Thomas Kortschack

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Nebenuhrsteuerung

Es muss wohl vor der Jahrtausendwende gewesen sein, als mein Vater eine alte stillgelegte Nebenuhr (Bahnhofsuhr) ergattert hat, die von der Firma T&N hergestellt wurde.

Nebenuhr

Solche Uhren sind von alleine nicht lauffähig und wurden früher von sogenannten Hauptuhren angesteuert, die sich z.B. in einem großen Schaltraum befinden. Ein Stellsignal wird den Nebenuhren zur Verfügung gestellt.

Neben dem schwarzen Minuten- und Stundenzeiger, die miteinander gekoppelt sind, gab es bei unserer Uhr auch noch einen roten Zeiger, den ich zunächst als Sekundenzeiger interpretierte.

Suchzeiger

Jedoch kam nach Recherchen heraus, dass dieser Zeiger ein Teil eines Aufrufsystems ist, um bis zu 24 Mitarbeiter anzusprechen. Dieser wird auch als Suchzeiger bezeichnet und ist nicht für den Sekundenbetrieb geeignet. Da für private Zwecke uninteressant, baute ich diesen Zeiger aus.

Um den gekoppelten Minuten- und Stundenzeiger anzusteuern, durfte ich 2005 als Schüler während der fachpraktischen Ausbildung in der Fachoberschule Kulmbach eine DCF77 Schaltung nachbauen, wobei mein Ausbilder entsprechende Schaltungsideen zur Verfügung stellte, die u.a. auf den Artikeln aus dem Elektor Halbleiterheften 1988-7 (Artikel: Bahnhofsuhr mit DCF) und 2003-7 (Artikel: Sekunden- und Minutentakt aus DCF77) basieren.

Alte Nebenuhrsteuerung

Auf das Übertragungsverfahren des DCC77 Signals will ich hier nicht groß eingehen, jedoch ist entscheidend, dass in den Sekunden 0 bis 58 die Trägeramplitude abgesenkt wird, jedoch in der 59 Sekunde nicht. Mit einem angeschlossenen DCF77 Empfängermodul erkannte die damals auf einer Lochrasterplatine aufgebaute linke Schaltung diese fehlende 59 Sekunde und gab ein Signal pro Minute an eine zweite Schaltung weiter.

Die rechte Schaltung erzeugte u.a. mittels H-Brücke (mit einzelnen Transistoren aufgebaut) einen kurzen Impuls dessen Polarität sich bei jeder Minute ändern muss, sodass sich die Uhr jeweils 1 Minute weiterbewegt. Vor der Inbetriebnahme muss die Uhr natürlich manuell gestellt werden.

Leider stellte sich später im längeren Betrieb zu Hause heraus, dass das DCF77 Signal manchmal gestört ist, die linke Schaltung dies fälschlicherweise als weitere fehlende 59. Sekunde erkennt und in diesen Fällen mehr als einen Impuls pro Minute an die Uhr ausgibt. Letztendlich führt dies dazu, dass die Uhr pro Tag mehrere Minuten vorläuft und man sich auf die angezeigte Zeit leider nicht verlassen kann.

Nachdem ich im Studium mit Mikrocontrollern in Berührung gekommen bin und mir privat ein Atmel AVR-Starterkit (STK 500) zugelegt habe, war ich sehr daran interessiert eine Schaltung zu entwickeln, die das Signal vom DCF77 Empfängermodul auswertet und die Uhr so ansteuert, dass diese auch nach Tagen/Wochen noch fehlerfrei die Uhrzeit anzeigt.

Es entstand eine Schaltung mit ATMega 16 Mikrocontroller, die dieses Signal entsprechend auswertet. Da statt einer mit einzelnen Transistoren aufgebauten H-Brücke laut einem Elektrotechniker ich es "mal mit einer fertigen H-Brücke probieren solle", fand sich in seinem Sammelsurium eine sicherlich etwas überdimensionierte LMD18200 H-Brücke.

Nebenuhrsteuerung mit Mikrocontroller

Ein Uhrenquarz stellt sicher, dass die Uhr auch weiterläuft, wenn das DCF77 Signal ausfällt (egal ob für eine kurze bzw. längere Zeit).

Vorab muss man die Nebenuhr einmal mittels Taster auf 0 Uhr stellen (Art Referenzfahrt/Nullung), weil kein Sensor verbaut ist, der eine Positionsbestimmung der Zeiger ermöglicht.

Da ich während der Tests feststellte, dass ein Display nützlich wäre, auf dem man die aktuelle Uhrzeit ablesen kann, habe ich noch ein LCD-Modul 2x16 ergänzt. Dies zeigt zudem das Datum an und gibt einen Status aus, ob in der letzten Minute das DCF77 Signal korrekt erkannt wurde, was u.a. auch mittels Prüfung der Paritätsbits ermittelt wird (im Display wird dann ein * in der rechten oberen Ecke angezeigt).

Nebenuhrsteuerung mit Mikrocontroller

Durch einen Vergleich von Ist-Wert (angezeigte Uhrzeit der analogen Uhr) und Soll-Wert (interne Uhrzeit berechnet durch DCF77 Interpretation bzw. Uhrenquarz) kann die Nebenuhr automatisch gestellt werden. So funktioniert auch die Sommer- und Winterzeitumstellung ohne einen Handgriff.

Bis auf ein paar wenige Stromausfälle, nach denen man die Uhr per Taster manuell auf 0 Uhr stellen muss, läuft die Schaltung seit mehr als 10 Jahren. Dennoch möchte ich es nicht verschreien, zumal die Schaltung in der Garage im Sommer und Winter Temperaturschwankungen ausgesetzt ist und 24 Stunden pro Tag läuft.

Aus heutiger Sicht würde ich ein paar Dinge anders machen, zumal die Platine auf einer CNC-Fräse mit einem Isolationsgravierer gefertigt wurde, was aufwändig ist. Auch das in das Gehäuse befestige Display und die einzelnen Nachverdrahtungen sind eher nur für dieses Einzelstück praktikabel.