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 Online seit Februar 2009

 

 

 

Bastel-Anleitungen für eine GPS-Satelliten-Uhr
mit dem Controller PIC16F88
und
dem zugehörenden UART-NEO-Satelliten-Empfänger
als Modul-Aufbau


Am Schluss (unterhalb) die GPS-UhrII mit Weck-Funktion
als Weiter-Entwicklung mit dem Controller PIC16F88


 

Bastelanleitung für GPS-Satelliten-Empfänger-Modul 

 



       Im Foto das aufgebaute Modul 
       mit dem M7-NEO-UART-GPS-Empfänger.
       Kauf-Bestell-Seite vom Empfänger   klick hier

       (Klick auf das Foto oben und es erscheint größer)
Download der Bastelanleitung hier als:
"GPS=Satelliten-RS232-Modul.zip"   ca. 17Mbyte

Bei meinen bisherigen Funkuhren wurde als "Zeitnormal"
das gesendete DCF77-Signal aus Frankfurt/Main genutzt.

Jetzt soll eine GPS-Satelliten-Uhr entstehen.
Dazu wird NUR die UTC-Zeit aus einem
Satelliten-Navigations-Empfänger empfangen...  

Ein Modul mit Pegel-Anpassung ist notwendig
für Computer-Anwendung und für die GPS-Uhr.

Die Uhren-Anzeige dürfte dann weltweit für jede Zeitzone
mit UTC-Zeit und
der programmierten Zeitzonen-Verschiebung funktionieren...



       Im Foto das 2-te aufgebaute Modul mit
       dem etwas schlechterem M6-NEO-UART-RX.
       Kauf-Bestell-Seite vom Empfänger   klick hier

       (Klick auf das Foto oben und es erscheint größer)
Zuerst testet man den GPS-NEO-UART Empfänger
ohne Zusatzschaltung.
Man schließt 3,3Volt mit einem Experimentiernetzteil an.

Nach 5min bis 30min müsste die interne PPS-LED vom
Empfänger beim ersten Neu-Start blinken. 

Beim schlechteren RX (Empfänger M6) hat es recht lange
gedauert bis es zu blinken begonnen hatte.

Auf beiden Empfänger-Leiterplatten befindet sich
eine selbst-ladbare 3Volt Lithium Batterie.

Dann geht man an Txd (liefert einen 3,3V-Impuls-Pegel) mit
einem TTL-Pegelstift. (kann auch TTL-5,0Volt-Stift sein)
Kann auch ein Oszillograph sein.


Modul mit Klarsicht-Deckel und COM-Port-Kabel
Das Flachkabel zur Fenster-Durchführung ist eigentlich
nicht notwendig. Es funktionierte bei mir auch im Zimmer.
Aber bei einem Bastel-Freund ging es nur
in Fenster-Nähe...
Aber :
Erst mit einem PC-Programm kann man exakt sagen,
dass der Empfänger verwertbare Daten liefert !!!


Auf der "wiki"-Seite findet man zu beiden Modulen
Erklärungen. ( Klick hier )
Auch ein PC-Programm ist vorhanden...
Das Programm funktioniert ab Windows XP bis Windows10...

Dafür muss man aber erst ein Modul aufbauen, was die Zusatz-
Schaltung für die GPS-Empfänger beinhaltet...

Den fertigen Aufbau sieht man in den Fotos links !
(klickt man auf die Fotos erscheinen diese größer)

Erst dann kann man an den COM-Port des PCs
anschließen und das Programm betreiben.


Bildschirm-Copie vom selbst programmierten Prog.
Ich habe noch zusätzlich 5stck. weitere DOS-Programme
programmiert, welche noch unter
dem Betriebssystem Windows XP funktionieren.

Links im Programm sieht man die Datenflut ankommen.
Hier werden alle Daten angezeigt.

Man erkennt die Codierung...
Und weis, wo die UTC-Zeit zu finden ist...

So ist auch ein DOS-Programm entstanden, welches
nur die UTC-Zeit, die Länge und die Breite anzeigt.
(siehe links etwas unterhalb)


Bildschirm-Copie vom selbst programmierten Prog.
(Klick jeweils auf die "Fotos" und sie erscheinen größer)
Auch die PC-Quell-Programme liegen dem Bastel-Download
in der Programmiersprache "C++" neben den eigentlichen
Programm exe'en bei...

Recht interessant war, dass beide Empfänger (M6 und M7)
unterschiedliche Codierungen haben.
(aber nur wenig Unterschied)
Die UTC-Zeit ging dennoch durch meine Software
jedes mal zu decodieren...

Beide GPS-Empfänger habe ich in deren Einstellungen
nicht verändert. So wie gekauft, so auch benutzt...
(9600Baud / 1Stopbit / keine Parität / 8Bit-Daten)


Stromlaufplan / klick drauf und er wird größer !
Im Basteldownload ist es besser erkennbar !
Im Stromlaufplan links erkennt man die Zusatzschaltung
mit Erklärungen...

Der Bastelanleitung liegt Vieles zum Experimentieren bei,
was man zum Aufbau benötigt :
Stck-Liste, Leiterplatten-Zeichnung, Bestückungsplan,
Fotos vom Aufbau, Beschreibung und Datenblätter. 

Ein Video soll die Funktionsweise an Hand
der PC-Programme verdeutlichen
(Klick hier)

Die GPS-UTC-Zeit war immer exakt decodierbar.

Die eigene Position mittels Koordinaten-Anzeige im PC-Programm
hat häufig "gewackelt" / "gezappelt" ,
obwohl der Empfänger an gleicher Stelle stand!
Also bei der 5-ten und 6-ten Stelle nach dem Komma haben sich
die Länge und Breite ständig verändert.
Schlussfolgerung:
Eine Koordinaten-Anzeige als Gerät mit diesen GPS-Empfängern ist
nicht exakt und auch nicht sinnvoll.
(so etwas gibt es ja auf jedem Smart-Phone als runterladbare APP)


Natürlich kann man die Zusatz-Schaltung mit einem gekauften RS232/COM-Port-Modul realisieren. ( Klick hier )
Auf dieser Leiterplatte befindet sich aber nur ein Txd als Ausgang und ein Rxd-Anschluss als Eingang.
Ein Anschluss vom COM-Port am PC wäre machbar.

Meine GPS-Uhr (unterhalb) benötigt aber auch das Ausgang-Signal "PPS" vom GPS-Modul.
Beim gekauften RS232-Modul (oben) ist aber kein weiterer nutzbarer Anschluss "für PPS" mehr vorhanden...
( man müsste zwei Module kaufen um die GPS-Uhr mit RS232 zu betreiben... also Txd als Ausgang und PPS als Ausgang)
Oder
ohne die beiden Schaltkreise MAX232 gleich an den PIC16F88 der GPS-Uhr anschließen ... (Ohne RS232-Wandlung)
Also gleich 5Volt-TTL von den Transistoren meiner GPS-Modul-Schaltung an den PIC16F88, welcher 5V-TTL-Eingänge hat ...
Mit dieser Methode ist aber kein langes RS232/COM-Port-Kabel einsetzbar ...
Und am Computer funktioniert es nicht / da kein COM-Port...

DIES WURDE ALLES NICHT GETESTET / PROBIERT !!!
 

Bastelanleitung für eine GPS-Satelliten-Uhr
mit dem Controller PIC16F88

 



Fertige GPS-Uhr
Download der Bastelanleitung hier als:
"GPS-Uhr.zip"   ca. 3,0Mbyte

Die GPS-Satelliten-Uhr funktioniert weltweit und
ist nicht wie eine DCF77-Funkuhr von
der Reichweite des Funk-Signals von Frankfurt/Main abhängig.

Es wird mittels GPS-Navigation immer nur
die UTC-Zeit empfangen.
Per Schalter kann man die Uhren-Anzeige
auf Winterzeit(+1H) und Sommerzeit(+2H) einstellen.
(dies gilt für Deutschland / Mittel-Europa...)


Beleuchtet LCD-Anzeige
Im GPS-Uhren-Controller-Programm kann man so auch
diesen Zeitversatz zur UTC-Zeit für jede Zeitzone der Erde
ändern.
Die Uhr funktioniert weltweit !!!

Der Aufbau der Uhr
erfolgt mit den zwei Leiterplatten von meiner Homepage
mit "4 Basteleien mit nur einem Aufbau"...

Der Schnittstellen-IC "MAX232" und der Summer wird hier
zusätzlich auf einer Universal-Lochraster-Platine bestückt.
 

Innen-Aufbau der GPS-Uhr



Innen-Aufbau der GPS-Uhr




Rückseite mit dem COM-Port-Kabel,
der Stromversorgung und den Schaltern
(klick drauf und es wird größer)



Stromlaufplan / klick drauf und er wird größer !
Im Basteldownload ist es besser erkennbar !



Ein Video soll die Funktionsweise verdeutlichen  (Klick hier)

Das Funktionsprinzip als Text :

Man schaltet die Uhr mit GPS-Modul über das 12V-Steckernetzteil an.
Es erscheint auf dem Dispaly die Ausschrift "GPS-Uhr" für 5sec.
Dann läuft die Uhr im Quarzmodus von 0:00.00 beginnend.

Blinkt das GPS-Empfänger-Modul mit der PPS-LED,
liegen fehlerfreie Daten an.
Ca. 30sec bis max. 3min nach dem Einschalten
erscheint die exakte Zeit in der Anzeige.
Die Uhr wird in jeder 10-ten sec auf richtige Zeit gestellt.
Das Stellen erfolgt also immer aller 10sec.

Angezeigt wird jeweils die mit 2 Schaltern eingestellte Zeit.
4 Möglichkeiten könnten es sein
Jetzt im Programm sind diese 4 Zeit-Zonen eingestellt mit :
UTC        +0H
MEZ        +1H
MESZ      +2H
Sri-Lanka +5H : 30MIN 
((((Es geht also nicht nur die volle Stunde.))))

Bei einem Umschalten der Zeit-Anzeige ist diese erst nach 10sec aktiv.
Also genau dann, wenn ein Stellen der GPS-Zeit erfolgt.
Liegt kein GPS-Signal an, sind auch die Schalter nicht wirksam / aktiv.

Eine Zeit-Korrektur auf beliebige Zeitzonen (Länder) erfolgt
im PIC-ASM-Controller-Programm... Und ist nur dort änderbar...

Wenn aller 10sec immer die Uhr gestellt wird, blinkt
dauerhaft der Doppelpunkt.

Das Stellen aller 10sec wird durch ein Aufblitzen des Punktes
zu einem Komma zwischen min- und sec-Anzeige angezeigt.

Wenn 20sec lang kein PPS-Signal anliegt,
blinkt der Doppelpunkt nicht mehr !

Blitzt es nicht und blinkt der Doppelpunkt nicht
(es kommen keine Daten aus dem GPS-Empfänger)
läuft die Uhr im Quarz-Modus weiter.
Die Gang-Genauigkeit liegt bei besser +/- 1sec in 24H !

Die Zeit wird immer als UTC-Zeit vom Modul an die Uhr ausgesendet.
Dabei war die Zeit immer 1sec langsamer als die tatsächliche Zeit !!!
Es wurde im Uhren-PIC-ASM-Programm
diese EINE sec als Korrektur hinzu gefügt.
Somit läuft die GPS-Uhr erst jetzt exakt !!!

Ein 1sec langer Pieps zur vollen Stunde (von 8°° bis 22°°Uhr)
kann mittels Schalter an- und abgeschaltet werden.
Die 8°°Uhr und 22°°Uhr kann man im ASM-Programm ändern.

Vieles ist änderbar im ASM-Programm von der GPS-Uhr.
Man kann selbst ändern im ASM-File,
welches mittels TXT-Editor machbar ist.
Dann wird das geänderte ASM-File assembliert (Programm liegt bei).
Und der PIC-Controller PIC16F88 wird gebrannt.
Es steht auch eine Erklärung dazu in der Bastel-Anleitung bei Software.

Hier raus-kopiert die Einstell-Möglichkeiten im ASM-File.
(jetzt dürfte man auch die Funktionsweise noch besser verstehen...)
( Klick hier )

Beide GPS-Empfänger habe ich in deren Einstellungen nicht verändert.
So wie gekauft, so benutzt...
(9600Baud / 1Stopbit / keine Parität / 8Bit-Daten)

MEINE ERFAHRUNGEN NACH
EINEM HALBEN JAHR DAUERBETRIEB:
Die GPS-Uhr läuft in der Zeit exakt synchron zu
meinen DCF77-Funkuhren. Es gab keine Ausfälle !

Nach dem Einschalten der GPS-Uhr stand nach ca. 10sec bis max. 30sec
immer die exakte Zeit in der Anzeige ! (mit NEO M7 Empfänger-Modul)


Im Internet habe ich nur ein GPS-Uhren-Bastel-Projekt gefunden.
( Klick hier )
Ohne Bastel-Anleitung, aber interessant !

ZU GPS-SATELLITEN-EMPFANG BEI MIR
Im Keller (mit 12m Altbau darüber) geht es nur wage !!! (so gut wie kein Empfang)
In der untersten Etage (mit 9m Altbau darüber) guter Empfang !!!
In der obersten Etage (mit 5m Altbau darüber) geht es perfekt !!!

Ich war selbst erstaunt !!! , da ein gekauftes Fahrrad-GPS-Gerät nicht im Zimmer funktionierte.
Und
Deshalb hatte ich auch ein spritzwasser-geschütztes Gehäuse auf dem Fensterbrett für das GPS-Modul vorgesehen. (siehe oben)
Auch das vorgesehene längere Flachband-Kabel für das COM-Port-Kabel zur
Fenster-Durchführ-Klemmung ist nicht notwendig...

 

GPS-UhrII mit Weck-Funktion
als Weiter-Entwicklung mit dem Controller PIC16F88

Der GPS-Satelliten-Empfänger ist bei dieser Bastelei direkt an die Uhr angeschlossen !
Man benötigt hier keinen externen GPS-Empfänger-Modul-Aufbau mit dem Schaltkreis MAX232 und Transistoren !

Oben Fertige GPS-UhrII 
Klick auf alle Fotos usw. und diese werden größer.
Download der Bastelanleitung hier als:
"GPS-UhrII.zip"   ca. 15Mbyte

Der Bastelanleitung liegt auch
ein vorheriges Testen des GPS-Empfängers am PC bei.


Kurzbeschreibung :
Es wird mittels GPS-Navigation immer nur die UTC-Zeit empfangen.
Man kann alle Zeitzonen mittels Taster einstellen.

Nach dem Einschalten der Uhr erscheint die Laufschrift :
"GPS-Uhren-Wecker"

Alle Bedien-Tasten-Klicks sind mit erklärender Laufschrift versehen !

Die Uhr beginnt als Quarzuhr ab 00:00.00 zu laufen.
Liegen Daten am Empfänger an und blinkt die PPS-LED
des Empfängers, stellt sich die Uhrzeit ein.
 
Oben Bestückte Leiterplatte
Jede volle min wird die Uhr durch GPS-Daten gestellt.
Man erkennt ein exaktes Stellen am 0,5sec Aufblitzen
des Punktes durch ein Komma in der Anzeige.

Der Doppelpunkt blinkt, wenn Daten vorhanden sind.
Wenn 10sec lang kein PPS-Signal geliefert wird (keine Daten)
steht der Doppelpunkt starr in der Anzeige.
Die Uhr läuft dann im Quarz-Modus.

Sie lässt sich auch als Wecker betreiben.
Ein 1min Summer-Ton ertönt bei der eingestellten Weckzeit.
Die Weck-Zeit und vieles mehr lässt sich mittels Tastern
einstellen... (siehe Bedienung unterhalb)

Jede volle Stunde kommt ein 1sec Pieps von 8°° bis 22°° Uhr.
Er ist mittels Taster an- und abschaltbar.

 
Oben Testaufbau
Alle Einstellungen werden im EEPROM des Controllers gespeichert.
Beim erneuten Einschalten oder Stromausfall stellen sich
die selben Einstellungen wieder ein.

Man kann etliches im ASM-PIC-Controller-Programm ändern.

Das Assembler-Prog. liegt im Download bei, um die neuen Werte
brennbar für das hex-File zu machen.

Am Anfang des ASM-PIC-Programms ist folgendes einstellbar.
Man könnte durch "nur Zahlen ändern" verändern :

1. Auswerte-Code für den GPS-Empfänger
2. Ab wo / wann die Uhr gestellt wird. Jetzt bei 00sec
3. Nach wie viel sec PPS-Impuls fehlend,
    der Doppelpunkt nicht mehr blinkt.
4. Stunden-Pieps von / bis ertönen lassen
5. Laufschrift-Geschwindigkeit
 
Stromlaufplan 
(Klick drauf und es wird größer)
Oder man könnte alle 8 Laufschrift-Texte ändern.
Zum Beispiel in englische Sprache... ( jetzt in Deutsch)

Dies steht am Ende des ASM-Files in Form von 8 Tabellen
Hier muss man geschickt sein,
um Überschneidungen mit den Controller-Adressen zu vermeiden.

Man könnte auch die üblichen herkömmlichen Displays
verwenden mit 1x8 Zeichen.

Dann muss man folgendes ändern :
-Initialisierung des Displays
-Die Zeiten bei den Unterprogrammen "BEFEHL" und "DATEN"
-Hier werden aber die Umlaute (ä,ö,ü,Ä,Ö,Ü,ß) im Lauf-Text
  nicht so ohne weiteres dargestellt.
  Etwas anderer Zeichen-Satz...
 
Bedienung der GPS-UhrII 
(Klick drauf und es wird größer)

 
Video als Erklärung
der GPS-UhrII:
 
  Klick hier





Nachbesserungs-Vorschlag der GPS-UHRII
 

Klick auf die Fotos usw. und diese werden größer.
Download der Nachbesserungs-Bastelanleitung hier als:
"GPS-UHRII==RS232-Zusatz-Leiterplatte.zip"   ca. 1,5Mbyte

Kurzbeschreibung :
Bei der GPS-UhrII hatten sich nach einiger Zeit Probleme ergeben.
Der GPS-Empfänger war hier direkt an den PIC-Controller mittels
5Volt TTL-Prinzip angeschlossen. (siehe oben...)

Folgende Probleme:
1.
Bei einem befreundetem Bastler hat es im Zimmer
nur exakt in Fenster-Nähe funktioniert.
Nur dort konnten Daten empfangen werden...
  2.
Beim "NEO 7M" GPS-Empfänger kam kein 5Volt-TTL-Pegel
am Txd Ausgang heraus. (kleinere Spannung...)
Die Daten konnten nicht vom PIC16F88-Controller "gelesen" werden.

Und dies obwohl bei der Verkaufs-Seite bei EBAY stand:
Ist sowohl 5V-TTL und 3,3V-TTL kompatibel je nach Speisespannung.

Schlussfolgerung:
Nicht jeder Empfänger ist empfindlich genug um einen Empfang
im Zimmer zu realisieren.
Nicht jeder Empfänger kann direkt an die Uhr angeschlossen werden.

Aus diesem Grund wurde das obige GPS-Satelliten-Empfänger-Modul (ganz am Anfang dieser Seite hier)
mit der RS232/COM-Port Schnittstelle verwendet.
Der GPS-Empfänger wurde also nicht mehr mit dem 5Volt-TTL-Prinzip direkt angeschlossen.

Damit die GPS-UHRII mit diesem Modul funktioniert,
wurde eine Zusatzleiterplatte eingesetzt.
Diese Leiterplatte mit dem IC "MAX232" ermöglicht erst den Einsatz der RS232/COM-Port-Schnittstelle.

Jetzt kann man ein langes Kabel zum "abgesetzten" GPS-Modul in Fenster-Nähe verwenden und
auch der GPS-Empfänger "NEO 7M" funktioniert jetzt mit 3,3Volt TTL-Pegel im Modul perfekt.

Hinweis zur GPS-Empfänger Empfindlichkeit :
Bei Gebäuden aus Gas Beton (Steinen...) und Lehmbauten  ist ein GPS-Satelliten-Empfang schwierig,
wegen hoher Dämpfung...
Bei Gas Beton wird zur Porenbildung, bei der Herstellung, Aluminium in geringen Mengen verwendet...



ACHTUNG:
Auch die PIC16F88 Software wurde für die GPS-Uhr II
geändert und liegt dem obigem Download bei.

Und
Es wurde ein weiterer Aufbau mit
Blau/Weißem Display gemacht.
Unter "Software" im Download oberhalb findet man
dazu Hinweise...



    


                                      Klick auf das Foto und es wird größer
 
Hier im kurzen Überblick :
( Klick jeweils drauf !!! )

DCF77-Funkuhren-Decodierung

Berlin-Funkuhren
 
Römische / Arabische Funk-Uhr

Funkuhr auch mit Datum ...

Funk-Schalt-Uhren sowie Erklärungen

Funk-Schalt-Wecker für ein Radio

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