NMEA für Dummies
NMEA und USB-Comport-Probleme
Comports in XP bereinigen
PACTOR für DummiesTalker und Listener

Elektronik

NMEA und PACTOR

 

NMEA für Dummies

Wenn Segler auf Langfahrt gehen wollen, dann stolpern sie über kurz oder lang über einen Beriff aus der Kommunikations-Welt auf Booten: NMEA

NMEA Wer ist das?

Die NMEA (National Marine Electronics Association, Nationale Vereinigung für Marineelektronik) engagiert sich für die Ausbildung und den Fortschritt der Marine-Elektronikindustrie und dem Markt, den diese bedient. Es handelt sich dabei um eine nicht auf Profit ausgelegte Vereinigung von Herstellern, Vertreibern, Ausbildungsinstitutionen und anderen mit Interesse an diesem Markt.

NMEA Was ist das?

Es ist ein Protokoll, eine Vorschrift, wie Daten aus dem Bootsbereich digital dargestellt werden sollen, damit unterschiedliche Navigations-Hard und Software diese Daten verarbeiten können, auch wenn sie von verschiedenen Hardwarekomponenten geliefert werden.
Die NMEA-0180,0182 und 0183 Standards (die ersten beiden sind nicht mehr von Bedeutung) sehen pro "Netz" ein Sendegerät und diverse Empfangsgeräte vor. Der Sender soll Daten nach dem RS-232-Standard (vom PC als Datenformat der COM-Schnittstellen bekannt) ausgeben. Die Datenrate beträgt 4800 baud und es ist in diesem Standard kein Stecker oder ähnliches definiert. Die Anschlussart bleibt also dem Hersteller überlassen, weswegen alle Geräte unterschiedliche Stecker benötigen.
Die Einschränkung, dass es nur einen Sender geben darf sorgt dafür, dass nicht wild durcheinandergequatscht wird. Sollen die Daten von mehreren Geräten zusammengefasst werden, braucht man mindestens ein Gerät, dass auch als Empfänger arbeitet und alle erhaltenen Daten in einen neues "Netz" wieder kombiniert einspeist.
Die Daten werden im ASCII-Format (American Standard Code for Information Interchange, Amerikanischer Standard Code für Informationsaustausch) übertragen. Dabei sind alle druckbaren Zeichen sowie Carriage-Return (CR, Waagenrücklauf) und Line-Feed (LF, Neue Zeile) erlaubt und die Daten werden in der Form von Sätzen übertragen. Jeder dieser Sätze beginnt mir dem Zeichen "$", einer zwei Zeichen langen Senderkennung, einer drei Zeichen langen Satzkennung und dann folgt eine Reihe von Datensätzen, die mit Kommas unterteilt werden. Schliesslich wird der Satz mit einer optionalen Prüfsumme und einer CR/LF abgeschlossen. Jeder Satz kann inklusive des führenden "$" und den beiden CR/LF bis zu 82 Zeichen enthalten. Ist ein Datenfeld in einem Satz zwar vorgesehen aber nicht verfügbar, so wird er einfach weggelassen, das dazugehörige Komma zur Trennung der Datensätze wird aber ohne Leerzeichen beibehalten. Durch Zählen der Kommas kann ein Empfänger dann aus jeden Satz die entsprechenden Informationen richtig zuordnen.
Senderkennungen sind z.B.
GP …GPS Empfänger
II… Integrated Instrumentation (z.B. AutoHelm Seatalk System; Autopiloten)
Dann bedeutet  der Satz
        1 2  3   4 5 6 7  8  9 10    11
        $IIAPA, A, A, x.xx, L, N, A, A, xxx, M, c---c*hh<CR><LF>
Sender Autopilot gibt folgende Werte ab :
 Feldnummer: 

  1) Status :     V = LORAN-C Blink or SNR warning
     V = general warning flag or other navigation systems when a reliable
         fix is not available
  2) Status
     V = Loran-C Cycle Lock warning flag
     A = OK or not used
  3) Cross Track Error Magnitude (Grösse der Steuerabweichung)
  4) Direction to steer, L or R (Steuerrichtung Links oder Rechts)
  5) Cross Track Units (Nautic miles or kilometers)
  6) Status
     A = Arrival Circle Entered (In den Zielkreis eingetreten)
  7) Status
     A = Perpendicular passed at waypoint ( Waypoint rechtwinklig passiert)
  8) Bearing origin to destination ( Peilung von Start zu Ziel)
  9) M = Magnetic, T = True
 10) Destination Waypoint ID
 11) checksum
Als Beispiel sollen der Fluxgate von Firma X mit dem GPS von Firma Y und der Windmessanlage  von Firma Z mit einem PC kommunizieren und die unterschiedlichen Daten sollen in einem Navigationspropgramm verarbeitet werden.
Was muss gewährleistet sein?

Funktioniert das Zusammenspiel zwischen einem Gertät (GPS) und einem PC-Programm nicht, sollte man also sowohl kontrollieren, ob man den GPS an der richtigen seriellen Schnittstelle (COM1 oder COM2) angeschlossen hat, als auch überprüfen, ob das Ausgabeformat am GPS auf NMEA eingestellt ist.

Probleme bei NMEA Geräten und USB-Seriell Schnittstellen

Viele Segler benutzen heute Ihre Notebooks als Navigationsgeräte; Plotter oder Kartenleser und wollen dann in diesen Anwendungen ihre Navigationsdaten von GPS, Radar oder Logge darstellen lassen.
Heutige Notebooks haben dazu nur eine begrenzte Anzahl von Eingängen, Ports, und wenn dann vielleicht noch e-mail über Funk auf dem PC gemacht werden soll, dann ist schnell kein Steckplatz mehr für zusätzliche Dateneingänge vorhanden.
Hier bietet sich ein handelsüblicher Seriell-USB Wandler an, der schnell an einem USB Eingang vier serielle Ports zur Verfügung stellt.
Die Inbetriebnahme eines solchen Wandlers ist normalerweise bei Windows XP auch kein Problem und man hat die Daten dann an virtuellen COM-Ports zur Verfügung, die von den einschlägigen Navigationsprogrammen leicht übernommen werden können.
Leider verwaltet XP diese virtuellen Ports auf eine Weise, die für den Anwender nur mit guten Kenntnissen von XP nachvollziehbar ist und schnell zu unüberschaubarere Komplexität bei der Vergabe von virtuellen Ports führt. XP erstellt nämlich bei jeder Neuanwendung einen oder mehrere neue virtuelle Ports, ohne die alten nicht benutzten freizugeben.
Was bedeutet das und wie kommt es bei Anwendung auf dem Boot zu dieser Situation?
Nehmen wir an, es gibt zwei USB-Steckplätze an dem Notebook. An USB1 wird an Bord bei der Erstinstallation der USB-Seriell Adapter angeschlossen und in Betrieb genommen, dann erstellt XP für diesen Anschluss vier virtuelle Ports---nennen wir sie Com3 –Com6. Im Navigationsprogramm wird nun Com3  beispielsweise als GPS-Eingang festgelegt und Com4 als Windmessgerät. Vorausgesetzt alles ist richtig verdrahtet---dazu weiter unten---dann erscheint auf dem Fenster des NAV-Programms die Werte vom GPS und die Winddaten. Nach der Segeltour, Am Ankerplatz oder wo auch immer, wird jetzt Das Notebook anders benutzt, die Kamera angeschlossen, gedruckt oder sonstwas und beim nächsten mal auf See wird nun das USB-Kabel an dem Stecker USB2 eingesteckt.
XP findet ein neues USB-Gerät, installiert es und weist ihm nun die virtuellen ComPorts 7-10 zu.
Damit findet das Nav-Programm nicht mehr seine ´Daten, die schön brav vom GPS jetzt auf Com7 ankommen und nicht wie vorher an Com3.
XP löscht aber auch nicht die virtuellen Ports Com3-Com6, wenn man also oft genug das Kabel umsteckt hat man in Kürze 20-30 Comports und jedesmal müssen die Dateneingänge im Navprogramm geändert werden.
Die Konsequenz daraus ist

 

Bereinigen der nicht benutzten virtuellen Comports in XP

 

Bei der Verwendung von einem Seriell/USB-Modem sammeln sich im Laufe der Zeit bei Windows-XP ein ganzes Bündel von virtuellen ComPorts an und jeder neue Comport wird oben auf die schon bestehenden draufgesattelt, selbst wenn die schon vergebenen überhaupt nicht mehr  in Gebrauch sind. Sie müssen leider alle von Hand entfernt werden, dazu folgendes workaround.
1.Alle USB-Kabel abklemmen. Rechner starten. Rechtsklick auf Arbeitsplatz -> Eigenschaften -> Erweitert ->Umgebungsvariablen


system

Umvar


Dort bei den Systemvariablen auf "Neu"
Bei "Name der Variablen" folgendes eingeben: devmgr_show_nonpresent_devices
Bei "Wert der Variablen" folgendes eingeben: 1
Dann mit "Ok" bestätigen. Das Fenster "Umgebungsvariablen" wieder mit "Ok" bestätigen.
Das Fenster "Systemeigenschaften" wieder mit "Ok" bestätigen. Rechner aus und wieder einschalten.

2.Wechseln in die Systemsteuerung -> System -> Hardware -> Gerätemanager

GerMan


Dort bei "Ansicht" die Option "Ausgeblendete Geräte anzeigen" aktivieren.
Nun können mit einem Klick auf das "+" in der Kategorie "Anschlüsse (COM und LPT)" alle
Anschlüsse, auch die nicht aktiven, sichtbar gemacht werden. Die nicht aktiven Anschlüsse sind durch
ein blasses bzw. graues Symbol gekennzeichnet.
Mit einem Rechtsklick auf den jeweiligen Anschluss kann dann in dem erscheinenden Kontextmenü
die Option "Deinstallieren" gewählt werden.
Nach dieser Prozedur sind die bisher unnötig blockierten Com-Anschlüsse wieder frei zur Verwendung mit diversen Anwendungen.
Dasselbe funktioniert auch sinngemäß mit anderen Geräten, z.B. wenn nach Bluetooth-Treiber-Installationen in der Rubrik Netzwerkkarten diverse Bluethooth-Pan-Server eingetragen sind.
Mit diese Methode findet man auch die anderen vorhandenen Treiberleichen.
System neu starten und nach Pkt 2. Kontrollieren, ob auch wirklich die gelöschten Ports verschwunden sind.
Alle USB-Kabel wieder anschliessen.
Da nun die Comports wieder frei sind, wird der USB-Seriell Adapter wieder installiert. Dazu ist es sinnvoll, die nötigen Treiberdateien vorher auf dem Laufwerk C:/ xxxxxx zu installieren.
Jeder Port wird einzeln neu installiert.
3.Nach erfolgter Installation mit Hyperterminal (Start>alle Programme>Zubehör>Kommunikation>Hyperterminal) den Datenfluss über die einzelnen Ports kontrollieren. Dazu Hyperterminal starten(neue Verbindung>Name>xxx>ok>Verbindung herstellen über>comx>ok>Bits/sec>4800>ok
Wenn dieser Port nun Daten empfängt, so werden die auf dem Bildschirm angezeigt, wenn keine Anzeige, dann sind entweder kein Gerät angeschlossen, oder es gibt ein sonstiges Problem mit dem Anschluss. Kommen zwar Daten, aber nur Müll, dann stimmt wahrscheinlich die Baudrate der Übertragung nicht.
Nun können im NAV-Pogramm die einzelnen Ports eingetragen werden und die Daten müssten auf dem Bildschirm erscheinen.

Übrigens: Dieses Verfahren gilt auch für das neue Win 7 von Microsoft.

Wichtig:
Bei zukünftiger Benutzung des Notebooks muss das USB-Kabel des USB-Seriell Adapters wieder am selben Notebook-Anschluss installiert werden, sonst kann man die ganze hier beschrieben Prozedur noch einmal starten.

Pactor für Dummies

Wenn Segler auf Langfahrt gehen wollen, dann stolpern sie über kurz oder lang über einen Begriff aus der Radio-Welt: PACTOR

Pactor - Was ist das?

Pactor ist ein Verfahren, um über Funk, also ohne Drahtverbindung zwischen den beiden Stationen, aus Zeichen( also Zahlen und Buchstaben)  bestehende Nachrichten zu übertragen. Dabei kann die Nachricht jeden Inhalt haben, also Wetterdaten, Bilddaten oder   auch totalen Unsinn, sie muss nur in digitalisierter Form, meist als Folge von ASCII-Zeichen vorliegen. Die Zeichen werden mit einem Programm in Töne umgewandelt und mit einem Kurzwellensender zu einer Empfangsstation übertragen. Diese Empfangsstation muss zum Sendebeginn „on air“ sein, also betriebsbereit und auch in der Lage sein, Pactor-Signale zu empfangen und zu decodieren.
ASCII-Zeichen? Das ist ein genormtes Bündel von Vorschriften zur digitalen Darstellung von Zahlen Buchstaben und Sonderzeichen.
Der Name PACTOR setzt sich zusammen aus AMTOR, einem Nachrichtenübtragungsverfahren, das von Funkamateuren, angelehnt an das professionelle SITOR  entwickelt wurde und PACKET-Radio, auch ein Übertragungsverfahren von Radioamateuren, bei dem die Information, z. B. Text packetweise übertragen wird..
Es ist die neueste Entwicklung  auf dem Gebiet codierter Datenübertragung und funktioniert automatisch, wenn der erste Kontakt mit der Empfangsstation hergestellt ist. Bis zu diesem kontakt ist allerdings noch der Einsatz und auch das Verständnis des an der Sendeseite sitzenden Funkers notwendig.
Der Vorteil von Pactor ist gegenüber allen bisher bekannten Radio-Übertragungsverfahren durch Code, dass es die Nachricht fehlerfrei überträgt, dabei wird die Übertragung solange wiederholt, bis alles ohne Verlust übertragen worden ist.

Verständnis für Kurzwelle - Warum?

Eine Pactorverbindung  funktioniert bei der Anwahl nicht so einfach wie Telefon oder Internet, man muss schon ein wenig von Funktechnik verstehen. Pactor als Nachrichtentechnik benutzt ja keine feste Drahtverbindung zwischen den Partnern, sonder n von Sendeantenne zu Empfangsantenne geschieht die ganze Übertragung per Wellen durch die Atmosphäre und zwar über tausende von Kilometern und nicht wie bei einem Mobiltelefon nur über einige Kilometer. Und schon beim Mobiltelefon kennt man das „Funkloch“, also einen Ort ohne Empfangsmöglichkeit. Da wartet man so lange, bis man wieder in eine gute Entfernung zur nächten „Mobilzelle“ gekommen ist.
Bei Pactor, wie übrigens auch bei allen anderen Funkverbindungen über Kurzwelle sollte man einfach etwas über die „Ausbreitungsbedingungen“ von Funkwellen durch die Atmosphäre kennen. Die sind nicht für jede Tageszeit gleich und sie hängen auch noch von der benutzten Frequenz ab.
Für den, dem das alles zu kompliziert ist, gibt es aber gute PC –Programme (z.B. Airmail mit dem integrierten Programm für die Ausbreitungsbedingungen  itshfbc  (auf der Website www.airmail2000.com unter http://elbert.its.bldrdoc.gov/pc_hf/itshfbc.exe) Airmail ist ein „must“, da es für den Segler von einem Segler ( Jim Corenman  KE6RK )geschrieben wurde; Airmail ist als Freeware verfügbar. Wenn Sie das erste Mal Airmail starten werden Sie sich quasi wie zu Hause fühlen, Eingangsbox, Ausgangsbox und Sendebutton für Ihre E-Mails. Airmail ist ein einfaches Programm, so wie Outlook, Hotmail oder Yahoo.

Das PACTOR System stellt keine Internetverbindung im übliche Sinn zur Verfügung. Nur E-Mails und Wetterinformationen sind über diese schmalbandige Verbindung möglich. Es gibt von fast allen Wetterdiensten der Welt Informationen zu jedem beliebigen Ort, auch die bekannten Grib Wetterkarten, die man individuell für Ihre Position nach Bedarf anfragt. Navtex und Funkfernschreiben. (WEfax) sowie Satellitenfotos sind abrufbar.
Das APRS (Automatic Position Report System) kann man ebenfalls über PACTOR verbinden. Auf Wunsch wird dann bei jedem meist täglichen Radiokontakt der Standort mit übertragen.

Hardware

PACTOR ist also eine digitale Betriebsart, was braucht man dazu als Hardware?
- Laptop/Notebook (Computer)
- PACTOR Modem, der führende Hersteller ist heute SCS-PTC (www.scs-ptc.com) (Controller)
-SSB Transceiver, der auf den Kurzwellenfrequenzen des See- oder Amateurfunks in einer bestimmten Betriebsart, nämlich USB (upper side band )senden und empfangen kann und der zwischen Senden und Empfangen schnell genug umschalten kann (min. 40 millisekunden), wenn das Gerät auch noch über den PC fernbedient werden kann, ist das sehr vorteilhaft. (Radio)
- Tuner, um die Antenne auf das Sendesignal abzustimmen
- Antenne, auf Booten als Achterstag- oder Peitschenantenne

RF-Interferenz


Aus: Solving RF Interference Problems © 1998-99 Jim Corenman, revised 10/14/99

Welches PACTOR I, II III oder IV

Was ist das denn schon wieder?
Einfach gesagt, in der Entwicklung von Pactor gab es verschiedene Stufen der Übertragungsgeschwindigkeit. PACTOR ist ja ein fehlerfreies Übertragungsverfahren, das anfänglich sehr langsam war, eben PACTOR I. Dann wurden schnell wesentlich effizientere Algorithmen entwickelt, die die Übertragungsgeschwindigkeit erhöhten, sodass heute eigentlich nur noch PACTOR III oder IV benutzt wird. Das hat den Vorteil, dass bei schwierigen Übertragungswegen (quasi  wie  „ Funkloch“ beim Handy) automatisch auf die niedrigere Geschwindigkeit von Pactor II oder Pactor I heruntergeschaltet wird.
Pactor IV ist eine Weiterentwicklung der Algorithmen von Pactor III, das zugehörige Modem ist verhältnismäßig teuer und ob der Geschwindigkeitsgewinn an Bord wirklich vorteilhaft ist, wird erst die Zukunft zeigen. Bis heute ist jedenfalls Pacor III für den Bordgebrauch absolut ausreichend.

Wie kommt PACTOR ins Internet?

Wie schon gesagt, über reines PACTOR  kann man nur e-mails und artverwandte Produkte übertragen, das liegt an der doch relativ niedrigen Übertragungsgeschwindigkeit, es ist eben kein ISDN, geschweige denn DSL. Für den direkten Zugang zum Web ist es einfach zu langsam. Die Verbindung zum Internet als Email-server stellen weltweit entweder Amateure oder kommerzielle Organisationen sicher. Dabei machen die Amateure diesen Dienst kostenlos, die kommerziellen muss man bezahlen.

Talker und Listener


Wenn man Navigationsgeräte zusammenschalten will, um Daten zu übertragen, dann werden folgende Begriffe benutzt.

Talker (Sprecher)---das sind aktive Geräte, die Daten ermitteln, um sie auf andere Geräte zu übertragen. Normalerweise kann ein Talker bis zu 4 Listener versorgen.

Listener(Zuhörer)—das sind passive Geräte, die Daten verarbeiten, zur Anzeige oder zur Berechnung von NAV-Daten.

Talker übertragen oder senden, Listener hören oder empfangen Daten, in dem Zusammenhang spricht man auch von transmit =senden(T oder TD..transmit data) und receive =empfangen(R oder RD..receive data).

Manche Geräte haben beide Funktionen eingebaut, sind also Talker und Listener in einem, (Beispiel der PC, er kann vom GPS Daten übernehmen und Waypoints an den GPS schicken).

Ein Talker und ein Listener  werden mit zwei Drähten verbunden, der eine Draht wird als „Datenleitung“ verstanden, der andere ist der „Common“ oder C  der „gemeinsame Draht“ , das ist so etwa die minus-Leitung.

Serielle Kreuzverbindung


Bei dieser Verbindung wird bei beiden Geräten der C mit C verbunden und der T oder TD (Talker und sein transmit-Ausgang) mit dem R oder RD (Listener und sein receive-Eingang). Dabei sollte auf kurze Leitungsführung geachtete werden.
Sind beide Geräte sowohl Listener, als auch Talker, z.B. GPS und PC, dann werden DREI Drähte gebraucht, ein Common oder C (manchmal auch –Data bezeichnet) Td und RD, wobei die Anschlussdrähte gekreuzt werden, also jeweils TD des einen Gerätes mit RD des anderen.

Grundlage für die Übertragung ist ein Protokoll, eine Vorschrift, wie die Daten auszusehen haben bzw. wie sie strukturiert sind. Bei dem NMEA Protokoll ist wichtig zu wissen, dass die Baudrate 4800 Baud beträgt.
Das bedeutet, dass ausser dem korrekten hardwaremässigen Anschluss der Drähte auch softwaremässig bei den Geräten die richtigen Werte eingestellt sind, ein GPS, der mit 2400 Baud sendet wird von einem PC, der auf 4800 Baud hört, nicht verstanden werden, die Daten sind z.B.für das NAV-Programm auf dem PC nicht verarbeitbar und es wird dementsprechend auch nichts bzw. nur Müll angezeigt.
Es gibt noch eine Reihe zusätzlicher Vorschriften in dem NMEA-Protokoll bzw. allgemein in dem Protokoll für Datenübertragung, die aber , wenn nicht ausführlich in der Gebrauchsanweisung des einzelnen Produktes angegeben, meist keine Rolle spielen und deswegen hier nicht aufgeführt werden.
Dieses work-around funktioniert bei allen normalen NAV-Geräten, wie Plotter, Radar, GPS, PC und Autopilot,(wobei beim Autopilot möglicherweise eine andere Baudrate eingestellt werden muss)
Eine Ausnahme ist das AIS-Verfahren, welches eine Baudrate von 15200 Baud  verwendet.