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Collegare un nuovo GPS su un'imbarcazione d'epoca a volte sembra una piccola indagine elettrica. Tra i cavi di una rete NMEA 0183, la dorsale di un NMEA 2000, i protocolli specifici di alcuni produttori e l'arrivo di Signal K, la questione non si limita alla scelta di una presa. È necessario capire come circolano i dati, come sono collegati i dispositivi e quando diventa necessario un gateway.
NMEA 0183, un collegamento semplice ma che diventa presto ingombrante
Per un diportista che possiede strumenti di vecchia generazione, il protocollo NMEA 0183 rimane un protocollo importante da conoscere. Utilizzato fin dagli anni ?80, trasmette le informazioni sotto forma di stringhe ASCII. La posizione GPS, la rotta e altri dati di navigazione vengono così trasmessi sotto forma di testo strutturato.
La velocità standard raggiunge i 4.800 baud e può arrivare fino a 38.400 baud. Questa architettura è adatta a quantità di dati limitate. Mostra invece i propri limiti quando il numero di dispositivi aumenta o quando i dati diventano più voluminosi.
Il cablaggio costituisce l'altro aspetto da tenere sotto controllo. Lo standard NMEA 0183 si basa essenzialmente su collegamenti punto a punto: un dispositivo trasmette, un altro riceve. Per distribuire o raggruppare le informazioni tra più strumenti, è necessario organizzare i collegamenti e, a seconda dell'installazione, aggiungere un multiplexer.
Questo è al tempo stesso il suo punto di forza e la sua debolezza. Su un impianto di dimensioni ridotte, il funzionamento rimane abbastanza chiaro e le frasi trasmesse possono essere esaminate direttamente per individuare un guasto. Su un?imbarcazione dotata di GPS, AIS, VHF con DSC, autopilota e diversi display, il flusso di dati può invece assumere rapidamente l?aspetto di un piatto di spaghetti.
NMEA 2000 modifica sia il cablaggio che il flusso dei dati
NMEA 2000 non è solo una versione più veloce di NMEA 0183. La sua architettura è diversa. Il protocollo si basa su un bus CAN e funziona a 250 kbit/s. Le informazioni non vengono più inviate sotto forma di stringhe ASCII, ma sotto forma di messaggi binari identificati dai PGN, i Parameter Group Numbers.
L'installazione è strutturata attorno a una dorsale, spesso indicata con il termine inglese "backbone". Le apparecchiature si collegano a questa dorsale tramite le proprie derivazioni. Le terminazioni da 120 ? chiudono la rete.
Questa organizzazione semplifica l'aggiunta di più strumenti. Sensori, display e altre apparecchiature possono condividere la stessa infrastruttura, evitando così di moltiplicare i collegamenti diretti tra i dispositivi.
Anche l'alimentazione passa attraverso la rete, in un intervallo specificato compreso tra 9 e 16 V CC. Lo schema elettrico assume quindi tutta la sua importanza. Una dorsale, con le sue terminazioni e le sue derivazioni, non va cablata come una successione di connessioni NMEA 0183.
In caso di un impianto nuovo o con numerosi dispositivi, questa architettura facilita le interconnessioni. Una ristrutturazione, invece, richiede maggiore attenzione. L'installazione iniziale della dorsale comporta un costo aggiuntivo e la diagnostica non offre più la lettura immediata delle stringhe ASCII disponibile con lo standard NMEA 0183.
Il passaggio da NMEA 0183 a NMEA 2000 richiede la conversione dei dati
La coesistenza dei due standard è probabilmente la situazione più interessante per il proprietario di un'imbarcazione di seconda mano. Sostituire tutta l'elettronica solo perché un nuovo display utilizza un protocollo diverso non ha molto senso quando i vecchi sensori funzionano ancora correttamente.
Ma collegare fisicamente due dispositivi non basta. NMEA 0183 e NMEA 2000 non utilizzano né la stessa architettura né lo stesso formato di messaggi. Un gateway funge quindi da interprete tra le reti.
Questa logica si ritrova anche nei sistemi proprietari. NKE, ad esempio, utilizza la propria rete Topline per collegare sensori, display e pilota automatico. Si tratta di un collegamento seriale half-duplex organizzato a bus. Un display master gestisce gli altri elementi della rete.
I dati Topline sono in formato binario e contengono, in particolare, informazioni relative a vento, velocità, profondità e rotta. Per trasmettere questi dati ad altre apparecchiature, NKE propone un dispositivo N2K che garantisce la conversione tra Topline, NMEA 0183 e NMEA 2000.
La questione della modernizzazione diventa quindi meno «quale dispositivo sostituire?» e più «quali dati occorre conservare e come farli circolare?». Identificare i protocolli presenti a bordo prima di acquistare un display, un GPS o un pilota evita di scoprire, dopo l?installazione, che nella catena manca un?interfaccia aggiuntiva.
SeaTalk, Topline e CAN Bus complicano i lavori di rinnovamento dell'impianto elettronico
Gli standard NMEA non sono gli unici a essere rimasti indietro. Diversi produttori hanno sviluppato le proprie reti.
Raymarine utilizza SeaTalk sulle sue apparecchiature più datate e SeaTalkng sulle generazioni più recenti. SeaTalkng si basa su NMEA 2000, pur conservando alcune caratteristiche specifiche del produttore.
Furuno utilizza inoltre una rete basata su CAN Bus per alcuni radar ed ecoscandagli, con messaggi specifici. Quando è necessario convertire queste informazioni in un formato compatibile con la rete NMEA, diventa necessaria un'interfaccia dedicata.
Questi sistemi proprietari non rappresentano necessariamente un problema quando l'intero impianto fa parte dello stesso ambiente tecnico. La difficoltà emerge soprattutto al momento della ristrutturazione. Spesso su una barca l'elettronica viene sostituita a pezzi: un GPS quest'anno, un AIS in seguito, poi un autopilota quando quello vecchio smette di funzionare.
Prima di collegare un dispositivo, è quindi necessario verificare cosa si nasconde dietro il suo pannello frontale. Un vecchio display può essere un semplice ricevitore, ma può anche ricoprire una funzione importante nell'organizzazione della rete. Su Topline, ad esempio, uno dei display svolge il ruolo di master. Rimuovere un'apparecchiatura senza comprendere questa architettura può quindi avere conseguenze in altre parti dell'impianto.
Signal K rende accessibili i dati dell'imbarcazione alle applicazioni e alla rete informatica
Signal K affronta la questione della circolazione dei dati marini da una prospettiva diversa. Questo standard aperto utilizza, tra l?altro, JSON, HTTP, WebSocket e MQTT. In questo modo avvicina la strumentazione nautica alle architetture informatiche impiegate dalle applicazioni web, dai dispositivi mobili e dai servizi connessi.
Il principio consiste, in particolare, nel recuperare le informazioni provenienti dalle apparecchiature di bordo e renderle utilizzabili in questo ambiente. Alcuni gateway consentono di ricevere dati in formato NMEA 0183 o NMEA 2000.
Un impianto può quindi mantenere i propri sensori e strumenti nautici aggiungendo al contempo un livello informatico. L?AIS e il GPS possono, ad esempio, fornire dati a un gateway Signal K, mentre gli strumenti collegati al NMEA 2000 rimangono connessi alla propria rete. Il server Signal K scambia quindi le informazioni con dispositivi collegati tramite Wi-Fi o con altri servizi di rete.
Questa flessibilità comporta un nuovo vincolo. A differenza di un semplice scambio NMEA 0183, Signal K richiede un?infrastruttura informatica, in particolare Wi-Fi o Ethernet a seconda dell?installazione. Il diportista non deve quindi più occuparsi solo dei cavi di dati e dell?alimentazione elettrica, ma deve anche tenere conto della rete informatica di bordo.
Prima di rifare la rete, occorre innanzitutto mappare quella esistente
NMEA 0183, NMEA 2000, Signal K e i protocolli proprietari si basano su architetture diverse. Non esiste quindi uno schema unico adatto a tutte le imbarcazioni.
Lo standard NMEA 0183 rimane interessante quando è necessario mantenere in uso apparecchiature obsolete o effettuare alcune semplici sostituzioni. Lo standard NMEA 2000 facilita il collegamento in rete di un numero maggiore di sensori e strumenti attorno a una dorsale comune. Signal K aggiunge un gateway verso le applicazioni, il Wi-Fi e i servizi informatici. Per quanto riguarda le reti proprietarie, è necessario verificarne la compatibilità prima di apportare qualsiasi modifica.
La prima fase di un intervento di aggiornamento elettronico consiste quindi nel redigere la mappa di bordo: dispositivi presenti, protocollo utilizzato da ciascuno, alimentazione, trasmettitori e ricevitori NMEA 0183, componenti della dorsale NMEA 2000 ed eventuali gateway.
Questo resoconto sembra meno entusiasmante che scartare un nuovo schermo multifunzione. Ma a bordo, sapere dove vanno a finire i dati prima di tagliare i cavi rimane un modo piuttosto efficace per mantenere la rotta.
