Redes NMEA2000
En este articulo intentaremos arrojar luz sobre las redes NMEA2000, que necesitamos para instalarlas en nuestra embarcación y como hacerlo.
Para empezar vamos a definir una serie de términos que usaremos durante el presente articulo y que, si bien no es necesario que nos los aprendamos, si al menos que nos suenen.
- Cable principal: junto con los conectores en T, el cable principal crea la principal vía de comunicación de la red NMEA 2000. El cable principal conecta dispositivos NMEA 2000 que se encuentran separados entre sí. La longitud máxima del cable principal es de 100 m.
- Cable de caída de voltaje: cable que conecta un dispositivo NMEA 2000 al cable principal NMEA 2000. Los cables de caída de voltaje están sujetos a una longitud máxima de 6 m.
- conector en T: conector de tres direcciones con un microconector macho y dos microconectores hembra. Se utiliza para conectar un dispositivo NMEA 2000 al cable principal NMEA 2000 a traves de los cables de caida de voltaje.
- Terminador: resistencia de 120 ohmios colocada en ambos extremos del cable principal NMEA 2000. Una terminación correcta ayuda a garantizar la integridad de la señal a través de todo el cable principal.
- Terminador en línea: terminador especial con conectores macho y hembra en cada extremo. Permite la conexión directa a un dispositivo situado en el extremo del cable principal NMEA 2000. Simplifica la instalación, ya que no necesita conector en T, terminador ni cable de caída de voltaje para el dispositivo conectado en el extremo del cable principal.
- Dispositivo: hardware electrónico que se conecta a la red NMEA 2000. Un dispositivo puede limitarse a recibir datos transmitidos por otros dispositivos de la red, o bien transmitir y recibir datos en la red.
- Alimentación de la red: 12 V de CC suministrados a la red NMEA 2000. Se debe conectar a través de un conmutador (en lugar de conectarse directamente a la batería), dado que algunos dispositivos siempre están encendidos cuando reciben alimentación de NMEA 2000. Nota: losdispositivos NMEA 2000 deben funcionar con una alimentación de 9 a 16 V de CC, con una alimentación nominal de 12 V de CC.
- LeN (número de equivalencia de carga): este número indica la cantidad de corriente que un dispositivo extrae de la red NMEA 2000. 1 LEN = 50 mA. Cada dispositivo debe contar con un valor de LEN especificado en el producto o en la documentación del producto.
Una vez que hemos definido estos conceptos empezemos con un poco de historia. La red NMEA2000 viene a sustituir y sumplir las carencias de la antigua red NMEA0183. Esta nueva implementación de NMEA se basa en un protocolo conocido y usado hace bastante años en otros campos, como el transporte, el llamado CANBus, un protocolo en cual existen multiples emisores y multples receptores de alta velocidad.
Distinguimos dos capas:
- Una capa lógica o de software de protocolo NMEA2000 basada en CANBus J1939.
- Una capa fisica o de hardware formada por el cableado, conectores y alimentación.
El principal canal de comunicación de una red NMEA2000 es el cable principal, y a él van conectados todos lo dispositivos, siguiendo una serie de normas, mediante un conector en T. Este cable principal debe estar alimentado por 12Volt. y se deben colocar terminadores en ambos extremos del mismo.
Algunos punto a tener en cuenta a la hora de realizar nuestra red NMEA2000:
- La distancia entre dos puntos de la red no debe superar lo 100 metros, para calcular dicha distancia mediremos la distancia entre los dos terminadores del cable principal y le sumaremos la longitud del cable de caida de voltaje de los dispositivos que queramos medir.
- La suma de todos los cables de caida de voltaje no debe superar los 78 m.
- La longitud máxima de un cable de caida de voltaje es de 6 m.
- No podemos conectar mas de 50 dispositivos NMEA2000 a la red.
Lo primero que debemos hacer para diseñar nuestra red NMEA2000 es elaborar un pequeño esquema de lo que queremos lograr, en este esquema especificaremos como mínimo lo siguiente:
- Dispositivos a conectar a la Red con su correspondiente LEN (número de equivalencia de carga). Ya veremos que el LEN es fundamental a la hora del montaje y distancia de los dispositivos a la fuente de alimentación.
- Distribución aproximada de los dispositivos en la embarcación y ubicación del cable principal. De aqui sacaremos la distancia de los dispositivos al cable principal y la longitud total del mismo.
Veamos como sería una red NMEA2000 básica:
Bien empecemos a montar nuestra red NMEA2000, lo primero que haremos será construir la columna vertebral de nuestra red.
El cable principal.Usaremos los conectores en T, tantos como dispositivos a instalar, y ampliaremos el cable con las longitudes que necesitemos.
Los laterales de los conectores T los usaremos para la construcción del cable principal y la parte superior para la conexión de los dispositivos. Crearemos de esta forma una construcción lineal de red NMEA2000.
La alimentación.Necesitamos una alimentación de 12 Volt. de CC., podemos conectar el cable principal de la red NMEA2000 a conmuntador de alimentación auxiliar de la embarcación, si no disponemos de dicho conmutador podemos conectar el cable de alimentación directamente a la bateria instalando un conmutador de linea. Esto último es fundamental, ya que si conectamos la red directamente a la bateria sin conmutador está puede agotarse.
A la hora de colocación de la fuente de alimentación en nuestra red NMEA2000, tenemos que tener en cuenta el consumo de energia de los dispositivos que vamos a conectar a la red. Nuestra red funcionará correctamente siempre que no haya una caida de voltaje de mas de 3 V de CC entre la fuente de alimentación y el dispositivo mas alejado de la fuente de alimentación.
Para calcular la caida de voltaje, que se produce en nuestra red, usaremos la siguiente formula:
Caida de Voltaje = resistencia de cable x distancia(de la fuente al dispositivo mas alejado) x carga de la red*0.1
La carga de la red es la suma de los numeros de equivalencia LEN de los dispositivos que se encuentran entre la fuente de alimentación y el extremo de la red.
Una vez realizado este cálculo tenemos:
< 3V de CC de caida, podemos conectar la fuente de alimentación en el extremo o en el centro del cable principal de nuestra red.
> 3V de CC de caida, debemos conectar la fuente en el centro de nuestra red, procurando equilibrar la caida de tensión en ambos lados.
Veamos un ejemplo práctico.
Tenemos una red NMEA2000 con una longitud total de cable de 38 metros entre la fuente de alimentación y el último dispositivo, una resistencia del cable de 0.053, en la que queremos conectar 3 dispositivos, cuyos LEN son 4, 5 y 7 respectivamente.
si realizamos los calculos con la formula obtendremos:
Caida de voltaje = 0.053 x 38 x (4 + 5 + 7) x 0.1 = 3.22 V de CCComo vemos
la caida de voltaje es > 3 V de CC, por lo que debemos conectar la fuente de alimentación en el centro de nuestra red, intentado equilibrar la caida y que esta funcione correctamente, quedando de la siguiente forma:
Si ahora realizamos la formula para ambos lados tenemos:
Lado Izquierdo = 0.053 x (2 + 20 + 2) x (4 +5) x 0.1 = 1.448 V de CCLado Derecho = 0.053 x (2 + 10 + 6) x (5 +7) x 0.1 = 0.114 V de CCSeñalar que el LEN de valor 5 corresponde al conector T que esta unido al conector T de la alimentación y lo tendremos en cuenta para el calculo a ambos lados.
Como vemos ahora la caída de voltaje es
inferior a 3 V de CC a ambos lados de la fuente de alimentación.
Terminación de la Red.Tenemos 2 opciones a la hora de terminar nuestra Red NMEA2000.
Terminadores estandar, uno macho y otro hembra colocados en ambos extremos de nuestra Red.
Terminadores en Linea. Son unos terminadores que nos permiten conectar un último dispositivo a nuestra red NMEA2000, no pudiendo conectarse a este terminal conectores en T ni terminadores adicionales.
Esperamos que con esta breve explicación os hayamos resuelto algunas dudas, para terminar os ponemos el esquema de un red NMEA2000 en una embarcación, con los dispositivos que podría llevar en la red.
En un próximo post pondremos imágenes reales de una red NMEA2000 que vamos a montar en una embarcación, que incluirá sensores de motor, sondas, plotters, GPS, etc
