Odbiornik DCF-77

[borabora]

Obecnie w naszym położeniu geograficznym jedną z opcji uzyskania bardzo dokładnego czasu jest skorzystanie z sygnału DCF77.
Jest to wzorcowy sygnał czasu nadawany w paśmie fal długich z Mainflingen w Niemczech, miejscowości leżącej nieopodal Frankfurtu nad Menem. 
Korzystając z niego, domowe zegary są w stanie „samodzielnie” ustawić właściwą godzinę i zmieniać datę, łącznie z aktualizacją przejścia z czasu letniego na zimowy.

Częstotliwość nośnej wynosi 77,5 kHz, stąd liczba 77 w nazwie. Większośc radioodbiorników, nawet "globalnych" z pasmem LW nie pokrywa tak niskich częstotliwości.
Fale radiowe o tak niskiej częstotliwości mają zaletę w postaci dużego zasięgu. W przypadku sygnału DCF-77 zasięg wynosi około 1500 – 2000 km, co sprawia, że sygnał może być odbierany w całej Polsce i większości Europy.

Przesył danych w standardzie DCF-77 wygląda w sposób następujący. Nadajnik co minutę wysyła kompletny pakiet informacji o aktualnym czasie i dacie. Sygnał jest nadawany w systemie binarnym (BCD):
Sekundy: każda sekunda (z wyjątkiem 59.) to krótki impuls.
Kodowanie: długość impulsu (0,1 s lub 0,2 s) oznacza logiczne "0" lub "1".
Dane: w ciągu minuty przesyłane są informacje o minucie, godzinie, dniu miesiąca, dniu tygodnia, miesiącu oraz roku, a także o nadchodzącej zmianie czasu.

Ponieważ źródło czasu, na którym polega ten standard to atomowe zegary cezowe, błąd wynosi mniej niż 1 sekundę na milion lat.
Warto więc z tego skorzystać i zaopatrzyć się w zegary odbierające ten sygnał, co pozwala praktycznie zapomnieć o ich nastawianiu.

Jednakże w wielu miejscach, sygnał może być zakłócany przez wszechobecne urządzenia impulsowe, czyli przetwornice, smartfony, komputery, telewizory, i pozostały sprzęt RTV AGD. Dzieje się tak, ponieważ wiele takich urządzeń pracuje na podobnych lub wyższych częstotliwościach, generując zakłócenia, możliwe, że miesczące się w normach, ale zakócające sygnał radiowy. Sygnał może być także tłumiony przez żelbetowe ściany budynków.
Jedną z opcji na poprawę odbioru jest wystawienie odbiornika w inne miejsce, np. bliżej okna, sufitu i przesłanie jedynie sygnału cyfrowego do zegara.

Przedstawiam projekt takiego odbiornika DCF-77, który można ustawic w miejscu o najlepszym odbiorze. Odbiornik jest połączony z zegarem 4-przewodowym kablem o długości kilku metrów. Wykorzystałem do tego standardowy kabel audio z końcówkami typu 4-polowy jack 3,5 mm. Oprócz tego, można go używać w różnych konstrukcjach wykorzystujących DCF-77 w celu ich rozwoju i testowania.
Odbiornik opiera się na module DCF-77 oraz kilku tranzystorach BC547 i BC557, które wzmacniają sygnał przesyłany przewodem a także sterują diodami informującymi o pracy odbiornika, całość zmontowana na kawałku uniwersalnej płytki drukowanej. Urządzenie umieściłem w plasitkowej obudowie Hammond 1593k, na panelu której umieściłem dwie diody LED oraz gniazdo do podłączenia kabla.

 

Moduły odbiorcze są całkiem tanie i proste w użyciu. Na chińskich portalach z elektroniką można nabyć gotowy moduł z anteną ferrytową, która składa się z rdzenia wykonanego z materiału ferromagnetycznego oraz z cewki z kondensatorem, stanowiących obwód rezonansowy.

Posiada on cztery końcówki: zasilanie, wyjście zdemodulowanego sygnału DCF-77 oraz wejście aktywujące odbiornik. To właściwie wystarczy do uruchomienia zegara z pomocą praktycznie dowolnego mikrokontrolera, który będzie posiadał program dekodujący ramkę z danymi o czasie i dacie. Dociekliwi mogą znaleźć więcej informacji nt. zasady działania tego typu modułów zaglądając w dokumentację specjalizowanego ukłądu scalonego serii MAS, np. MAS6180.
https://www.mas-oy.com/wp-content/uploads/2016/05/da6180B.pdf
Znajduje się tam schemat blokowy odbiornika. Na szczególną uwagę zasługuje blok AGC, zawierający wzmacniacz wysokiej częstotliwości korzystający z rezonatora kwarcowego 77,5 kHz. 

Odpowiednie ulokowanie odbiornika ułatwia dioda LED, sterowana w takt sygnału DCF-77. Ponieważ jest to sygnał o częstotliwości około 1 Hz łatwo zaobserwować, czy wszystkie bity są odbierane właściwie i czy nie ma przekłamań, przykładowo z powodu działania zakłóceń. Przykład sygnalizacji poprawnego odbioru sygnału DCF

 

[jand]

Fajny projekt.

Kiedyś próbowałem zrobić coś zbliżonego, ale przy pierwszych próbach okazało się, że zakłócenia są na tyle silne, iż sygnał użytkowy udawało się uzyskać tylko od czasu do czasu. Być może stosowałem zbyt prosty (czyli zbyt tani) moduł odbiornika. I zniechęciłem się.

W moim zamyśle nie miało być połączenia przewodowego (jest to strasznie niewygodne), a połączenie radiowe (433MHz). Całe urządzenie miało być normalnie uśpione, a wybudzać się tylko raz na godzinę, by odebrać i przekazać bieżący czas. Wtedy na baterii  mogłoby pracować dłuuugo.

[borabora]

Z anteną ferrytową jest tak, że jest ona dosyć kierunkowa i ważne jest, żeby ją ustawić w odpowiedniej pozycji. Jak widać na wideo, tutaj antena jest ustawiona prostopadle do ziemi i w takich warunkach jest najlepszy odbiór. To mnie zaskoczyło, bo zwykle anteny ferrytowe są ustawione równolegle do ziemi.
Z komunikacją radiową to jest dobry pomysł, bo sygnał może być odbierany w kilku odbiornikach (zegarach). To by pewnie wymagało opracowania protokołu i pewnie by skomplikowało obie strony od strony elektronicznej. 

[jand]

10 godzin temu, borabora napisał:

To by pewnie wymagało opracowania protokołu i pewnie by skomplikowało obie strony od strony elektronicznej. 

Niekoniecznie.

Mamy do dyspozycji np. bibliotekę  RadioHead oferującą szereg protokołów do wyboru, w szczególności najprostszy RH_ASK.H.

Od strony sprzętowej też jest prosto. Zarówno moduł nadajnika jak i odbiornika potrzebują tylko jednego GPIO, no i zasilania.

Wiem to z własnego doświadczenia, do ostatnio zrobiłem coś podobnego, tyle że do obsługi zewnętrznego czujnika temperatury.

Edytowano 21 stycznia przez jand

[borabora]

13 godzin temu, jand napisał:

Mamy do dyspozycji np. bibliotekę  RadioHead oferującą szereg protokołów do wyboru, w szczególności najprostszy RH_ASK.H.

Od strony sprzętowej też jest prosto. Zarówno moduł nadajnika jak i odbiornika potrzebują tylko jednego GPIO, no i zasilania.

Tak, to jest dobra opcja. Ale pomimo gotowych bibliotek trzeba przemyśleć protokół, aby synchronizacja przebiegała bez opóźnień i bez zakłóceń, bo moduł nadajnika 433 MHz nie może pracować podczas odbioru ramki DCF. Ponadto AGC w potrzebuje trochę czasu na "rozgrzanie" się, wypadałoby dodać jakieś komunikaty o braku sygnału DCF, itd.

[jand]

1 godzinę temu, borabora napisał:

. Ale pomimo gotowych bibliotek trzeba przemyśleć protokół

No właśnie że nie - biblioteka już to zapewnia.

1 godzinę temu, borabora napisał:

moduł nadajnika 433 MHz nie może pracować podczas odbioru ramki DCF

Nadajnik pracuje tylko w trakcie transmisji danych. W bibliotece istnieje funkcja sprawdzania, czy transmisja już skończona - dopiero wtedy odbierasz DCF.

1 godzinę temu, borabora napisał:

Ponadto AGC w potrzebuje trochę czasu na "rozgrzanie" się

To też zapewnia biblioteka, wysyłając na początku szereg impulsów dla uzyskania wzajemnej synchronizacji nadajnika i odbiornika i ustalenie się AGC.

Nadajnik w stanie bezczynności pobiera pojedyncze mikroampery, więc jest idealnym do rozwiązań bateryjnych.

[borabora]

Rzeczywiście użycie tej biblioteki by ułatwiło wiele. Ale nie mogę nic znaleźć o DCF-77 na stronie RadioHead i łączeniu za pomocą np FS1000A , chyba że piszesz o innej.

[jand]

Moduł DCF nie służy do przesyłania danych w paśmie 433MHz, dlatego nie jest wspomniany w bibliotece. Jest tylko źródłem informacji do przesłania. Dlatego trzeba zastosować parę nadajnik/odbiornik, np. właśnie takie FS1000A, jakie znalazłeś.

Edytowano 22 stycznia przez jand

[borabora]

32 minuty temu, jand napisał:

Moduł DCF nie służy do przesyłania danych w paśmie 433MHz, dlatego nie jest wspomniany w bibliotece.

To by się zgadzało, pisząc o AGC miałem na myśli moduł DCF-77, bo taki obwód występuje chyba w każdym module odbiornika tego sygnału, świadczy o tym obecność dwóch kondensatorów elektrolitycznych na płyce. Czy znajduje się w module odbiornika 433 MHz? patrząc na schemat wątpie, tam są 2 tranzystory, w niektórych jakiś LM358.
Ale wciąż niejasne jest dla mnie na czym polegała by synchronizacja między nadajnikiem a odbiornikiem 433 MHz, o której wspominasz. Taki moduły jak FS1000A są jednokierunkowe - jedna płytka to nadajnik, druga odbiornik.

[jand]

Odbiorniki 433MHz mogą być mniej lub bardziej skomplikowane.  Tu masz moduł z superheterodyną.

Synchronizacja polega na wysłaniu (oczywiście tylko w jedną stronę) szeregu danych wstępnych tak, by odbiornik miał czas na dostrojenie układów automatycznej regulacji wzmocnienia oraz "wpadł w rytm" przesyłanych danych. Dopiero potem przesłane są dane właściwe.

Jak to wygląda dla tej biblioteki można przeczytać tu.

Oczywiście wszystko to po obu stronach załatwia biblioteka - użytkownik nie musi się o to martwić.

[borabora]

Dnia 22.01.2026 o 10:40, jand napisał:

Synchronizacja polega na wysłaniu (oczywiście tylko w jedną stronę) szeregu danych wstępnych tak, by odbiornik miał czas na dostrojenie układów automatycznej regulacji wzmocnienia oraz "wpadł w rytm" przesyłanych danych. Dopiero potem przesłane są dane właściwe.

Pisząc tam wyżej o synchronizacji "aby synchronizacja przebiegała bez opóźnień" dotyczyło to synchronizacji czasu między odbiornikiem DCF a zegarem (czy innym urządzeniem). Odbiornik DCF "kompletuje" dane nt. czasu przez jakąś minutę i po odebraniu ostatniego bitu powinna nastąpić aktualizacja lokalnego zegara do odebranego czasu. Czas ten, od odebrania kompletnej ramki do momentu ustawienia rejestrów w lokalnym zegarze, nie jest zerowy a korzystając z nadajnika i odbiornika 433 MHz, które, jak piszesz dodatkowo muszą się zestroić, dodatkowo może się wydłużyć. 

Sekunda w tę czy w tamtę nie powinna mieć znaczenia w zwykłych "domowych" zastosowaniach, jednak wypadałoby to uwzględnić i mieć kontrolę nad każdą milisekundą, czego biblioteka może nie zapewniać z uwagi na swą uniwersalność.

[jand]

W moim czujniku temperatury wykonanie pomiarów (temperatura, wilgotność, napięcie baterii) oraz ich przesłanie przy pomocy biblioteki Radiohead trwa łącznie 138ms. Myślę, że tyle da się wygospodarować, tym bardziej że zapewne biblioteka DCF77 korzysta z przerwań. W końcu przesłanie danych po kablu też musi trochę potrwać.

A w ostateczności można chyba odbierać co drugą ramkę DCF.

[SOYER]

Cześć, ja pochwalę autora za „opakowanie”.

Czarna skrzynka z dwiema diodami i złączem jack. Żadnych wyświetlaczy, pokręteł, zbędnych opcji. Piękne. Brawo.

Teraz wyobraź sobie, że wieziesz to w samochodzie, zatrzymują Cię jakieś służby, któryś ogarnięty zauważa black boxa na siedzeniu … i już Cię mają:).

Na drugi dzień nagłówki gazet piszą o zatrzymaniu osoby która zaparkowała w niedozwolonym miejscu i posiadała sprzęt elektroniczny nieznanego zastosowania, który po sprawdzeniu okazał się urządzeniem nasłuchowym fal radiowych dalekiego zasięgu. Zatrzymanie miało miejsce pod obiektem mającym znaczenie strategiczne z punktu widzenia bezpieczeństwa zdrowia i życia ludzi(miejskie wodociągi).

Wracając do powagi, to właśnie taka prostota mi się podoba.

Edytowano 24 stycznia przez SOYER

[borabora]

Dzięki za pochwały  w środku już wygląda nieco gorzej, ale to był projekt z tych "weekendowych", który był w zasadzie próbą sprawdzenia czy to w ogóle poprawi odbiór sygnału DCF. A jak wiadomo rozwiązania tymczasowe sprawdzają się najlepiej więc taka forma została

Zgodzę się co do obaw o tajemnicze urządzenie elektroniczne. Wśród krótkofalowców znane są powszechnie donosy na ich instalacje antenowe. A i sam miałem nawet przygodę na lotnisku, kiedy zostałem wezwany bo w walizce miałem radioodbiornik Tecsun umieszczony obok jakichś puszek z jedzeniem. Uspokoili się gdy otworzyłem walizkę i wytłumaczyłem co to i do czego będę używał.

[PGL]

Dnia 20.01.2026 o 23:07, borabora napisał:

Z anteną ferrytową jest tak, że jest ona dosyć kierunkowa i ważne jest, żeby ją ustawić w odpowiedniej pozycji. Jak widać na wideo, tutaj antena jest ustawiona prostopadle do ziemi i w takich warunkach jest najlepszy odbiór. To mnie zaskoczyło, bo zwykle anteny ferrytowe są ustawione równolegle do ziemi.
Z komunikacją radiową to jest dobry pomysł, bo sygnał może być odbierany w kilku odbiornikach (zegarach). To by pewnie wymagało opracowania protokołu i pewnie by skomplikowało obie strony od strony elektronicznej. 

Wszystko zależy od polaryzacji anteny nadawczej. Skoro przy pionowym ustawieniu anteny odbiornika jest najlepszy odbiór, oznacza to ni mniej ni więcej, że antena nadajnika jest też spolaryzowana pionowo.