Alles hat eine genaue Zeit - DCF77 mit dem Arduino

We have already built some clocks, either the time was calculated on the basis of manual inputs and waiting times, from NTP or with a RTC module. Today we would like to present you a new possibility of "time acquisition" and that is via DCF77.

The DCF77 transmitter:

In Mainflingen near Frankfurt am Main there is a long wave transmitter for 77.5kHz. This transmitter sends with 50.000W the current time coded once per minute.

This transmitter and the signal is called DCF77. The designation DCF77 is the call sign assigned to the transmitter for international identification.

With an appropriate receiver module (e.g. pollin.de 810054) the signal can be received and decoded in a radius of up to 2000km around Mainflingen.

For information, in other countries other time signal transmitters are used, with different frequencies:

Call sign Location Frequencies
beta Russia 25 kHz
BPC China 68.5 kHz
BPL China 100 kHz
Bpm China, Lintong (Xi’an) 2.5 MHz, 5 MHz, 10 MHz, 15 MHz
Chu Canada, Ottawa 3.330 MHz, 7.850 MHz, 14.670 MHz
DCF77 Germany, Mainflingen 77.5 kHz
IBF Italy, Turin 5 MHz
Jjy Japan, mountain ōtakadoya 40 kHz
Jjy Japan, Berg Hagane 60 kHz
Mikes Finland, Espoo 25 MHz
MSF Great Britain, Anthorn 60 kHz
RBU Russia, Taldom 66.66 kHz
RTZ Russia, Irkutsk 50 kHz
RWM Russia, Moscow 4.996 MHz, 9.996 MHz, 14.996 MHz
TDF France, Allouis 162 KHz
WWV USA, Fort Collins 2.5 MHz, 5 MHz, 10 MHz, 15 MHz, 20 MHz
WWVB USA, Fort Collins 60 kHz
WWVH USA, Hawaii, Kekaha 2.5 MHz, 5 MHz, 10 MHz, 15 MHz
Yvto Venezuela, Caracas 5 MHz


Construction of the DCF77 signals:

The DCF77 transmitter sends several pieces of information in 60 seconds.

The information is coded in second pulses. A high pulse of 100ms (900ms LOW) means a 0 and a high pulse of 200ms (800ms LOW) means a 1. This "binary" coding can then be converted back into date and time, additionally CEST/MET and weather data.

59 bits are transmitted, with the following meaning:

Bit Meaning Value
0 Start new minute (always 0)
1 encrypted
Weather data
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15 Call bit
16 Change MEZ/MESZ
17 CEST
18 Mez
19 Switch
20 Start time information (always 1)
21 minute 1
22 2
23 4
24 8
25 10
26 20
27 40
28 Parity minute
29 Hour 1
30 2
31 4
32 8
33 10
34 20
35 Parity hour
36 Date 1
37 2
38 4
39 8
40 10
41 20
42 weekday 1
43 2
44 4
45 Date 1
46 2
47 4
48 8
49 10
50 Date 1
51 2
52 4
53 8
54 10
55 20
56 40
57 80
58 Parity date

 

For a minute without leap second, no second marker is sent at second 59. For a minute with leap second, a "0" is sent at second 59 and no second marker is sent at second 60.

Based on this information, we can create an Arduino sketch:

We connect our DCF77 receiver to pin 2 of the Arduino. 

Arduino sketch:

#define STATUS_PIN LED_BUILTIN
#define DCF_PIN 2
 
int HIGH_Start = 0;
int HIGH_Ende = 0;
int HIGH_Zeit = 0;
int LOW_Start = 0;
int LOW_Ende = 0;
int LOW_Zeit = 0;
 
bool Signal = false;
bool neueMinute = false;
int BIT = -1;
int ZEIT[65];
int ZEIT_STUNDE;
int ZEIT_MINUTE;
int ZEIT_TAG;
int ZEIT_MONAT;
int ZEIT_JAHR;
int ZEIT_WOCHENTAG;
int PAR_STUNDE;
int PAR_MINUTE;
int PAR_BEGINN;
 
void setup() {
  Serial.begin(115200);
  pinMode(DCF_PIN, INPUT);
  pinMode(STATUS_PIN, OUTPUT);
  Serial.println("Syncronisierung");
}
 
void loop() {
  if (BIT > 60) {neueMinute = false;}
  int DCF_SIGNAL = digitalRead(DCF_PIN);
  
  if (DCF_SIGNAL == HIGH && Signal == false) {
    Signal = true; 
    HIGH_Start = millis(); 
    LOW_Ende = HIGH_Start;  
    LOW_Zeit = LOW_Ende - LOW_Start; 
    
    if (neueMinute == true) {
      PrintBeschreibung(BIT);
      //Serial.print("Bit"); 
      //Serial.print (BIT); 
      //Serial.print (": "); 
      ZEIT[BIT] = (BIT_Zeit(LOW_Zeit));
      Serial.print (ZEIT[BIT]);
      //Serial.println ();
    }
    else {
      Serial.print(".");
    }
  }
 
  if (DCF_SIGNAL == LOW && Signal == true) {
    Signal = false; 
    HIGH_Ende = millis();  
    LOW_Start = HIGH_Ende; 
    HIGH_Zeit = HIGH_Ende - HIGH_Start; 
 
    NEUMINUTE(LOW_Zeit);
  }
}
 
int BIT_Zeit (int LOW_Zeit) {
   if (LOW_Zeit >= 851 && LOW_Zeit <= 950) {return 0;} 
   if (LOW_Zeit >= 750 && LOW_Zeit <= 850) {return 1;}
   if (LOW_Zeit <= 350) {BIT-=1;return "";}
}

void NEUMINUTE (int LOW_Zeit) {
  if (LOW_Zeit >= 1700) {
    BIT = 0;
    neueMinute = true;
    ZEIT_STUNDE = ZEIT[29]*1+ZEIT[30]*2+ZEIT[31]*4+ZEIT[32]*8+ZEIT[33]*10+ZEIT[34]*20;
    ZEIT_MINUTE = ZEIT[21]*1+ZEIT[22]*2+ZEIT[23]*4+ZEIT[24]*8+ZEIT[25]*10+ZEIT[26]*20+ZEIT[27]*40;
    PAR_STUNDE = ZEIT[35];
    PAR_MINUTE = ZEIT[28];
    ZEIT_TAG = ZEIT[36]*1+ZEIT[37]*2+ZEIT[38]*4+ZEIT[39]*8+ZEIT[40]*10+ZEIT[41]*20;
    ZEIT_MONAT = ZEIT[45]*1+ZEIT[46]*2+ZEIT[47]*4+ZEIT[48]*8+ZEIT[49]*10;
    ZEIT_JAHR = 2000+ZEIT[50]*1+ZEIT[51]*2+ZEIT[52]*4+ZEIT[53]*8+ZEIT[54]*10+ZEIT[55]*20+ZEIT[56]*40+ZEIT[57]*80;
    PAR_BEGINN = ZEIT[20];

    
    
    Serial.println();
    Serial.println("*****************************");
    Serial.print ("Uhrzeit: ");
    Serial.println();
    Serial.print (ZEIT_STUNDE);
    Serial.print (":");
    Serial.print (ZEIT_MINUTE);
    Serial.println();
    Serial.println();
    Serial.print ("Datum: ");
    Serial.println();
    Serial.print (ZEIT_TAG);
    Serial.print (".");
    Serial.print (ZEIT_MONAT);
    Serial.print (".");
    Serial.print (ZEIT_JAHR);
    Serial.println();
    Serial.println("*****************************");
    

  } else {BIT++;}
}
 
void PrintBeschreibung(int BitNummer) {
  switch (BitNummer) {
    case  0: Serial.println("\n# START MINUTE (IMMER 0)"); break;
    case  1: Serial.println("\n# WETTERDATEN"); break;
    case 15: Serial.println("\n# RUFBIT"); break;
    case 16: Serial.println("\n# MEZ/MESZ"); break;
    case 17: Serial.println("\n# MESZ"); break;
    case 18: Serial.println("\n# MEZ"); break;
    case 19: Serial.println("\n# SCHALTSEKUNDE"); break;
    case 20: Serial.println("\n# BEGIN ZEITINFORMATION (IMMER 1)"); break;
    case 21: Serial.println("\n# MINUTEN"); break;
    case 28: Serial.println("\n# PARITAET MINUTE"); break;
    case 29: Serial.println("\n# STUNDE");break;
    case 35: Serial.println("\n# PARITAET STUNDE"); break;
    case 36: Serial.println("\n# TAG"); break;
    case 42: Serial.println("\n# WOCHENTAG"); break;
    case 45: Serial.println("\n# MONAT"); break;
    case 50: Serial.println("\n# JAHR"); break;
    case 58: Serial.println("\n# PARITAET DATUM"); break;
  }
}

As an output in the serial monitor, we now get the bit sequence and the calculated time.


Now you can also use DCF77 for your projects. Have fun.

Für arduinoGrundlagen software

13 comments

Andreas Wolter

Andreas Wolter

@Abushammala: wir haben zur Zeit keinen Beitrag zum Raspi mit DCF77. Daher habe ich für Sie einen externen Link rausgesucht. Vielleicht hilft Ihnen das weiter:
https://forum-raspberrypi.de/forum/thread/35453-dcf77-uhr-unter-jessie/

Grüße,
Andreas Wolter
AZ-Delivery Blog

Abushammala

Abushammala

Hallo,

ich finde bei Ihnen Keine Anleitung, wie man die DCF77 mit Raspberry pi verbinden kann. Könnten Sie mir den Konfigurationscode zukommen lassen.

Vielen Dank

Joschua

Joschua

Danke für den Tollen Code.
Ich hatte anfangs das Problem das bei mir keine DCF77 Library funktioniert hatte.
Aber mit diesem Code hat fast alles problemlos funktioniert.
Das einzige was ich ändern musste waren die folgenden werte. (Bereits geändert)
if (LOW_Zeit >= 821 && LOW_Zeit <= 950) {
return 0;
}
if (LOW_Zeit >= 750 && LOW_Zeit <= 820) {
return 1;
}
if (LOW_Zeit <= 350) {
BIT -= 1;
return "";
}

Bei diesen werten sollte man einfach ausprobieren bis es bei einem passt.

Max

Max

Ich nochmal. Schade das du die Parity-Bits in deinem Code zwar liest gar nicht verwendest. Ich habe das NEUEMINUTE etwas abgeändert, nun checkt es die 3 Parität-bits, baut noch Hürden für den Wertebereich mit ein (z.B. keine Minute über 59 erlaubt) und für das erfüllen des DCF_stable bit muss noch 3x das selbe Ergebnis hintereinander empfangen werden (ohne Minute, die kann mit dem DCF_minute bit schon vorher verwendet werden):

void NEUMINUTE (int LOW_Zeit) {
int temp_min=0; //save bit count of minute part of ZEIT
int temp_hour=0;//save bit count of hour part of ZEIT
int temp_year=0;//save bit count of year part of ZEIT

if (LOW_Zeit >= 1700) { BIT = 0; ZEIT_STUNDE = ZEIT29 * 1 + ZEIT30 * 2 + ZEIT31 * 4 + ZEIT32 * 8 + ZEIT33 * 10 + ZEIT34 * 20; ZEIT_MINUTE = ZEIT21 * 1 + ZEIT22 * 2 + ZEIT23 * 4 + ZEIT24 * 8 + ZEIT25 * 10 + ZEIT26 * 20 + ZEIT27 * 40; PAR_STUNDE = ZEIT35; PAR_MINUTE = ZEIT28; ZEIT_WOCHENTAG = ZEIT42 * 1 + ZEIT43 * 2 + ZEIT44 * 4; ZEIT_TAG = ZEIT36 * 1 + ZEIT37 * 2 + ZEIT38 * 4 + ZEIT39 * 8 + ZEIT40 * 10 + ZEIT41 * 20; ZEIT_MONAT = ZEIT45 * 1 + ZEIT46 * 2 + ZEIT47 * 4 + ZEIT48 * 8 + ZEIT49 * 10; ZEIT_JAHR = 2000 + ZEIT50 * 1 + ZEIT51 * 2 + ZEIT52 * 4 + ZEIT53 * 8 + ZEIT54 * 10 + ZEIT55 * 20 + ZEIT56 * 40 + ZEIT57 * 80; PAR_BEGINN = ZEIT20; //DCF PAR bit is calculatet ‘even’, so we need to add 1 temp_min=ZEIT21 + ZEIT22 + ZEIT23 + ZEIT24 + ZEIT25 + ZEIT26 + ZEIT27+PAR_MINUTE+1; temp_hour=ZEIT29 + ZEIT30 + ZEIT31 + ZEIT32 + ZEIT33 + ZEIT34+PAR_STUNDE+1; temp_year=ZEIT50 + ZEIT51 + ZEIT52 + ZEIT53 + ZEIT54 + ZEIT55 + ZEIT56 + ZEIT57+PAR_BEGINN+1; //bitread only reads one specific bit – since we fiddeld with the temp value, even/odd decides if its valid or false if ((bitRead(temp_min, 0)) && (bitRead(temp_hour, 0)) && (ZEIT_STUNDE <= 23) && (ZEIT_STUNDE >= 0) && (ZEIT_MINUTE <= 60) && (ZEIT_MINUTE >= 0) && (ZEIT_TAG <= 31) && (ZEIT_TAG >= 1) && (ZEIT_MONAT <= 12) && (ZEIT_MONAT >= 1) && (ZEIT_JAHR <= 2040) && (ZEIT_JAHR >= 2020) && (ZEIT_WOCHENTAG <= 7) && (ZEIT_WOCHENTAG >= 1 )) { DCF_minute= true; //check if there is rubbish in the signal: Store last 3 values of year, month, day, weekday. Only if all three are equal, neueMinute is set to true if ((bitRead(temp_year, 0)) && (ZEIT_JAHR_veryoldZEIT_JAHR_old) && (ZEIT_JAHR_veryoldZEIT_JAHR) && (ZEIT_MONAT_veryoldZEIT_MONAT_old) && (ZEIT_MONAT_veryoldZEIT_MONAT) && (ZEIT_TAG_veryoldZEIT_TAG_old) && (ZEIT_TAG_veryoldZEIT_TAG) && (ZEIT_WOCHENTAG_veryoldZEIT_WOCHENTAG_old) && (ZEIT_WOCHENTAG_veryoldZEIT_WOCHENTAG)&& (ZEIT_STUNDE_veryoldZEIT_STUNDE_old) && (ZEIT_STUNDE_veryoldZEIT_STUNDE)) { DCF_stable = true; } else { DCF_stable = false; } } else { DCF_minute_hook = false; } ZEIT_JAHR_veryold=ZEIT_JAHR_old; ZEIT_JAHR_old=ZEIT_JAHR; ZEIT_MONAT_veryold=ZEIT_MONAT_old; ZEIT_MONAT_old=ZEIT_MONAT; ZEIT_TAG_veryold=ZEIT_TAG_old; ZEIT_TAG_old=ZEIT_TAG; ZEIT_WOCHENTAG_veryold=ZEIT_WOCHENTAG_old; ZEIT_WOCHENTAG_old=ZEIT_WOCHENTAG; ZEIT_STUNDE_veryold=ZEIT_STUNDE_old; ZEIT_STUNDE_old=ZEIT_STUNDE; } else { BIT++; }

}

Max

Max

Vielen Dank fr den tollen Code, der ist wirklich leicht nachzuvollziehen und gut in das eigene Projekt zu intregrieren. Ich werkle noch an einer Fehlerkorrektur um die ganzen bit-Kipper raus zu bekommen, aber es zeigt schonmal zu 70% aller Fälle eine genaue Zeit an :)

Uli G.

Uli G.

Hallo ich würde gerne den ESP8266 benutzen.
wenn ich den Anruino ins Board wähle, wird das Übersetzen und Kompilieren abgeschlossen.
Benutze ich aber im Board den ESP8266 bekomme ich an der Zeile:

if (LOW_Zeit <= 350) {BIT-=1;return ""; den Fehler : invalid conversion from ‘const char*’ to ‘int’ [-fpermissive] was kann ich tun?
WO

WO

Info für Thomas:
Veriablendeklaration:
int ZEIT_SEKUNDE;
Hallo Thomas
Behelfsweise Variable “ZEIT_SEKUNDE” in funktion einfügen und dieser die Bitnummer+1 zuweisen.
Allerdings: Sekunde 59 dauert dann 2 Sekunden!
void PrintBeschreibung(int BitNummer) {
ZEIT_SEKUNDE = BitNummer+1;

Für eine exakte Sekundenanzeige 58, 59 muss der Code wohl etwas tiefergehend erweitert werden.
WO

Thomas

Thomas

funktioniert tatelos. Möchte auf Basis dieses Sketches eine NIXIE Uhr aufbauen. Mir fehlen die Sekundenanzeige. Da ich Programmieranfänger bin wäre ich dankbar wenn mir Jemand Tips geben könnte wie der Seketch zecks Sekndenanzeige zu erweitern ist.

Danke

Gunther Jordan

Gunther Jordan

Leider ist der Fehler, den Jörg Schnur letztes Jahr aufgezeigt hat immernoch drin.
Weiterhin ist eine ganz wichtige Information unterschlagen: Sekunde 59 wird nicht markiert! D.h. in dieser Sekunde wird das Sendesignal nicht moduliert, weder eine “1” noch eine “0” gesendet. DARAN erkennt der Empfänger den Beginn der vollen Minute! Und nicht etwa an der “0” am Anfang…
Die Umstellung zwischen Sommer und Normalzeit sowie die Schaltsekunde werden 1 Stunde im Voraus angezeigt, im Falle der Schaltsekunde ist die 59. Sekunde eine “0” und die 60. Sekunde wird keine Marke gesendet.

Ein Nutzer

Ein Nutzer

Der Sketch setzt bei meinem Modul (Conrad BN641138) vorraus, dass das Signal am invertierenden Ausgang abgegriffen wird.
Um dieses zu umgehen und den normalen DCF Ausgang auf Pin3 am Modul zu verwenden, kann man auch folgende Zeile:

int DCF_SIGNAL = digitalRead(DCF_PIN);

durch dieses ersetzen:

int DCF_SIGNAL_inverted = digitalRead(DCF_PIN);
int DCF_SIGNAL = (!DCF_SIGNAL_inverted);

Anschließend läuft der Sketch ohne Probleme!

Jörg Schnur

Jörg Schnur

Danke für die super Informationen. Müßte es nicht 60 Sekunden heißen im Satz “Der DCF77 Sender sendet in 60 Minuten mehrere Informationen.”?

Mertke

Mertke

Hallo, ein super Sketch. Der beste den ich bis jetzt hatte.
Ich bastel an einer Bewässerungsanlage mit 16 Ausgängen und 2 Zeiten pro Tag mit einer RTC DS3231. Ich hätte gerne eine zusätzliche DCF 77 Zeit.
Ich habe ein Modul von Pollin mit 3,3V und dahinter einen Verstärker mit Cmos IC 4093
(http://amateurfunkbasteln.de/dcf77/ )
Leider funktioniert bei mir nur ein keiner Teil und nur nach ändern der LOW Zeiten.
//if (LOW_Zeit >= 851 && LOW_Zeit <= 950) {return 0;} Original
if (LOW_Zeit >= 751 && LOW_Zeit <= 950) {return 0;} meine Eingabe
//if (LOW_Zeit >= 750 && LOW_Zeit <= 850) {return 1;} Original
if (LOW_Zeit >= 450 && LOW_Zeit <= 750) {return 1;} meine Eingabe
if (LOW_Zeit <= 350) {BIT-=1;return "";}
Auf dem seriellen Monitor kommt nur die Anzeige
Syncronisierung
18:54:22.126 ………… Die Urzeit funktioniert aber kein Datum

Ich nutze einen Arduino UNO am digitalen Pin 2 mit externem 10KOHM Widerstand gegen 5Volt. Anzeigen möchte ich die Uhrzeit auf einem Display 16×2 oder 20×4

Um Störimpulse zu verringern habe ich einen Festspannungsregler L4940V5 mit 5Volt aufgebaut an einem 12V AKKU
Wenn ich diese 5 Volt nutze habe ich aber keinen seriellen Monitor mehr.

Ich habe einige Schwierigkeiten mit dem Programmieren und lerne immer ein bischen mehr. Meistens versthe ich langsam die Beispiele und ändere den Sketch dann für mich um.

Ich würde mich über jede Hilfe sehr freuen
schönen Abend
Fredy

Fred

Fred

Hallo, guter Sketch zur Abfrage der Zeit und auch für einen Laien wie mich nachvollziehbar. Ich hab in gleich getestet nachdem ich ihn im Netz gefunden hatte. Mein DCF77 Modul hat sofort funktioniert. Probleme gab es aber beim kopieren des Sketches mit der Kopierfunktion in die Arduino-IDE. Beim Kompilieren kamen jede Menge stray ‘\’ Fehlermeldungen. Erst durch Laden des Textes in Notepad++ (ANSI-Kodierung) und entfernen einiger komischer Zeichen funktionierte es dann. Ich würde auch gern noch wissen, wozu die Status-LED (Pin13) gedacht war. Gratuliere AZ-Delivery zu den vielen guten Beispielen, weiter so.

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