La Balise Mobile APRS de VE2ZAZ
VE2ZAZ's APRS Mobile Tracker
Par/By: Bertrand Zauhar, VE2ZAZ.


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 Il s'agit ici d'une installation  simple fournissant la position exacte de mon véhicule en temps réel par l'entremise du réseau APRS de radioamateur. La balise APRS comprend:
  • Un récepteur GPS Magellan Trailblazer (1995),
  • Une antenne GPS hélicoïdale quadri-filaire préamplifiée,
  • Un Émeteur-Récepteur VHF protatif Standard HX340V,
  • Une antenne VHF mobile,
  • Un encodeur TinyTrak II,
  • 2 blocs régulateurs de tension.
L'électronique est logée dans un coffret de plastique, protégeant ainsi les composantes. Le coffret est localisé sous un des sièges de mon véhicule.

Voici un schéma-bloc de ma balise APRS:

This is a really simple setup that provides my vehicule position in realtime via the amateur radio APRS network. The APRS tracker setup consists of:
  • A Magellan Trailblazer GPS receiver (1995),
  • A pre-amplified Quadrifilar helix antenna,
  • A Standard HX340V handheld VHF tranceiver,
  • A VHF mobile antenna,
  • A TinyTrak II tracker encoder,
  • 2 voltage regulator blocks.

The electronics are contained inside of a plastic carrying case, thus protecting the components. 

Here is a block diagram of my APRS tracker setup:

Le Récepteur GPS

Le Récepteur GPS Magellan Trailblazer possède une sortie NMEA-0183. Cette sortie se connecte directement sur l'encodeur TinyTrakII et fournit un format d'information reconnu par l'encodeur. J'ai modifié le clavier du récepteur GPS à l'aide d'un opto-coupleur pour qu'il se mette en marche dès que l'alimentation est fournie.

Aussi, comme l'alimentation est normalement fournie par piles, j'ai construit un circuit d'alimentation externe utilisant un régulateur de tension LM7806. J'ai logé le circuit dans un boîtier en plastique.

L'Antenne GPS

L'antenne GPS est de fabrication maison et est inspirée des sites web suivants:

Cette antenne est facile à construire et les dimensions ne sont pas critiques. Voici mon adaptation des techniques proposées aux liens ci-haut:
  • Utilisez du fil de cuivre de diamètre AWG14 (1.63mm). Il est beaucoup plus malléable mais tout de même suffisamment rigide. 
  • Plutôt que de couper 4 fils de cuivre, coupez 2 longueurs de fil de 20.5cm. Pliez-les à 10.0cm. Ceci vous donnera l'équivalent des 4 fils.
  • Utilisez un flacon de prescription pharmaceutique du bon diamètre pour former le fil de cuivre. Prenez garde de bobiner le fil dans le bon sens de rotation (voir les figures des hyperliens ci-haut).
  • Placez un amplificateur MMIC (Mini-Circuits MAR, ERA ou autres) couvrant la fréquence de 1575MHz à la base de l'antenne. Le but de cet ampli est de compenser pour les pertes dans le câble coaxial. Le gain et le facteur de bruit n'ont que peu d'importance ici. J'ai utilisé un Mini-Circuits MAV-3 (vielle technologie) de 10dB de gain à 1500MHz et 6.5dB de facteur de bruit et tout fonctionne à merveille. Utilisez un MMIC qui s'alimente sur 5V DC directement à sa broche de sortie. Cette tension est normalement fournie par le récepteur GPS au connecteur d'antenne.
  • Placez un condensateur à montage en surface au point d'alimentation de l'antenne (en série avec l'âme du câble semi-rigide et reliant  le cuivre radiant). Ceci permettra d'éviter de court-circuiter l'ampli MMIC à la masse. La valeur du condensateur n'a que peu d'importance. Une capacitance de 100Pf ou plus est correcte. Recouvrez le tout de colle thermoplastique ou d'époxy pour solidifier le tout car le condensateur est plutôt fragile.
  • J'ai utilisé un connecteur SMA à l'antenne. Il est plus facile de dénicher du câble coaxial semi-rigide ayant  ce type de connecteur déjà installé à une extrémité qu'avec n'importe quel autre type de connecteur. Un connecteur BNC ferait cependant aussi bien l'affaire.
  • J'ai mis 15 pieds (4.5m) de câble coaxial RG-58U entre l'antenne et le récepteur GPS.
  • Nul besion de placer l'antenne à l'extérieur du véhicule. Le tableau de bord offre une position idéale pour la réception d'un maximum de satellites GPS. Ceci a été vérifié à maintes reprises.
  • J'ai peint l'antenne en gris pour la rendre plus difficile à percevoir de l'extérieur du véhicule.
The GPS Receiver

The Magellan Trailblazer GPS has a NMEA-0183 compatible output. This output connects directly to the TinyTrakII encoder and sends a data format recognized by the encoder. I modified the GPS receiver keyboard using an optocoupler so that the unit turns on as soon as DC power is supplied.

Also, since the DC supply is normally provided by batteries, I built an external power supply made of a LM7806 voltage regulator. I fitted the circuit inside of a plastic box.
 

The GPS Antenna

The GPS antenna is home-built and its design is inspired from the following websites:


This antenna is easy to build and its dimensions are not critical. Here is my adaptation of the techniques proposed on the above websites:

  • Use AWG14 (1.63mm) gauge copper wire. It is much more flexible but is still rigid enough for this application.
  • Instead of cutting 4 pieces of wire, cut 2 pieces with a length of 20.5cm each. Bend them at 10cm. This will give you the equivalent of the 4 wires. 
  • Use a pill bottle of the right diameter to shape the copper wire. Make sure that you coil the wires in the proper direction of rotation (see the figures at the above websites).
  • Install a MMIC amplifier  (Mini-Circuits MAR, ERA or other type) with a frequency range covering 1575MHz at the base of the antenna. The objective is to compensate for the coaxial cable losses. The gain and noise figure of the MMIC are not at all critical. I use a Mini-Circuits MAV-3 (obsolete technology) providing 10dB of gain and a noise figure of 6.5dB and everything works perfectly. Use a MMIC that is rated for a 5V DC supply directly on its output pin. This voltage is typically supplied by the GPS receiver antenna connector.
  • Install a surface-mount capacitor in series with the semi-rigid coax center conductor at the feedpoint (where the semi-rigid coax meets with the radiating wire). This will block DC currents that would short-circuit the MMIC amplifier. The capacitor value is not critical. Capacitance of 100pF or more will be fine. Cover the feedpoint with epoxy or hot melt thermoplastic glue to solidify it, as the capacitor is rather fragile.
  • I've used a SMA connector at the antenna end. It is much easier to find a piece of semi-rigid cable with a SMA connector already installed at one end than with any other type of connector. Note that BNC connectors would  work as well for this application.
  • I've used 15 feet (4.5m) of RG-58U coaxial cable between the GPS antenna and the receiver.
  • There is no need to position the GPS antenna on the car exterior. The dashboard is an ideal spot for optimum GPS satellite pickup. This has been verified numerous times.
  • I've painted the GPS antenna in grey to make it harder to detect from the outside.


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Encodeur TinyTrak II

Cet encodeur est le coeur du système de balise mobile APRS. Il émule les fonctions du TNC Packet:

  • Il recoit les données du GPS,
  • Il formatte l'information à envoyer sur VHF suivant le protocole AX.25.
  • Il met l'émetteur en fonction et module directement l'entrée microphone de l'émetteur,
  • Il surveille la fréquence VHF pour éviter de causer des collisions lors de l'émission.
Cet encodeur offre, sans contredit, la façon la plus économique de construire une balise APRS. Vous pouvez obtenir plus de détails et vous le procurer en kit à l'adresse web suivante: 
http://www.byonics.com/

Émetteur-Récepteur VHF

J'utilise un émetteur-récepteur  portatif récupéré gratuitement à un marché aux puces. Cet appareil est de type commercial et est donc construit pour un usage intense, ce qui est le cas sur une balise APRS.  Le fonctionnement de l'installation est permanent, une émission RF est produite à chaque minute et les vibrations et la chaleur à l'intérieur de l'habitacle sont élevées.

J'ai dû adapter l'alimentation de l'appareil pour fonctionner sur la tension d'automobile (12-14VDC). J'ai placé 6 diodes au silicium de 3Ampères en série sur l'alimentation positive pour abaisser la tension à moins de 11.4V, la limite maximale d'opération de l'appareil.

TinyTrak II Encoder

This encoder is the center point of the mobile APRS tracker. It emulates the packet TNC:

  • It collects the GPS data,
  • It formats the information to be sent over VHF in AX.25 protocol.
  • It keys the transmitter and directly modulates the microphone input,
  • It monitors the VHF frequency in order to avoid causing collisions when transmitting.
This encoder offers, without doubt, the most economical way of building an APRS tracker. For more information or to order the kit, visit the following website:
http://www.byonics.com/

VHF Transceiver

I use a handheld VHF transceiver that I picked up for free at a hamfest. It is of commercial grade; it is built to withstand the harsh environment that an APRS tracker represents. It has to function continuously and transmit every minute inside of a vehicule, where heat and vibration are common. 

I had to adapt the DC supply to the transceiver, so that it could operate on car voltage (12-14VDC). I put six 3-Amp silicon diodes in series with the positive lead to bring the voltage down to less than 11.4V, the maximum allowed voltage on the transceiver.