Relais station DCF-signaal (Toestel of techniek)

door loek , Exloo (Drenthe), 12-03-2014, 21:25 (3917 dagen geleden)

Hallo forum lezers,

Een tijd geleden (24-11-2013) heb ik op dit forum het probleem besproken van een goede ontvangst van het DCF-signaal.

Dit signaal wordt vanuit Mainflingen uitgezonden op een frequentie van 77,5 KHz.

Een logische 1 is een puls uit de ontvanger van 200 ms en een logische 0 is 100 ms breed.
Het geheel wordt in een ritme van 1 seconde uitgezonden. De 59e seconde ontbreekt.

Al met al niet een top snelheid toch is het moeilijk om dit signaal storing vrij te ontvangen.
De (bekende) ontvanger is erg richting gevoelig en ook zeer gevoelig voor storingen van uit de omgeving.

Bij toepassingen van bijvoorbeeld een klok is een fout in ontvangst niet zo erg. Immers in iedere minuut zit alle informatie over datum en tijd. De software is meestal zo gemaakt dat een fout ontvangen bit wordt opgevangen door een meelopende software/hardware klok.

Bij het ontvangen van de weerberichten is dit anders. Mis je een bericht dan moet je voor dat specifieke bericht 24 uur wachten voor dat er een nieuwe komt. Dus een storing vrije ontvangst is dan een must.

De storingen die de DCF-ontvanger beïnvloeden komen bijvoorbeeld af van het aansturen van Nixie buizen. Ook bij het aansturen van het Led display DL2416T dat ik toegepast heb in het DCF-weerstation komt veel storing vrij. In elk display (4 karakters) zit een oscillator van ongeveer 10 KHz en met totaal van 28 stuks is er een behoorlijk stoor veld.

Ik was dus op zoek naar een zender/reciever die dit signaal zou kunnen transporteren zonder gevoelig te zijn voor stoorsignalen. Je zou dan de DCF-ontvanger ergens in huis kunnen plaatsen waar de ontvangst maximaal is. Via de nieuwe zender/ontvanger zou het signaal dan naar het weerstation gestuurd kunnen worden. Eigenlijk een relaisstation van 77 KHZ naar een andere frequentie.

Als eerste ben ik gaan experimenteren met zenders/ontvangers die o.a. gebruikt worden bij het aansturen van garage deuren/weerstations, etc. Deze werken op een draaggolf van 445 MHz.

De gedachten (van mij) dat deze zenders rechtstreeks aangestuurd konden worden was fout.
Dus bijvoorbeeld bij een logische 1 wel draaggolf en bij een logische 0 geen draaggolf. Bij testen ging dit niet goed. De ontvanger gaf wel iets af van een puls maar de breedte was steeds weer anders.

Voor dit type zender/ontvangers zijn ook codeer/decodeer IC beschikbaar.
Je stelt een adres in op het codeer en decodeer IC. Er is een type die de zogenaamde momentaire situatie weergaf. Dus niet die de laatst ingedrukte waarde aangaf de direct de stand van de ingang zender.

De schakeling zag er hoopvol uit

Het leek er op dat de tijdsduur van indrukken toets bij de zender een gelijke tijd gaf van aan gaan Led.

Dus de toets vervangen door het DCF-signaal en de Led zou in het ritme van 1 seconde, 100 of 200 ms aan moeten zijn.

Ook dat ging niet goed. De puls was zeer onregelmatig van breedte. Het is achteraf wel te begrijpen omdat deze IC’s en zenders gemaakt zijn voor het aansturen van schakelaars, Ed. De tijdsduur van de puls is niet belangrijk daarbij.

Bij verder zoeken naar een oplossing kwam ik terecht bij zenders/ontvangers in de frequentie band van 2,4GHz.

Deze apparaatjes kosten bijna niets 1,5euro per stuk (in China). Ik heb er vier van het type nRF24L01 gekocht.

Deze zenders/ontvangers kunnen data met een snelheid van 2 MBit/s versturen en dat naar 5 data pijpen. De data wordt in pakketjes van 5 bytes verstuurd (dit is ook in te stellen op 3 of 4 bytes). De ontvanger controleert of de pakketjes goed zijn aangekomen en zo niet dat wordt om herhaling gevraagd. Bij juiste ontvangst volgt een melding naar de zender zodat deze de volgende 5 pakketjes verstuurd kunnen worden. Dit gehele protocol wordt door de zender/ontvanger zelf uitgevoerd.

Eventueel last van andere apparaten die ook gebruik maken van deze frequentie is bijna onmogelijk omdat er ook nog meerde kanalen zijn (iets anders dan de data pijpen). En het gebruik van unieke adressen die worden meegestuurd.

Het enige waar je zelf voor moet zorgen is het aanbieden van de pakketjes dit mag in een relatief lage snelheid van een microprocessor.

Ook moet je met een microprocessor de zender/ontvanger instellen zoals het vermogen, het aantal herhaalpogingen, etc.

Gelukkig zijn er al meer hobbyisten mee bezig geweest dus hoe je de chips moest initialiseren heb ik over genomen van Evert Dekker. Het initialisatie programma was in de taal Bascom geschreven.

Maar hoe breng je nu een digitale 1 met puls lengte van 200 ms of een digitale 0 met een puls lente van 100 ms over.

Ik heb gekozen voor de volgende oplossing:

Als het DCF signaal hoog wordt dat stuur ik eenmalig 5 bytes, waarvan alle bits een 1 zijn, naar de zender. Het protocol van de zender/ontvanger zorgt er voor dat dit als pakket met een snelheid van 2 MBit naar de ontvanger gaat.

Als de ontvanger het pakket goed ontvangen heeft dan leest de microprocessor dat uit en ziet dat er digitale enen ontvangen zijn.

Als nu bij de DCF-ontvanger die bij de 2,4GHz zender staat een digitale 0 binnen komt dan stuurt de microprocessor eenmalig een pakket (van 5 bytes) met allemaal nullen.

Ook deze komen op dezelfde manier bij de ontvanger aan en worden ook op dezelfde manier verwerkt door de processor.
Als je transmissie technisch kijkt dan is er op de draaggolf van 2,4GHz zeer kort per seconde modulatie.

Op onderstaande foto zie je het relaisstation met een DCF-ontvanger en de zender/ontvanger op 2,4GHz.

Ik heb, na plaatsen van dit relaistation op een gunstige plaats, het weerstation uitgeprobeerd op diverse plaatsen in het huis en de ontvangst is overal storingsvrij.
Op onderstaande foto is te zien het signaal ( boven in beeld) direct van de DSCF-ontvanger en daaronder het signaal na ontvangst en controle van de 2,4 Hz ontvanger/zender.

Er is nauwelijks verschil in breedte merkbaar. Dit verschil is wel aanwezig bij slechte ontvangst van 2,4GHz en de toegepaste herhalingen. Maar ook dan blijft het tijdsverschil acceptabel.

In het weer station is een ontvanger/zender ingebouwd zodat deze nu overal kan worden geplaatst in huis.

Ook is het mogelijk om meerdere apparaten aan te sturen met dit DCF-signaal. Op ieder apparaat moet dan een 2,4 GHz zender/ontvanger komen die via de overgebleven 4 data pijpen kunnen worden aangestuurd. Ik heb dat zelf nog niet uitgeprobeerd maar dit moet kunnen.

Het lijkt een beetje overdreven een signaal met de snelheid van een slak te vervoeren via een snelweg van 2,4 GHz maar ik vind het resultaat geweldig.

Met vriendelijke groet,

Loek