# Protocolo Concentrador NMEA2000-USB **AR-Autopilot — Tarjeta Concentrador** Versión 1.0 — 2026-05-23 --- ## Arquitectura general ``` Software (J6412 / Tablet / PC) │ │ NMEA 0183 ASCII @115200 bps por USB (CH340N) ▼ ┌─────────────────────────────────────┐ │ ESP32 Concentrador │ │ NMEA 0183 ←→ NMEA 2000 gateway │ └─────────────────────────────────────┘ │ │ NMEA 2000 (CAN 250 kbps) ▼ Backbone del barco ``` - **USB → ESP32 (IN)** : sentencias NMEA 0183 que el software envía como comandos - **ESP32 → USB (OUT)**: sentencias NMEA 0183 que el ESP32 emite con datos del backbone - **Formato**: ASCII, terminado en `\r\n`, checksum NMEA estándar `*XX` - **Velocidad**: 115200 bps en todos los puertos USB --- ## Hardware — Puertos USB ``` UART1 TX → CH340N #1 → USB-OUT1 (puente — solo lectura) → CH340N #2 → USB-OUT2 (cockpit — solo lectura) → CH340N #3 → USB-OUT3 (flybridge — solo lectura) → CH340N #4 → USB-OUT4 (reserva — solo lectura) UART2 RX ← CH340N #5 ← USB-IN1 (puente — manda comandos) ← CH340N #6 ← USB-IN2 (cockpit — manda si tiene el mando) ← CH340N #7 ← USB-IN3 (flybridge — manda si tiene el mando) ← CH340N #8 ← USB-IN4 (reserva — futuro) ``` **IDs de estación:** | ID | Estación | Prioridad | |-----|-----------|-----------| | 01 | Puente | Máxima — override sin confirmación | | 02 | Cockpit | Normal | | 03 | Flybridge | Normal | | 04 | Reserva | Normal | --- ## Sentencias NMEA 0183 estándar (salida ESP32 → USB-OUT) El ESP32 convierte los PGNs del backbone a estas sentencias y las emite por todos los puertos OUT cada vez que recibe datos nuevos del bus. | Sentencia | Contenido | PGN fuente | Frecuencia | |-----------|-----------|------------|------------| | `$IIHDT,x.x,T*XX` | Heading verdadero | 127250 | 10 Hz | | `$IIROT,x.x,A*XX` | Rate of turn (°/min) | 127251 | 10 Hz | | `$IIVHW,,,x.x,N,x.x,K*XX` | Velocidad agua | 128259 | 1 Hz | | `$IIDPT,x.x,0.0*XX` | Profundidad | 128267 | 1 Hz | | `$GPGLL,x.x,N,x.x,W,hhmmss,A*XX` | Posición GPS | 129025 | 1 Hz | | `$GPRMC,...*XX` | GPS completo (COG, SOG) | 129026 | 1 Hz | | `$IIMTW,x.x,C*XX` | Temperatura agua | 130310 | 0.5 Hz | | `$IIMWV,...*XX` | Viento | 130306 | 1 Hz | --- ## Sentencias propietarias AR-Autopilot (salida ESP32 → USB-OUT) Prefijo `$PARP` (P=Proprietary, ARP=AR-Pilot). ### Estado del autopilot (broadcast continuo, 2 Hz) ``` $PARP,STATUS,,,,,*XX ``` | Campo | Valores | |-------|---------| | modo | `STANDBY` `HEADING_HOLD` `TRACK` `ALARM` | | setpoint | heading objetivo en grados (000.0–359.9) | | heading | heading actual en grados | | rudder | posición timón en grados (-35.0 a +35.0, + = estribor) | | commander | ID estación con el mando (01–04, 00 = nadie) | Ejemplo: ``` $PARP,STATUS,HEADING_HOLD,045.5,044.8,-3.2,01*4F ``` ### Estado de transferencia de mando (broadcast al ocurrir) ``` $PARP,CMDTRANSFER,,*XX $PARP,CMDREQUEST,*XX ``` Ejemplos: ``` $PARP,CMDTRANSFER,01,02*3A ← el puente cedió el mando al cockpit $PARP,CMDREQUEST,02*1B ← cockpit pide el mando (pendiente de confirmación) ``` --- ## Sentencias propietarias AR-Autopilot (entrada USB-IN → ESP32) El ESP32 solo acepta estas sentencias de la estación que tiene el mando, excepto `TAKECMD` y `REQCMD` que tienen reglas propias. ### Formato general ``` $PARP,,,*XX\r\n ``` ### Comandos de control del autopilot | Sentencia | Acción | → PGN NMEA 2000 | |-----------|--------|-----------------| | `$PARP,ENGAGE,000.0,01*XX` | Activar autopilot en heading actual | PGN 127237 mode=heading_hold | | `$PARP,DISENGAGE,000.0,01*XX` | Desactivar autopilot | PGN 127237 mode=standby | | `$PARP,SETHEADING,045.5,01*XX` | Fijar heading objetivo | PGN 127237 commanded_heading | | `$PARP,PORTONE,000.0,01*XX` | Girar 1° a babor | PGN 127237 (setpoint -= 1°) | | `$PARP,STBDONE,000.0,01*XX` | Girar 1° a estribor | PGN 127237 (setpoint += 1°) | | `$PARP,PORTTEN,000.0,01*XX` | Girar 10° a babor | PGN 127237 (setpoint -= 10°) | | `$PARP,STBDTEN,000.0,01*XX` | Girar 10° a estribor | PGN 127237 (setpoint += 10°) | ### Comandos de transferencia de mando | Sentencia | Acción | Regla | |-----------|--------|-------| | `$PARP,REQCMD,000.0,02*XX` | Solicitar el mando | Avisa al commander actual; auto-transfer en 10s si no responde | | `$PARP,RELCMD,000.0,01*XX` | Ceder el mando voluntariamente | Solo el commander actual | | `$PARP,TAKECMD,000.0,01*XX` | Tomar el mando por override | Solo estación 01 (puente); inmediato, sin confirmación | | `$PARP,ACKCMD,000.0,01*XX` | Confirmar o denegar solicitud de mando | Solo el commander actual | | `$PARP,DENYCMD,000.0,01*XX` | Denegar solicitud de mando | Solo el commander actual | --- ## Protocolo de transferencia de mando ``` Estado normal: Puente (01) tiene el mando │ Cockpit quiere mando: Cockpit ──► $PARP,REQCMD,000.0,02*XX ESP32 ──► broadcast $PARP,CMDREQUEST,02*XX (todos se enteran) │ ┌────────┴────────┐ Puente confirma Puente deniega Puente no responde (10s) │ │ │ $PARP,RELCMD,02 $PARP,DENYCMD,02 auto-transfer │ │ │ commander = 02 commander = 01 commander = 02 $PARP,CMDTRANSFER,01,02*XX $PARP,CMDTRANSFER,01,02*XX Override del puente (siempre posible): Puente ──► $PARP,TAKECMD,000.0,01*XX ESP32 ──► commander = 01 inmediatamente ESP32 ──► broadcast $PARP,CMDTRANSFER,XX,01*XX ``` --- ## Mapeo NMEA 0183 → NMEA 2000 | Sentencia IN | PGN generado | Descripción PGN | |-------------|-------------|-----------------| | `$PARP,ENGAGE` | 127237 | Heading/Track Control — mode: heading_hold | | `$PARP,DISENGAGE` | 127237 | Heading/Track Control — mode: standby | | `$PARP,SETHEADING` | 127237 | commanded_heading field | | `$PARP,PORT*` / `$PARP,STBD*` | 127237 | commanded_heading ± delta | ## Mapeo NMEA 2000 → NMEA 0183 | PGN recibido | Sentencia generada | |-------------|-------------------| | 127250 — Vessel Heading | `$IIHDT` | | 127251 — Rate of Turn | `$IIROT` | | 127237 — Heading/Track Control | `$PARP,STATUS` | | 128259 — Speed Through Water | `$IIVHW` | | 128267 — Water Depth | `$IIDPT` | | 129025 — Position Rapid | `$GPGLL` | | 129026 — COG & SOG | `$GPRMC` | | 130310 — Water Temperature | `$IIMTW` | | 130306 — Wind | `$IIMWV` | --- ## Cálculo de checksum NMEA ```python def nmea_checksum(sentence: str) -> str: """sentence: contenido entre $ y * (sin incluir ambos)""" chk = 0 for c in sentence: chk ^= ord(c) return f"{chk:02X}" # Ejemplo: # sentence = "PARP,STATUS,HEADING_HOLD,045.5,044.8,-3.2,01" # checksum = "4F" # resultado = "$PARP,STATUS,HEADING_HOLD,045.5,044.8,-3.2,01*4F\r\n" ``` --- ## Seguridad y validación en el ESP32 1. **Checksum inválido** → descartar silenciosamente, no ejecutar 2. **Comando de estación sin mando** → descartar, emitir `$PARP,STATUS` con commander actual 3. **Heading fuera de rango** (< 0° o > 359.9°) → normalizar a rango válido 4. **Pérdida de datos del backbone** (> 3s sin PGNs) → emitir alarma `$PARP,STATUS,ALARM,...` 5. **Desconexión USB-IN** → no afecta la operación; el mando permanece asignado 6. **Power-on**: `commander = 00` (nadie), autopilot en STANDBY --- ## Ejemplo de sesión completa ``` [t=0s] OUT → $PARP,STATUS,STANDBY,000.0,182.3,+0.0,00*XX [t=1s] IN1 ← $PARP,REQCMD,000.0,01*XX (puente toma el mando) [t=1s] OUT → $PARP,CMDTRANSFER,00,01*XX [t=2s] OUT → $PARP,STATUS,STANDBY,000.0,182.5,+0.0,01*XX [t=3s] IN1 ← $PARP,ENGAGE,000.0,01*XX [t=3s] OUT → $PARP,STATUS,HEADING_HOLD,182.5,182.5,+0.0,01*XX [t=5s] IN1 ← $PARP,STBDTEN,000.0,01*XX [t=5s] OUT → $PARP,STATUS,HEADING_HOLD,192.5,183.1,+2.5,01*XX [t=10s] IN2 ← $PARP,REQCMD,000.0,02*XX (cockpit pide mando) [t=10s] OUT → $PARP,CMDREQUEST,02*XX [t=15s] IN1 ← $PARP,RELCMD,000.0,01*XX (puente lo cede) [t=15s] OUT → $PARP,CMDTRANSFER,01,02*XX [t=16s] IN2 ← $PARP,SETHEADING,200.0,02*XX [t=16s] OUT → $PARP,STATUS,HEADING_HOLD,200.0,193.4,+3.8,02*XX ```