AIS-Empfänger GNS5851

Udo hat für uns einen interessantes AIS-Empfänger-Modul gefunden mit dem man AIS-Signale empfangen kann. Die Daten werden vom GNS5851 als NMEA0183 Datenstrom über eine serielle Schnittstelle ausgegeben.

Abb: GNS5851 AIS-Empfänger (gns-electronics.de)

Das AIS-Empfänger-Modul GNS5851 hat folgende technische Eigenschaften:

  • Standard AIS NMEA1083 Datenstrom
  • Frequenz: 161.95 to 162.05 MHz
  • Kanäle A, B or A & B (hopping)
  • UART: 8N1, 115200 Bd
  • Empfindlichkeit -117 dBm
  • Antennen-Impedanz: 50 Ohm
  • Versorgungsspannung : 3.3V
  • Stromverbrauch : 20 mA
  • Logikpegel: 3.3V
  • Temperaturbereich: -40…80°C
  • Schockfest bis 50g
  • Maße 26 x 15 x 3.3 mm

Die genauen technischen Daten sind hier zu finden: GNS5851-AIS-receiver-datasheet_0.91

Der AIS-Empfänger besteht aus einer HF-Empfangseinheit, einem AIS-Decoder und einer CPU zur Datenverarbeitung und Kommunikation. Das Modul ist sehr kompakt aufgebaut und enthält alle wichtigen Komonenten zum Empfang von AIS-Signalen. Man benötigt nur eine Stromversorgung, eine AIS-Antenne und kann über eine serielle Schnittstelle die NMEA-Telegramme der AIS-Signale empfangen.

Abb: Blockschaltbild (gns-electronics.de)

Über 10 Pins kann das Modul angesteuert werden:

Abb. Pin-Anordnung (gns-electronics.de)

Pin Bedeutung I/O Beschreibung
1 RF GND ANT-G Antenne Masse
2 RF Input ANT-I Antenne Eingang
3 GND G Masse
4 VDD P Spannungsversorgung 3.3V
5 F_IND O Frame-Indikator
6 RESET I Reset-Eingang (Low aktiv)
unbenutzt
8 unbenutzt
9 UART TX O TX Senden NMEA0183
10 UART RX I RX Empfangen
11 unbenutzt
12 unbenutzt
13 unbenutzt
14 unbenutzt

Tab. Pin-Belegung

Schaltungsbeispiel mit ESP32

Die Anbindund des GNS5851 AIS-Empfängers ist denkbar einfach, da nur wenige Verbindungen benötigt werden. Da der ESP32 noch genügend Leistungsreserven übrig hat, wurden noch folgende Funktionen in die Schaltung aufgenommen:

  • Messung der 12V Bord-versorgungsspannung
  • Temperaturmessung mit DS18B20
  • Buzzer für Alarmsignal
  • NMEA2000 CAN-Leitungstreiber

Abb: AIS-Empfänger-Schaltung

Software

Andreas Koritnik hat in seiner Workshopreihe ein Projket für ein NMEA0183 to NMEA2000 AIS Gateway für den ESp32 erstellt. Ursprünglich wurden die AIS-NMEA0183 Telegramme über eine RS422 Schnittstelle eingelesen. In unserem Fall wird der Sendeausgang Pin 9 des GNS5851 mit dem seriellen Empfangspin GPIO16 vom ESP32 verbunden. Die Software ist dann damit auch für den GNS5851 verwendbar. Wie das fertige Binär-File für den GNS5851 in den ESP32 geladen wird ist ist auf der Projektseite ausführlich beschrieben.

Gehäuse

Udo hat auch netter Weise CAD-Dateien für ein Gehäuse zur Verfügung gestellt die man im Zip-File findet.

Abb. Geöffnetes Gehäuse AIS-Empfänger

Abb. Fertiger AIS-Empfänger

Antenne

Eine AIS-Antenne kann sehr leicht selber aufgebaut werden. Dazu benötigt man nur wenige Materialien die sich einfach bearbeiten lassen. Die Idee stammt von Andreas Heger und wurde seiner Internetseite zu einer AIS-Not-Behelfsantenne entnommen.

Strahler aus 10 mm Kupfer-Rohr
Viertelwellen-Anpassleitung (RG213) Speiseleitung beliebiger Länge (RG213)

Abb: Antennenaufbau

Der untere Teil der Antenne (27 + 4,3 cm) bestehen aus einem Stück RG213 Antennenkabel. Im Abstand von 4,3 cm wird im RG123 Kabel der Schirm aufgeschnitten und seitlich eine Kabelabgang (Speiseleitung) angebracht. Am unteren Ende des Antennenkabels werden der Innenleiter und das äußere Schirmgeflecht elektrisch miteinander verbunden. Der untere Teil mit dem Antennenkabel bildet dann eine Viertelwellen-Anpassleitung. Am oberen Ende des Antennenkabels wird dann ein 91,5 cm langer Stab angelötet. Andreas hat als Stab ein 10 mm Kupferrohr verwendet. Das geht natürlich auch und ist wesentlich stabiler. Am Ende hat er alles zusammen in einem Kunststoffrohr untergebracht, um es wetterfest zu machen. Theoretisch ließe sich die Antenne auch nur aus einem einzigen langen Stück RG213 Antennenkabel herstellen, indem man im oberen Teil das Schirmgeflecht entfernt. Allerdings muss man sich dann überlegen wie man den flexiblen Innenleiter des oberen Teils mechanisch stabilisiert.