KR20060057756A - 다기능 nmea 데이터 모니터링 시스템 구현 방법 및 이를 위한 범용 nmea 표시기와 nmea 제어기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 선박의 여러 항해통신 장비들의 작동 정보를 선박 내 여러 곳에 효율적으로 전송하여 모니터링하는 방법과 이를 위한 장치에 관한 것으로서, 여러 항해통신 장비들의 NMEA 규격 데이터를 1개의 시리얼 데이터로 다중화 하고 이를 증폭 분배하여 선박 내 여러 곳에 전송하며, 모니터링 장치는 이를 수신하여 필요한 데이터만 선택하여 표시하며, 이 모니터링 장치를 개별 및 그룹별로 원격 제어할 수 있도록 하는 "다 기능 NMEA 모니터링 시스템 구현 방법"과 이를 위한 "NMEA 제어기" 및 "NMEA 표시기"에 관한 것이다.
이 방법은 기존 항해통신장비에 직접 부착되거나 전용 표시장치만을 사용하여 제한된 장소에서만 볼 수 있었던 항해통신 장비의 작동 정보를 "NMEA 제어기"를 통하여 효율적으로 전송하고 제어하며, 선박 내 어디에서나 범용 "NMEA 표시기"를 통하여 모든 정보를 쉽게 실시간으로 모니터링 할 수 있게 하고, 단문메시지 및 알람 기능을 사용할 수 있도록 하여, 보다 안전하고 효율적인 항해와 저렴한 시스템 구성을 할 수 있게하는 특징을 갖고 있으며, 다른 항해통신장비 개발 및 제작시에도 이 표준화된 "NMEA 표시기"를 사용함으로서 개발 기간 단축 및 생산원가 절감 효과도 있다.
NMEA(National Marine Equipment Association), NMEA-0183, NMEA-0183 High Speed, NMEA-2000, IEC61162-1, IEC61162-2, IEC61162-3, CAN(Controller Area Network), NMEA Mux(Multiplexer), NMEA Buffer, NMEA Filter, 다중화(Multiplexing), 데이지체인(Daisy chain), NME 표시기 (NMEA Monitor), NMEA 제어기 (NMEA Controller)

Description

다기능 NMEA 데이터 모니터링 시스템 구현 방법 및 이를 위한 범용 NMEA 표시기와 NMEA 제어기 {The embodiment method of Multi-function NMEA data Monitoring system, and Universal NMEA monitor and NMEA controller}
[도 1]은 PC와 "NMEA 제어기"와 "NMEA 표시기"를 사용한 기본 구성.
[도 2]는 NMEA 표시기 단독 사용.
[도 3]은 "NEMA 제어기"와 "NMEA 표시기" 사용.
[도 4]는 CAN과 Ethernet을 통한 PC, "NMEA 제어기", "NMEA 표시기" 사용.
[도 5]는 본 발명의 "NMEA 제어기" 내부 구성.
[도 6]는 본 발명의 "NMEA 표시기" 내부 구성.
[도 7]은 본 발명의 "다기능 NMEA 데이터 모니터링 시스템" 전체 구성도
선박의 전자 항해통신장비는 데이터 교환을 위한 인터페이스 표준으로 1:1(Single Talker, Single Listner) 방식이며 전송속도가 4,800bps인 IEC61162-1 방식과, 전송속도가 38,400bps이며 1:n(Single Talker, Multiple Listner) 방식인 IEC61162-2 표준을 사용하고 있고, 모두 단방향 규격이며, 현재 출시되고 있는 항해통신장비들 대부분은 아직 IEC61162-1만 채택하고 있는 실정이다.
IEC61162-1/2 규격은 미국 NMEA(National Marine Equipment Association)에서 정한 규격인 NMEA-0183과 NMEA-0183 High Speed 규격을 그대로 채택하고 있고 데이터 포맷은 모두 동일하며, IEC61162-3 규격은 NMEA-2000 규격과 동일하며 양방향 버스 네트워크 프로토콜인 CAN 방식을 채택하고 있으나 최종 규격은 확정되지 않은 상태이다.
GPS 수신기, 자이로컴파스, Speed Log 등은 데이터를 제공하는 장비(NMEA Talker)로서 이러한 대부분의 장비들은 장비 자체에 부착된 전용 표시기를 갖고 있으며, 일부 장비는 자체 표시기 외에 별도의 전용 표시기와 별도의 케이블로 선교(선박 브릿지) 전면에 부착하여 항해를 원할하게 하도록 돕고 있다. 또한 대부분의 항해통신장비들은 오래전부터 GPS 수신기의 NMEA 데이터를 사용하여 왔으며, 근래에 설치되고 있는 AIS, ECDIS, VDR 등이 여러 항해통신장비들로부터 주로 NMEA 데이터를 수신하는 장비(NMEA Listner)들이다.
그러나 이들은 모두 선교 내의 한정된 장소에서만 정보를 식별토록 하고 있는 실정이며 각각 개별적인 결선이 필요하고, 개별적인 규격의 신호를 사용하고 있어 각각에 맞는 고가의 전용 표시기를 사용하여야 하는 제약을 갖고 있으므로, 선교 내 임의의 장소에 추가 설치하는 것은 용이하지 않으며, 더욱이 선교 외부 선박 내 임의의 장소에서 이들 다수 정보들을 모니터링 하도록 하는 것은 불가능한 실정 이었다.
본 발명은 여러 항해통신장비들의 NMEA 데이터 (IEC61162-1/2/3 규격의 데이터 형식)들과 단문 메시지 및 알람 정보를 효과적인 방법으로 선박 내 여러곳에 전송하고, 표준화된 단일 하드웨어를 통하여 이들 정보들 중 희망하는 NMEA 데이터를 선택적으로 표시하여, 선교를 비롯한 선박 내 어디에서나 항해정보를 실시간으로 모니터링 할 수 있도록 하며, 단문 메시지와 알람을 출력할 수 있게 하는 것이다.
본 발명은, 이를 위해 여러 항해통신 장비들의 NMEA 데이터들을 단일 케이블로 선박 내 전 지역으로 전송할 수 있도록 하나의 시리얼 데이터로 만들어 분배하는 다중화 기술이 필요하며, 전송된 정보 중 필요한 정보를 선택적으로 표시할 수 있고 여러 정보를 표시할 경우 순차적으로 표시할 수 있는 모니터링 장치가 필요하다.
선박 내 설치될 다수의 모니터링 장치는 원할한 사용을 위해서 개별 및 그룹별로 원격 제어될 수 있도록 하여 전체 시스템의 운영을 용이하게 하는 기술도 요구된다. 이 모니터링 장치의 원격 조작을 위한 제어 데이터를 보내기 위해서 무선이나 별도의 케이블을 사용하지 않고 NMEA 데이터 전송을 위한 케이블을 공동으로 사용하도록 NMEA 데이터와 제어 데이터를 다중화하여 전송하는 기술도 요구되며, 이 제어 데이터는 전송로 상에 어떠한 NMEA 관련 장비들을 사용하더라도 에러 데이터로 처리되지 않도록 하는 기술도 요구된다.
본 발명은 여러 항해통신장비들의 NMEA 데이터를 단일 시리얼 데이터로 다중화(Multiplexing) 하고 이를 증폭하여 분배하며 표시 장치를 제어하는 기능을 가진 "NMEA 제어기"([도1-(2)])와, 수신한 데이터를 선택적으로 표시하는 "NMEA 표시기"([도1-(3)])과 단문메시지 작성 및 "NMEA 표시기"를 제어하는 PC([도1-(1)])로 구성된다. "NMEA 표시기"는 "NEMA 제어기"나 PC 없이 단독으로도 사용이 가능하며 ([도2] 참조), "NEMA 제어기"와 함께 사용이 가능하다 ([도3] 참조). [도4]는 PC와 "NMEA 제어기" 및 "NMEA 표시기"가 CAN으로 연결된 것과 Ethernet으로 연결된 것을 각각 보여준다.
[도3]은 본 발명의 "NMEA 제어기" 내부 구성도이며, 여러 NMEA 입력 포트([도5-(51)])로 수신되는 신호를 다중화하여 NMEA 출력 포트([도5-(54)])와 CAN/Ethernet 인터페이스([도5-(55)])를 통하여 출력한다. [도5-(54)] NMEA 출력부는 여러 "NMEA 표시기"와 "NMEA 제어기"를 연결할 수 있도록 NMEA Buffer 기능을 갖게 하여 "NMEA 표시기"의 데이지체인 결선 기능과 함께 사용함으로서 전체 시스템의 결선을 매우 간략하게 하여 경제적인 시스템 구성을 가능하게 한다.
[도5-(56)]은 입력된 NMEA 데이터 중 출력하지 않을 데이터를 지정하는 NMEA 필터(Filter) 기능과, "NMEA 표시기" 자체에서 조작하는 기능 모두를 이 "NMEA 제어기"에서 원격으로도 조작할 수 있도록 하기 위해, 여러 "NMEA 표시기"의 개별 ID를 사용하여 개별 또는 그룹별로 표시할 데이터의 선택, 밝기조절 등의 제어 데이 터와 단문메시지를 작성할 수 있도록 하는 기능을 가지며, "NMEA 표시기" 제어를 위한 제어 데이터와 함께 입력되는 NMEA 데이터를 다중화 하여 출력하며, "NMEA 표시기" 는 이를 수신하여 표시 데이터와 제어 데이터로 구분하여 처리한다.
제어 데이터와 단문 메시지는 NMEA 데이터 포맷의 표준에서 정한 "$P"로 시작되는 사용자 지정 형식을 사용함으로서 어떠한 NMEA Mux나 NMEA Buffer 장비를 사용하더라도 에러로 처리되지 않도록 한다.
$P...........*hh<CR><LF>
여기서 "$"는 NMEA 데이터의 시작, "P"는 사용자 정의 데이터 포맷, "..."은 데이터, "*"는 다음이 Checksum, "hh"는 Checksum 값, <CR>은 0x0d, <LF>는 0x0a를 나타낸다.
[도4]는 본 발명의 "NMEA 표시기" 구성도이며, NMEA 신호를 수신할 수 있는 입력 포트([도6-(61)])를 사용하여 단독으로 다른 항해통신장비나 PC로 부터 데이터를 직접 수신하거나([도2]), "NMEA 제어기"로 부터 표시 데이터와 제어 데이터 및 단문 메시지를 수신할 수 있으며, IEC61162-3에서 사용하고 있는 CAN 인터페이스([도6-(65)])를 사용하며, 일부 VDR이나 ECDIS 등의 경우 모든 수신 정보를 Ethernet 형식으로 데이터를 출력하는 경우도 있으므로 Ethernet 인터페이스([도6-(65)])를 사용하여 데이터를 수신할 수 있도록 한다.
[도6-(64)] NMEA 출력부는 "NMEA 제어기"의 포트 절감과 간결한 결선을 위하여 데이지 체인 결선이 가능하도록 입력받은 NMEA 신호를 출력하는 포트이다.
[도6-(66)] NMEA 표시기 제어부는 입력되는 NMEA 데이터 중 표시할 정보 만 선택하여 문자/그래픽 표시부([도6-(62))에 표시되도록 하며 복수개가 선택된 경우에는 데이터가 교대로 표시되도록 한다. 밝기조절(Dimmer)과 알람 기능을 사용하고 이를 직접 조작할 수 있도록 하며, "NMEA 표시기"를 직접 조작하기 어려운 환경이거나 여러 NMEA 표시기를 개별 조작하는 것이 불편한 경우 원격에서 조작할 수 있도록 하기 위해 "NMEA 제어기"나 PC로부터 제어 데이터를 수신하여 동작될 수 있도록 모든 제어가 소프트웨어적으로 가능하도록 회로를 구성하며, 이 때 개별 및 그룹별로 제어가 가능하도록 고유한 ID를 설정할 수 있도록 한다. 이러한 모든 설정 정보는 불휘발성 메모리에 저장되어 전원에 관계없이 정보가 유지되도록 한다.
[도6-(62)] 문자/그래픽 표시부는 선박의 Heading이나 Rudder Angle과 같은 정보는 숫자외 시각적 표시를 하는 것이 크게 도움이 되므로 문자 외 간단한 그래픽 표시가 가능한 장치를 사용한다. 또한 단문 메시지를 수신하여 표시할 수 있도록 하며 시각/청각 알람 장치로도 사용할 수 있도록 하여 추가 비용 없이 선박 내에서 유용한 메시지 방송 시스템으로 사용될 수 있도록 한다. 이는 비상 상황 발생 시 기존의 청각적인 알람과 동시에 그 내용과 대처 요령을 전달할 수 있어 인명 안전에 매우 유용하게 활용될 수 있다.
[도7]은 본 발명의 전체 시스템 구성도로서
[도7-(71)]의 PC 기능은 단문 메시지를 작성하고 "NMEA 표시기"를 원격 조작할 수 있는 제어 데이터를 생성하여 직접 또는 "NMEA 제어기"를 통하여 "NMEA 표시기"로 데이터를 전송하며 PDA 등으로 대체하여 사용할 수도 있다. [도7-(73)]의 "NMEA 제어기"는 PC와 여러 NMEA 데이터 신호를 다중화하여 출력한다. 이 출력된 신호들은 "NMEA 표시기"에 연결되며 일부는 "NMEA 제어기([도7-(77)])"에 다시 입력되어 여러 "NMEA 표시기"에 신호를 분배한다. [도7-(75)]의 "NMEA 표시기"는 [도7-(73)] NMEA 제어기와 1:1 방식으로 각각 연결되어 있고, [도7-(76)]의 "NMEA 표시기"는 데이지체인으로 연결되어 있으며 [도7-(79)]의 "NMEA 표시기는 CAN/Ethernet 방식으로 연결되어 있다. [도7-(74)] "NMEA 표시기"는 "NMEA 제어기를 거치지 않고 연결되어 있다.
서로 다른 개별 표시기를 사용하지 않고 하드웨어적으로 표준화된 단일 "NMEA 표시기"로 모든 NMEA 데이터를 표시할 수 있게 함으로서, 적은 수량으로 인하여 고가일 수 밖에 없는 조선/해양 시장 환경에서 보다 대량의 수요를 통한 원가 절감이 가능하며, 이를 통한 수요증가도 예상된다.
이미 설치된 "NMEA 표시기"를 필요에 따라 그 용도를 쉽게 바꿀 수 있으며, 장애가 발생한 경우에도 주위에 있는 "NMEA 표시기"로 쉽게 대체가 가능하여, 예비 장비를 확보하지 않으면 신속한 조치가 불가능한 선박 환경하에서 매우 유리하다.
장비 제작 업체에서도 표준화된 표시기를 사용하여 부착하고 결선만 하면 되므로 제품개발 기간을 크게 단축시킬 수 있으며, 생산원가 절감도 가능하다.
"NMEA 제어기"에서 여러대의 "NMEA 표시기" 전원을 공급하도록 하여 "NMEA 표시기" 뿐만 아니라 전체적인 원가절감을 가능하게 한다. "NMEA 표시기"는 "NMEA 제어기" 없이 단독으로 사용되는 경우에만 선택적으로 AC/DC 전원장치가 추가될 수 있도록 한다.
단문 메시지와 알람을 출력할 수 있게 하여 선교를 비롯한 선 내 어디에서나 항해정보를 실시간으로 모니터링 할 수 있게 함으로서 적은 인원으로 장기간 진행되는 항해가 보다 원할하고 안전하도록 지원하며, 단문메시지를 방송하여 비상 상황시에 그 내용을 보다 구체적으로 파악할 수 있도록 하여 보다 능동적인 대처가 가능하다.
현재 선박에 설치되고 있는 시계의 경우 선교에 마스터 시계를 두고 별도의 케이블로 주요 위치에 있는 보조 시계들과 연결하여 시간 동기를 맞추고 있다. 본 발명의 시스템을 사용하는 경우에는 모든 시계와 케이블을 완전 대체할 수 있으며, UTC 표시와 함께 항해 도중 계속 변경되는 로컬 시간을 자동으로 표시할 수 있으며 날짜선이 변경되는 경우에도 자동으로 날짜를 변경하여 표시할 수 있는 큰 효과가 있다.

Claims (3)

  1. NMEA 데이터 수신을 위한 NMEA 입력포트와 CAN 및 Ethernet 인터페이스를 통하여 NMEA 데이터를 수신하며 이 수신된 NMEA 데이터를 NMEA 출력 인터페이스를 통하여 출력하는 기능과, 자체 조작과 제어 데이터 수신에 의한 원격조작 모두가 가능하며 표시할 NMEA 데이터를 선택하고 자신의 ID 설정 및 밝기를 조절하는 제어기능과, 설정한 자신의 ID에 의해 자신이나 자신이 속한 그룹의 데이터를 식별하는 기능과, 수신되고 선택된 모든 NMEA 데이터와 PC 및 다음 [청구항 2]의 "NMEA 제어기"에서 보낸 단문 메시지와 알람 정보를 문자와 그래픽과 스크롤 기능을 사용하여 표시하며 알람(시각 및 소리)을 동작시킬 수 있도록 하는 기능을 특징으로 하는 범용 "NMEA 표시기"
  2. NMEA 데이터 수신을 위한 다수의 NMEA 입력 인터페이스와 다수의 NMEA 출력 인터페이스와 CAN 및 Ethernet 인터페이스를 갖고 있으며, 각 인터페이스를 통하여 입력된 NMEA 데이터들을 서로 다른 인터페이스로 출력하는 라우터/게이트웨이(Router/Gateway) 기능과, 입력 NMEA 데이터를 필요한 것만 선택하여 다른 인터페이스로 출력하는 필터(Filter) 기능과, 위 [청구항 1] "NMEA 표시기"의 기능을 원격으로 조작할 수 있도록 제어 데이터를 NMEA 데이터 형식으로 만들어 각 인터페이스로 출력하는 기능과, 단문메시지를 작성하여 이를 NMEA 데이터 형식으로 만들어 각 인터페이스로 출력하는 기능과, "NMEA 표시기"에 DC전원을 공급하는 기능을 가진 것을 특징으로 하는 "NMEA 제어기"
  3. 선박 내 여러 항해통신장비의 정보를 단일 케이블 결선으로 선박 내 어디에나 전송할 수 있도록 다중화 하는 기능과, 이 때 표시장치를 원격으로 제어할 수 있는 제어 데이터와 단문 메시지와 시각/청각 알람 정보를 NMEA 형식으로 만들어 함께 전송하고, 표시장치는 이를 수신하여 문자와 그래픽 및 알람으로 출력하는데 있어, NMEA 데이터는 선택이 가능하고 나머지 정보는 자신이나 자신이 속한 그룹에게 보내지는 정보인지를 식별하여 표시하며, 로컬(Local) 및 원격조작이 모두 가능한 기능을 특징으로 하는 "다기능 NMEA 모니터링 시스템 구현 방법".
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