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船舶電気装備技術講座 〔船舶自動識別装置等設置編〕 (レーダー)

 事業名 船舶の電気装備に関する技術指導等
 団体名 日本船舶電装協会 注目度注目度5


第6章 インターフェースに関連する規格
 本章では、電子航海計器と航法機器、無線通信機器、パソコンなどのデータ通信において必要とされるインターフェース(ハードウエアの物理仕様、データフォーマットおよび接続コネクタとケーブルの規格)に関連する規格について述べる。
 
6・1 世界標準規格
 電子機器間を接続する際のインターフェースに関連する規格は、IEC(International Electrotechnical Commission:国際電気標準会議)によって定められたものが世界標準となっている。電子航海計器とパソコンの通信などの場合にもこの規格が用いられる。
 IECとは電気・電子業界と消費者のための国際規格をまとめ、公表する作業を行なう機関で、会員には工業化された国のすべてが含まれる。ここで定められた規格は100カ国以上で使用されている。IECが国際規格、指針、技術報告などを公表する出版物にはすべて番号が振られており、1997年以降、60000〜79999の番号を使用している。これはISO(国際標準機構)との共同専門諮問評議会で国際規格の番号を統合したもので、ISOの出版物は1〜59999までを採用している。IECにおける1997年以前の出版物も60000を追加する形で(例えばIEC 950はIEC 60950とする)新しい番号に統一されている。
 本章ではIECの規格の中から、IEC 61162「海上における航海及び無線通信の機器とそれらのシステム(デジタルインターフェース、単一送信−複数受信)」を取り上げて、電子航海計器間またはパソコンとの接続・通信における国際標準のハードウエア仕様とデータフォーマットについてまとめた。IEC61162規格では1秒に1メッセージ程度の送信を標準的な速度としているが、20msに1回以上の高速な通信についても規定している。ここでは高速通信における規格を中心に述べる。
 この中で、電子機器内部の回路などについてはITU規格に従う旨、記されている。ITU(International Telecommunication Union:国際電気通信連合)とは電気通信に関する規格を作っている機関でITU-T(電気通信標準化部門)とITU-R(無線通信部門)とから成り、それぞれの分野で国際標準となる勧告を発表している。ここで関係するITU-T V.はモデム関連の勧告である。
 ところで、IEC規格中のデータフォーマットに関する部分は、NMEA 0183バージョン2.30と厳密に連携しており、内容を一致させている。NMEAとは、「The National Marine Electronics Association」(全米船舶電子機器協会)の略で、船舶用電子機器工業と市場の普及と発展に寄与することを目的とし、航海計器の電気的インターフェースと通信プロトコルなどの規定を行なっている。IEC規格ではデータフォーマットについては一部の例が示されるのみで、詳細は機器のマニュアルかNMEAによる印刷物を参照することになる。実際IECでは製造メーカに対して、機器のマニュアルあるいは専用の印刷物に通信に必要な情報を記載するように推奨している。
 ただしIEC規格では接続に用いるコネクタについては、「入手容易な市販品とすること」以外規定していない。本章の後半では、このような電子機器の接続に広く用いられているコネクタの世界標準規格について述べる。この規格は「米国電子工業会(EIA)の推奨する標準」として公表されたものであるが、パソコンを含めて多くの電子機器がこれに対応しており、実質的に世界標準となっている。
 また最後に、関連する規格として、IEC 61097-7規格およびIEC 60945規格の概要をまとめた。
 以下に本章に関係する勧告と発行機関のホームページアドレスをまとめる。
IEC 60945:1996年発行。「海上における航海及び無線通信の機器とそれらのシステム―要求性能一般、試験の方法と必要とされる結果―」
IEC 61097-7:1996年発行。「GMDSSパート7:船上におけるVHF無線電話の送受信―操作および要求性能、試験の方法と必要とされる結果―」
IEC 61162-1:1995年発行。「海上における航海及び無線通信の機器とそれらのシステム(デジタルインターフェース、パート1:単一送信―複数受信)」
IEC 61162-2:1998年発行。「海上における航海及び無線通信の機器とそれらのシステム(デジタルインターフェース、パート2:単一送信―複数受信、高速通信の場合)」
以上IEC関連はhttp://www.iec.ch(英語)
 
ITU-T V.11:1996年発行。「10Mビット/秒までの通信で動作する平衡相互接続回路の電気的特性」
http://www.ituaj.or.jp(日本語)
NMEA 0183-Version2.30:1998年発行。「全米船舶電子機器協会 ―航海計器の電気的インターフェースと通信プロトコルのための標準―」
EIA 485:1991年発行。「平衡デジタル多接点システムに用いられる発生器と受信機の電気的特性」
http://www.eia.org(英語)
 
6・2 ハードウエア仕様とデータフォーマット(IEC 61162規格)
 IEC 61162規格の概要をまとめた。下線部分は高速な通信時のみに関係し、標準速度の通信においては規定されていない項目である。
 ここでは1つのトーカ(データ送信側)と複数のリスナ(データ受信側)の接続を想定している。たとえばGPS受信機(トーカ)とパソコンやチャートプロッタ(リスナ)という組み合わせである。
 
6・2・1 ハードウエア仕様
 1つのトーカと複数のリスナは双方向線を通して並列に接続される。EMCに対処するため、シールドケーブルが推奨されている。リスナの数はトーカの出力能力とリスナ個々の入力ドライブの要求性能による。さらに終端抵抗の使用が条件となる。
 
(1)接続用ケーブル
 デバイス間をつなぐケーブルは、2本の導体を持つシールド・ツイストペアケーブル(A、B)、及び送受信デバイスのための接地線(C)がある。
接地線(C)は、
ツイストペアケーブルに、独立した3番目の電線を追加して使用する場合
外側のシールドと内側のシールドの間が絶縁されている二重シールドを使用する場合がある
 
(2)導線の定義
 信号線A、B、及びシールドである。(信号線A、B、C及びシールド)
 
(3)電気的接続/シールドの性能要求
 トーカと各リスナの信号線A、Bと共通接地線Cは相互に並列接続される。
 独立した接地線(C)と一重のシールドをもつ構成の場合、そのシールドはトーカのシャーシに接続され、いずれのリスナのシャーシにも接続してはいけない。しかし、全てのリスナのシールドは接続していること。(図6・1、図6・2-(a)参照)。
 2重シールドでCが内側シールドの場合、外側シールドはトーカのシャーシに接続し、どのリスナにも接続してはいけない。しかしすべてのリスナの外側シールドは接続されている必要がある。(図6・1、図6・2-(b)参照)。
 2重シールドでCが独立した接地線である場合、内側のシールドはトーカのシャーシに接続し、どのリスナにも接続してはいけない。しかしすべてのリスナの内側シールドは接続されていること。外側シールドは必要であれば、リスナとトーカはそれぞれのシャーシに接続してよい。(図6・1、図6・2-(c)参照)。
 
 ケーブルを配線するときは、切り口を残す事は避け、できるだけ短く配線すること。もし長いケーブルが必要な場合は、ITU-T V.11に従って、線の終端処理をすること。
 
(標準の速度の場合には、全てのリスナケーブルのシールドは、トーカのシャーシにおいてのみ接続し、各リスナのシャーシには接続してはいけない。(図6・3参照。))
 
図6・1 トーカ/リスナ接続
 
図6・2 ケーブルのシールド性能要求
 
図6・3 リスナ受信回路(標準の通信速度)
注:すべてのリスナのシールドはトーカのシャーシに接続し、各リスナのシャーシに接続してはいけない。
 
(4)コネクタ
 この規格において標準コネクタは規定しない。入手が容易な市販のコネクタを使用する。(コネクタの国際標準については6・3項に述べる。)
 
(5)電気信号特性
 送信機・受信機の電気特性について述べる。
(A)信号状態の定義
 待ち受け、マーキング、論理値1、OFFあるいはストップビットの各種の状態は、信号線Bに対して信号線Aが負の電圧であることによって定義される。
 動作中、スペーシング、論理値0、ONあるいはスタートビットの各種の状態は、信号線Bに対して信号線Aが正の電圧であることによって定義される。
 信号線Bのレベルに対し、上記Aのレベルは標準UART*の入出力要求電圧に対し反転しており、また、複数のラインドライブ回路及びライン受信回路は論理の反転機能を備えているということに注意が必要である。
*:UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)
 
(B)トーカドライブ回路
 バスに接続される一台のトーカしか接続できない。信号Aと戻り信号Bを供給するドライブ回路はITU-T X27/V.11.の性能要件を少なくとも満足すべきである。また、その性能要件を満足させるために改良されて、兼用可能な簡便なドライブ回路(例えばEIA-485)も許可される。
 
(C)リスナ受信回路
 複数のリスナが単一トーカに接続される。リスナ受信回路はITU-T V.11の仕様に従う。図6・3に示すように光アイソレータが組み込まれており、電流、逆バイアス、電力消費を制限するための保護回路を持っている。入力端子A、B、Cはリスナのデバイスから電気的に絶縁している。次の(D)と図6・1を参照すること。終端抵抗は任意に用いられる。
 受信回路は最小入力電圧差2.0Vで動作するように設計される。そのときの電流は多くて2.0mAである。
 
(D)絶縁
 リスナ内部で、信号線Aと戻り線Bとシールド、また船体接地線と電源線はそれぞれを電気的につなげてはいけない。高速通信の場合は信号線Aと戻り線Bと信号線Cとシールド、また船の接地用シールドと電源線もそれぞれ電気的につなげてはいけない。また船の接地線からの絶縁が要求される。高速通信の場合はこの絶縁はIEC 60945による。
 
(E)バス上の最大電圧
 信号線A-B間あるいはA-C間、B-C間の最大電圧はITU-T X.27/V.11に従っている。接続ミスから保護するため、あるいは初期のトーカ設計で用いるため、全ての受信回路のデバイスはいかなる時間の間であっても、A-B間、あるいはA-C間、B-C間の電圧が15Vまで耐えられるように設計される。


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