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Wie funktioniert eine Funkuhr? Teil2

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Teil II


Empfang und Auswertung der DCF77-Zeitsignale


Da der DCF77Sender die Zeitsignale, wie oben beschrieben auf 77,5 kHz aussendet benötigt man, um diese aufzufangen, einen Langwellenempfänger.

Solche Empfänger bekommt man fertig um einige Euro bei den Elektronikhändlern.

In der Abbildung erkennt man die Antenne (aufgewickelter Draht auf einen Ferritstab), einen Schwingquarz und 4 Anschlüsse. Auf der Rückseite der kleinen Platine ist ein vergossener integrierter Schaltkreis (IC), der den eigentlichen Empfänger darstellt und das empfangene Signal von der Trägerwelle (elektromagnetische Schwingungen mit 77,5 kHz) befreit, sodass am Ausgang sogenannte Rechtecksignale anstehen.


Legt man an der Spannungsversorgung 5 Volt Gleichspannung an und betrachtet das Ausgangssignal auf einem Oszilloskope so kann man die binäre Übertragung der Zeitdaten an den 100, bzw. 200 Millisekunden dauernden Absenkungen immer zu Sekundenbeginn erkennen.

Zeit, Datum und einige andere Daten sind in diesem binärem Code versteckt.

Um Uhrzeit, Datum, Wochentag u.s.w. herauszubekommen muss man also den Code kennen. Ein Blick ins Wikipedia genügt. Im Verlauf jeder Minute werden also Uhrzeit, Wochentag und Datum der jeweils folgenden Minute übertragen.

 

Uns interessieren hier nur die Daten, die in den Bits ab der 20. Sekunde vorkommen. Man erkennt am Bild, dass von der 21. bis zur 28. Sekunde die Minuten kodiert sind.

Dann von der 29. bis zur 35. Sekunde die Stunden, von der 36. bis zur 41. Sekunde der Kalendertag, von der 42. bis zur 44. Sekunde der Wochentag (Montag, Dienstag.), von der 45. bis zur 49. Sekunde der Monat und schließlich von der 50. bis zur 58. Sekunde das Kalenderjahr (hier bedeuten die Bits von der 50. bis zur 53 Sekunde die Einer und von der 54. bis zur 57. Sekunde die Zehner der letzten zwei Ziffern der Jahreszahl). In der 59. Sekunde gibt es keine Absenkung und dies bedeutet, dass der Minutenbeginn ansteht.

Zu Beginn der Minute wird immer eine Null gesendet, also Absenkung 100 ms.

Was die langen 200ms Absenkungen bedeuten sieht man im obigen Bild. Zum Beispiel steht bei der 21. Sekunde 1, bei der 22. Sekunde 2, bei der 23. Sekunde 4, dann 8, 10, 20, 40 und die 28. Sekunde ist mit P1 bezeichnet.

Um die Sekunden zu ermitteln, werden diese zugeordneten Zahlen die eine 1 erhalten zusammengezählt. Die Zahlen die eine 0 erhalten werden ignoriert.

Ein Beispiel: Es wird von der 21. bis 28. Sekunde folgende binäre Zahl gesendet 0 1 1 0 1 1 0 0. Man zählt alle Zahlen, die eine 1 zugeordnet bekamen zusammen. Also 2 + 4 + 10 + 20 = 36.

Der Wert P1 stellt ein sogenanntes Parity-Bit dar. Dieses Bit ergänzt die Anzahl der Einsen auf eine gerade Zahl (gerade Parität). Sollte also die Anzahl ungerade sein, weiss man, dass ein Übertragungsfehler vorliegt. Beim vorigen Beispiel ist das Paritätsbit 0, weil die 1 viermal, also in gerader Anzahl vorkommt. Wäre die Anzahl der Einsen 5, müsste das Paritätsbit 1 sein, um auf eine gerade Zahl zu ergänzen. Dadurch erkennt man leichter Fehler bei der Übertragung.

Noch klarer wird die kodierte Übertragung, wenn man folgende Tabelle betrachtet:


Ein Beispiel: 9 Uhr 22 – 11.2.12 Samstag

Minute 00111001 dekodiert 4+8+10 = 22 (das Paritätsbit ergänzt auf gerade Anzahl der Einsen)

Stunde 1001000 dekodiert 1+8 = 9 (Paritätsbit 0, weil die Anzahl der Einsen gerade ist)

Kalendertag 100010 dekodiert = 11

Wochentag 011 dekodiert = 6 = Samstag (Montag bis Sonntag = 1 bis 7)

Monat 01000 dekodiert 2 = Februar

Jahr 0100 dekodiert „Einer“ = 2 und 1000 dekodiert „Zehner“ = 1 gesamt = 12 (Prüfbit P3 = 0, weil die Anzahl der Einsen gerade ist.)

Das Beispiel in der Auswertungstabelle nach Pape:


In der 59. Sekunde gibt es keine Absenkung. Dies kennzeichnet den Minutenbeginn.

Der oben abgebildete Langwellenempfänger gibt Gleichspannungssignale von 5 Volt aus.

Man erkennt die Absenkungen immer zu Sekundenbeginn. Die Zeitbasis auf dem Oszilloskope des Bildes ist auf 250 ms (ms = Millisekunden), d.h. Beträgt der Zeitabstand zwischen zwei senkrechten strichlierten Linien 250 ms oder anders ausgedrückt 1/4 Sekunde. Man kann am Bild auch die Höhe der Spannung ablesen nämlich 5 Volt (2 Volt zwischen den horizontalen Linien).

Wir erinnern uns: 100ms Absenkung bedeutet eine 0 und 200ms eine 1. Am Schirm erkennt man von links beginnend 1 1 0.


Eine andere Art der Sichtbarmachung und Dekodierung der Daten ist die Messung der Ausgänge des Langwellensenders mit einem Zeigermeßgerät, welches elektrische Spannungen misst.





Der oberste Bogen zeigt die Spannung von 0 bis 10 Volt an. Man erkennt, dass ca. 4,5 Volt gemessen werden.

Durch die Trägheit Des Zeigers, erreicht dieser bei einer Absenkung natürlich nicht Null. Dazu ist die Zeit zu kurz. Man erkennt jedoch die 100 ms (0) und 200 ms (1) dadurch, dass der Zeiger bei der längeren Absenkung weiter zum Nullpunkt ausschlägt als bei der kürzeren Absenkung.

Im folgenden Film, den Sie sich hier downloaden können, ist dies schön zu erkennen. Ich habe in diesem Film versucht den verschieden langen Absenkungen die Nullen und Einsen zuzuordnen.

Nimmt man eine Tabelle, wie die oben abgebildete - ebenfalls hier zum downloaden - und trägt die Nullen und Einsen richtig ein, kann man Zeit und Datum dekodieren.

Finden sie heraus, zu welchem Zeitpunkt ich diese Aufnahme gemacht habe!
Es ist aber auch möglich einem Mikrokontroller das Dekodieren und Anzeigen der Zeit zu überlassen.

FAGU