Transmisor DCF77 con ESP32

Construcción de un pequeño transmisor de 77,5 KHz, para poder poner en hora los relojes DCF77 que no reciban correctamente la señal del transmisor de Alemania. Este transmisor es portátil, funciona con una batería de 3,7V y es muy preciso, ya que toma la información de la fecha y hora sincronizando previamente su reloj a través de un servidor NTP. Este transmisor está construído a partir del módulo ESP32, acoplando un pequeño display OLED de 64×48 pixel y 0,66 pulgadas.

ESP32 + OLED

Sistemas de sincronización horaria

Actualmente existen muchos métodos para mantener la hora exacta en cualquier dispositivo electrónico, ya sea través de un receptor GPS, o la recepción de la señales horarias en onda larga que se emiten desde diferentes países: 77,5 kHz desde Frankfurt en Alemania, 40 y 60 kHz desde Japón, 60 KHz desde Colorado en EE.UU, 66,66 kHz desde Taldom en Rusia, 68,5 kHz desde Lington en China, 60 kHz desde Anthorn en Reino Unido, o 162 kHz desde Allouis en Francia.

Cobertura DCF77

La mayoría de los relojes sincronizados por radio que se venden en Europa, utilizan la recepción de las señales horarias que envía el transmisor DCF77 desde Frankfurt, en Alemania.  Como sucede con cualquier transmisión por radio en Onda Larga, su cobertura varía en función de la distancia, climatología y el umbral de ruido electromagnético existente en el punto de recepción.

Con el fin de poder utilizar algunos relojes DCF77 que no disponen de ajuste de hora manual, hace algo más de un año publiqué una información para construir un pequeño transmisor que simulara la emisión DCF77. Este transmisor constaba de dos partes: una hardware construida con Arduino, junto con un software que funcionaba bajo Windows, encargado de suministrar los códigos de tiempo al transmisor.

Transmisor experimental DCF77

Tiempo UNIX

Tiempo Unix  se define como la cantidad de segundos transcurridos desde la medianoche UTC del 1 de enero de 1970, sin contar segundos intercalares. El tiempo que representa es UTC, pero no tiene forma de representar segundos bisiestos de UTC (por ejemplo, 1998-12-31 23:59:60).

Cualquier dispositivo que disponga de una conexión a Internet, podría sincronizar su fecha y hora con gran precisión en cuestión de segundos. Sólo es necesario  conectarse a un servidor NTP para recibir el código de tiempo, y luego introducir los comandos en una librería para que nos entregue la fecha y hora local en la zona que queramos .

D1 mini ESP32

Para hacer este nuevo transmisor DCF77, he utilizado una placa ESP32 y un pequeño display OLED de 64×48 pixel, 0,66 pulgadas. El módulo ESP32 dispone de todo lo se necesita para hacer un transmisor DCF77  completo.

Bloques ESP32
ESP32
  • Procesador de 32 bit, que permite generar la frecuencia de 77,5 kHz con mucha más precisión que Arduino.
  • Reloj en tiempo real (RTC) para gestionar el envío de los códigos de tiempo DCF77
  • Interface WiFi, para conectar a un servidor NTP y sincronizar la fecha y hora con gran precisión.

LIVE D1 mini ESP32

El módulo ESP32 es capaz de sincronizar cualquier reloj DCF77 por si solo, incluso se podría prescindir del display. Sólo sería necesario conectar un trozo de cable en el pin IO25 (antena) y acercarlo al reloj, aunque su alcance sería muy limitado.

MiniKit ES32

HW-699 0.66″ OLED display (64×48)

Con este display, además de mostrar la fecha y hora, es posible saber qué está haciendo el transmisor DCF77 en cada momento. El display  HW-699 se comunica con el módulo ESP32 mediante su interface I2C, y es posible configurarlo con dos direcciones diferentes (0x3C / 0x3D). Por defecto utiliza la dirección 0x3C, y así es como lo he utilizado para hacer este montaje.

Display OLED 0,66"

Módulo ESP32, dentro del transmisor DCF77

Aprovechando que ya tenía un transmisor DCF77 con Arduino, he montado dentro de su caja el módulo ESP32, junto con el display OLED. De esta manera aprovecho además de la caja su fuente de alimentación (batería 3,7V + StepUp 5V + módulo de carga), los indicaciones LED y el amplificador de potencia junto con su bobina de antena.

Esquema: Transmisor DCF77

Firmware:

Repositorio GitHub:
https://github.com/J-RPM/DCF77-Transmitter

El archivo que necesitas para programar el ATmega328P, lo puedes descargar de forma gratuita desde el siguiente enlace: TX_DCF77.rar

El archivo que necesitas para programar el ESP32, lo puedes descargar de forma gratuita desde el siguiente enlace: DFC77_ESP32_JR.rar

Soporte 3D (ESP32+Display)

Soporte OLED

El fichero .stl que necesitas para fabricar esta soporte, lo puedes descargar desde el siguiente enlace: DCF77 transmitter with ESP32

¿Necesitas fabricar un circuito impreso?

Actualmente hay muchas empresas que se dedican a fabricar circuitos impresos (PCB), pero no en todas podemos conseguir pequeñas tiradas a buen precio. Por suerte, ahora disponemos de Internet y es mucho más fácil que antes. Podemos buscar empresas en cualquier parte del mundo, y es más fácil encontrar un fabricante que haga nuestros prototipos (PCB) a buen precio. Una de las empresas más grandes del sector es PCBWay.

Logo: PCBWay

https://www.pcbway.es/

Transmisor experimental DCF77

Construcción de un sencillo transmisor de 77,5 KHz, para poder poner en hora los relojes DCF77 que no reciban correctamente la señal del transmisor de Alemania. DCF77 es una estación de radio situada en Alemania, que transmite en onda larga (LW). Comenzó a funcionar como una estación de frecuencia estándar el 1 de enero de 1959, y a partir de junio de 1973 se incorporó en la transmisión la información de la fecha y la hora. La señal DCF77 utiliza la codificación de cambio de amplitud para transmitir información de tiempo, codificada digitalmente al reducir la amplitud de la portadora hasta un 15% de su nivel nominal durante 0,1 o 0,2 segundos, al comienzo de cada segundo. Una reducción de 0,1 segundos indica un 0 binario; y una reducción de 0,2 segundos indica un 1 binario.

En hora con DCF77

Diseño de un transmisor DCF77

A pesar de la gran precisión en frecuencia y fase con la que se transmiten las señales DCF77 desde el transmisor de Alemania, los relojes de uso doméstico no comprueban la información que reciben con tanta precisión.

Modulación en amplitud y fase del transmisor DCF77

Un reloj DCF77 sólo necesita recibir una portadora de 77,5 KHz, con amplitud variable al ritmo de cada segundo y la codificación de tiempo adecuada. Si colocamos un pequeño transmisor de 77,5 KHz en las proximidades de un reloj DCF77, la portadora podría tener una deriva en frecuencia de +/-300 Hz, no incluir la modulación en fase, y aumentar la profundidad de modulación en amplitud hasta el 100%. Así es posible transmitir la información DCF77 con una modulación ASK.

Modulación ASK

Todo esto facilita mucho la construcción de un transmisor experimental, que nos permita actualizar la hora de los relojes DCF77 que no estén situados en un lugar favorable para recibir las señales horarias desde el transmisor de Alemania.

Cobertura DCF77

Otra ventaja de disponer de un pequeño transmisor DCF77, es que podríamos utilizar estos relojes en lugares en los que nunca podrían funcionar… en América, Asia, etc.

Transmisor DCF77

Desde hace años estoy utilizando pequeños transmisores para sincronizar relojes DCF77, pero los dos transmisores que tengo están diseñados con algunos componentes electrónicos que actualmente son difíciles de encontrar. Por ese motivo voy a construir un nuevo transmisor DCF77, barato y muy sencillo de construir. El nuevo transmisor está construido a partir del microprocesador ATmega328P, utilizado en las placas de desarrollo Arduino UNO.

Esquema: Transmisor DCF77

El transmisor se encarga de generar la frecuencia portadora (77,5 KHz) y controlar su modulación, interrumpiendo la señal de RF (ASK). Con el fin de facilitar el transporte y ubicación en el lugar más favorable al reloj o relojes a sincronizar, el transmisor es de baja potencia y está alimentado con una batería de Li-ion (3,7V).

Interface: USB-RS232
Interface: USB-RS232

La codificación DCF77 la genera una aplicación para PC, y la envía al transmisor mediante el hilo RTS de un puerto serie. Actualmente ningún PC dispone de un puerto serie (DB9), pero es muy fácil y barato conseguir un interface USB-RS232.

 

(Actualizado: Septiembre 2020)

El archivo que necesitas para programar el ATmega328P, lo puedes descargar de forma gratuita desde el siguiente enlace: TX_DCF77.rar

Software de control DCF77

Con el fin de poder programar y controlar el reloj LED de esfera rotante, he creado una aplicación para Windows (DCF77.exe),  la cuál también incluye la funcionalidad de generar  las señales DCF77. El software DCF77.exe puede controlar de forma simultánea el reloj LED de esfera rotante y el transmisor DCF77.

El software DCF77.exe lo puedes descargar de forma gratuita y con seguridad desde el siguiente enlace:  Install_DCF77.rar

New version in english: Install_DCF77_eng.rar

Caja para el transmisor

La caja se considera como un complemento de cualquier montaje electrónico, y además suele ser lo más laborioso de realizar, debido a su mecanizado. Actualmente es más fácil conseguir una caja a medida y mecanizada a buen precio, utilizando una impresora 3D.  El trabajo más laborioso es el realizar el diseño, pero una vez hecho, se pueden hacer todas las cajas que quieras sin la necesidad de perder más tiempo en realizar sus mecanizados.

Caja 3D: Transmisor DCF77

Los ficheros que necesitas para fabricar esta caja, los puedes descargar desde el siguiente enlace:

DCF77 experimental transmitter

¿Dónde fabricar el PCB?

Actualmente hay muchas empresas que se dedican a fabricar circuitos impresos, pero no en todas podemos conseguir pequeñas tiradas a buen precio. Por suerte, ahora disponemos de Internet y es mucho más fácil que antes. Podemos buscar empresas en cualquier parte del mundo, y es más fácil encontrar un fabricante que haga nuestros prototipos (PCB) a buen precio. Una de las empresas más grandes del sector es PCBWay.

Logo: PCBWay

https://www.pcbway.es/

Ahora el servicio de montaje en PCBWay por $ 30, con envío GRATUITO mundial:
https://www.pcbway.es/quotesmt.aspx

PCB: TX_DCF77

Acceso a los GERBER de este PCB

PCB from PCBWay

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