NMEA 2000 PGN-viestien tulkitseminen

NMEA 2000 (standardi IEC 61162-3), lyhennettynä NMEA2k tai N2K, on plug-and-play kommunikaatio-standardi, jota käytetään laitteiden, näyttöjen ja antureiden kytkemiseen toisiinsa veneissä ja laivoissa. NMEA 2000 -väylän nopeus on 250 kbit/s ja se mahdollistaa “keskustelun” sensorien ja näyttölaitteiden tai minkä tahansa NMEA 2000 yhteensopivien laitteiden välillä. Sähköisesti NMEA 2000 on yhteensopiva Controller Area Network:in (“CAN väylä”) kanssa, jota käytetään polttoaineella kulkevissa maantiekulkuneuvoissa. NMEA 2000 protokolla perustuu SAE J1939:ään, johon on lisätty marine-spesifisiä viestejä. J1939 ja NMEA 2000 suurin ero, marine-spesifisten viestien lisäksi, on se, että J1939:ssä laitteiden ja anturien osoitteet on kovakoodattu, kun taas NMEA 2000:ssa, osoite neuvotellaan uuden laitteen liittyessä verkkoon. Tämä tekee NMEA 2000:sta plug-and-play tyyppisen verkon. Suurin osa NMEA 2000 ja J1939 viesteistä on broadcast-tyyppisiä eikä niille ole määritelty määränpäätä. Tästä syystä verkossa ei tarvita request-tyyppisiä viestejä.

Raymarine SeaTalk 2, Raymarine SeaTalk^NG, Simrad Simnet ja Furuno CAN ovat rebrandattyjä NMEA 2000 implentaatioita, jotka tosin käyttävät erilaista fyysistä liitintä kuin standardoitu DeviceNet Micro-C M12 5-pinninen ruuviliitin.

NMEA 2000 viestien rakenne

NMEA 2000:ssa käytetään 29-bittistä tunnistetta. NMEA 2000:n (J1939) 29-bittisen tunnisteen rakenne on seuraava:

PRIORITY (PRIO)	RESERVED (R)	DATA PAGE (DP)	PDU FORMAT (PF)	PDU SPECIFIC (PS)	SOURCE ADDRESS (SA)
3 bits	1 bit	1 bit	8 bits	8 bits	8 bits

Ensimmäiset kolme bittiä (PRIO) määrää viestin prioriteetin nollan kuvatessa suurinta prioritettia. Aikakriittiset kontrolliviestit (kuten moottorinohjaus) saavat yleensä korkean prioriteetin, kun taas vähemmän kriittiset (kuten nopeus) alemman prioriteetin.

Seuraava bitti (R) on varattu tulevaisuutta varten ja se tulisi asettaa nollaksi.

Seuraava bitti on data page -valinta (DP). Se laajentaa mahdollisten PGN:en määrää, joita tunnisteella voidaan kuvata.

PDU format (PF) määrittelee onko kyseessä broadcast- vai osoitteelinen viesti. PDU tulee sanoista Protocol Data Unit.

PDU specific (PS) -kentän tulkinta riippuu PF:n arvosta seuraavasti

• Jos PF on välillä 0 ja 239, viestillä on vastaanotto-osoite (PDU1) ja PS-kenttä sisältää sen osoitteen.
• Jos PF on välillä 240 ja 255, on viesti broadcast-viesti (PDU2) ja PS kenttä sisältää Group Extension:in (ryhmän laajennuksen). Ryhmän laajennukset laajentavat mahdollista broadcastattavien PGN:ien määrää.

Tunnisteen viimeiset 8 bittiä sisältävät lähettävän laitteen ID:n (osoitteen). Jokaisella laitteella pitää olla oma ID ja verkossa voi olla maksimissaan 254 eri ID:tä. Tosin fyysisesti kytkettynä voi yhdessä verkossa olla vain 50 laitetta.

Termiä Parameter Group Number (PGN) käytetään 18 bitin ryhmästä: Reserve bit, DP, DF ja PS, jotka on merkitty yllä olevaan taulukkoon sinisellä.

Esimerkkejä

Esimerkki: tunniste 0x1F50BEE on binäärisenä 000 000 0 1 11110101 00001011 11101110 ja se voidaan jakaa seuraaviin kenttiin

0x01				0xF5	0x0B	0xEE
000	000	0	1	11110101	00001011	11101110
–	Prio	R	DP	PF	PS	SA

• Kolme ensimmäistä bittiä ei ole käytössä (000)
• Prio, R ja DP (3+1+1 bittiä) = 0x01 (000 0 1)
• PF (8 bittiä) = 0xF5 = 245, eli tämä on brodcast-viesti (PDU2)
• PS (8 bittiä) = 0x0B, eli Group Extension = 11
• SA (8 bittiä) = 0xEE = 238

PGN = R, DP, PF ja PS -kentät – tässä tapauksessa 0x1F50B (eli PGN 128267)

Myös 0xDF50BEE sisältää PGN 128267, mutta se ei näy suoraan HEX-arvosta, koska priority-bitit eivät ole tässä 000. Jotta PGN:n saa tästä ulos, pitää HEX ensin muuttaa binääriseksi seuraavasti:

0x0D				0xF5	0x0B	0xEE
000	011	0	1	11110101	00001011	11101110
–	Prio	R	DP	PF	PS	SA

Tästä otetaan binäärisenä PNG-osa (R, DP, PF ja PS) eli 0 1 11110101 00001011 ja muutetaan se HEX:ksi 0x1F50B (PGN 128267).

NMEA 2000 PGN -lista

Alla on lista NMEA 2000 PGN:stä (lähde Yacht Devices).

PGN	HEX	SISÄLTÖ
65311	0x0FF1F	Magnetic Variation (Raymarine Proprietary)
126992	0x1F010	System Time
127237	0x1F105	Heading/Track Control
127245	0x1F10D	Rudder
127250	0x1F112	Vessel Heading
127251	0x1F113	Rate of Turn
127258	0x1F11A	Magnetic Variation
127488	0x1F200	Engine Parameters, Rapid Update
128259	0x1F503	Speed, Water referenced
128267	0x1F50B	Water Depth
128275	0x1F513	Distance Log
129025	0x1F801	Position, Rapid Update
129026	0x1F802	COG & SOG, Rapid Update
129029	0x1F805	GNSS Position Data
129033	0x1F809	Local Time Offset
129044	0x1F814	Datum
129283	0x1F903	Cross Track Error
129284	0x1F904	Navigation Data
129285	0x1F905	Navigation — Route/WP information
129291	0x1F90B	Set & Drift, Rapid Update
129539	0x1FA03	GNSS DOPs
129540	0x1FA04	GNSS Sats in View
130066	0x1FC12	Route and WP Service — Route/WP— List Attributes
130067	0x1FC13	Route and WP Service — Route — WP Name & Position
130074	0x1FC1A	Route and WP Service — WP List — WP Name & Position
130306	0x1FD02	Wind Data
130310	0x1FD06	Environmental Parameters
130311	0x1FD07	Environmental Parameters
130312	0x1FD08	Temperature
130313	0x1FD09	Humidity
130314	0x1FD0A	Actual Pressure
130316	0x1FD0C	Temperature, Extended Range
129038	0x1F80E	AIS Class A Position Report
129039	0x1F80F	AIS Class B Position Report
129040	0x1F810	AIS Class B Extended Position Report
129041	0x1F811	AIS Aids to Navigation (AtoN) Report
129793	0x1FB01	AIS UTC and Date Report
129794	0x1FB02	AIS Class A Static and Voyage Related Data
129798	0x1FB06	AIS SAR Aircraft Position Report
129809	0x1FB11	AIS Class B “CS” Static Data Report, Part A
129810	0x1FB12	AIS Class B “CS” Static Data Report, Part B