![\"\"](\"https:\/\/open-boat-projects.org\/wp-content\/uploads\/2023\/02\/NMEA2000_Verbindungstechnik-300x300.jpg\")
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Abb.: NMEA2000 Verbindungstechnik (Busse Yachtshop<\/a>)<\/p>\n NMEA2000 (National Marine Electronics Association 2000) ist ein Bussystem f\u00fcr die Kommunikation in Booten. Es wurde entwickelt, um eine einheitliche Schnittstelle f\u00fcr die \u00dcbertragung von Daten von elektronischen Ger\u00e4ten in Booten bereitzustellen.<\/p>\n NMEA2000 ist ein Bussystem, das f\u00fcr die \u00dcbertragung von Daten zwischen elektronischen Ger\u00e4ten in Booten konzipiert ist. NMEA2000 verwendet eine einfache, aber leistungsstarke Kommunikationsmethode namens Controller Area Network (CAN). Die Daten\u00fcbertragung erfolgt \u00fcber ein zentrales Kabel, an das alle Ger\u00e4te parallel angeschlossen sind. CAN ist eine \u00dcbertragungstechnologie, die f\u00fcr die \u00dcbertragung von Daten in eingebetteten Systemen entwickelt wurde.<\/p>\n NMEA2000 Vorteile:<\/strong><\/p>\n NMEA2000 Nachteile:<\/strong><\/p>\n Jedes Ger\u00e4t im NMEA2000-Netzwerk hat eine eindeutige Ger\u00e4te-ID, um Datenquellen und Datenanzeigeger\u00e4te zu identifizieren und zu adressieren. Daten werden in Parameter Group Numbers (PGN) organisiert. PGN sind eindeutige Daten-IDs, um bestimmte Typen von Daten zu beschreiben, wie beispielsweise Geschwindigkeit, Kurs, Temperatur usw. Alle Ger\u00e4te k\u00f6nnen PGN empfangen und senden, und es kann entschieden werden, welche PGN von einem bestimmten Ger\u00e4t gesendet oder empfangen werden. Dies erm\u00f6glicht eine flexible und skalierbare \u00dcbertragung von Daten zwischen Ger\u00e4ten. Die Verwendung von PGN erm\u00f6glicht es, Daten effizient und pr\u00e4zise zu organisieren und zu \u00fcbertragen.<\/p>\n NMEA2000 hat einige \u00c4hnlichkeiten mit anderen Bussystemen wie SeaTalk NG, SIMnet, Raynet, C-Net 2000 und CANet. Es unterscheidet sich jedoch von diesen Systemen durch seine spezifische Auslegung f\u00fcr die Verwendung in Booten. SeaTalk NG und SIMnet sind teilweise kompatibel mit NMEA2000, was bedeutet, dass einige Ger\u00e4te, die f\u00fcr SeaTalk NG und SimNet entwickelt wurden, auch mit NMEA2000-kompatiblen Ger\u00e4ten kommunizieren k\u00f6nnen. Obwohl sie teilweise kompatibel mit NMEA2000 sind, unterscheiden sie sich in einigen Aspekten, wie z.B. in der Art und Weise, wie sie Daten \u00fcbertragen und verarbeiten. C-Net 2000 und CANet sind trotz der Verwendung von CAN propriet\u00e4re Technologien, die nur mit Ger\u00e4ten des gleichen Herstellers kompatibel sind. Raynet nimmt dabei eine Sonderrolle ein, da es nicht den CAN-Bus zur Daten\u00fcbertragung benutzt, sondern auf eine propriet\u00e4re Ethernet-\u00dcbertagung setzt. Es ist daher wichtig zu \u00fcberpr\u00fcfen, ob Ger\u00e4te, die f\u00fcr ein bestimmtes Bussystem entwickelt wurden, auch mit Ger\u00e4ten f\u00fcr ein anderes Bussystem kompatibel sind, bevor sie eingesetzt werden. Bei der Auswahl eines Bussystems muss sorgf\u00e4ltig \u00fcberlegt werden, welche Anforderungen bestehen und welches System am besten geeignet ist, um die Integrit\u00e4t der Daten\u00fcbertragung und die Interoperabilit\u00e4t der Ger\u00e4te sicherzustellen.<\/p>\n Die Datenrate von NMEA2000 betr\u00e4gt 250 kbps (Kilobits pro Sekunde). Diese Datenrate wurde gew\u00e4hlt, um eine ausreichend hohe \u00dcbertragungsgeschwindigkeit f\u00fcr eine Vielzahl von Anwendungen in Booten zu gew\u00e4hrleisten, w\u00e4hrend gleichzeitig eine m\u00f6glichst effiziente Nutzung des Netzwerks sichergestellt wird. Mit einer Datenrate von 250 kbps k\u00f6nnen Sensordaten in Echtzeit \u00fcbertragen werden, was f\u00fcr eine Vielzahl von Anwendungen wichtig ist, wie z.B. die \u00dcberwachung der Schiffsposition, der Navigations- und Kommunikationsger\u00e4te sowie der Motor- und anderer Systeme an Bord.<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n NMEA2000 ist besonders sinnvoll in Booten, bei denen eine einfache Integration von elektronischen Ger\u00e4ten erforderlich ist. Diese Ger\u00e4te k\u00f6nnen Navigationssysteme, Autopiloten, Kompasse, GPS-Empf\u00e4nger, Tiefenmesser, Windmesser und andere Ger\u00e4te sein. Die Verwendung von NMEA2000 erm\u00f6glicht es, diese Ger\u00e4te zu verbinden und Daten zwischen ihnen zu \u00fcbertragen, ohne dass eine separate Verbindung wie bei NMEA0183 f\u00fcr jedes Ger\u00e4t erforderlich ist. Eine der Grenzen von NMEA2000 besteht darin, dass es nur f\u00fcr die Verwendung in Booten zur \u00dcbertragung von Sensordaten konzipiert ist. Es ist nicht f\u00fcr den Einsatz in bildgebenden Anwendungen, wie Radar- und Fischfinderansichten, sowie Karteninhalte gedacht. Ein weiteres Hindernis besteht darin, dass nicht alle Ger\u00e4te mit NMEA2000 kompatibel sind und die Anzahl und Inhalte der PGN fest vorgegeben sind und nicht erweitert werden k\u00f6nnen. Es ist wichtig zu \u00fcberpr\u00fcfen, ob das gew\u00fcnschte Ger\u00e4t mit NMEA2000 kompatibel ist, bevor es eingesetzt wird. Zusammenfassend l\u00e4sst sich sagen, dass NMEA2000 ein leistungsstarkes und einfaches Bussystem f\u00fcr die Verwendung in Booten ist, das eine einfache Integration von elektronischen Ger\u00e4ten erm\u00f6glicht. NMEA2000 wurde Ende der 80er Jahre eingef\u00fchrt und wird aus heutiger Sicht nicht mehr allen Anforderungen moderner Datenverarbeitung gerecht. Der Trend geht eindeutig in Richtung Ethernet und erm\u00f6glicht deutlich h\u00f6here Datenraten und mehr Flexibilit\u00e4t.<\/p>\n F\u00fcr den NMEA2000-Bus gibt es genormte wasserdichte und geschirmte 5-polige Steckververbindungen im M12 Format mit A-Kodierung. Je nach Ausf\u00fchrung k\u00f6nnen sie vollst\u00e4ndig aus Kunststoff oder teilweise aus Metall bestehen. Neben den Datenleitungen CAN-H und CAN-L gibt es noch zwei Leitungen f\u00fcr die Stromversorgung wie GND (V-) und +12V (V+) sowie einen Anschluss f\u00fcr den Schirm. Kabelanschl\u00fcsse von Sensoren sind meistens als Stecker (Male) ausgef\u00fchrt und haben ein Au\u00dfengewinde. Buchsen hingegen besitzen immer eine \u00dcberwurfmutter mit Innengewinde.<\/p>\n Abb. Draufsicht auf Kontaktseite<\/p>\n Abb. NMEA2000 Stecker zur Selbstmontage (Busse Yachtshop<\/a>)<\/p>\n Wer wesentlich kosteng\u00fcnstigere Industrie-Steckverbinder au\u00dferhalb des Yacht-Zubeh\u00f6rhandels einkaufen m\u00f6chte, achtet darauf 5-polige Steckverbinder mit A-Kodierung zu kaufen. Die Indexkerbe befindet sich dann zwischen Pin 1 und 2. Es gibt noch andere Kodierungen wo sich die Indexkerbe an anderer Position befindet.<\/p>\n SeaTalk NG, Simnet und Philippi P-Bus sind \u00e4hnliche Bussysteme die auf CAN-Bus als physischen Layer aufsetzen. Jedoch weichen sie in einigen Spezifikationen von NMEA2000 ab und sind nicht 100% kompatibel. Zudem benutzt jeder Hersteller noch eigene Steckverbinder die untereinander nicht zu NMEA2000 kompatibel sind. Mit entsprechenden Konverter-Kabeln kann aber ein Datenaustausch zwischen diesen Netzen vorgenommen werden. Grunds\u00e4tzlich sollte eine Mischung verschiedener Bustechnologien vermieden werden.<\/p>\n NMEA2000 Ger\u00e4te mit geringem Stromverbrauch wie z.B. Sensoren k\u00f6nnen auch aus dem Bussystem mit Strom versorgt werden. So sind keine zus\u00e4tzlichen Versorgungskabel notwendig. Die Einspeisung der 12V-Versorgungsspannung in den NMEA2000 Bus erfolgt entweder \u00fcber ein Einspeisekabel oder einen Plotter mit Buseinspeisung. Allerdings ist darauf zu achten, dass aus dem NMEA2000 Bus nur eine begrenzte Leistung von bis zu 35W entnommen werden darf. Die NMEA2000 Ger\u00e4te sind dazu mit Load-Werten gekennzeichnet, die die Stromentnahme aus dem Bus angeben. Die Load wird als Vielfaches von 50 mA angegeben.\u00a0 Ein Ger\u00e4t mit Load 3 w\u00fcrde demnach 150 mA an 12V ben\u00f6tigen und 1,8 W an Leistung verbrauchen. Die Einspeisung der 12V-Versorgungsspannung in den Bus sollte idealer Weise in der Mitte erfolgen, da so Leitungsverluste durch Leitungswiderst\u00e4nde minimiert werden.<\/p>\n Als Buskabel sollten nur hochwertige, wasserdichte und geschirmte Industrie-Kabel verwendet. Wer eigene Buskabel herstellen m\u00f6chte, sollte hochwertige Kabel wie z.B. Lapp Busleitung UNITRONIC 2 x 2 x 0.34 mm\u00b2<\/a> verwenden.<\/p>\n Abb. CAN-Buskabel<\/p>\n Dabei sind 2x zwei Einzeladern paarweise verdrillt und zus\u00e4tzlich mit einem \u00e4u\u00dferen Schirmgeflecht umgeben. Ein verdrilltes Aderpaar wird f\u00fcr CAN-H und CAN-L verwendet und das andere Aderpaar f\u00fcr GND und 12V. Das Schirmgeflecht wird mit GND einseitig verbunden. Damit erzielt man die besten Ergebnisse und hat eine sichere und langlebige Installation. D\u00fcnnere Kabel als 0.34 mm\u00b2 sollten nicht verwendet werden, wenn die Versorgung aus den Bus erfolgen soll. Die L\u00e4nge des Buskabels sollte in Summe 40 m nicht \u00fcbersteigen.<\/p>\n Der physischen Layer des NMEA2000 Busses basiert auf dem CAN-Bus<\/a> mit differenzieller Signal\u00fcbertragung<\/a>. Es werden jeweils zwei Signale mit entgegengesetzter Polarit\u00e4t vom Sender \u00fcbertragen und im Empf\u00e4nger durch Subtraktion aus den zwei Signalen ein Einzelsignal erzeugt. St\u00f6rungen die sich in selber Weise auf beide Signalleitungen auswirken werden durch die Subtraktion eliminiert. Dadurch wird eine robuste und st\u00f6runanf\u00e4llige Signal\u00fcbertragung erm\u00f6glicht.<\/p>\n Abb. Differenzielle Daten\u00fcbertragung (rot CAN-H, blau CAN-L)<\/p>\n Ein CAN-Bus verwendet an den beiden Enden des Bussystems Abschluss-Widerst\u00e4nde von 120 Ohm zwischen den Leitungen CAN-H und CAN-L. Die beiden Abschluss-Widerst\u00e4nde entsprechen dem Leitungswiderstand von 120 Ohm und verhindern Signalreflexionen an den Leitungsenden bei hohen Daten\u00fcbertragungsraten von 1 MBit\/s. Der CAN-Bus besteht aus einem langen Busstrang mit kurzen Stichleitungen kleiner 1.5 m. Eine Sternstruktur des Bussystems ist nicht erlaubt. Die beiden Abschluss-Widerst\u00e4nde d\u00fcrfen nur am Busende verbaut sein und d\u00fcrfen sich nicht dazwischen befinden.<\/p>\n Abb. CAN Busstruktur (ohne Stromversorgung)<\/p>\n Einige Ger\u00e4te besitzen eingebaute Abschluss-Widerst\u00e4nde, die durch entsprechende Schalter zu- oder abgeschaltet werden k\u00f6nnen. Vergewissern sie sich vor dem Einbau neuer Ger\u00e4te ob integrierte Abschluss-Widerst\u00e4nde benutzt werden und wie sie konfiguriert sind. Falsch terminierte Busse k\u00f6nnen \u00dcbertragungsprobleme verursachen die schwer zu finden sind<\/p>\n Unter Open Source gibt es eine Bibliothek zu NMEA2000<\/a> bei GitHub von Timo Lappalainen, die durch Reverse Ingeneering erstellt worden ist und gro\u00dfe Teile von NMEA2000 unterst\u00fctzt. Damit ist es relativ einfach eigene Projekte mit Mikrocontrollern unter C zu realisieren. Auf dieser Basis wurden einige DIY-Projekt wie z.B. das NMEA2000-Gateway<\/a> oder der NMEA2000-Workshop<\/a> umgesetzt.<\/p>\n NMEA2000 Daten lassen sich auch \u00fcber Ethernet und WiFi \u00fcbertragen werden. Dazu gibt es eine Protokollerweiterung f\u00fcr NMEA0183 mit dem Namen SeaSmart. Bei SeaSmart werden NMEA2000 PGNs als HEX-Daten \u00fcber spezielle NMEA0183 Telegramme \u00fcbertragen. Es erfolgt so zu sagen eine Tunnelung der NMEA2000 Daten im NMEA0183 Protokoll. Damit k\u00f6nnen NMEA2000 Daten auch \u00fcber Ethernet und WiFi \u00fcbertragen werden. Timo Lappalainen untest\u00fctzt in seiner NMEA2000 Lib<\/a> das SeaSmart-Protokoll.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":" Abb.: NMEA2000 Verbindungstechnik (Busse Yachtshop) NMEA2000 (National Marine Electronics Association 2000) ist ein Bussystem f\u00fcr die Kommunikation in Booten. 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Geschwindigkeit<\/h3>\n
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<\/p>\nOpen Source<\/h3>\n