Gateway embarcado para conversão de informações de sensores resistivos em dados NMEA 2000: prova de conceito para modernização de embarcações

Abstract

A crescente digitalização da instrumentação naval exige a integração de sistemas eletrônicos modernos. Contudo, grande parte das embarcações ainda utiliza sensores analógicos resistivos legados para o monitoramento de fluidos e de temperatura. A substituição completa desses componentes físicos e estruturais é dispendiosa e complexa. Para solucionar este problema, o presente trabalho descreve o desenvolvimento e a validação de uma Prova de Conceito (PoC) de um gateway embarcado de baixo custo, projetado para atuar como uma interface de tradução entre transdutores resistivos e a rede veicular naval digital padronizada NMEA 2000. A metodologia abrangeu o dimensionamento de hardware baseado no microcontrolador ESP32 e em transceptores CAN (SN65HVD230). No escopo do software, o firmware foi desenvolvido em C++ incorporando um filtro digital de média móvel para mitigar as variações abruptas de leitura causadas pela dinâmica turbulenta do fluido nos tanques (efeito sloshing). O sistema foi programado para realizar a autodetecção inteligente de até cinco canais simultâneos, inibindo o envio de pacotes redundantes ao barramento em caso de ausência de sensores. Os ensaios experimentais de bancada comprovaram a estabilidade da camada física e lógica, na qual o protótipo executou perfeitamente os protocolos de autoconfiguração de endereço (Address Claiming) e resposta a requisições de identidade (ISO Request). A validação final foi consolidada por meio da integração direta do dispositivo com um Display Multifuncional (MFD) comercial da Garmin, que reconheceu o equipamento com sucesso na rede e plotou graficamente os dados de nível e temperatura em tempo real com alta estabilidade. Conclui-se que o desenvolvimento alcançou integralmente seu objetivo, viabilizando a modernização tecnológica de embarcações de forma acessível e segura, e provando a viabilidade de integrar componentes legados robustos a redes navais de alta velocidade.

The increasing digitalization of naval instrumentation requires the integration of modern electronic systems. However, a large portion of vessels still relies on legacy resistive analog sensors for fluid and temperature monitoring. Completely replacing these physical and structural components is both costly and complex. To address this issue, the present work describes the development and validation of a Proof of Concept (PoC) for a low-cost embedded gateway, designed to act as a translation interface between resistive transducers and the standardized NMEA 2000 digital naval network. The methodology encompassed hardware sizing based on the ESP32 microcontroller and CAN transceivers (SN65HVD230). Regarding software, the firmware was developed in C++ incorporating a moving average digital filter to mitigate the abrupt reading variations caused by the turbulent dynamics of the fluid inside the tanks (sloshing effect). The system was programmed to perform intelligent auto-detection of up to five simultaneous channels, preventing the transmission of redundant packets to the bus in the absence of connected sensors. Experimental bench tests proved the stability of the physical and logical layers, where the prototype flawlessly executed the address auto-configuration (Address Claiming) and identity request response (ISO Request) protocols. Final validation was achieved through the direct integration of the device with a commercial Garmin Multi-Function Display (MFD), which successfully recognized the equipment on the network and plotted volume and temperature data in real time with high stability. It is concluded that the development fully achieved its objective, enabling the technological modernization of vessels in an accessible and safe manner, and proving the feasibility of integrating robust legacy components into high-speed naval networks.