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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