Соединяй и властвуй

Все больше устройств на яхтах поддерживают современный стандарт NMEA 2000, который используется для обмена данными между электронными приборами


Текст Олафа Шмидта

Когда на рынке появляется очередная навигационная электронная морская новинка, речь практически всегда заходит о NMEA 2k. Первая часть этого обозначения (NMEA) сообщает, что речь в данном случае идет об устройстве сопряжения для обмена данными между приборами. А вот о том, что скрывается за сокращением «2k», мало кто знает даже среди истинных фанатов электроники.

Аббревиатура NMEA означает National Marine Electronics Association (Национальная ассоциация морской электроники), и это всего лишь наименование северо-американского объединения производителей и дистрибьюторов морской электроники. Ассоциация разработала многочисленные стандарты, получившие известность во всем мире. Есть среди них и различные описания порядка обмена данными между приборами на яхтах и судах.

Наиболее известным стандартом является NMEA 0183, описывающий наиболее распространенные сегодня интерфейсы. Этот стандарт появился в 1983 году и с тех пор регулярно изменялся и совершенствовался, чтобы отвечать растущим требованиям пользователей. Тем не менее у него существуют определенные технические границы.

Со временем возникла необходимость в разработке нового стандарта, связанная прежде всего с возрастающим объемом данных, а также с постоянным усложнением организации сети обмена данными не только на яхтах, но и в промышленном и военном судоходстве. Новый стандарт получил название NMEA 2000 (или сокращенно 2k) и стал охватывать всю бортовую сеть целиком. Со своим предшественником, классическим интерфейсом NMEA 0183, он не имеет практически ничего общего. Поэтому объединить устройства сопряжения по 0183 и 2k не так-то просто. Этот факт особенно важен при увеличении количества бортовых электронных приборов, поскольку уже появились устройства, работающие только по протоколу NMEA 2000.

Давайте совершим небольшую экскурсию в мир NMEA 0183, чтобы лучше понять суть и достоинства новой системы.

NMEA 0183

Классическая спецификация базируется на традиционном серийном интерфейсе компьютерной техники и до сих пор имеет широкий спектр применения. Если у вас только один источник данных и мало приемников, простая конструкция неплохо сэкономит средства с технической и логической точек зрения. Например, в тех случаях, когда данные на автопилот и ЦИВ*-передатчик передает только один GPS плоттер.

Читайте также  Скрытая угроза

Большим плюсом является распознаваемый формат данных – данные транслируются как незашифрованный текст. В случае с GPS-мышками для компьютеров аналогичный формат постепенно стал стандартом де-факто, поскольку каждая навигационная программа понимает подобные информационные записи. Такой стандарт 30-летней давности используется также и во встроенном GPS новейшей модели iPhone.

Стандартная скорость составляет всего 4800 бит в секунду, но этого достаточно для получения информации о местонахождении от системы GPS и передачи данных. Впрочем, с появлением автоматической идентификационной системы (AIS) появились определенные лимиты, а скорость пришлось увеличить до 38400 бит в секунду.

К настоящему времени столь нехитрая конструкция уже достигла своих пределов. Ведь данные на каждый канал связи NMEA 0183 может передавать только один прибор. К тому же нет возможности создать единый контроль доступа, который мог бы работать с несколькими источниками по одному и тому же кабелю. К примеру, анемометру для расчета истинного ветра требуется скорость, измеренная лагом; затем эти данные необходимо передать на плоттер, для чего нужны два автономных электрических соединения; еще один кабель требуется для компаса, чтобы на навигационном экране можно было отрегулировать наложение изображения радара; прибавим сюда эхолот, AIS, автопилот… Система становится все сложнее, сложнее, и наконец становится проблематично разработать такую систему, которая, с одной стороны, передает всем приборам необходимые данные, а с другой – не образует замкнутые контуры, по которым могли бы неоднократно циркулировать старые данные.

Соединения без замкнутых контуров

Важнейшее новшество протокола NMEA 2000 заключается в том, что все приборы могут обмениваться данными друг с другом по одной шине, то есть все приборы передают свою информацию по одному каналу связи, разумеется, с разделением по времени. У всех приборов, подключенных к шине, есть автоматический доступ ко всем данным, так что при размещении электрических соединений больше не придется гадать, что от чего должно питаться, так как есть только одна магистральная шина передачи данных.

Читайте также  Дрейф ради спокойствия

Основой для построения сети является промышленный стандарт CAN (Controller Area Network), благодаря чему стоимость аппаратного обеспечения остается небольшой, ведь необходимые элементы имеются у большинства изготовителей в достаточном количестве. Кроме того, подобная технология уже проверена на других транспортных средствах. Конфигурация сети выполняется автоматически, однако есть возможность присваивать индивидуальные номера большинству приборов. Если для одного показателя в сети существует несколько источников, то, как правило, можно выбрать один в качестве предпочтительного.

Протокол NMEA-2000 состоит в основном из одной сквозной сетевой шины (backbone), от которой к отдельным приборам отходят трибутарные линии. Максимальная длина кабеля может составлять 200 м, что более чем достаточно, чтобы охватить все точки на борту яхты. Шина NMEA «позаботилась» и о штекерных разъемах: те, которые подключаются к сетевой магистрали, унифицированы, защищены от воды и герметично соединены с помощью зажимных муфт. Внешне они представляют собой Т-образные разъемы для связи трибутарных линий. В вопросе их подсоединения к приборам у изготовителей есть некоторая свобода действий: делать соединения с резьбовыми клеммами можно только на защищенных участках. Рекомендуется заранее планировать все возможные расширения, так как для этого потребуются дополнительные кабели и Т-образные разъемы.

Скорость передачи данных по протоколу NMEA 2000 составляет 250 000 бит в секунду. Любой незаглушенный конец кабеля приводит к отражению сигнала, как в случае с волнами, ударяющимися о причал. Однако на такой высокой скорости это приведет к тому, что все данные перепутаются; поэтому на обоих концах сетевой магистрали следует разместить согласованную нагрузку, которая работает как «прибрежные тростниковые заросли», поглощающие волны и не создающие эхо. На практике вся конструкция выглядит как загерметизированный штекер без кабеля, а согласованная нагрузка находится внутри.

Читайте также  Плотно упакован

Трибутарные линии, идущие к приборам, не обеспечены согласованной нагрузкой, и по этой причине их длина ограничена 6 м. Это приводит лишь к небольшой проблеме с трансмиттером устройства по измерению ветра, поскольку, как правило, высота мачт больше. Проводить сетевую магистраль сначала вверх, а затем вниз непрактично из-за двойного расхода кабеля, так что у производителей есть два варианта:

1. Трансмиттер, как и раньше, подключается к дисплею с информацией о ветре, и только затем конструкция соединяется с системой NMEA-2000. Такое подключение не соответствует принципу создания единой системы и требует серьезных усилий, однако практическое использование чрезвычайно простое.

2. Суть второго варианта в том, чтобы подвесить воздушный трансмиттер на конец сетевой магистрали с встроенной согласованной нагрузкой, благодаря чему образуется единая система. Однако в этом случае при сложенной мачте отсутствует замыкание и система время от времени может сбоить. В этом случае полезно иметь под рукой штекер с согласованной нагрузкой.

Границы

Несмотря на сравнительно высокую скорость передачи данных, протокол NMEA 2000 не предназначен для передачи видеосигналов, изображений радара или карты. Для решения таких задач на борту может быть создана альтернативная сеть под протоколом Ethernet, способная обмениваться данными с сетью, работающей под протоколом NMEA 2k.

Если кто-то является производителем и хочет украсить свои приборы логотипом NMEA 2000, ему следует заблаговременно провести определенные тесты и предоставить доказательства, что соблюдены все требования в соответствии со спецификацией NMEA 2000. С одной стороны, это, разумеется, связано со значительными расходами, с другой стороны – с определенными ограничениями. Поэтому оборудование некоторых производителей (например, Seatalk NG от компании Raymarine и Simnet от Simrad), хотя и совместимо с протоколом NMEA-2000, выпускается под своим собственным брендом. Подобным образом компания Simrad может, к примеру, использовать гораздо более тонкие штекерные соединения.

Сокращенный вариант. Опубликовано в Yacht Russia №1-2 (49), 2013 г.