{"id":1732,"date":"2012-10-04T15:52:25","date_gmt":"2012-10-04T13:52:25","guid":{"rendered":"http:\/\/www.brennecke.org\/?page_id=1732"},"modified":"2012-10-18T17:42:24","modified_gmt":"2012-10-18T15:42:24","slug":"1732-2","status":"publish","type":"page","link":"https:\/\/www.brennecke.org\/?page_id=1732","title":{"rendered":"DCF77-Funkuhr"},"content":{"rendered":"

Eine einfache Anwendung der AVR-Mikrocontrollerboards<\/a> sollte eine DCF77-Funkuhr sein.\u00a0 DCF77 bedeutet D=Deutschland, C=Langwelle, F=Frankfurt, und 77 ist die Frequenz. DCF wird von der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) Braunschweig betreut, und sendet seit 1973 Datum und Uhrzeit in die Welt. Das DCF77 Signal kommt aus Mainflingen in der N\u00e4he von Frankfurt. Die Sendeleistung betr\u00e4gt 50kW. Die Zeitinformationen, die diese Station sendet, sind hochgenau, die Abweichung betr\u00e4gt ca. 1 Sekunde in 300.000 Jahren.<\/p>\n

Das Signal ist hier in Berlin definitiv zu empfangen, wie unsere K\u00fcchenuhr zu berichten wei\u00df. Die Daten des DCF-Signals werden \u00fcber 20%-Pegelabsenkungen des Amplitudensignals \u00fcbertragen. Eine Absenkung von 100 Millisekunden L\u00e4nge ist eine logische „0“, eine Absenkung von 200 ms ist eine „1“. Alle 60 Sekunden wird zudem nicht abgesenkt – zur Synchronisierung.<\/p>\n

Dennoch stellte sich das ganze zun\u00e4chst als schwierig heraus, weil alle Schaltungen, die ich ausprobierte und modifizierte, nicht sauber funktionierten. Zwar war der Empfang des Signals kein Problem – ein einfacher Geradeausempf\u00e4nger mit FET-Eingangsstufe, Transistorverst\u00e4rker und anschlie\u00dfendem Spannungsverdoppler gen\u00fcgt daf\u00fcr. Der Empfang war aber alles andere als stabil – bis ich herausfand, dass nicht die Schaltung, sondern die Umgebung das Problem war. Ein Wechsel in ein anderes Zimmer wirkte Wunder.<\/p>\n

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Die Decodierung des Signals und seine Aufbereitung ist nicht ganz einfach. Man braucht wegen der Amplitudenmodulation einen Empf\u00e4nger mit einer guten Verst\u00e4rkungsregelung – oder man bedient sich eines Tricks wie die Leute des Arbeitskreises „Amateuerfunk und Telekommunikation in der Schule „AATiS“. Ich stie\u00df auf eine Schaltung aus dem Jahr 1994, die einerseits mit Philips-Mitteln weitgehend nachgebaut werden konnte und zum anderen eine offene Computerschnittstelle enthielt. Seinerzeit gab der AATiS sogenannte Praxishefte heraus, die inzwischen vergriffen sind, aber auf CD in PDF-Form noch nachbestellt werden k\u00f6nnen. Dort sind vielerlei Schaltungen erkl\u00e4rt, die wunderbar zur Philips-Serie passen – und in Heft 2 findet sich der DCF-Empf\u00e4nger, der zur Verwendung mit den Philips-Bauk\u00e4sten nur geringf\u00fcgig modifiziert werden musste. Insbesondere kommt die LW-Antennenspule zum Einsatz, der der Einfach-Drehkondensator und ein 1000pF-Festwert parallel geschaltet werden, um die n\u00f6tige Frequenz von ca. 80-75 kHz zu erreichen.<\/p>\n

Der Trick der AATiS-Entwickler besteht nun darin, das schwankende Signal mit den Absenkungen mit einem zweiten Signal zu vergleichen, aus dem die Absenkungen herausgefiltert sind – mit einem einfachen Tiefpass. Das ganze wird einem FET-OpAmp zugef\u00fchrt et voil\u00e1 – eine LED blinkt im Sekundentakt mal l\u00e4nger, mal k\u00fcrzer.<\/p>\n

Das Signal muss dann noch entschl\u00fcsselt werden, und hierzu habe ich meine AVR-Platine <\/a>benutzt. \u00dcber den invertierten INT0-Eingang wird das Signal zugef\u00fchrt und dessen jeweilige Impulsl\u00e4nge gemessen. Die Zuordnung der Bits zu deren Bedeutung ist gut im Internet dokumentiert. Nach dem Einschalten wird der Drehkondensator so abgestimmt, dass die Eingangs-LED zu blinken beginnt, danach dauert es etwa zwei Minuten, bis die Zeit und das Datum im Display erscheinen. Wenn der Empfang ausf\u00e4llt, z\u00e4hlt der interne Z\u00e4hler weiter, so dass die Uhr auch Empfangspausen \u00fcberbr\u00fccken kann. Weitgehend fertige Algorithmen f\u00fcr die DCF77-Decodierung finden sich mehrfach im Internet; ich habe auf einen Sourcecode von Ulrich Radig<\/a> zur\u00fcckgegriffen, der unter GPL ver\u00f6ffentlich ist – weshalb mein Quelltext ebenfalls zum Download bereitsteht. Einige Anpassungen zur Ansteiuerung des LCD-Moduls, der Leuchtdioden (als Testausgabe) und zur Unterscheidung der „0“- und „1“-Bits waren erforderlich und sind kommentiert.<\/p>\n

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Der OpAmp ist ein CA3130, f\u00fcr den noch eine passende Platine zu entwickeln sein wird. Er braucht weniger Leistung als der in den ABC-K\u00e4sten genutzte TA081 – dieser sollte aber auch funktionieren, wenn man die Spannungsversorgung entsprechend anpasst. Die Transistoren werden als BC549C ausgewiesen – also solche mit ausgesucht hoher Verst\u00e4rkung. Ich habe nicht getestet, ob der Philips-Standard BC548 es ebenfalls tut.<\/p>\n

Update 18.10.2012: Der Quellcode wurde \u00fcberarbeitet und mit einer adaptiven Regelung f\u00fcr den Schwellwert zwischen 1- und 0-Bits versehen. Die Decodierung der Signale funktioniert damit zuverl\u00e4ssiger und schneller.<\/p>\n

<\/a>DCD77-Quellcode_V1.1<\/a><\/p>\n

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