NMEA2000 Netzwerke Technische Referenz

Angelehnt sind NMEA2000 Netzwerke an den CAN Bus aus dem Automotiv Bereich. 

Ein, nach unserer Meinung, sehr gutes NMEA2000 Benutzer- und Referenzhandbuch bietet die Firma Garmin. Dieses Handbuch möchten wir allen Interessierten empfehlen. Wir haben dieses Referenzhandbuch hier zum Download:

Download hier: Tech_Ref_for_Garmin_NMEA2k_DE-2

Grundsätzlich würden wir heute jedem Eigner die Verwendung eines mordernen Netzwerks empfehlen. Auch wenn vielleicht noch nicht sämtliche Geräte an Bord für NMEA2000 vorbereitet sind, der Trend und das Angebot der Hersteller geht auf jeden Fall in diese Richtung und es macht durchaus Sinn sich schon bei kleinen Änderungen über diese Technik sowie die damit verbundenen Vorteile zu informieren.

Aber reden wir nicht lange, sondern schauen uns doch einfachmal den grundsätzlichen Aufbau von NMEA2000 Netzwerken an:

Garmin_einfaches_N2K_Netzwerk

Ein einfaches NMEA2000 Netzwerk, dass alle wichtigen Bestandteile enthält. An dieser Stelle, herzlichen Dank an die Firma Garmin, die den Nutzern NMEA2000 zertifizierte Produkte und Informationen zur Verfügung stellt. 

Wir möchten dieses einfache N2K Netzwerk nutzen und Ihnen ein paar Grundlagen und Begrifflichkeiten zum Theme NMEA2000 darstellen. 

Der wichtigste Bestandteil des NMEA2000 Netzwerks ist das Backbone (engl. Rückgrat oder Hauptstrang) . Denken Sie in der Horizontalen. Das Backbone verläuft parallel zum Kielverlauf Ihres Bootes. Also ein Datenstrang, der im Optimalfall vom Bug bis zum Heck verläuft. Das Backbone haben wir auf der nachfolgenden Zeichnung rot hinterlegt:

Garmin_einfaches_N2K_Netzwerk_Backbone

Ein weiteres Detail der Backbone Leitung ist die beiderseitige Terminierung des Backbones mit Endwiderständen bzw. Terminatoren. Die Terminatoren enthalten in normalen N2K Backbones gewöhnlich 120 Ω Ohm Widerstände.

Garmin_einfaches_N2K_Netzwerk_Terminatoren

Neben dem Backbone gibt es Spur- bzw. Dropleitungen. Diese Leitungen leiten entweder Informationen in das Netzwerk (Geber & Sensoren) oder sie schaffen Verbindungen zu Anzeigen und Multifunktionsdisplay; entnehmen also Informationen aus dem Netzwerk. Spur- bzw. Dropleitungen können auch beides, also Entnehmen und Zuleiten. Die Spur- bzw. Dropleitungen mit den angeschlossenen Geräten, haben wir Ihnen im nachfolgenden Bild aufgezeigt:

Garmin_einfaches_N2K_Netzwerk_Spur

Im obigen Beispiel hängt das Garmin GPSmap Multifunktionsdisplay (ganz rechts) mit einem Spur-Verbindungskabel am NMEA2000 Backbone. Damit erhält es beispielsweise automatisch die Informationen die durch die beiden Sensoren / Geber (linke Seite) in das Netzwerk integriert werden.

Gleichzeitig kann das GPSmap neben dem Erhalt von Informationen auch seine eigenen Informationen (GPS Position, Geschwindigkeit über Grund, Wegepunkte, anliegende Tracks) im Netzwerk zur Verfügung stellen. Diese Informationen werden dann prallel zu den eingehenden Informationen über das Dropkabel und das Backbone Kabel im NMEA2000 Netzwerk zur Verfügung gestellt. 

Damit diese Daten aber überhaupt fließen können, bedarf es dem mitunter wichtigsten Bestandteil eines NMEA2000 Netzwerks; dem NMEA2000 Spannungskabel. Das N2K Power Kabel ist Grundvoraussetzung jedes NMEA2000 Netzwerks und ist auf der nachfolgenden Zeichnung ebenfalls rot hinterlegt. 

Garmin_einfaches_N2K_Netzwerk_Power

 

Plug and Play

NMEA2000 ist wirklich einfach und muss in den seltensten Fällen noch an den Geräten konfiguriert werden. Die standardisierten Kabel, Verbinder usw. lassen sich schnell zusammenstecken. Haben Sie beispielsweise ein NMEA 2000 fähiges Instrument, ein korrekt aufgebautes NMEA 2000 Netzwerk, können Sie problemlos irgendwo im Backbone ein weiteres T-Stück setzen, dort einen NMEA 2000 fähigen Geber anschließen. Die Informationen, die der Geber liefert werden umgehend auf dem Instrument angezeigt. Trotzdem empfehlen wir derartige Eingriffe und Erweiterungen im NMEA2000 Netzwerk mit ausgeschalteten Geräten und stromlosem Netzwerk

Maximale Kabellängen und Geräteanzahl

Berücksichtigen Sie beim Aufbau des NMEA 2000-Netzwerks folgende Grenzwerte:

  • Der Abstand zwischen zwei Punkten des NMEA 2000-Netzwerks darf 100 m (328 Fuß) nicht überschreiten. Messen Sie zur Bestimmung dieses Abstands die Distanz zwischen den Abschlusswiderständen des Backbones, und addieren Sie die Länge der Stichleitungen der an den Enden des Netzwerks mit den T-Stücken verbundenen Geräte.
  • Die Gesamtlänge aller Stichleitungen darf 78 m (256 Fuß) nicht übersteigen.
  • Die Länge einer einzelnen Stichleitung zu einem NMEA 2000-Gerät darf höchstens 6 m (20 Fuß) betragen.
  • Es dürfen höchstens 50 NMEA 2000-Geräte an das NMEA 2000-Netzwerk angeschlossen werden.

Die Sache mit einem Windgeber im Masttop

Normalerweise kann man sich ein NMEA2000 Netzwerk und speziell das Backbone wie eine Datenautobahn auf und entlang der Schiffsmittellinie von vorne nach hinten vorstellen.

Ein kleines Beispiel auf einem Segelboot:

Beginnen wir vielleicht vorne in der Vorschiffskoje. Angefangen mit einem Terminator (Widerstand), gefolgt vom ersten T-Stück. An diesem T-Stück hängen wir einen DST800 (Durchbruchgeber Tiefe, Geschwindigkeit und Wassertemperatur). Weiter geht das Backbone nach achtern. Mit einem weiteren T-Stück und einem N2K Spannungskabel versorgen wir das Netzwerk mit Strom. Wieder geht es weiter nach achtern. Letztes T-Stück, das wir sofort mit einem Endwiederstand terminieren. Mit einem Dropkabel gehen wir jetzt zum NMEA2000 Instrument oder Plotter.

Wenn wir jetzt unser Instrument oder den Plotter mit Windinformationen aus dem Masttop versorgen wollen, könnte man zunächst in die Versuchung kommen im vorderen Bereich des Netzwerks ein weiteres T-Stück zu setzen und von dort mit einem langen Kabel den Geber im Masttop anzuschließen. 

Hier geraten wir aber (siehe oben) an die Grenzen des NMEA2000 Netzwerks. Ein Dropkabel (Stichleitung) darf die Länge von 6m nicht überschreiten. 

Dieser Umstand ist in der Realität schwer mit den üblichen Mastlängen in Einklang zu bringen.

Glücklicherweise gibt es auch hier Lösungen. Wir entfernen den vorlichen Endwiderstand (Terminator) und gehen mit dem Backbone durch den Mast. Oben angekommen schließen wir direkt den Masttopgeber an das Backbone. 

Und der Endwiderstand, den man nun über hat? Den brauchen Sie nicht mehr, da die NMEA2000 Masttopgeber der Systemhersteller heute automatisch mit einer integrierten Endterminierung (intergrierter Wiederstand) kommen. 

NMEA 2000 Alternativen

Das Raymarine SeaTalk ng sowie das alte Simrad SimNet sind in Aufbau und Funktion vergleichbar. Es ist auch durchaus möglich Gerätschaften mit SeaTalk ng Anschluss oder SimNet Anschluss in das NMEA2000 Netzwerk zu integrieren und auch anders herum. 

Versuchen Sie aber bitte nicht eine Brücke zwischen zwei separaten Netzwerken zu bauen. Einerseits ist entspricht das nicht dem Gedanken des gemeinsamen Backbones auf einem Schiff und andererseits haben Sie zwei Netzwerke, die beide (für sich) mit Strom versorgt werden. Wenn Sie nun irgendwo mittig beide Backnones miteinander verbinden, düfte es durch die beiden Spannungsversorgungen in beiden Netzwerken zu erheblichen Problemen kommen. 

Hier sollte man sich für ein System entscheiden und dann im Drop / Spurbereich entsprechend adaptieren. 

NMEA2000 Adaptierungsmöglichkeiten

Spalte 1 zeigt das vorhandene Netzwerk (Backbone), Spalten 2-4 die Devices (Geräte). Bei homogenen Systemen haben wir lediglich 1:1 notiert. Ein micro-C Backbone und ein micro-C Device benötigen natürlich nur ein micro-C Verbindungskabel. Ähnlich bei SeaTalk ng und SimNet. Bitte beachten Sie aber unbedingt auch die Grenzen der N2K Adaptierungsmöglichkeiten im folgenden Absatz.

Netzwerk / Devices micro-C Gerät SeaTalk ng Gerät SimNet Gerät
micro-C Backbone 1:1 A06046
24005729
SeaTalk ng Backbone A06045 1:1 nicht direkt möglich
aber mit A06045 & 24005729
SimNet Backbone 24006199 nicht direkt möglich 1:1

Bitte beachten Sie aber bei diesen Wechseln folgenden Aspekt:

Hersteller Proprietäre Datensätze

Ausnahmen bestätigen bekanntermaßen die Regel. Dementsprechend werden auch "Normen" wie die NMEA Kommunikation zwar einerseits gerne genutzt und untsertützt, aber auf der anderen Seite auch gerne torpediert. 

Da wir ja mittlerweile schon bei herstellergemischten Systemen angekommen sind möchten wir darauf hinweisen, dass es bei aller, sagen wir "konnektiven Kompatibilität", durchaus auch enorme Verständnisschwierigkeiten oder Unmöglichkeiten bei den Mixformen geben kann.

Schuld daran sind solche Datensätze, die sich die einzelnen Hersteller als proprietär vorbehalten. Diese Datensätze sind herstellerspezifisch, nutzen das jeweilige Netzwerk (NMEA2000, micro-C, SimNet, SeaTalk ng) als physikalisches Netzwerk, können aber nicht von herstellerfremden Produkten ausgelesen / verarbeitet / initialisiert werden. 

Häufig anzutreffende Probleme in den Erwartungen der Kunden bei gemischten Systemen (wie oben dargestellt):

  • Kalibrierung und Offset Einstellungen bei Gebern
  • Direkte Anrufe DSC oder ATIS Anrufe aufgrund von AIS Targets und anwählen "Ansprechen" auf dem MFD / Plotter
  • Direkte Aktivierung des Autopiloten und Steuerung des Autopiloten via MFD / Plotter ohne Zuhilfenahme des AP Bediengerätes 

Ein kleines Beispiel

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NMEA0183 Daten von einem speziellen NASA marine Windgeber mit NMEA0183 Ausgabe

Wir nutzen den Simrad AT10 Wandler zur Umwandlung der NMEA0183 Daten auf SimNet. Dabei liegt der TX+ der Windfahne auf dem RX+ des AT10 und aufgrund des mangelnden TX- der Winfahne, der RX- des AT10 auf Masse der Spannungsversorgung der Windfahne.

Die Informationen sollen in ein SeaTalk ng Backbone, wo es keinen direkten Adapter (SimNet auf SeaTalk ng) gibt. 

Also wandeln wir mit dem Adapterkabel(n):

SimNET micro-C MALE (24005729)

danach 

Micro-C FEMALE - SeaTalk ng (A06045)

und gelangen dann in den Raymarine 5-Wege-Verteiler. Der 5-Wege-Verteiler ist unser eigentliches Backbone und verfügt über die Spannungsversorgung des N2K/Mix Netzwerks. Er versorgt auch das Simrad AT10 mit Spannung und auch das am AT10 (2. Eingang) angeschlossene Simrad IS-20 Wind Instrument. 

Bleiben wir aber gedanklich mit unseren Daten im Backbone, dann ist es hier natürlich, einfach einen Spur Abganng mit einem SeaTalk ng Kabel auf das Raymarine es75 anzuschließen. 

Auf der Datenseite des Raymarine eS75 lässt sich leicht Wind/Geschwindigkeit auswählen und zuordnen. 

NMEA2000, micro-C, SeaTalk ng, SimNet Kabel bei uns im Shop 

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