NMEA 2000 verkko on hiljalleen yleistynyt parin kymmenen vuoden aikana vene-elektroniikasssa, syrjäyttäen hiljalleen NMEA0183 tiedonsiirtoprotokollaa, mutta ei kumminkaan hävittäen sitä kokonaan.  Esimerkiksi ammattimerenkulussa ei NMEA2000 ole vielä tätä kirjoitettaessa hyväksytty tiedonsiirtotapa vaan tieto kulkee edelleenkin NMEA 0183 protokollalla. Veneiden ja eritoten ammattiliikenteen kalustojen uusiutumistahti on niin hidas, että kaikki tämän tyyppinen asia tapahtuu todella loivaa tahtia. 

Jos et jaksa lukea artikkelia, katso ainakin videomme aiheesta. 

Mikä NMEA 2000 verkko on? 

Ennen kuin menemme syvälle asian uumeniin, käymme lyhyen raapaisun pääominaisuuksista: 

• Se on CAN väyläpohjainen tiedonsiirtoprotokolla, joka kiertää vene-elektroniikan laitteista toiseen ketjussa, kuin moottoritie. Se on tarkoitettu numeraalisen tiedon siirtoon, kuten esimerkiksi syvyys, nopeus, polttoaineen määrä jne, mutta ei kuvan, kuten tutka, kaiku, kartat
• CAN väylärakenne on alunperin suunniteltu ajoneuvoteollisuuden tarpeisiin ja perustuu kevennettyyn SAE J1939 standardiin. J1939 liityntä löytyy tänä päivänä useista moottoreista ja samoin plotterien takana erillisenä liittimenä.
• Se on universaali ja standardoitu merkkiriippumaton järjestelmä, ja kaikki laitteet pystyvät hyödyntämään keskinäistä dataa
• NMEA:ta ja sen lausekkeita valvoo yhdysvaltalainen NMEA (National Marine Electronics Association)
• NMEA 2000 infrastruktuuri on sertifioitu niin lausekkeiden kuin jopa liittimien osalta, niin että kaikki laitteet olisivat plug and play yhteensopivia. Tästä rintamasta on eronnut sitten esimerkiksi Simradin SimNet ja Raymarinen SeaTalk NG, jotka kumminkin dataltaan ovat pääosin yhteensopivia, mutta liittimet ei sovi yhteen. 
• NMEA2000 pystyy kuljettamaan mukanaan rajoitetusti myös käyttösähkön erilaisille antureille ja pienille mittari-instrumenteille, joka helpottaa entisestään asennusta. 
• Väylässä voi olla (rajoitetusti) yhtäaikaisesti useita laitteita, jotka keskustelevat keskenään ja vain yksi väylä riittää kuljettamaan datan.

Alla erilaisa liitintyyppejä NMEA 2000 verkkoon. Vasemmalta alkaen neljä ensimmäistä on eri valmistajien NMEA 2000 yhteensopivia liittimiä, viimeisimpänä järein Maretronin liitin. Oikealla kaksi, sinivalkoinen Raymarinen Seatalk NG ja Simradin SimNet ovat myös NMEA 2000 tyyppisiä, mutta liitininfrastruktuuri ei sovi yhteen. 

NMEA 0183 ja NMEA 2000 verkon ero

NMEA 0183 -protokolla käyttää sähköistä standardia RS232/RS422 tiedonsiirtoon CAN-väylän sijaan. Tässä asetelmassa yksi "puhuja" (esim. GPS-moduuli) voi kommunikoida useiden "kuuntelijan" laitteiden  (esim. autopilotin ja karttaplotterin) kanssa. Samassa verkossa ei kuitenkaan voi olla useita "puhujia" (toisin kuin CAN). Tämän seurauksena jokaista "puhuja" solmua varten tarvitaan erillinen NMEA 0183 -verkko - mikä tulee nopeasti monimutkaiseksi, kun verkot yhdistetään.

Tiedot välitetään ASCII-muodossa standardoituina "lauseina", jotka on määritelty sovelluskerroksessa. Tiedot lähetetään tulostettavina ASCII-merkeinä välillä 0x20 - 0x7E, ja ne kuvastavat "fyysisiä arvoja" (esim. asteita) eikä "raakadataa", kuten NMEA 2000:ssa. 

NMEA 2000 verkon edut

NMEA 2000 ja NMEA 0183 ovat kaksi erilaista protokollaa, joilla on omat edut ja haitat. Tässä on tiivistelmä NMEA 2000:n tärkeimmistä eduista verrattuna NMEA 0183:een:

1. Yksinkertaisempi ja edullisempi verkko:

   • NMEA 2000:ssa kommunikointi on yksinkertaisempaa ja edullisempaa, koska se mahdollistaa kaikkien solmujen (laitteiden) keskinäisen viestinnän ja integroi virtalähteen suoraan runkoon. Tämä vähentää johdotuskustannuksia ja tekee verkosta selkeämmän. Standardoidut T-liittimet helpottavat myös liittämistä.

2. Nopeampi tiedonsiirto:

   • NMEA 2000 tukee huomattavasti suurempaa tiedonsiirtonopeutta (250K verrattuna 4,8K NMEA 0183:een), mikä mahdollistaa suuremman datan siirron samassa ajassa. Tämä on erityisen hyödyllistä reaaliaikaisia ​​tietoja vaativissa sovelluksissa, kuten navigoinnissa ja moottorinvalvonnassa.

3. Parempi laiteyhteensopivuus:

   • NMEA 2000 on suunniteltu helpottamaan eri valmistajien laitteiden yhdistämistä samaan verkkoon ja standardoimaan tiedonsiirron. Tämä vähentää yhteensopivuusongelmia ja helpottaa erilaisten laitteiden integrointia.

4. Suurempi verkon koko:

   • NMEA 2000 -verkot voivat olla suurempia kuin NMEA 0183 -verkot, sillä ne tukevat enemmän laitteita (jopa 50 laitetta ) ja voivat siirtää tietoa pitkiä matkoja. Tämä on hyödyllistä suurissa aluksissa tai järjestelmissä, joissa on paljon laitteita.

5. Vahvempi viestintä:

   • NMEA 2000 käyttää Controller Area Network (CAN) -väylää, mikä on digitaalinen tiedonsiirtoprotokolla. Tämä tekee siitä vähemmän alttiin häiriöille ja kohinalle verrattuna NMEA 0183:n sarjaliikenneprotokollaan nähden, mikä tekee NMEA 2000 -verkoista luotettavampia ja kestävämpiä.

6. Taaksepäin yhteensopivuus yhdyskäytävien kautta:

   • NMEA 2000 mahdollistaa NMEA 0183 -laitteiden integroinnin uusiin verkkoihin käyttämällä yhdyskäytäviä. Tämä helpottaa vanhan elektroniikan integrointia uusiin järjestelmiin. Toisin sanoen NMEA 2000 -solmuja ei voi kuitenkaan lisätä NMEA 0183 -verkkoihin suoraan.

NMEA 2000 verkon kaapelointi ja kytkentä

 NMEA2000 verkko on periaatteeltaan yksinkertainen ja tulee muistaa vain muutama yksinkertainen sääntö

• Se alkaa aina päätevastuksesta ja päättyy päätevastukseen. Päätevastuksia on verkossa kaksi runkolinjan (spur) alussa ja lopussa. Ei koskaan enempää eikä vähempää
• Jokaiseen T-haaran oksaan (drop) kytketään vain yksi laite, ei enempää eikä vähempää. Oksaa ei saa jakaa erillisillä T-haaroilla. Tähän on tarjolla elektronisia jakajia erikoistarpeeseen, mutta muuten vain yksi laite per oksa
• Verkkoon tulee aina syöttää 12V käyttöjännite, joka on varustettu omalla sopivalla sulakkeella. Jännitesyöttö tulee laittaa verkon puolivälin vaiheille ja verkon tehonkulutusta (LEN) ei saa ylittää. Jännitteen tulee olla aina 12V, ei koskaan 24V tai jotain muuta. Syöttöjä saa olla vain yksi yhdestä pisteestä. 

Alla yksinkertainen kuva NMEA2000 verkosta. 

1. Runkokaapeli, eli spur. Kaapeli on fyysisesti sama, kuin laitekaapelidrop, mutta pituus voi rungolla olla pidempi. (kymmeniä metrejä)
2. T-haara
3. Päätevastus, joita tulee olla yksi alussa ja yksi lopussa
4. Laitekaapeli, eli Drop, kaapeli on sama kuin runkokaapeli, mutta pituus saa olla maksimissaan 6 metriä. 
5. Akku / virtalähde 12V

Alla tyypillinen  NMEA2000 verkon kytkentä pulpettiveneen kojelaudan alla. Keskellä kuvaa myös Simradin ethernet sovitin tutkalle, joka vaatii NMEA2000 tiedon. 

Tyypillinen kurkkaus kojelaudan alle. 

NMEA 2000 Micro ja Mini, mitä eroa? 

Kun normaali kuluttaja puhuu NMEA 2000 verkosta, puhutaan aina yleensä NMEA 2000 Micro liittimistä, joka on  perus veneissä yleisin. NMEA 2000 micro järjestelmä voi kuljettaa maksimissaan 3A virtaa ja verkon yhteenlaskettujen kaapelien pituus saa olla maksimissaan 100 metriä

Liittiminä löytyy myös MID ja MINI liittimet, näiden virrankuljetusarvot on puolestaan 4 tai 8 ampeeria ja maksimi pituus verkolla 250 metriä. Normaali huviveneissä tällaiset mitat tulevat havoin vastaan. 

NMEA 2000 MINI liitin (harvinaisempi)

NMEA 2000 MICRO liitin (yleisimmin käytetty)

NMEA 2000 liittimen pinnijärjestys

Joskus on hyvä tietää, mikä on oikea pinnijärjestys kaapeleissa, esimerkiksi vianhaun vuoksi tai jos olet kytkemässä  ns. kenttäliitettävää NMEA 2000 liitintä. Monissa tapauksissa valmiiksi paistettu kaapeli joudutaan katkaisemaan, jotta se saadaan pujotettua ahtaan paikan läpi, jolloin kaapelin päähän tehdään uusi liitin. 

NMEA 2000 kaapeli on vakioitu

NMEA 2000 kaapeli ei voi olla mitä tahansa paukkulankaa, kuten NMEA 0183:ssa. Kaapelin tulee olla standardoitua kaapelia, jossa datakaapelit on suojattu erikseen kaapelin sisälle. Lisäksi johtonipussa kulkee folion sisällä suojamaa ja riittävän paksut vakioidut sähkönsyöttökaapelit. 

NMEA 2000 aloituspakkaukset

Monet valmistajat tarjoavat verkon rakentamiseen aloituspakkausta, jossa on yleensä muutama T-liitin, virran syöttö ja päätevastukset sekä pari kaapelia runkoon tai droppiin käytettäväksi. Jos veneessäsi ei ole entuudestaan verkkoa, on tällainen pakkaus hyvä verkon rakentamisen aloittamiseen. 

NMEA 2000 LEN luku

LEN tarkoitta Load Equivalance Number, eli kuormasuhde lukua. LEN luku 1 tarkoittaa 50mA virran kulutusta, jos laitteen virrankulutus on 150mA, on sen len luku 3. Jos kulutus olisi vaikka 152mA, olisi luku tällöin neljä, koska luku pyöritetään aina ylöspäin. Jos maksimi virran syöttö verkolle on 3A, on tällöin maksimi LEN luku yhdellä virransyötöllä 60. Jos luku ylittää tämän, pitää verkko jakaa syötön osalta kahteen osaan. Tähän löytyy isolaattoreita, jotka katkaisevat verkon. LEN luvut löytyvät yleensä laitteen spekseistä. Noin yleisellä tasolla meidän mittakaavan laitteissa LEN luku tulee erittäin harvoin vastaan. 

NMEA 2000 verkon suunnittelu veneeseen

Nyt olemme käyneet läpi läjän komponentteja ja termejä, mitä NMEA 2000 verkkoon fyysisesti kuuluu ja voimme alkaa miettimään, miten veneeseen rakennetaan NMEA 2000 verkko. 

Asioita, jotka vaikuttavat verkon suunnitteluun on mm. 

• Veneen koko ja käyttöpisteiden määrä ja fyysinen sijoittelu veneeseen
• Verkon kuormitus virran osalta (len luku)
• Verkon kuormitus datan osalta 

Jos vene on pienehkö pulpettivene tai vene, jossa ei ole kuin pari kolme laitetta, ei paljon suunnittelua tarvita. Jos kuvitellaan, että NMEA2000 verkon DROP kaapelin pituus voi olla maksimissaan 6 metriä, ei pulpettiveneen konsolin alta tarvi paljon pidemmälle mennä. Tällöin konsolin alle vain muutama t-haara tai yksi neljään jakava tukki, johon kaikki laitteet saadaan lyhyillä kaapeleilla kiinni. 

Isommassa matkaveneessä tilanne sen sijaan voi olla toinen. Alla esimerkkinä purjevene, jossa on aika tyypillinen kuvaus siitä, miten verkkoa joudutaan rakentamaan veneeseen.  Ajatus kannattaa lähteä siitä, mitä kohteita veneessä on, mitkä liittyy NMEA 2000 verkkoon. Esimerkiksi plotterit, anturit, mittarit jne., ja miten ne sijoittuvat veneessä. Sähkön syöttö kannattaa sijoittaa väylän puolivälin vaiheille niin, että jännitepudotus ei ole liian iso väylän kummassakaan päässä. Samoin esimerkiksi ohjauspisteille navigaattorin pöydälle ja erilaisiin teknisiin tiloihin kannattaa aina sijoittaa ylimääräisiä T-haaroja, mahdollisia tulevia liitoksia varten. NMEA 2000  verkon pieni haaste on se, että kaapelit ovat usein "tehtaan mittaisia" ja harva jaksaa alkaa veistämään niitä lyhemmäksi. Ylimääräiset kaapelipituudet kannattaa hukata ennemmin matkalle, kuin kaikkia yhteen sähkökaappiin, ellet sitten lähde katkomaan kaapeleita. 

NMEA 2000 laitteet verkossa

Kun olet kytkenyt kaikki laitteet verkkoon ja virrat on päällä ei työ lopu siihen. Tilanne on helppo silloin jos laitteita on jälleen vain muutama, mutta kun antureita ja laitteita alkaa olemaan useampia,  pitää laitteille muistaa kertoa, mitä laitteita verkosta löytyy ja mitä kukin laite käyttää. Esimerkiksi tyypillinen tilanne voi olla, että järjestelmässä on verkossa useampia GPS tai nopeus tai suuntatiedon lähteitä. Tällöin on tärkeää konfiguroida jokainen laite etsimään väylästä se tieto, mitä kukin laite tarvitsee. Esimerkiksi purjehdusinstrumentille pitää kertoa, että hae tuulen nopeus tuulianturilta, ja nopeus lokianturilta. Autopilotti hakee suunnan kompassianturilta, eikä GPS:ltä jne. Nämä on aina laitekohtaisia asetuksia ja niiden kanssa tulee olla huolellinen. Laitteissa on myös suodatuksia, millä saadaan rajoitetttua niiden väylään lähettämää dataa niin, että ne eivät ole toistensa kimpussa. Hyvänä esimerkkinä oli joskus vene jossa oli yhteensä 8 GPS tietoa väylässä. Tietyille laitteille alkoi tulemaan jo ahdasta datan kanssa.  Useimmissa laitteissa on valmiina "hae automaattisesti lähteet" tyyppisiä toimintoja, jotka voivat toimia kohtuullisen hyvin. Täsä on riskinä kumminkin saada valittua myös vääriä datalähteitä.  Tämä konfigurointi voi vaatia joskus hieman enemmän aikaa ja perehtyneisyyttä. 

Erilaisia sekoituksia StNg ja NMEA 2000 verkkojen välillä 

Tyypillisin tilanne voi olla, että veneessä on Raymarinen STNG kaapelointia ja NMEA 2000 liitin infrastruktuuria sekaisin. Pahimmillaan seassa on vielä vanhaa seatalkkia ja siihen liitettynä Seatalk / stng muunnin. 

Hätä ei ole tämän näköinen. Raymarinen StNg kaapelin voi kylmästi pistää poikki ja päähän voi ruuvata tavallisen kenttäliitettävän NMEA 2000 liittimen. Myös valmiita adaptereita on myytävillä, mutta usein tilanne on kentällä äkkinäinen ja tilanne pitää hoitaa ns. joustavasti. Kaapelin värit ovat samat molemmissa, paitsi stng kaapelissa on yksi keltainen johdin, jota ei kuulu kytkeä.  Alla kuva, jossa stng jakotukin runkokaapeleihin on heitetty ihan tavalliset NMEA 2000 haarat molemmin puolin. 

LISÄYS : Erilaiset NMEA2000 liitintyypit moottorinohjauksiin

#1 T-liitin (M12 5-nastainen)

T-liitintä (alias T-kappaletta) käytetään NMEA 2000 CAN -väylän "selkärangan" rakentamiseen lineaarisesti ja laitteiden kytkemiseen. Se on kolmitieliitin, joka koostuu kahdesta naarasliittimestä ja yhdestä urosliittimestä. Liittimet ovat standardoituja DeviceNet 5-nastaisia ​​A-koodattuja M12-liittimiä. Fyysinen liitin ja liitin eroavat mini-tyypin (rungoille) ja mikrotyypin (pienille rungoille ja dropkaapeleille) välillä. Micro M12 -liitintä käytetään myös teollisuussovelluksissa, kuten CANopen, ja se mahdollistaa helpon CAN-pohjaisten laitteiden liittämisen - esim. CAN-väylän dataloggereita.

Esimerkkikuvassa Garnin NMEA 2000 T-haara

#2 Moottorin liitin (J1939 9-nastainen)

Monet merimoottorit (esim. Cummins) käyttävät J1939-protokollaa sisäiseen viestintään. Osa näistä tiedoista voidaan lähettää NMEA 2000 -verkkoon suoraan tai yhdyskäytävän kautta, joka muuntaa PGN-tiedot vastaavaksi NMEA 2000 -koodaukseksi. Monissa moottoreissa on erilliset diagnostiikkaliittimet, jotka mahdollistavat suoran pääsyn J1939-raakatietoihin – ja yleisin liitin näille olisi J1939 deutsch 9-nastainen liitin.

#3 Moottorin liitin (CAT 9-nastainen)

Jotkut merimoottorit (esim. Caterpillarin) käyttävät saksalaista 9-nastaista CAT-sovitinta. Tämä näyttää melkein samalta kuin J1939 9-nastainen liitin, mutta käyttää erilaista liitintä.

#4 Moottoriliitin (Deutsch DT06-6P)

Joissakin merimoottoreissa (esim. Volvo Pentan) käytetään vaihtoehtoisia diagnostiikkaliittimiä, kuten DT06-6P (uros 6-napainen) ja DT06-6S (naaras 6-napainen). Voit usein muuntaa näistä liittimistä muihin suosittuihin liittimiin (kuten OBD2-liittimiin) valmiiden sovittimien avulla.