alro65
4cc5b19f0c
Define el protocolo completo de la tarjeta concentrador NMEA2000-USB: - Sentencias NMEA 0183 estandar emitidas por el ESP32 hacia los puertos OUT - Sentencias propietarias $PARP para comandos del autopilot - Protocolo de transferencia de mando entre estaciones (puente, cockpit, flybridge) - Mapeo completo NMEA 0183 <-> NMEA 2000 PGNs - Seguridad: validacion de checksum, permisos por estacion, alarmas Co-Authored-By: Claude Sonnet 4.6 <noreply@anthropic.com>
243 lines
8.6 KiB
Markdown
243 lines
8.6 KiB
Markdown
# 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,<modo>,<setpoint>,<heading>,<rudder>,<commander>*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,<desde>,<hacia>*XX
|
||
$PARP,CMDREQUEST,<estacion>*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
|
||
|
||
```
|
||
$PARP,<COMANDO>,<parametro>,<station_id>*XX\r\n
|
||
```
|
||
|
||
### Comandos de control del autopilot
|
||
|
||
| Sentencia | Acción | → PGN NMEA 2000 |
|
||
|-----------|--------|-----------------|
|
||
| `$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
|
||
```
|