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RECEPTION DCF77 (1)

RECEPTION DCF77 avec le module BN641138 

par F6AGV

Ce récepteur permet la réception des signaux horaires en Europe. On peut recevoir les minutes, les heures, la date et le jour de la semaine. Le changement de l'heure d'été à l'heure d'hiver ou inversement est automatique.

Le module BN641138 ( Selectronic ou Conrad ) ci-dessus est prévu pour donner des signaux d'horloge nommé "DCF77". Il s'agit d'un circuit intégré soudé sur une plaquette de circuit imprimé de format : 35 x 20 mm et 5 mm d'épaisseur, c'est à dire un format "timbre-poste". Une antenne ferrite doit être orientée exactement vers Francfort en Allemagne : diamètre 8 mm sur une longueur de 56 mm. 

Le bornier de raccordement comporte une liaison avec la masse (1-noir), (à gauche sur la photo), une liaison avec l'alimentation de 1,2 à 15V maximum continu (2-rouge), une sortie normale DCF (3-vert) et une sortie "inversée" DCF (4-jaune). Les sorties sont à collecteur ouvert type npn 30 volts et 1 mA maximum. Voir photo ci-dessous. La tension d'alimentation sera fixée à 5 volts dans ma réalisation fournie par une alimentation régulée.  

Ma description est orientée principalement vers la réalisation d'un "sous-système" capable d'alimenter en informations horaires un ordinateur ou tout autre ensemble informatique (cartes) au moyen de la liaison série RS232. Entre le module BN641138 et l'entrée de l'ordinateur RS232 (DB9), il y a un circuit de mise en forme du signal DCF, un microcontrôleur PIC16C56 ( ou BASICSTAMP1) et un circuit de transfert TTL-RS232.

Cette réalisation va se connecter sur une logique de relais qui sera décrite ici prochainement.

Pour plus de détails sur le principe et la théorie de l'émission DCF77, il vous serait possible de consulter un grand nombre de sites sur ce sujet. Néanmoins, peu de réalisations sont décrites en détail de façon claire, le brochage y est difficile à trouver. Le branchement du module peut se faire presque directement sur la liaison RS232, moyennant un simple circuit amplificateur  opérationnel du type TL081 ou un équivalent. Schémas trouvés sur le Net (non testés) : 

Dans ce cas, il faut prévoir une routine ou sous-programme de décodage plus ou moins volumineux dans le système destinataire et ce n'est toujours très pratique surtout avec des microcontrôleurs ou microprocesseurs, question de place en mémoire. 

 

Principe de base

Un petit mot sur le principe : le signal reçut est constitué d'une porteuse sur 77,5 kHz émise depuis l'Allemagne le DCF77 au moyen d'un émetteur de 50 kW. La portée de cet émetteur est d'au moins 1 500 km autour de l'antenne située à Mainflingen (Francfort). Avec cette horloge on peut disposer de l'heure atomique absolue, c'est à dire un étalon de temps qui peut servir à la synchronisation de systèmes de précision.  L'information horaire est donnée à l'origine par l'horloge atomique de l'Institut physique et de métrologie de Brunswick. L'écart théorique serait de 1 seconde en plus ou en moins pour un million d'années ! La tolérance sur la durée de l'information "0" est de 60 à 130 ms et celle sur l'information "1" est de 160 à 230 ms. La consommation inférieure à 30 uA et la température de fonctionnement de -25 à +75 °C.

Il y a d'une part les informations fournies horaires et calendrier : 

 

0 à 14 réserve pour une future utilisation 
15  bit d'antenne : 0 normale et 1 antenne de réserve
16 si 1 passage suivant de le cas de l'heure d'été ou à l'heure d'hiver
17 si 1 heure d'été, si 0 heure d'hiver
20 toujours à 1 , c'est le caractère de début de transmission des informations  
21 à 28 bits de minute avec codage par poids binaires 1,2,4,8,10,20,40 :  0 à 59 minutes
29 à 35 bits d'heure avec 1,2,4,8,10,20 :  0 à 23 heures
36 à 41 bits de jour calendaire avec 1,2,4,8,10,20 : 1 à 31 jours
42 à 44 bits de semaine avec 1,2,4 : 1 à 7   lundi pour 1, mardi pour 2, ... dimanche pour 7
45 à 49 bits du mois avec 1,2,4,8,10 :  1 à 12 mois
50 à 58 bits de l'année avec 1,2,4,8,10,20,40,80 :  1 à 165 ans après l'an 2000
59 pas de bit
secondes codage 

Et il y a aussi le fait que chaque information apparaît à un moment précis "universel", par exemple la 20ème seconde et la 59ème seconde sont facilement repérables, ces informations seront utiles pour la synchronisation car elles apparaissent de façon régulière.

Description de la réalisation : 

L'émetteur DCF77 émet, seconde après seconde, une impulsion de 100 ms ou 200 ms. Si c'est 100 ms, il s'agit d'un bit "0" en binaire et si c'est 200 ms, il s'agit d'un bit "1" en binaire. Le cycle dure une minute de la seconde "0" à la seconde "59", chaque seconde possède un codage, c'est à dire un  "poids binaire". Voir tableau.

Il faut au minimum 1 ou 2 minutes pour que l'horloge se synchronise, ensuite l'heure DCF est exacte.

Cette synchronisation est obtenue par la programmation du BASIC STAMP, le programme proposé contrôle cette synchro à chaque cycle, toutes les minutes. C'est un avantage important de ce programme. La synchronisation est basée sur la détection de la seconde 59, celle qui n'a pas de bit "0" ou "1".

Le signal de sortie est utilisé en "inverse", une absence de bit est donc représentée par une tension permanente de 5 volts. Le bit "0" sera représenté par une tension nulle qui va durer 100 millisecondes, tandis que le bit "1" sera représenté également par une tension nulle qui dure 200 millisecondes.

Schéma :

L'étage LM124 constitue un comparateur, il faut régler le potentiomètre de 1 Mohm ( il peut être remplacé par deux résistances fixes ultérieurement ). La résistance de 1 Mohm entre le +5 volts et l'entrée 2 fait office de résistance "pull up" pour charger la sortie, attention limiter le courant dans cette sortie à  1 mA maxi.

La fonction logique 4011 est chargée de fournir un signal propre et inversé vers le microcontrôleur pin7 ( BS1). Si un contrôle à l'oscilloscope est nécessaire pour observer le signal, c'est en amont (1 et 2) ou en aval (3) de cette fonction qu'il faut brancher la sonde oscilloscope. L'allure du signal à obtenir sur la patte (3) est donnée sur le schéma pour un état logique "0" et un état logique "1".

Le Basic Stamp 1 est alimenté par une pile de 9 volts ou une alimentation de 9 volts, attention aux polarités lors du branchement. Une Led rouge indique que la synchronisation a eu lieu. Une Led verte indique que le programme fonctionne bien seconde après seconde : un allumage par seconde. Aucune Led allumée, défaut, c'est vraiment très pratique à l'usage pour régler la position de l'horloge DCF.

La sortie pin0 du Basic Stamp est envoyée sur le module TTL/RS232. Un cordon relie cette RS232 vers un ordinateur via la DB9, un petit programme de réception est nécessaire pour contrôler l'arrivée des informations horaires DCF.

à suivre, pour voir la suite cliquez ici  :  

 

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