SVEN STEUDTE

YAROSLAV SABININ

NMEA Historie• Gründung 1957 in New York

• Gründungsmitglieder: Elektronik Händler

• Ziel: Kommunikationsstärkung zwischen Händerln und Herstellern

• Stärkung der Interessen von ihren Mitgliedern am Markt

• Erleichterung der Kommunikation zwischen ihren Mitgliedern und anderen Gemeinschaften

• Etablierung von Qualitätsprozessen in den Firmen ihrer Mitglieder

• Weiterbildung von ihren Mitgliedern und anderen Gemeinschaften)

• Beeinflussung der geltenden Rechts- und Verwaltungsprozesse)

Andere Standards zur Datenübertragung• SiRF

• 1995 von SiRF Technology entwickelt

• Nachrichtenaufbau:

Start Sequence (0xA0, 0xA2)

Payload Length (15 bits)

Payload (<1023)

Message Checksum (15 bits)

End Sequence (0xB0, 0xB3)

• RTCM• D-GPS in der Seefahrt

• Netzwerkübertragungsprotokoll (Ntrip)

• Schiffalarmsysteme

NMEA Standards• NMEA 0180

• Für LORAN-C Navigation entworfen

• Eingeschränkte Möglichkeiten der Navigation (link & rechts)

• NMEA 0182• Erstmalige Übertragung der Position

• NMEA 0183

• NMEA 2000

• NMEA OneNet

NMEA 0183• Erfindung: März 1983

• RS-422 (mit RS-232 kompatibel)

• Ein Talker, mehrere Listeners

• Daten als ASCII-Zeichenketten

NMEA 0183. Hardware• Baudrate 4800 b/s, kann bis zu 9600 b/s erhöht werden

• NMEA 0183-HS kann bis zu 38,4 kb/s

• Multiplexing von einem Talker zu mehreren Listeners möglich

NMEA 0183. Format• In Form von Sentences:

• Talker-Sentence: $ttsss,d1,d2,..dn[*hh]<CR><LF>

• Proprietäre Sentence: $Phhhs,d1,d2,..dn[*hh]<CR><LF>

• Query Sentence: $ttllQ,sss<CR><LF>

• Ein Talker, mehrere Listeners

• Daten als ASCII-Zeichenketten

NMEA 0183. Format. Talker Sentence• Talker Sentence Beispiel:

$GPGGA,123519,4807.038,N,01131.000,E,1,08,0.9,545.4,M,46.9,M,,*47<CR><LF>

GP Gerätkennung, von einem GPS-GerätGGA Sentence-Kennung, Datum der globalen Position123519 Der Datensatz ermittelt um 12:35:19 UTC4807.038,N Breite: 48 deg 07.038' N01131.000,E Länge 11 deg 31.000' E

1 Positionsqualität: 0 = ungültig 1 = GPS (SPS) 2 = DGPS 3 = PPS 4 = Real Time Kinematic 5 = Float RTK 6 = geschätzt (dead reckoning) (Feature ab Version 2.3) 7 = Modus manueller Eingabe 8 = Simulationsmodus

08 Anzahl sichtbarer Satelliten0.9 Horizontale Dilution Of Position545.4,M Höhe über den See, Meter46.9,M Höhe des Geoiden (durchschnitt. Seenivau) über den WGS84

Ellipsoiden(leeres Feld) Zeit seit letzter DGPS-Position, Sekunden(leeres Feld) DGPS-Station-ID*47 Checksumme, beginnt immer mit *<CR><LF> Zeichenkettenende

NMEA 0183. Format. Proprietärer Sentence• Proprietärsentence Beispiel:

$PGRME,15.0,M,45.0,M,25.0,M*1C<CR><LF>

P Kennung für einen proprietären SentenceGRM Herstellerkennung, GarminE Herstellerspezifische Sentence-Kennung, Information über den

geschätztem Fehler15.0,M Geschätzter Fehler über die horizontale Position, 0.0 … 999.9, Meter45.0,M Geschätzter Fehler über die vertikale Position, 0.0 … 999.9, Meter25.0,M Geschätzter Fehler über die gesamte Position, 0.0 … 999.9, Meter

NMEA 0183. Format. Query Sentence• Query Sentence Beispiel:

$CCGPQ,GGA<CR><LF>

CC Gerätkennung, Anfrage kommt vom Computer herGP Gerätkennung, Anfrage geht an einen GPS-EmpfängerQ Kennung für eine AnfrageGGA Der Sentence mit „GGA“ Kennung wurde angefragt

NMEA 2000• „plug-and-play“, das Netzwerk bzw. die neu angeschlossenen Geräte sind

selbstkonfigurierfähig

• richtiges Kommunikationsnetzwerk zwischen den Beteiligten statt Punkt-zu-Punkt-Kommunkikation

• höhere Datenrate

• breiterere Anwendungsgebiet und unterstützte Gerätepalette

NMEA 2000. Hardware• CAN-Bus als Grundlage

• Datenrate 250 kb/s bei der maximalen Backbone-Länge von 200 m

• NMEA 0183 ist ein serielles Interface, NMEA 2000 ist ein vollständiges Netzwerk

• 4-adriges Interface über Shielded Twisted Pair

• „differentiales Signal“-Verfahren

NMEA 2000. Netzwerkstruktur I• „Trunk and Drop“ oder „Backbone and Drop“

• Schichten aus dem ISO/OSI Schichtenmodell in dem NMEA 2000:• Physikalische Schicht.

• Kanalschicht.

• Netzwerkschicht.

• Netzwerkmanagementschicht.

• Anwendungsschicht.

NMEA 2000. Netzwerkstruktur II• 50 phys. Knoten

• 252 log. Knoten, Adressen. 252-255 reserviert

• Kollisionsprüfungsverfahren: bitweise Arbitrierung des CAN-Busses

NMEA 2000. Format• Binärdaten

• Frameorientiert. 8 Bytes Nutzlast

• Nachrichten in Form von Parameter Group Number (PGN)

• Für Daten größer als 8 Bytes 2 Verfahren:• Mult-Packet Data, 1785 Bytes

• NMEA 2000 Fast Packet, 223 Bytes

NMEA 2000. Format. PGN Beispiel I• PGN für Schiffkurs

NMEA 2000 PGN 127250 (Vessel Heading)

Feldnummer Beschreibung

1 SID

2 Heading Sensor Reading

3 Deviation

4 Variation

5 Heading Sensor Ref.

6 Reserviert

NMEA 2000. Format. PGN Beispiel II• PGN für Distanzkurs

NMEA OneNet• Seit 2009/2010 in Entwicklung

• Übertragung von NMEA 200 PGNs über Ethernet

• Übertragung von größeren Datenmengen

• Mehr beteiligte Knoten

• Verbindung mit der Außenwelt über standardisierten Ethernet

• Ergänzt NMEA 0183 und 2000

NMEA OneNet• Vereinigung der 3 NMEA Standards in einem Netzwerk

Anwendungen / Geräte• Navigationsapplikationen in der Aviatik

Anwendungen / Geräte• LORAN-C Marine Navigationsgerät Raytheon RAYNAV 520

• Ausgabe der NMEA Daten an einem Koaxialstecker für Drittgeräte

Anwendungen / Geräte• GPS-Empfänger für Modellflugzeuge

• NMEA Daten werden intern verarbeitet und

über proprietäres Protokoll zur

Fernsteuerung am Boden gesendet

Softwareimplementierung• Daemon gpsd für Linux Distributionen

sudo gpsd /dev/ttyUSB0 -F /var/run/gpsd.sock

cgps -s

Softwareimplementierung• Pyhon Implementierung von gpsd

import os, timefrom gps import *session = gps(mode=WATCH_ENABLE)while 1:

session.next()os.system('clear')printprint 'latitude ' , session.fix.latitudeprint 'longitude ' , session.fix.longitudeprint 'time utc ' , session.utc, session.fix.timeprint 'altitude ' , session.fix.altitudetime.sleep(1)

Fazit• Verbreitet:

• eingebettete Systeme

• große Netzwerkbusse

• Standardisierte Datenübertragung und Format

• ein weiterer Standard ergänzt einen alten

• Wird von verschiedenen großen Hersteller unterstützt

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[24] „Adroid Applikation VFRnav,“ [Online].

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Danke für Ihre Aufmerksamkeit