Příjem časového signálu DCF

Jan Bohátka, xbohat03@stud.feecvutbr.cz


Obsah:

  1. Úvod
  2. Popis signálu DCF
  3. Realizace
  4. Závěr

Úvod

    Na dnešním trhu je mnoho výrobků, které určitým způsobem měří a popřípadě i odměřují čas. V levnějších výrobcích je použit jako hodinový signál síťový signál o kmitočtu 50 Hz. Přesnost takových zařízení není velká a neumožňují automatické nastavení hodin. V další skupině jsou zařízení řízená pomocí krystalu či obvodu reálného času. Taková zařízení mají lepší přesnost a pokud je použit i obvod reálného času, tak se dokáží po výpadku automaticky nastavit na správný čas. Do poslední skupiny se mohou zařadit systémy, které používají např. DCF77, GPS, WWVB(USA 60 kHz) nebo internetové protokoly NTP, SNTP a další. V tento projekt se zabývá přijmem a dekodovnáním signálu DCF

Popis signálu DCF

    U signálu DCF77 můžeme dekódovat jak časové značky, tak i časové signály v BCD kódu. Časové signály vznikají díky tomu, že nosná vlna je amplitudově modulována sekundovými znaky. Na počátku každé sekundy je amplituda nosné frekvence snížena do dobu 0.1s nebo 0.2 s asi o 25%. Takto je snížena amplituda u každé sekundy, s výjimkou 59. sekundy, v každé minutě. Toto se využívá k detekci minutového znaku. Sekundové znaky jsou fázově synchronní s nosnou vlnou.

Průběh signálu

    Na horním řádku jsou čísla sekund a na spodním logické úrovně, které se přenáší. Jak jde vidět, tak pokles amplitudy na dobu 0,1 s odpovídá logické 0 a pokles amplitudy na dobu 0,2 s odpovídá logické 1. Časová informace v BCD kódu se přenáší každou minutu a jsou přenášené hodnoty minut, hodin, dne, dne v týdnu, měsíc a rok. Tato informace se vysílá vždy pro následující minutu. Přenos je kódován pulzní modulací a obsahuje celkem 3 kontrolní bity, které vždy doplňují délku slova na sudou paritu.


Kodovací schéma

M     minutová značka /vždy 0b/
R     anténa 0b – normální anténa 1b – náhradní anténa
A1     oznámení změny z SEČ / středoevropský čas / na SELČ /středoevropský letní čas / nebo naopak, pokud má dojít ke změně času tak je 1 hodinu dopředu nastaven na hodnotu 1b, jinak je nastaven do 0b
Z1, Z2     Časová zóna / rozdíl oproti UTC /
A2     oznámeni že přijde přestupná sekunda, 1 hodinu dopředu je nastaven do 1b, jinak je má hodnotu 0b
S     startovací bit kódované časové informace / vždy hodnota 1b /
P1, P2, P3     kontrolní bity /sudá parita/

Realizace

    Jako přijímač signálu DCF lze použít integrovaný obvod U2442 a podoblé, ale ty nemají v běných obchodech a je k nim potřeba krystal s frekvenci 77,5 KHz.
U4224 zapojení





Jednoduší řešení je koupě hotového modulu od firmy CONRAD za zhruba 300 Kč.

Conrad prijimacZapojeni modulu

Tento modul už obsahuje kompletní přímač signálu DCF a zapojení svorkovnice je
  1. GND
  2. Napájecí napětí od 1,2 V do 15V DC
  3. Výstup DCF
  4. Negovaný výstup DCF
Při práci je nutné si dát pozor na to že výstupní z modulu je pomocí otevřených kolektorů a na mezní hodnoty výstupních tranzistorů. Maximální napětí na výstupu může být  30V a proud pouze 1 mA. Během ladění je výhodné připojit na druhý výstup tranzistor s LEDkou a tím máme kontrolu jestli modul přijímá signál. Ledka by měla bliknout každou sekundu a jednou za minutu bliknout jednou za 2 sekundy.

    Modul přijímače je připojen na PORT C na bit 7 a je na něho vyvedem přímý výstup z DCF. Na tento pin je vhodné připojit push-pull odpor a druhý vývod odporu na napájecí napští. LCD displej je připojený na PORT A. Data na displej jsou posílana před 4 drátovou sběrnici. Další pinu na portě A jsou použity na řízení disleje. Program je napsam pro krystal 6,144 Mhz.

Modul hodin

Zapnuté hodiny bez nastavení

Modul nemá zalohování napájení, takže po připojení napájení  se zobrazí čas 00:00:00 a začnou běžet vnitřní hodiny. Pokud je dobrý příjem signálu DCF tak se během 2 minut nastaví na správný čas.
Detajl displeje

    Bylo by asi vhodné na displeji zobrazit nějaký znak že hodiny běží podle signálu DCF. Pokud tento signál naní dostupný tak hodiny běží dál, ale s nemší přesností.

Závěr

    Dle zadaní byl realizovaný dekodér signálu DCF. Jako přijímač byl vybrán hotový modul od společnosti CONRAD. Tento modul je vhodné umístit dál od vypočštní techniky, která by mohla rušit jeho příjem. Obzvláště staré monitory a televize ho mohou hodně rušit, protože snímkový kmitočet 50 Hz má 1550-tou nosnou přesně na kmitočtu signálu DCF. Feritovou anténu je nutné natočit směrem k vysilači (podle obrázku k Franfurktu) Pokud je signál špatný je možno přijímač doplnit externí anténou.
    Signál DCF je zabezpečený pouze 3 paritnímy bity, protože se občas stávalo že toto zabezpečení není dostatečné je možná doplnit program dalšímy podmínkami. V programu se kromě paritního zabezpečení, se ještě kontroluje počet přijatých bitů a taky hodnota hodin /bez této podmínky občas zobrazil čas 33 hodin/ Bylo by možné vymyslet další možnosti jak signál na přijímané straně zabezpečit, ale signál u nás většinou není tak špatný aby bylo nutné přidávat další.
    Část programu co zajištuje dekódování signálu DCF je okomentována ve zdrojovém souboru, takže jsem je už znovu nepopisoval. Pokud bude potřeba použít program na jiné desce tak by mělo stačit opravit porty na LCD, port na kterém je připojena DCF a frekvenci krystalu.
    Program do mikrokontroléru je ve složce Hodiny_02, je to kompletní projekt z AVR studia i s hex souborem.


Použitá literatura

  1. Martin Poupa, Vysílání časového signálu a DCF77. Vystaveno 2002-03-01 /cit. 2006-04-22/, Dostupné na : http://www.hw.cz/Teorie-a-praxe/Dokumentace/ART1026-Vysilani-casoveho-signalu-a-DCF77.html

  2. Martin Poupa , Vysílání a příjem časové informace DCF77 2002-03-01 /cit. 2006-04-23/ Dostupné na : http://www.hw.cz/Teorie-a-praxe/Dokumentace/ART827-Vysilani-a-prijem-casove-informace-DCF77.html

  3. Ing. Vladimír Anděl, Příjem a vyhodnocení časového kódu DCF 77 2001-03-05 /cit. 2006-04-23/ Dostupné na : http://www.hw.cz/Teorie-a-praxe/Dokumentace/ART490-Prijem-a-vyhodnoceni-casoveho-kodu-DCF-77.html

  4. Burkhard Mann, C pro mikrokontroléry, Nakladatelství BEN, Praha 2004


    
.