Das DTMF-Tonübertragungsverfahren  ist schon seit vielen Jahren in Gebrauch. In der Telefontechnik wird es standardmäßig zur Ziffernanwahl benutzt und hat dabei das früher benutzte Impulswahlsystem fast völlig abgelöst. Gearbeitet wird mit 16 verschiedenen Doppeltonkombinationen. Die Anwendungsmöglichkeiten für DTMF sind aber nicht auf die einfache Tonanwahl beschränkt, sondern es lassen sich damit auch sehr robuste Signalisationssysteme aufbauen. Dazu tragen besonders auch einige auf dem Markt erhältliche spezielle integrierte Schaltkreise bei. Ein schon vor einigen Jahren vorgestelltes Anwendungsbeispiel findet man auf meinen Seiten: http://www.kh-gps.de/schalt.htm  und   http://www.kh-gps.de/schalt2.htm . Es zeigt die Möglichkeit der Nutzung normaler Handys zum Fernschalten von Relais. Voraussetzung für diese Anwendung  war die Tatsache, daß sich DTMF-Töne auch im Sprachkanal von GSM-Netzen problemlos übertragen lassen. Das ist nicht unbedingt selbstverständlich, denn die hierbei zur Sprachcodierung und -decodierung verwendete Technik ist speziell auf die menschliche Stimme abgestimmt und ermöglicht ansich keine Übertragung von Dateninformationen. Mithilfe des DTMF-Verfahrens ist dies aber dennoch eingeschränkt möglich, wobei allerdings nur mit sehr geringen Datenraten gearbeitet werden kann. Damit ein Ton von einem der als Fertigbaustein erhältlichen Decoder sicher erkannt werden kann, muss er für mindestens 50 mS übertragen worden sein. Dazu kommt noch einmal der gleiche Zeitraum für die Pause zwischen zwei Zeichen. Damit kommen wir auf eine Gesamtzeit von 100mS pro Zeichenübertragung. Dennoch fand ich es reizvoll und einen Versuch wert, auf diese Weise auch GPS-Navigationsdaten übertragen zu wollen. Der Vorteil der DTMF-Töne liegt in ihrer unkomplizierten Nutzbarkeit über jegliche Arten von Tonkanälen.  Dazu gehören neben den GSM-Sprachkanälen auch schmalbandige Sprechfunkkanäle. Denkbar ist zudem aber auch die Signalverarbeitung über Tonspuren von Audio- und Video-Geräten. 

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Um die erforderlichen Navigationsdaten in einer möglichst kurzen Zeit versenden zu können, sollte ihre Menge weitmöglichst reduziert werden. Das bedeutet eine Beschränkung auf die ausschliessliche Übertragung nur der wirklich erforderlichen Längen- und Breitengradangaben. Mit einigen Tricks liessen sich diese Informationen in nur 8 Bytes verpacken. Damit der benutzte Mikrocontroller nur möglichst wenig Rechenarbeit leisten muss, wurden die einzelnen Werte aber weitgehend im NMEA-Ursprungsformat belassen. Durch die Beschränkung der Minutenwerte auf nur zwei Stellen hinter dem Dezimalpunkt ergibt sich für unsere Regionen eine Auflösung von ca. 18m für Breitengrade und ca. 12m für Längengrade. Das Ergebnis ist ein Ausgabeformat, bei dem insgesamt 14 Zeichen übertragen werden. Das erste übertragene Zeichen stellt die sogeannte Startmarke dar. Von den 16 zur Verfügung stehenden DTMF-Tonkombinationen stehen hierfür nach Abzug der zur Zifferndarstellung benötigten 10 Töne noch 6 restliche Kombinationen zur Verfügung. Gemäss Tabelle 1 werden 4 davon benutzt. Mit ihrer Hilfe wird zum Ersten die Gültigkeit der GPS-Daten ( VALID/INVALID ) und zum Zweiten die Position östlich oder westlich des Nullmeridians signalisiert. Auf eine Übertragung der Hemisphäreninformation ( Nord/Süd ) wurde verzichtet. Da sich diese Einstellung aber mit einem am Decoder anschliessbaren Schalter fest anwählen lässt, könnte es lediglich bei Verwendung des Systems im Äquatorbereich zu Irritationen bei der Anzeige kommen.

Im Anschluss an die Startmarke werden 6 Werte für die Breitengraddaten ( LAT ) und 7 Werte für die Längengraddaten ( LON ) übertragen. Danach ergibt sich folgendes Format, wobei die Dezimalpunkte hier nur zur Verdeutlichung eingezeichnet wurden und nicht mit übertragen werden:
 

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Der Prozessor "U2" steuert den I2C-DTMF-Geber-Chip PCD3312 "U3".  Dieser Baustein liefert die über das Einstell-Poti "P1" im Pegel veränderbaren Tonsignale. Parallel zu jeder Tonaussendung wird der Transistor "Tr2" durchgeschaltet und ermöglicht hierüber ggf. die Steuerung eines angeschlossenen Senders.
Für Kontrollzwecke werden die aufbereiteten Navigationsdaten auch als serieller Text am RS232-Ausgang bereitgestellt. Dabei wird  die gleiche Datenrate verwendet, die auch zum Einlesen der NMEA-Daten benutzt wird. 

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Der Decoder verarbeitet die über Funk übertragenen oder von einer Ton-Aufzeichnung stammenden Signale. Sie werden vom DTMF-Decoderchip "U1" MV8870 ( oder MT8870 ) verarbeitet und gelangen als 4 Bit-Parallelinformation an den Prozessor "U2". Pro empfangenem Zeichen kommt dazu ein Strobe-Impuls, der nach Aufbereitung in "U4" an den  Prozessoreingang  P3.2 ( Pin 6 ) geleitet wird. Die Firmware in "U2" steuert die Anzeige eines 2x16-Zeichen Standard-LCD-Displays.
Parallel zur Displayanzeige gem. Abb.1 werden die decodierten Navigationsdaten auch als ( vereinfachtes ) NMEA-Protokoll des Typs RMC aufbereitet und über den seriellen RS232-Ausgang mit einer Datenrate von 4800bps zur Verfügung gestellt. Diese Funktion steht auch bei nicht angeschlossenem LCD-Display zur Verfügung. Aufgrund der bei der Decodierung neu berechneten Prüfsumme sollten die seriell ausgegebenen Daten von allen auf der Auswertung von RMC-Protokollen basierenden Auswertprogrammen verstanden werden. Handelt es sich dabei um Kartenprogramme, so können diese zur Standort-Visualisierung benutzt werden. Der vorhandene serielle RS232-Eingang ist derzeit ohne Funktion.
Wird P3.3 an Masse gelegt, so wird die Ausgabe der Hemisphäreninformation fix von "NORD" auf SÜD" umgeschaltet

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Die zur Programmierung der Prozessoren benötigten HEX-Files findet man hier ( Encoder: DTMFTX5.HEX; Decoder: DTMFLOC2.HEX ).
Anfragen bezüglich programmierter Prozessoren oder anderer etwas speziellerer Bauteile können via E-Mail an mich gerichtet werden.
Bei entsprechender Nachfrage ist auch die Erstellung von endgültigen Platinenlayouts und eine Beauftragung zur Platinenherstellung denkbar. 

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http://www.ee.mut.ac.th/datasheet/MT8870d.pdf                                        (  Datenblatt  MT8870 )
http://www.selectronic.fr/includes_selectronic/pdf/Philips/PCD3312.pdf   (  Datenblatt  PCD3312 )

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