Bauanleitung für eine DCF77-Uhr mit einem PIC 16F84 oder PIC16F627/628

Unter http://www.unagel.de/dcf/picdcf.htm# gibt es von Uwe Nagel ein Schaltbild für eine DCF77-Uhr, die auf einem PIC-Microcontroller basiert, der von Uwe Nagel in Assembler programmiert wurde. Das Programm für den PIC16F84 und anderen PICs kann von dort ebenfalls heruntergeladen werden, um den PIC mit einem PIC-Programmer zu brennen. Als Empfänger für die DCF77-Signale aus Mainflingen bei Frankfurt/Main dient ein Fertig-Modul von Conrad.

Ich selbst hatte die Uhr 2005 auf einer Lochrasterplatte nachgebaut und seitdem läuft sie bei mir ununterbrochen. Seit 2006 steht ist sie in Schweden etwa 1200 km entfernt von Frankfurt/Main in Betrieb und liefert mir zuverlässig die genaue Zeit. Hier und unter http://www.ptb.de/de/org/4/44/pdf/dcf77.pdf gibt es Hintergrund-Informationen zum DCF77-Sender. Bilder vom DCF77-Sender können unter http://www.plicht.de/ekki/varia/mainflingen.html betrachtet werden.

Die Punktmatrix-Anzeige (2x16, blau mit Hintergrundbeleuchtung) im Betrieb. Für die Hintergrundbeleuchtung war ein Vorwiderstand laut Datenblatt notwendig.

Es gab am Anfang allerdings Empfangsprobleme im über 1000 km entfernten Schweden. Wie sich zeigte, stört das LCD-Modul und der PIC-Controller selbst den Empfang des auf 77,5 kHz arbeitenden Zeitzeichen-Signals. Durch verändern der Leitungsführung zum LCD-Modul und durch denEinbau von zusätzlichen Drosseln und Siebkondensatoren in den Leitungen zur Stromversorungungen konnte das Problem behoben werden. Alle Elkos bekamen 100nF-Kondensatoren parallel geschaltet. Parallel zu den Gleichrichterdioden des Brückengleichrichters wurden ebenfalls 100nF-Kondensatoren geschaltet.

Das obige Video zeigt die DCF77-Uhr in über 1000 km Entfernung vom DCF77-Sender in Mainflingen bei Frankfurt. Das blinkende Symbol zeigt an, dass das Signal dekodiert wird. Dokumentiert ist der Einschaltvorgang und der Synchronisationsvorgang, der nach etwa 2 Minuten eintritt.

Übrigens kann der Empfang auch in der Nähe von Energiesparlampen, Monitoren und Fernsehgeräten gestört werden. Besonders Fernseher können stören, da die ein Vielfaches der Zeilenfrequenz direkt neben dem 77,5-kHz-Träger liegt. Außerdem kann jedes schlecht entstörte Schaltnetzteil stören.

Das geöffnete Halbschalen-Gehäuse der Funk-Uhr. Links das Empfangsmodul von Conrad, in der Mitte de Lochrasterplatte mit der Elektronik, rechts die Punktmatrix-Anzeig, die mit Sekundenkleber auf die Frontplatte aus Polystyrol geklebt wurde. Auf der Lochrasterplatte befindet sich das Netzteil (Brückengleichrichter, Sieb-Elko, 5Volt-Festspannungsregler). Die Versorgungsspannung liefert ein externes Steckernetzteil.

Danach funktioniert der Empfang einwandfrei. Allerdings ist es bei einer Entfernung von über 1000 km normal, dass der Empfang nicht immer gewährleistet ist, was auch nicht notwendig ist. Wenn sich nämlich Raum- und Bodenwelle des Zeitzeichensignals (siehe hier) ungünstig überlagen, kann der Empfang für einige Stunden zeitweise ausfallen. Die Uhr läuft dann trotzdem weiter. Nachts ist der Empfang am besten. Übrigens schaltet der DCF77-Sender bei Gewitter ab. Empfangsunterbrechungen sind also normal. Meine Eigenbau synchronierst übrigens besser als eine aus dem Laden. Dafür ist der Selbstbau auch teurer.

Im Januar 2007 setzte ich mir dann in den Kopf ein eigenes Empfangsmodul zu bauen. Da entsprechende Quarze für 77,5 kHz nur schwer zu bekommen sind, versuchte ich mein Glück mit aktiven Filtern. Es gelang mir dann auch aus Schweden erfolgreich das Zeitzeichensignal zu empfangen. Eine praktikable Lösung war das jedoch nicht. Als Basis für meinen Empfänder diente mir die Laborübung, welche unter http://wwwserv1.rz.fh-hannover.de/etech/e06/download/ied/vers_13.pdf zu finden ist. Aus dem ganzen Vorhaben entwickelte sich eine interessante Diskussion, die jeder unter http://www.qrpforum.de/thread.php?threadid=2001&hilight=DCF77 im qrpforum verfolgen kann.

Mehr als ein verrauschtes und pulsierendes Signal, das zudem noch durch meine Waschmaschine gestört wurde, konnte ich in Schweden leider nicht empfangen. Ein Ferrit-Stab diente als Antenne.

Das nacholgende Video zeigt den Empfang des DCF77-Signals auf 77,5 kHz in Italien mit einem SSB-Empfänger bei unterschiedlichen Bandbreiten. Je schmalbandiger das Filter, desto weniger Rauschanteile werden empfangen. Deshalb besitzen alle käuflichen Empfangsmodule ein schmalbandiges Filter, welches mit mindestens einem Quarz aufgebaut ist:

DCF77-Signale in Italien aufgenommen. So klingen die Zeitzeichen-Signale aus dem Lautsprecher eines SSB-Empfängers.

Maßnahmen zur Empfangsverbesserung: Die Empfindlichkeit der käuflichen Empfangsmodule lässt sich noch steigern. Folgende Maßnahmen sind denkbar. Längererer Ferritstab, Kondensator parallel zur Spule genau auf die Empfangsfrequenz abgleichen, das Eingangssgnal mit einem rauscharmen Operationverstärker verstärken, Ferritstab in einem Alu-Rohr unterbringen, um Störungen durch die elektrische Feldkomponenten abzuschirmen.