NMEA

Op een modern schip bevinden zich verschillende instrumenten. Er zijn instrumenten voor status van de motor, weer condities en navigatie. Al deze instrumenten leveren informatie. Een groot deel van deze informatie is te combineren en te presenteren op een centraal scherm. Dit kan een kaart plotter of radar zijn. Maar tegenwoordig is dit vaak een (laptop) computer of zelfs een tablet pc.

Om al deze apparaten te laten communiceren wordt gebruik gemaakt van een speciaal maritiem bus protocol. Dit protocol heet NMEA (National Marine Electronics Association).

Er zijn verschillende instrumenten die uitgerust zijn met een NMEA interface. Voorbeelden van deze componenten zijn:

• GPS ontvanger
• AIS receiver of transponder
• Dieptemeter
• Snelheidsmeter
• Windmeter
• Stuurstand aanwijzer

Naast deze instrumenten zijn er ook apparaten die de NMEA instrumenten uitlezen. Voorbeelden hiervan zijn:

• Kaartplotter
• Autopilot
• Marifoon (AIS en GPS)
• Computer

Naast deze apparaten zijn er ook volledig geïntegreerde beeldschermen met en zonder touchscreen waarmee alle instrumenten weergegeven kunnen worden.

Berichten

Via het NMEA protocol worden berichten uitgewisseld, of eigenlijk uitgezonden. En bericht is één regel van maximaal 82 karakters. Alleen leesbare ASCII karakters zijn toegestaan.

• Een bericht begint met een $-teken en eindigt met een carriage return en line feed (CR/LF).
• Elk bericht begint met een 'talker id' van 2 characters. De talker id geeft aan wat type apparaat het bericht verstuurd. (b.v. GP voor GPS)
• Hierna volgt een 3 karakter lange sentence identifier. B.v. GLL voor Geographic position, latitude / longitude.
• Vervolgens volgt de inhoud van het bericht, dit zijn een aantal gegevens welke middels een komma zijn gescheiden.
• Als laatste kan een checksum worden toegevoegd, de checksum wordt voorafgegaan door een *-teken.

De meeste instrumenten sturen met vaste tussenposen hun berichten uit. Een GPS kan b.v. elke 10 seconden de positie uitsturen. Er kunnen ook meerdere berichten kort achter elkaar worden uitgestuurd met verschillende inhoud. Een GPS stuurt naast de positie vaak ook gegevens over de nauwkeurigheid etc. door.

Bedrading

Het NMEA protocol maakt gebruik van een 2-draads bus met een werkspanning van 0-5 volt. De bus 'praat' maar één kant uit. Om zowel data te versturen als te ontvangen zijn dus 2 aansluitingen nodig. Hiermee komt de feitelijke bus op 4 draden uit. Out A, Out B en In A, In B. Om storingen te voorkomen wordt de kabel afgeschermd waarbij de afscherming wordt verbonden met de Com aansluiting.

Er kunnen meerdere senders worden aangesloten op één bus door simpel de Out A en Out B door te lussen van apparaat naar apparaat. Hetzelfde geldt voor de ontvangers.

Het NMEA protocol schrijft voor dat apparaten middels de A en B draad aangesloten moeten worden. Tevens dient de aansluiting galvanisch gescheiden te worden om storingen (met name bij hoog frequent apparatuur als een GPS) te voorkomen. Echter zijn er fabrikanten die het wat minder nauw nemen met de regels. Zij gebruiken vaak één aansluiting en verbinden de andere aansluiting met de Com aansluiting welke is verbonden met de ground van het schip. Deze aansluiting wordt ook vaak 1 draads NMEA genoemd. De 2 draads en 1 draad aansluitingen zijn onderling te combineren. De 2 draads maakt dan gebruik van de A en B aansluiting (en Com voor de kabel afscherming), terwijl de 1 draads de A en Com aansluiting gebruikt.

Multiplexer

Hoewel er meerdere apparaten op dezelfde bus (draad) aangesloten kunnen worden levert dit bij veel (snelle) apparaten nogal eens wat problemen op. NMEA senders controleren niet of er al een ander NMEA apparataat een bericht aan het versturen is. Hierdoor kan er snel een collision (door elkaar lopen van berichten) ontstaan. Hierdoor worden berichten onleesbaar voor de ontvanger(s). Een NMEA multiplexer biedt hier uitkomst. Een muliplexer heeft vaak meerdere NMEA ingangen. Op elke ingang kunnen meerdere apparaten worden aangesloten. Elke ingang is voorzien van een ontvangst buffer. Zo kan de muliplexer berichten tijdelijk bewaren om ze zo netjes (per ingang) achter elkaar te plakken. Hierdoor wordt het aantal collisions drastisch terug gebracht. De meeste multiplexers kunnen ook berichten filteren. Hierdoor kan ingesteld worden welke berichten wel en niet doorgestuurd moeten worden naar een specifieke uitgang. Zo kan b.v. een kaart plotter alleen relevante berichten van een GPS doorgestuurd krijgen, en worden de berichten van andere apparaten als een diepte meter tegen gehouden.

Een ander voordeel van een moderne multiplexer is dat de NMEA berichten ook via andere methoden gedeeld kunnen worden met b.v. een laptop computer. Denk hierbij aan een seriele aansluiting, usb, bluetooth of wifi. Zo kan GPS, AIS en andere informatie rechtstreeks geplot worden in een navigatie programma.

Naast NMEA zijn er verschillende andere bus systemen op de markt. Een juiste multiplexer kan ook als vertaler dienen voor deze 'vreemde' bussen. Hierdoor zijn verschillende instrumenten van verschillende leveranciers toch met elkaar te combineren.

NMEA 2000

NMEA 2000 is de opvolger van het NMEA 0183 protocol. Dit protocol bevat een groot aantal verbeteringen waaronder een veel hogere snelheid. Ook kunnen meer instrumenten op dezelfde bus worden aangesloten doordat de instrumenten eerst luisteren op de bus voordat zij een bericht plaatsen. Hiermee worden collisions voorkomen. Het NMEA 2000 protocol is een stuk duurder en zien we alleen terug bij high-end apparaten.