Plongée dans le Bus de Communication Nautique

Suite à mon article Fabriquer son Traceur Marine pour pas cher, je me suis dit qu’il fallait démystifier le sujet. Le NMEA2000 est un standard de communication utilisé dans les systèmes électroniques nautiques pour permettre à divers instruments de communiquer entre eux via un réseau unique. Basé sur une architecture robuste et scalable, ce bus est largement utilisé pour centraliser les données et optimiser la gestion de l’électronique à bord.

Le NMEA2000 est un standard de communication utilisé dans les systèmes électroniques nautiques pour permettre à divers instruments de communiquer entre eux via un réseau unique. Basé sur une architecture robuste et scalable, ce bus est largement utilisé pour centraliser les données et optimiser la gestion de l’électronique à bord. Voyons de plus près son fonctionnement et les nombreux instruments qu’il peut connecter.

Le protocole réseau NMEA a été développé dans les années 80 par la National Marine Electronics Association, avec pour objectif de créer un système de transmission de données entre des appareils de types différents et conçus par des constructeurs variés. Avec ce protocole, les données de GPS, de vent, de profondeur, d’AIS, de vitesse, du moteur et du compas peuvent être échangées entre, par exemple, des appareils Simrad, Garmin et Raymarine. Pour ce faire, une interface NMEA2000 est requise. Les images, telles que celles du radar ou provenant du sondeur de pêche, ainsi que les éléments de cartographie, ne peuvent pas être transmises via le protocole NMEA2000.

Le protocole NMEA0180 a été la première norme en vigueur dans les années 80 et au cours des années suivantes, il a été amélioré pour aboutir au protocole NMEA0183. Depuis lors, c’est le protocole NMEA2000 qui lui a succédé et est devenu la norme pour les réseaux embarqués, et qui est utilisé pour beaucoup des appareils utilisés. Dans un réseau NMEA2000, les données sont transmises via un Bus CAN (Controller Area Network). Le Bus de données CAN simplifie l’installation et transmet les données à tous les appareils du réseau. Parmi les appareils NMEA2000 standards, on trouve des capteurs de vent, des antennes GPS, des appareils AIS, des capteurs de profondeur et de vitesse, des écrans multifonctions, des instruments, ainsi que des pilotes automatiques.

Le NMEA2000 est aussi connu sous le nom de N2K. De plus, le système comporte des variantes avec des noms spécifiques selon les marques, comme, par exemple, SeaTalkNG (Raymarine) ou Simnet (Simrad).

Voyons de plus près son fonctionnement et les nombreux instruments qu’il peut connecter.

Fonctionnement du Bus NMEA2000

Le NMEA2000 fonctionne sur une architecture en topologie linéaire qui permet de connecter plusieurs appareils à travers un même réseau. Contrairement au standard plus ancien NMEA0183, NMEA2000 permet une communication bidirectionnelle, gérant simultanément les données de multiples équipements grâce à un débit beaucoup plus élevé (jusqu’à 250 kbps). Ce bus utilise des câbles spécifiques à 4 fils pour l’alimentation et la transmission de données, dont les détails sont expliqués plus loin.

Les MFD (Multi-Function Display) jouent un rôle central dans ce réseau en offrant une interface utilisateur pour afficher les informations des différents instruments connectés. Le Glass Bridge, une version haut de gamme des MFD, offre une visualisation centralisée, permettant aux navigateurs d’avoir toutes les données importantes sur un même écran.

Instruments Connectables au Bus NMEA2000

Femnett/Maretron, LLP, CC BY 2.5, via Wikimedia Commons

L’un des principaux atouts du NMEA2000 est sa capacité à connecter une vaste gamme d’instruments, offrant ainsi une gestion complète de l’électronique embarquée. Voici une liste non exhaustive des équipements compatibles et leurs unités de mesure, qui peuvent tous interagir via ce bus commun :

1. 1. GPS (Global Positioning System)
      • Données : Latitude, longitude, vitesse, cap.
      • Unités : Degrés (pour la position), nœuds (pour la vitesse).
   2. AIS (Automatic Identification System)
      • Données : Identification des navires, position, vitesse, route.
      • Unités : Degrés (position), nœuds (vitesse).
   3. Sondeur (Échosondeur)
      • Données : Profondeur de l’eau sous la quille.
      • Unités : Mètres ou pieds (profondeur).
   4. Anémomètre
      • Données : Vitesse du vent.
      • Unités : Nœuds, mètres par seconde.
   5. Girouette
      • Données : Direction du vent.
      • Unités : Degrés par rapport au nord ou à l’avant du navire.
   6. Pilote Automatique
      • Données : Cap à suivre, correction de trajectoire.
      • Unités : Degrés pour le cap, mètres pour la déviation.
   7. Système de Propulsion (Moteur)
      • Données : Régime moteur, température, pression d’huile, consommation de carburant.
      • Unités : Tours par minute (RPM), degrés Celsius (température), bars (pression).
   8. MPPT (Maximum Power Point Tracking)
      • Données : Rendement des panneaux solaires, tension et courant produits.
      • Unités : Volts, ampères.
   9. Moniteur de Batterie
      • Données : Tension, état de charge, courant de décharge.
      • Unités : Volts, ampères, pourcentage de charge.
   10. Capteur de Température

• • • Données : Température intérieure ou extérieure.
    • Unités : Degrés Celsius ou Fahrenheit.

1. 11. Capteur de Gîte et Tangage

• • • Données : Inclinaison longitudinale et latérale du navire.
    • Unités : Degrés.

1. 12. Compas Électronique

• • • Données : Cap magnétique ou vrai.
    • Unités : Degrés.

1. 13. Transpondeur Radar

• • • Données : Objets et obstacles détectés.
    • Unités : Distance en milles nautiques.

1. 14. Capteurs de Niveau de Carburant

• • • Données : Volume de carburant dans les réservoirs.
    • Unités : Litres ou pourcentage de capacité.

1. 15. Capteurs de Pression d’Eau

• • • Données : Pression dans les systèmes d’eau douce ou salée.
    • Unités : Bars ou PSI (Pound per Square Inch).

1. 16. Capteurs de Qualité de l’Air

• • • Données : CO2, humidité, température intérieure.
    • Unités : PPM (Parties par million) pour le CO2, pourcentage pour l’humidité.

Cette liste n’est pas exhaustive, mais elle montre la diversité des équipements qui peuvent être reliés au NMEA2000, créant un véritable écosystème de données interconnectées. Chaque instrument communique via un protocole standardisé, facilitant ainsi leur gestion par un seul et même écran, un MFD, capable de regrouper toutes ces informations.

Les Connectiques Propriétaires

Certaines grandes marques comme Raymarine, Garmin, B&G, et Simrad utilisent des connecteurs propriétaires, ce qui peut compliquer l’intégration d’appareils de différents fabricants. Toutefois, des adaptateurs existent pour assurer la compatibilité avec le bus NMEA2000, garantissant une interopérabilité entre les équipements de marques diverses.

La Connectique du NMEA2000 (PINOUT)

Le NMEA2000 utilise des câbles à 4 brins (+ gaine blindée : Shield) qui jouent un rôle crucial dans la transmission des données et l’alimentation des appareils connectés au réseau :

1. 1. Alimentation Positive (+12V ou +24V) [NET-S] : Fournit le courant électrique au réseau et aux appareils connectés.
   2. Alimentation Négative (GND) [NET-C] : Complète le circuit électrique pour les appareils alimentés.
   3. Données Positive (CAN High)  [NET-HI] : Transmet les signaux numériques des appareils vers le réseau.
   4. Données Négative (CAN Low) [NET-LO] : Complète le circuit de données pour assurer la communication bidirectionnelle.

Ces câbles sont conçus pour résister aux environnements marins hostiles, avec des connecteurs étanches et des protections contre les interférences électromagnétiques, garantissant ainsi une communication fiable à bord.

Conclusion

Le NMEA2000 a transformé la manière dont les marins gèrent l’électronique de leurs bateaux, en centralisant les informations cruciales et en permettant une intégration fluide de nombreux équipements. Grâce à ce standard, les systèmes à bord deviennent plus intelligents, plus faciles à gérer et plus sûrs, tout en offrant une évolutivité continue pour les besoins futurs.

Le bus NMEA2000 est aujourd’hui un standard incontournable pour les navigateurs modernes, qu’il s’agisse de loisirs ou de professionnels, permettant une gestion optimale des systèmes électroniques tout en maintenant une simplicité d’utilisation grâce à ses interfaces intuitives.