home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ DP Tool Club 24 / CD_ASCQ_24_0995.iso / vrac / aprs72a.zip / README / GPS.TXT < prev    next >
Text File  |  1995-07-22  |  44KB  |  759 lines

  1. GPS.txt 7.2            GPS or LORAN INTERFACED TO APRS
  2.  
  3. NEW in version 7.1:  Added F8 Key to force an instant HSP fix.  ALso added
  4. the DF Single Port Mode (DFSP) which allows a DF unit to share a single
  5. comm port with the TNC and HSP/GPS.  Useful for DF mobiles.  See DF.txt.
  6.  
  7. NEW IN VERSION 6.8b and 7.2:  User feedback about the HSP switch implies 
  8. that there are lots of combinations of voltage swings from GPS units and
  9. different input requirements for PC serial ports.  You may need to experiment
  10. with one, two , or NO diodes in the emitter of the GPS switching circuit.
  11. Be sure to get the +voltage from a pin that has a low enough impedance
  12. to properly drive the circuit without significant voltage drop.  Also you
  13. may want to add a STAND-ALONE-TRACKER switch so that the GPS data can be
  14. routed to the TNC when the PC is not available.
  15.  
  16. NEW IN VERSION 6.01:  Added ARNAV aeronautical LORAN/GPS interface. See new
  17. README/AIRCRAFT.txt for details.
  18.  
  19. OVERVIEW: This file has evolved radically as this APRS project has developed.
  20. We began seriously parsing GPS data within APRS for amateur applications when
  21. the MAGELAN OEM GPS card became available for $445 in Sept 92 (down from
  22. $1000).  Later the Motorola OEM GPS card came down to the same price range,
  23. and these two devices were the only ones that we could find that were cheap
  24. AND which had USER programmable reporting rates (on the order of minutes) 
  25. so that they could be set up with only a only a TNC and radio as a tracking 
  26. device.  DRSI made a special APRS ROM for TAPR-2 clone TNC's to permit 
  27. power-up in the converse mode.
  28.  
  29.     Next, in August 93, I added the optional GPS serial interface to APRS
  30. for use as a moving map mobile display, but it required a second comm port.
  31. By Dec 93, APRS could share a single port if the GPS was programmable to
  32. a couple-of-minutes rate.  This was called the SINGLE-PORT-MODE (SPM).  
  33. Later I developed the HARDWARE-SINGLE-PORT (HSP) mode for use with ANY GPS
  34. regardless of its output rate.  In HSP mode, APRS toggles the DTR line on 
  35. the single serial port so that two transistors can then switch between the 
  36. GPS and the TNC on the same port.
  37.  
  38.      About this same time, PACCOMM added a GPS interface command into its 
  39. TNC's that permitted you to build stand-alone trackers with MOST GPS's.
  40. Howie Goldstein, N2WX, also wrote special GPS commands into the standard
  41. TAPR-2 Clone TNC code.  AEA and Kantronics soon followed.  Now that handheld 
  42. GPS units cost less than $299 and all TNCs include GPS commands of some
  43. form or another, most people will probably prefer to purchase the handhelds.  
  44. The only remaining advantage of the OEM GPS cards is in totally autonomous 
  45. stand-alone tracking devices which can power up without human interaction.  
  46. When building a sealed up stand-alone package with GPS/TNC and radio, there 
  47. is still the problem of turning the GPS on and off!  Most hand-held GPS 
  48. units have a keyboard ON/OFF button.  In a stand-alone arrangement, even 
  49. if the GPS is running on external power, someone has to press the ON button!  
  50. Conversly, the OEM cards power up whenever power is applied.  This is 
  51. necessary to come on with the vehicle ignition.
  52.                                                               
  53. * * * * * * * * * *     CURRENT RECOMMENDATION SUMMARY  * * * * * * * * * *
  54.  
  55. ALL OF THE TNC GPS MODES ARE FOR STAND-ALONE TRACKING APPLICATIONS, and in
  56. that mode, the TNC does nothing else.  The special GPS TNCs are not needed 
  57. when the GPS is connected to APRS, and any TNC will do.  Select one of
  58. the following interface methods depending on your configuration:
  59.  
  60. FOR DUAL-PORT LAPTOPS:   ANY NMEA GPS and ANY TNC will work with APRS
  61.  
  62. SINGLE-PORT LAPTOPS: Choose between the following options:
  63.  
  64.     A.  SPM (SINGLE PORT) MODE:  Program an OEM GPS circuit board to a 1 
  65.     or 2 minute rate and diode-OR the data with the TNC data to the same 
  66.     serial port.  There are occasional glitches when both the TNC and GPS 
  67.     data collide.
  68.  
  69.     B.  PUSH BUTTON MODE:  Configure APRS for SPM, and connect both the GPS 
  70.     and TNC to your serial port via a SPDT Push Button on your dashboard 
  71.     and press it for 2 secs whenever you want to see (and update to APRS) 
  72.     your current posit.  All the rest of the time, the TNC is connected and 
  73.     operates as a normal comm device.  Glitches will still occasionally 
  74.     occur since you are pressing the button in the middle of continuous 
  75.     data.
  76.  
  77.     C.  HSP (HARDWARE SINGLE PORT) MODE:  Use ANY GPS with APRS in the HSP
  78.     mode using a simple two transistor interface which permits APRS to 
  79.     switch between the two devices.  This permits automatic GPS reporting 
  80.     and is an improvement on option B above.  Since APRS controls the 
  81.     toggling, the potential for garbling is further reduced than in A or B.  
  82.     (You can purchase a 9 pin APRS port splitter from PACCOMM, and a 25
  83.     pin HSP from AEA, or you can simply wire it up yourself)
  84.  
  85. * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *
  86.  
  87. GPS EQUIPMENT SUMMARY
  88.  
  89.      The following are the only GPS units with which I have personal
  90. experience.  Any GPS or LORAN with a NMEA output should work just fine with
  91. APRS, and no-one has reported a NMEA device that DOES NOT work with APRS.
  92. Some Aeronautical models DO NOT have a NMEA output!  I do NOT use the
  93. USER interface and displays on most units since I only use the NMEA output 
  94. into APRS.  For this reason, my sole purchasing criteria has been price! 
  95. (including the data cable).  I have purchased one of each of the following 
  96. devices.  Many other APRS operators have used many other GPS devices, and 
  97. all with NMEA outputs work!  Good places to check for prices are:
  98.  
  99.   West Marine 1-800-538-0775    Currently (Feb 95) the GARMIN 40 is going
  100.   Boat US     1-800-937-2628    for $259 and the GPS-45 for $299
  101.   E & B       1-800-533-5007    these are LIST prices!
  102.  
  103. MAGELAN OEM CIRCUIT BOARD:  My first GPS.  Cost $450 plus $130 antenna.  Well
  104. documented later in this file.  Output fully programmable and includes GGA,
  105. GLL and VTG data.  Great for any TNC for stand-alone.  LNA on board, can use 
  106. home-made antenna.  5 channel.  Obsolete, NMEA output no longer available!
  107.  
  108. MOTORLOA OEM CIRCUIT BOARD:  The smallest circuit.  Requires active antenna.
  109. Output fully programmable and has GGA,GLL,VTG and RMC.  The RMC gives posit,
  110. CSE/SPD all in one packet.  Great for any TNC stand-alone.  5 channel.
  111. $380 with active antenna. $335 without.  VP-ENCORE is the latest 5 volt
  112. version (TTL) for $299. ($344 w/antenna).  These prices have been the same
  113. for ver a year! (its now Jul 95).
  114.  
  115. GARMIN-50:    $300 and includes mounting bracket, NMEA cable and 6-40 volt 
  116. supply capability built in!  Has RMC, but does NOT have GGA (no altitude).  
  117. Handheld antenna can be remoted about 6 ft.  8 channel.
  118. CAUTION:  To make pilots spend more for the aeronautical version, all
  119. nautical GARMINS have a 90 kt limit and will NOT WORK above that speed!
  120.  
  121. GARMIN GPS-45:  Seems to be the most popular.  About the size of a tall
  122. cigarette pack, and includes a full map graphic display.  Zoom in close and
  123. far out.  There is no graphics on the screen other than Waypoints and your
  124. own track history, but the detail is great!  Driving 10 miles and back on the
  125. Interstate, revealed two side-by-side routes, perfectly separated by 100 feet
  126. the whole way!  Plus the clover leafs were perfect!  Price of $299 INCLUDED
  127. bracket and detachable NMEA cable.  Antenna is BNC and remotable too.  
  128. Replay track histories stored in the unit into APRS conversion programs 
  129. and build your own APRS maps!  Output is +/- 2.5 volts and is directly 
  130. RS-232 compatible.
  131.  
  132. GARMIN GPS-40:  Same as the GPS-45, but has internal antenna only and less
  133. power supply voltage range.  About $50 less.
  134.  
  135.  
  136. MAGELAN MERIDIAN:   The latest Magelan Neridians no longer have the
  137. RMC sentence, which means that you cannot get Course and Speed in the same
  138. packet for a stand alone tracker with some TNC's.  It works fine with 
  139. direct connection to APRS though.  Call Magelan at 909-394-5073.
  140. Otherwise a good GPS.  Dropped below $250 recently.  Mounting bracket, 
  141. NMEA and external 12v converter are extra for $75, but are not needed if 
  142. you give it 6 volts and make your own data cable.  8 channel.  Handheld 
  143. antenna can be remoted about 6 feet.  Current drain is 130 ma.  Runs on 
  144. 3 AA cells.  Also has SAMPLING mode that extends battery life by factor 
  145. of 10 or more.  It wakes up every 10 mins locks on a posit and shuts down 
  146. again.  To get maximum life in this mode, be sure it sees the sky at all 
  147. times, or it will come on, and STAY ON until it gets a fix.  If you use a 
  148. circuit that senses the GPS current drain to switch the TNC and RADIO on 
  149. and off as well, you can make a stand alone tracker that will last about 
  150. 4 days on a set of AA alkalines, or 3 weeks on a set of D cells.  Using 
  151. this combined SAMPLING mode, you should set the TNC LOCATION rate to 30 
  152. seconds (my guess) so that you get at least one posit transmitted while 
  153. the combo is ON and getting a fix.  Check to see that the first fix 
  154. transmitted each cycle by your TNC is the latest one and not the one that 
  155. the TNC stored from the last power up cycle.  Below is the pinout, looking 
  156. at the back of the GPS with wire colors for their $80 power/data cable.  
  157. Note that you do NOT need their box for NMEA data, only for 6V power.  
  158. (This is MY OPINION.  I AM NOT LIABLE FOR ANY PROBLEMS IF YOU MAKE YOUR 
  159. OWN INTERFACE!)
  160.  
  161.   GPS    POWER/DATA CABLE BOX    WIRES OUT  SIGNALS
  162.  
  163.    *- +6V --[*reg*]-------------- Red       9 to 16 volts input
  164.    *--------[-----]-------------- Yellow    reserved for future
  165.    *--------[-----]-------------- orange    NMEA (+)
  166.    *--------[?????]-------------- white     -20k +100K continuity through box
  167.    *--------[-----]-------------- brown     NMEA (-)
  168.    *--------[-----]-------------- black     Ground
  169.  
  170. I do not know how they manage power internally, but the GPS will run from
  171. internal 3 AA cells with or without the cable attached.  If there is external
  172. power, it knows it, and switches to external power.  When external power goes
  173. away, THE GPS POWERS DOWN.  Pressing the ON button will power it back up again
  174. on internal power!  I haven't yet tested to see if SAMPLING mode is on, and
  175. it loses external power and powers down, if it will then still SAMPLE ON again
  176. later with INTERNAL power.
  177.  
  178. Final comments, the Meridian does NOT output any NMEA data unless it is
  179. getting a good GPS fix.  THis means you will be doing a lot of troubleshooting
  180. out at the picnic table!  The Garmin, on the other hand, continues to output
  181. NULL NMEA strings with only the comma separators when it looses GPS lock.
  182.  
  183. TEKK DATA RADIO:  Not a GPS, but is a 2 watt UHF 9600 baud data radio about
  184. the size of a credit card (and 3/4 inch thick).  See page 18 in Feb 94 QST.
  185. Cost between $120 to $130.  Great for future 9600 baud POSITION REPORTING
  186. NET TO DEVELOP on 445.925 MHz.  See UHF-FREQ.txt.
  187.  
  188. MFJ DATA RADIO:  Advertised in Nov 94 MFJ catalog.  Is a 5 watt single 
  189. channel XTAL controlled 9600 baud capable data radio on 2 meters!  Costs $119 and comes
  190. crystaled on 145.01.  Rumor has it that they are considering providing a
  191. stock version on 145.79 for only $10 more if the demand is great enough.
  192. This should be ideal for APRS.  Call them at 1-800-647-8324.
  193.  
  194. 0.25 CUBIC INCH 500 mw XMTR!  Agrello Engineering 518-381-1057 is selling
  195. a postage stamp sized xmtr called the VFC400 for $99.  Glue it to your GPS
  196. with the PACCOM PICO-TNC and you have a hand-held stand-alone tracker!
  197.  
  198. PACCOMM PICO-TNC:  Smaller than a cigarette pack.  Has an optional 2nd GPS
  199. serial port!  Will sell for about $130 plus options..
  200.  
  201. MOTOROLA HT-220:  The venerable HAMFEST single channel HT can be bought for
  202. as low as $20.  After taking off the front and back covers, hacksawing off
  203. the battery compartment, and replacing the PTT switch with a tiny RELAY from
  204. Radio Shack (PN# 275-241, you have a nice 3/4 watt packet radio, about the
  205. size of a cigarette pack.  The PTT leads also carry the antenna RF, so put
  206. the relay in place of the PTT switch and keep the leads short.  Add $20 
  207. worth of crystals for 145.79, and away you go on 2-meters.  Be sure to get 
  208. the models that will tune down to 2m.
  209. ----------------------------------------------------------------------------
  210.  
  211. THE REMAINDER OF THIS FILE HAS THREE SECTIONS:
  212.  
  213.     The first describes the new TNC GPS interfaces.
  214.     Second is the direct APRS software interface of GPS to your PC
  215.     Third is the direct TNC/GPS interface for building stand alone trackers
  216.        using the MAGELAN and Motorola OEM cards.
  217.     Forth, in March 94, I added a section on Differential correction.
  218.  
  219.  
  220. TNC GPS STAND ALONE TRACKERS:  All recent TNC's have some kind of GPS ON 
  221. command which allows you to hook up ANY NMEA-0183 GPS device to the serial 
  222. port and the NMEA position report will automatically be transmitted at a
  223. rate set by the user.   WHILE IN GPS MODE, the TNC is not used for packet 
  224. communications.  You may also connect some of these TNC's to an Ultimeter
  225. II weather station for remote reporting of WX conditions at your DIGI site.  
  226. To do this, the TNC must be able to be programmed to look for just a * or
  227. a # instead of the usual $xxxxx GPS strnigs.  (See WX.txt)
  228.  
  229.     Since each TNC implementation is different, you should refer to the
  230. instructions that come with your TNC.  I will describe the PACCOMM unit
  231. as an example.  They define a LOCATION TEXT similar to the BEACON TEXT 
  232. except that it is updated by the GPS (or manually entered).  This maintains
  233. the same distinction between BTEXT and POSITS that APRS already handles easily.
  234. Similaraly, the LText command allows you to manually enter your LAT/LONG or
  235. grid square in your TNC, even without a GPS, so that TNC's in networks will
  236. send their locations periodically.  The LText permits a free text format so
  237. that it is compatible with any future specific formats (currently APRS parses
  238. GGA, RMC, VTG, APRS L/L, PACCOMM and grid squares and a special APRS
  239. compressed L/L format) and there will probably be others too.
  240.  
  241.  
  242. DIRECT APRS GPS/LORAN INTERFACE OPTION:  The optional APRS GPS registration 
  243. enables APRS to read data from a GPS directly connected to the PC.  APRS 
  244. will not only plot the position of the attached GPS and its movements, but 
  245. will also transmit those position reports into the APRS net.  In this mode, 
  246. you can also select TRACK on the P-list to keep your mobile always on the 
  247. map.  There are four possible operational configurations:
  248.  
  249.      TNC only  - 1 Serial - Normal APRS for tracking other stations
  250.      TNC/GPS   - 2 Serial - Normal APRS with automatic GPS position update
  251.      GPS only  - 1 Serial - Tracking yourself (no other stations appear)
  252.      TNC/GPS   - 1 Serial - Single Port Mode will do both! See below
  253.      TNC/GPS   - 0 Serial - Stand-alone-tracker.  Doesnt use APRS except to
  254.                             plot the resulting packets off-the-air
  255.  
  256. NMEA INTERFACING NOTES:  To interface a NMEA device to your APRS computer,
  257. note that NMEA and RS-232 are not exactly compatible.  The NMEA specification
  258. is actually EIA-422, an isolated differential receive circuit.  But in most
  259. cases it should also work by simply connecting the NMEA pin A to RXD and pin
  260. B to ground.  Both standards are the same sense, with NMEA a 0 and +5 volt
  261. signal, and RS-232 a -3 and +3 volt signal.  The direct connection may not
  262. work with many serial interfaces without a (-) voltage pulldown resistor.
  263. (Some GARMINs use a good +/- voltage swing and do NOT need these resistors).
  264. Often a series 1k resistor and a 5 to 10k resistor tied to your unused TXD
  265. data line will suffice to provide the - voltage:
  266.  
  267. GPS NMEA OUT                                           LAPTOP SERIAL PORT
  268.                        1 k
  269.    A  >-------------/\/\/\/\---*------------------------> RXD
  270.                                |          10K
  271.                                *-------\/\/\/\/\--------< TXD
  272.  
  273.    B  *-------------------------------------------------* GND
  274.  
  275.  
  276. NOTE!  If you use this kind of biasing on our GPS when connected to a TNC,
  277. such as the PACCOMM for a stand-alone-tracker, be sure to set ECHO OFF so that
  278. echoed data does NOT come back to the GPS on the TXD line!  If data comes out
  279. of the TNC, then with the bias resistor, it will garble the data trying to
  280. come in!  Also, do NOT connect your PC serial output to your GPS NMEA input
  281. if there is one, since APRS does not send anything to the NMEA device.  It
  282. has been reported that the TRAXAR GPS devices may lock up if you connect
  283. anything to the NMEA input (remove the battery and do a hard reset to get it
  284. back!)  Of course, if you are using one of the programmable OEM cards, then
  285. you WILL make this connection in order to send commands to the GPS.
  286.  
  287. Once your serial port is set to the NMEA-0183 standard baudrate of 4800 baud,
  288. you should begin to see raw NMEA data.  My APRS software recognizes four of
  289. the NMEA-0183 formats:
  290.  
  291.     $GPGGA - for position and height  (no loran equivalent)  ] Use only one
  292.     $GPGLL - for position only        ($LCGLL for LORAN)     ] of these two
  293.     $GPVTG - for velocity and course  ($LCVTG for LORAN)
  294.     $GPRMC - Posn, Course and speed   (Has all but height) (not in MAGELAN)
  295.     $PMGLB - Magelan Altitude
  296.     $PGRMZ - Garmin Altitude
  297.  
  298.     APRS scans the interface data looking for a valid NMEA-0183  GLL/GGA/RMC
  299. or VTG data format to extract position and speed information.  The data on
  300. the NMEA interface is continuous and refreshed every second or two.  In order
  301. not to saturate an APRS net or to overload your disk storage or to slow down
  302. your other APRS keyboard processing, APRS only samples the data at slower rate.
  303. This is called the REFRESH rate and is set during intitialization of APRS for
  304. GPS or by using the alt-S-POSRATE command.  This period determines how often
  305. your screen is updated from your own GPS.  APRS also has another period called
  306. PACKET PERIOD which is usually set for 1 to 10 minutes also using the alt-S-
  307. POSRATE command.  We have found that 30 seconds updates are OK for special
  308. events when there are only a few mobile APRS stations.  As more and more
  309. stations go mobile with GPS/APRS, 1 minute or 2 minute updates are more
  310. appropriate.  To further reduce channel loading, APRS will decay the period
  311. when the station is not moving.
  312.  
  313.  
  314. GPS MOBILE AND TNC WITH ONLY ONE SERIAL PORT (Single Port Mode)
  315.  
  316.      Since the data rate from the user programmble MAGELAN or Motorola GPS
  317. cards (and some LORANS) can be set to once a minute or so, this data can be
  318. simply diode-ORed with the TNC output into a single serial port.  In the APRS
  319. single port mode (SPM), APRS can distinguish between packet headers from the
  320. TNC and the unique identifiers of the NMEA data.  The only problems with this
  321. arrangement are data collisions about 1% of the time and ambiguity on
  322. incomming VTG packets.  APRS resolves the $GPVTG position ambiguity problem
  323. by ONLY matching up a VTG sentence if it has been received within 1 second of
  324. a GGA or GLL from a known station.
  325.  
  326.           DIODE OR-ing of GPS and TNC in SINGLE PORT MODE:
  327.  
  328.  
  329.     GPS DATA OUT  >----------*------>|--------*----->  TNC RXD
  330.                              |----/\/\/\/\----|
  331.                                               |
  332.     TNC DATA OUT  >----------*------>|--------*        both R's abt 10K
  333.                              |----/\/\/\/\----|
  334.  
  335. A simple SPDT PUSH BUTTON switch can do the same thing but for ANY GPS that
  336. is outputting data continuously.  This has the advantage that it gives the
  337. user control of when he wants a FIX.  Since all NMEA GPS devices provide 
  338. NMEA position reports at least every 2 seconds, the operator only needs
  339. to press and hold the button for 2 seconds, in order to get a posit.
  340.  
  341.    To activate this Single Port Mode (SPM), bring up APRS in one-port TNC 
  342. mode being sure to set the TNC to the same BAUD RATE as your GPS.  Then 
  343. enter the ALT-S SETUP Menu.  Select SPM under the GPS selection and then 
  344. do SETUP again to SAVE the config file.  You will be asked for your 
  345. regular validation and your GPS number. If you did this correctly, you 
  346. will see the lower case (spm) on the yellow control panel go to uppercase.  
  347. ALSO NOTE THAT BOTH THE TNC AND THE GPS MUST BE RUNNING AT THE SAME BAUD 
  348. RATE. THIS IS USUALLY 4800 BAUD FOR NORMAL NMEA OUTPUTS.
  349.  
  350.    In the Single Port mode, the screen refresh rate is set by the period
  351. programmed into your programmable GPS (45 seconds or so is about right).
  352. The position report transmission rate from APRS to the TNC is set by POS-RATE
  353. command in the SETUP Menu.
  354.  
  355.  
  356. HARDWARE SINGLE PORT MODE  (HSP)  FOR USE WITH ALL GPS UNITS!
  357.  
  358.  
  359.      APRS can control the switching of the Single Port Mode between the TNC
  360. and ANY GPS using the handshaking lines of the COMM port and a simple two
  361. transistor switch soldered into the serial port data connector hood.  This
  362. mode is called the HSP mode.  In this HSP mode, APRS periodically toggles the
  363. DTR output of the serial port for a second or so whenever it needs data from
  364. the GPS.  With DTR held high (normal) the GPS data is shunted to GND while
  365. the TNC operates normally.  When APRS toggles the DTR low, this holds off
  366. output from the TNC, but also enables data through the emitter follower from
  367. the GPS.  As soon as APRS receives the GPS data it needs, it restores DTR so
  368. the TNC is connected for normal APRS operations.  In some TNC's, (PACCOMM)
  369. the RTS is used instead of the DTR for holding off TNC data.  Also, this
  370. circuit uses your PC RTS line to derive a cource of +V.  If the impedance of
  371. your PC RTS line is not strong enough, you might need to get it from the TNC's
  372. DSR line.  REMEMBER THAT YOUR TNC AND GPS MUST BE SETUP AT THE SAME BAUD RATE,
  373. usually 4800 baud.
  374.  
  375. PACCOMM now sells this little circuit assembled inside of DB-9 connector
  376. with two pigtail connectors for your TNC and GPS for about $30.
  377.  
  378.                                       *------------------< +V (PC RTS)
  379.  GPS NMEA                           |/ c                   or TNC DSR)
  380.    >--------------/\/\/\/---*----*--|
  381.  OUTPUT              1k     |   NPN |\ e     * see important notes below
  382.                             |         *--->|-->|---*-----> RXD
  383.  TNC RXD                    |              diode   |               
  384.    >--*-------------------------------*----->|-----*
  385.       |     15k             |         |    10k     |       SINGLE
  386.       *-|<-/\/\/--*---------*         *---/\/\/\/--*       LAPTOP
  387.          note 1   |        c \|                            RS-232
  388.                   |           |--*--------/\/\/\/--*       PORT
  389.                   |        e /| NPN        10k     |
  390.  TNC DTR          |         |                      |
  391.  (or RTS)         |       ////                     |
  392.    <-----------------------------------------------*-----< DTR
  393.                   |
  394.  TNC TXD          |-----/\/\/\-->|---*
  395.  TNC TXD          *       note 2     |  
  396.    <--------*---->*------------------*-------------------< TXD
  397.                 SW-1
  398.    *-----------------------------------------------------* GND
  399.  GND
  400.  
  401. Note1: This resistor-diode provides a little -V bias to the GPS output 
  402.        line going to SW-1 when the GPS is used with the TNC only in
  403.        stand alone tracker mode (no PC).  
  404. Note2: This 10K resistor-diode provides a little -V bias to the GPS output
  405.        when the PC and GPS are operated alone (WITHOUT the TNC).
  406.  
  407. I installed these components in a back-to-back DB-9 connector on the cable
  408. comming from my GPS so that it is always handy.  Almost any NPN transistor 
  409. and switching diodes will work.  A 2N2222 is fine.  In version 7.2, I added
  410. the SWITCH SW-1 so that you can easily re-configure for STAND-ALONE-TRACKER
  411. without re-cabling.  You still need to use the laptop to tell the TNC to
  412. got to GPS mode, however.  In the implementation below you will notice that 
  413. a dotted line shows how to add just one wire to take the output of the TNC 
  414. to the DGPS input of the GPS if your GPS is DGPS capable and if someone in 
  415. your area is transmitting DGPS data on your packet channel.
  416.  
  417.  
  418. PHYSICAL LAYOUT OF BACK-TO-BACK DB-9's WITH HSP CIRCUIT INSTALLED
  419.  
  420.  
  421.                 1     2     3     4     5   DB-9 FEMALE TO COMM PORT
  422.                 O     O     O     O     O
  423.                       |  7  |     |     |
  424.                    O  |  O  |  O  |  O  |
  425.                       |  |  |     |     |
  426.                       |  |  |     |     |
  427.   NMEA      N C------ | -*  |     |     *--------E N
  428.   FROM      P E--->|--*     |     *---- | -/\/\/-B P  (2N2222 or equiv)
  429.   GPS       N B---*-- | --- | --- | --- | -------C N
  430.                   |   |     |     |     |
  431.                   |   *--*  |     |     |
  432.    A >-----/\/\/--*   |  |  |     |     |
  433.                       \  -  |     |     |
  434.    DGPS < - - - - *   /  ^  |     |     |
  435.                   |   \  |  |     |     |
  436.                   |   |  |  |     |     |
  437.                   * - *--*  |     |     |
  438.    B ---------------- | --- | --- | ----*
  439.                       |     |     |     |
  440.                       |     |     |     |
  441.                 O 1   O 2   O 3   O 4   O 5   DB-9 MALE TO TNC CABLE
  442.  
  443.                    O     O     O     O
  444.  
  445.  
  446. In this adapter, the voltage to provide the -V bias to convert the NMEA 
  447. output to RS-232 levels comes from the RXD output of the TNC.  For this 
  448. reason, if the GPS is used alone with the PC, without the TNC, you must 
  449. include the components of note2.  OR you may connect a jumper between 
  450. pins 2 and 3 of the empty TNC connector.  This takes the -v from the 
  451. unused TXD output of the PC.  I recommend carrying a stubby DB-9 female 
  452. connector with this jumper permanently installed.
  453.  
  454.                 O 1   O 2   O 3   O 4   O 5   FEMALE STUB USED TO PROVIDE
  455.                       |     |                 -V BIAS WHEN TNC IS NOT USED
  456.                    O  |  O  |  O     O
  457.                       |     |
  458.                       *-----*
  459.  
  460. HSP OPERATIONS:  The set up procedure for HSP is identical to SPM, except 
  461. that HSP vice SPM is selected from the SETUP menu.   To activate HSP, bring 
  462. up APRS in one-port TNC mode being sure to set the TNC to the same BAUD 
  463. RATE as your GPS, probably 4800.  Then select HSP under the SETUP menu and 
  464. then SAVE a new CONFIG file.  You will be asked for your validation number 
  465. and special GPS number.  If everything is done correctly,  you will see the 
  466. lower case (hsp) on the yellow control panel shift to uppercase.  In HSP 
  467. mode both the screen refresh rate and position transmission rate are set 
  468. with the POS-RATE command.  You may force an HSP update at any time by 
  469. pressing the F8 key.
  470.  
  471. CAUTION:  This interface is operating with very slim or no voltage margins
  472. depending on your particular PC, GPS and TNC.  Some experimenting may be
  473. required to make it work for you.  Notice that one or two or NO series diodes 
  474. in the emiter lead of the GPS switching transistor may be required depending 
  475. on your particular GPS and PC serial port.  A second diode may be needed if 
  476. your PC needs to see a greater negative voltage on the RS-232 input.  The 
  477. second diode provides an additional .7 volt drop to a negative 1.4 volts 
  478. instead of the negative 0.7 volts that the single diode circuit provided.  
  479. Since this additional voltage drop also lowers the maximum positive voltage 
  480. by the same amount, do NOT add this diode, unless your PC needs it.  If you 
  481. are having garbling problems, try it with and without the second diode.
  482.  
  483. IF YOU ARE USING A GARMIN 45 YOU MIGHT NEED TO TAKE BOTH diodes out, since
  484. the GARMIN ouputs +/- voltages...
  485.  
  486.  
  487. US NAVY MAGNAVOX 1105 SATNAV SYSTEM:
  488.  
  489.    I did write a version of APRS that is plug compatible with the MAGNAVOX
  490. 1105 SATNAV system.  This is a 1970's vintage TRANSIT SATNAV system found on
  491. many US NAVY ships.  If you have use for this module, please contact me.
  492.  
  493.  
  494. NOTES ON MOBILE GPS OPERATION:  See the MOBILE.txt file.  Here are some tips:
  495.   * write down your V#'s IN THE CAR!  YOu never know when you may need to
  496.   re-configure your system.
  497.   * Recommend making a trimmed down disk with only the maps you will need.
  498.   * When you QUIT APRS, your TRACK HISTORY is NOT saved UNLESS you sepcify a
  499.   file name OTHER than BACKUP.BK (or do a FILE-SAVE).
  500.   * Use the TRACK mode to keep yourself on the map.
  501.   * Set your refresh rate to a long enough time period (20 sesc or more) so
  502.   that APRS is not always processing GPS and has time to service the keyboard.
  503.   * Make notes of any map errors or disagreements with GPS, and when you get
  504.   home, use MAPFIX.bas, to replay your track history and fix the map easily.
  505.   * Use the TIME-SYNC command to sync your PC time to GPS time on the next
  506.   receipt of a GGA or RMC sentence.  This eliminates dead-reckoning errors.
  507.  
  508. For most highway maps and 1 minute reporting at 60 MPH, zooming in below
  509. eight miles is usually a waste of time.  For this reason don't waste your
  510. time making maps with every little twist and turn in the road; it just takes
  511. time and memory and makes no difference.  A straight line between A and B is
  512. not as pretty, but shows the road as well as 20 points showing all the curves.
  513. If you do save any RAW GPS data outside of the APRS environment, the following
  514. two programs may be useful in reconstructing GPS data.  They are provided
  515. as-is, since I just wrote them for a quick task a long time ago, but thought
  516. they might be useful to others as a basis for writing your own routines.
  517.  
  518. FILTRHST.bas:  APRS automatically builds a track history for all moving
  519. stations.  APRS avoids saving redundant position reports automatically with
  520. its POS-FILTER.  The default value of the filter is wide enough to include the
  521. variations in position due to GPS selective avaiability. (+/- 0.03 minutes)
  522. With the filter off, this is reduced to 0.01.  FILTRHST.bas can be used to re-
  523. filter a track history file to remove additional points.  Use the source code
  524. to write your own filters for your own needs.  In addition to filtering, this
  525. program can be used to combine a number of separate track history files into
  526. one file.
  527.  
  528. GPStoHST.bas:  This program will take any DOS text file and generate an APRS
  529. track history file.  It only looks for the GGA and VTG NMEA-0183 sentences
  530. and combines them into the one line APRS format.
  531.  
  532.  
  533.  
  534. STAND-ALONE GPS TRACKERS FOR MOBILES WITHOUT PC's
  535.  
  536. (Note that this section is somewhat obsolete due to the availability of
  537. cheap handheld GPS's and TNC's with GPS mode built in.  BUT for Balloons, 
  538. and small stand-alone tracking boxes for taping to the roof of special 
  539. vehicles for special events, using the innexpensive OEM cards, is still 
  540. a viable way to go.
  541.  
  542.     This method has the advantage of transmitting any of the NMEA-0183
  543. sentences (to include course, speed and altitude) but requires the use of
  544. special programmable GPS/LORAN devices that give the user the ability to
  545. modify the periodicity of the data reported via the interface.  In most
  546. devices, navigation data is continually updated about every two seconds at
  547. 4800 baud, far too much data to transmit over a shared AX.25 packet link.  
  548. Fortunately there are a few old LORANS and some OEM GPS cards which can be 
  549. configured by the user to output a report once every N minutes or hours.
  550.  
  551. 1.    The original MAGELAN OEM 5000 board is no longer available.  It has 
  552. been replaced by a $295 5 volt/TTL card that DOES NOT HAVE A NMEA OUTPUT.  
  553. This makes the remainder of this section referring to the MAGELAN OEM card, 
  554. valuable for historical purposes only.   Call Emiel Yakoub at MAGELAN, 
  555. 960 Overland Ct, San Dimas, CA 91733, phone 714 394-5000.  
  556.  
  557. 2.  The Motorola OEM prototype card has a programmable period and includes
  558. the RMC message which contains both position and course/speed in one NMEA
  559. sentence.  Call Jennifer Spitzen at MOTOROLA, 708 480-5699 and ask for their
  560. latest OEM circuit board.   Their current models require an external 20 dB 
  561. active antenna. They can output altitudes to 56,000 feet in the GGA message.
  562. Unfortunately, they do not include all the DOCS and the user setup software
  563. in the quantity-one shipment.  That costs an additional $1200 for their full
  564. development package.  I wrote a program called MOTOROLA.BAS which will allow
  565. you to send the needed initialization and NMEA timing commands.  This program
  566. will also generate the command to take the OEM card out of its default BINARY
  567. format, and place into NMEA format.
  568.  
  569.      An automatic vehicle tracking system can be assembled by simply
  570. connecting the RS-232 output from one of these programmable GPS's directly
  571. into the TNC, setting the periodicity to 1 minute or so and selecting only
  572. the RMC or GGA/VTG sentences to be output.  The TNC must be placed in UNPROTO
  573. CONVERSE, and from then on, every minute a GPS position report will be
  574. transmitted.  The APRS software decodes raw NMEA data off-the-air in addition
  575. to the defined APRS formats.
  576.  
  577. GPS ENGINE SET UP:  Follow all manufacturer instructions for initializing 
  578. your GPS engine using your PC and their setup program.  After the system 
  579. is running and producing fixes, send commands to enable GGA/VTG or RMC 
  580. data between 30 to 120 seconds using the following commands:
  581.  
  582. MAGELAN COMMANDS:
  583. $PMGLI,00,B00,7,A  (for GGA GPS position only)       Where 6 = 30 Secs
  584. $PMGLI,00,B01,7,A  (for GLL LORAN position only)           7 = 1 Minute
  585. $PMGLI,00,EOO,7,A  (for course and speed with either)      8 = 2 Minutes
  586.                                                            9 = 5 minutes
  587.  
  588.      Each line must end with a carriage return-linefeed.  The GPS engine
  589. gives no responses to commands, other than doing what it is commanded.  You
  590. might try a value of 5 which is once every 10 seconds as a test to be sure
  591. the GPS card is recognizing your commands.  The commands for the MOTOROLA
  592. card are similar, but MUST have the proper checksum.  Use my MOTOROLA.BAS
  593. program to send these commands with proper checksum calculated...
  594.  
  595. MOTOROLA COMMANDS:
  596. $PMOTG,GGA,0030*csCRLF (sets up GGA once every 30 secs)
  597. $PMOTG,RMC,0060*csCRLF (sets up RMC once every 60 secs etc..)
  598.  
  599. BATTERY BACKUP:  Be sure to add the battery back up supply so that the card
  600. can be turned off without having to re-initialize every time.  Each of the
  601. cards has a connection for a 3.6 volt battery.  I use 3 AA cells soldered
  602. together.   3 volt cells are NOT enough.  DO NOT EXCEED 5 VOLTS!
  603.  
  604. TNC SETUP DETAILS:  If your OEM card does NOT output the RMC sentence, (such
  605. as the Magelan), and you want course and speed, you must use the GGA and also
  606. the VTG sentence.  These two sentences are separated by enough time that the
  607. TNC usually generates two packets, one right after the other.  This is a
  608. problem if a digipeater path is used, because the digipeater will begin
  609. digipeating the first position fix packet and cover up the trailing velocity
  610. packet.  To solve this problem, (not needed for balloons which dont need
  611. digipeaters), the sending TNC needs to be instructed to send packets not on
  612. receipt of every carriage return, but on a timing function.  Set CPACTIME ON
  613. and change the SENDPACK character from $0D to anything else (say $01).  This
  614. way, both the position fix and velocity lines will be sent together in the
  615. same packet one second after the last character is received from the GPS.
  616. This packet, containing two frames, will then be digipeated all together by
  617. the digipeater with no break in between.  If you use the Motorola card,
  618. with the RMC sentence, this double packet problem does not exist.
  619.  
  620. LINEFEEDS and FLOW CONTROL:  Since the GPS is sending each line with a CR/LF
  621. on the end, your TNC will always end up placing the superfluous linefeed at
  622. the beginnning of the next packet.  To defeat linefeeds, set LFIGNORE on.
  623. (for the non-standard TNC products, try the Linefeed Supress, LFS ON)
  624. Similarly, your terminal program must send CR-LF on each command to the GPS
  625. card.  When you try to talk to your TNC with CR-LF, you will experience a
  626. lockup condition since the extra LF will look to the TNC like the beginning
  627. of a new command line and will hold off all TNC output.  To overcome  this
  628. problem, set FLOW OFF.  Here are the commands which must be changed from
  629. factory defaults for most TAPR-2 TNC's:
  630.  
  631.   ECHO OFF,  FLOW OFF,  LFIGNORE ON,  CPACTIME ON, SENDPAC $01
  632.  
  633. (Remember that you have SENDPAC set to $01, and change it back to $0D for
  634. normal packet operations!   I was pulling my hair out while driving through
  635. Knoxville and trying to connect to the local BBS node.  It ignored all of my
  636. node commands as if I was personna-non-grata!  I finally realized it didn't
  637. like the $01's being imbedded in my packets!)
  638.  
  639. UNPROTO-CONVERSE-MODE:   And now for the last problem; keeping the TNC in
  640. converse mode.  Since TNC's always default to command mode when turned on,
  641. they cannot be expected to operate autonomously with GPS data supplied to
  642. their inputs from power up.  As of 1995, most new TNC's now include some
  643. kind of UI mode that will force the TNC to power up in CONVERSE.  To get out
  644. of this mode, you just hit ctrl-c as usual.
  645.  
  646.  
  647. DUMB TERMINAL SETUP:  So I can see the command that I am typing into the GPS
  648. card, I configure my terminal device as half duplex.  The GPS also needs the
  649. CR/LF sequence at the end of each command, so I set the terminal to translate
  650. CR to the CR/LF sequence.  In order to use the same terminal with the TNC,
  651. then, that is why I turn ECHO and FLOW off in the TNC.  I wired my GPS/TNC box
  652. with one DB-9 serial connector and two switches to select whether the terminal
  653. is talking to the GPS or the TNC, and the second switch to enable the data
  654. output from the GPS to go into the TNC after all configuration is complete.
  655.  
  656. SYMBOLS:  APRS has more than 40 different symbols.  To make a simple TNC/GPS
  657. tracking combo specify its own symbol character, I have devised two methods.
  658. First, when APRS receives a raw NMEA position report over the air, it will
  659. use one of 15 default symbols based on the callsign SSID.  See SYMBOLS.txt.
  660. Secondly, any of the APRS symbol designation characters can be placed at the
  661. beginning of the TNC BText surrounded by {} braces.  Once the BText with that
  662. symbol is received, the station will then appear with the proper display
  663. symbol.
  664.  
  665.  
  666. We have assembled a nmumber of these GPS/PACKET tracking devices.  In fact,
  667. the small OEM cards can be included within some of the larger TNC enclosures.
  668. THen add two switches to the front panel to select whether the external
  669. terminal device is talking to the GPS or TNC, and to enable or disable GPS
  670. packet reporting.  Other smaller packages have been made using the very
  671. small TNC's and the TTL only models of the OEM cards, but I shy away from 
  672. the TTL versions for the casual experimenter because of the absence of any 
  673. data or power supply buffering.  One wiring error or static charge and you 
  674. have blown a $295 card!
  675.  
  676. MOST OF THIS TEXT AND THE HOOK-UP SCHEMATICS WERE PUBLISHED
  677. IN THE FEB 94 ISSUE OF QEX.
  678.  
  679.  
  680. BUILDING A STAND-ALONE TRACKER WITH ONLY A 5 VOLT TTL OEM GPS UNIT:
  681.  
  682.    Building a tracker out of a 5 volt TTL GPS and any of the TAPR-2 CLONE 
  683. TNC's is trivial.  In the PACCOMM TINY-2, MFJ-1274, and DRSI-DPK2 there is 
  684. a diode in the TXD circuit to provide isolation between the RS-232 converter 
  685. chip and the TTL modem disconnect header.  This diode is labeled D7, CR22, 
  686. and D12 respectively.  By providing the GPS TTL data output to the RXDB 
  687. line (pin 5) of the modem disconnect header (via a reverse biased diode) 
  688. the GPS NMEA data will be transmitted by the TNC.  Similarly, by tapping 
  689. off of the cathode of this diode, the TTL data from an attached terminal 
  690. can be sent to the GPS input.  With the TNC in converse mode, setup commands 
  691. from the terminal are not only transmitted on the air (without confusing the 
  692. TNC) but also sent to the GPS unit.  Conversly, GPS data is always 
  693. transmitted on the air, but if ECHO is on in the TNC, then the GPS output 
  694. is also echoed back out to the attached terminal!  In this manner, no 
  695. external switches are required to switch between talking to the GPS unit 
  696. and the TNC.  Of course, the GPS sees everything sent from the terminal, 
  697. but will IGNORE everything that does not match a GPS setup command.
  698.  
  699.  
  700.  
  701. DIFFERENTIAL CORRECTION
  702.  
  703. Tom Clark (W3IWI) experimented with a Differential GPS xmtr in the Wash DC
  704. area transmitting 30 second DGPS data on the APRS freq.  APRS GPS mobiles can now
  705. obtain accuracies to 5 meters or so.  We are pleased to report that the RTCM-
  706. 104 format works perfectly well with APRS and with TNC's:
  707.  
  708. *  The GPS rcvrs seem to ignore the packet headers and act on the RTCM data
  709. *  The RTCM gybrish is all printable ASCII and does not garble APRS screens
  710.  
  711. Although this is an excellent demonstration and there are surely HAM
  712. applications that can take advantage of the DGPS accuracy, APRS is probably
  713. not one of them.  First, APRS is not concerned with NAVIGATION accuracy,
  714. because  a) no maps are that accurate (with DGPS you can make 'em so!), and
  715. b) the purpose of APRS is to inform others of mobile locations over a wide 
  716. VHF area, NOT to the nearest 15 feet.  (APRS formats do maintain positions 
  717. to 60 foot precision)  Secondly, A mature APRS net involved in a special 
  718. event or activity, can probably NOT handle the QRM from 30 second RTCM 
  719. transmissions.  In the long term, the DGPS data should probably be 
  720. transmitted MORE OFTEN and on another frequency, OR be remotely controlled 
  721. such that it can be requested by a mobile user on demand, but silenced most 
  722. of the time.  Transmitting less often is meaningless due to latency of the 
  723. data.  The only application of DGPS that I can think of is to keep track of 
  724. golfcarts at a hamfest, and be able to see who's booth they are at.  I will 
  725. probably incorporate a ?RTCM? format in APRS to permit stations to request 
  726. DGPS data.
  727.  
  728. I am not negative about this at all, I am only pointing out that there is NO
  729. need for you to feel that you need to rush out and implement a DGPS system
  730. in your area for APRS.
  731.  
  732. DGPS TRANSMITTER SET UP:  Set your TNC to transmit TO DGPS instead of the
  733. usual TO APRS and set up whatever UNPROTO path is desired to cover the area.
  734. Then enter the location of the DGPS transmitter into the TNC BText in the
  735. usual format making sure to use the special (.) symbol in the symbol field:
  736.  
  737.   BT !3859.11N/07629.11W.RTCM transmitter operated by TOM W3IWI...
  738.  
  739. Everything after the (.) symbol character is free text.  APRS will flash a
  740. DGPS flag on the screen each time it hears a DGPS transmission, but will 
  741. not add the station to the L or P-Lists unless it also sees the (.) symbol 
  742. in the position report.  Set your beacon to every half hour or so.  Finally, 
  743. set your TNC into CONVERSE and tell your RTCM-104 DGPS receiver to output 
  744. once every 30 seconds.
  745.  
  746. See the new HSP mode schematic above where I added the interface wire between
  747. your TNC and GPS for automatic DGPS operations.
  748.  
  749. CONFIGURING FOR DGPS:  There are two options for routing the DGPS data from
  750. your TNC to your GPS unit:  1) For ANY arrangement: run an external wire from
  751. your TNC RXD data output over to your GPS DGPS data input.  2) For dual port
  752. operations only:  connect your GPS DGPS input to the PC serial port TXD line
  753. and select DGPS from the SETUP menu in order to enable DGPS data output from
  754. APRS.
  755.  
  756. CAUTION:  This will not work if you are operating in the SPM or HSP modes or
  757. if you are using the same serial port TXD output as a source of -V bias for
  758. the NMEA conversion as suggested in the above paragraphs.
  759.