTalk1 aveva anche una giustificazione tecnica, perché effettivamente migliorava/semplificava lo 0183, con il SeaTalkNG non vedo la stessa giustificazione a paragone del più potente NMEA 2000.

Comunque, se dovete interconnettere apparati SeaTalk (per esempio il notissimo “i60 Wind” di Raymarine) con reti NMEA vi occorre un convertitore (vi occorre anche fra SeaTalk1 e SeaTalkNG), non basta un cavetto con spinotti diversi ai 2 capi, perché oltre ai connettori ci sono differenze anche nei dati che vengono trasmessi.
In questa pagina di Vela Navega una buona comparazione del protocollo SeaTalk1 con l’NMEA0183.

Tra l’altro, è interessante sapere che il loro multiplexer NMEA4WiFi (quello che ho installato io) ha una porta in grado di “ascoltare” in modalità SeaTalk, mentre il modello NMEA3WiFi ha una porta di ingresso in meno, ma aggiunge una porta SeaTalk in uscita.

 

Le esperienze sul campo da prendere come esempi:

In questa pagina racconto la costruzione della complessa rete NMEA 0183 di Moma:
https://moma.valeriominnella.it/cultura-nautica-e-di-mare/elettronica/esperienze-di-costruzione-di-una-rete-nmea-0183-la-rete-di-moma/

In questa la più semplice rete di Itaca2:
https://moma.valeriominnella.it/cultura-nautica-e-di-mare/elettronica/esperienze-di-costruzione-di-una-rete-nmea-0183-la-rete-di-itaca2/