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Impressum

 Online seit Februar 2009

 

 

 
     1. Bastel-Anleitungen für eine GPS-Satelliten-Uhr und
         dem zugehörenden UART-NEO-Satelliten-Empfänger als Modul-Aufbau

     2. Eine Weiterentwicklung mit 1x8 Display mit nur der Zeit
         GPS-Satelliten-Uhr II mit Weck-Funktion und Laufschrift

     3. Eine Weiterentwicklung mit 2x16 Display auch mit Datum und Wochentag
         GPS-Satelliten-Uhr III mit Weck-Funktion und Laufschrift


 

1. Bastelanleitung für GPS-Satelliten-Empfänger-RS232-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)
 

1. 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.

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 meist nur Arduino GPS-Uhren-Bastel-Projekte gefunden.
Hier ein Beispiel ( Klick hier )
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...

 

2. GPS-Uhr II mit Weck-Funktion
als Weiter-Entwicklung mit dem Controller PIC16F88 und 1x8 Display

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.

Man könnte so alle 8 Laufschrift-Texte ändern.
Zum Beispiel in englische Sprache... ( jetzt in Deutsch)




Bedienungs-Erklärung als Video
(Klick hier)
 
Stromlaufplan 
(Klick drauf und es wird größer)

Bedienung der GPS-Uhr II  (Klick drauf...)
 

Nachbesserungs-Vorschlag der GPS-UHR II
 

Man erkennt hier die Zusatz-Leiterplatte.
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...
 
Man muss das GPS-Empfänger-RS232-Modul
jetzt anschließen.

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.





!!!!!!!
Außerdem wurde die Software für
ein normales übliches 1x8 DOT-Display geändert.
(auch der wenig geänderte Stromlaufplan)

Display Bestell Reichelt :
LCD-PM 1X8-11 A
oder
LCD 081 DIP

Es liegt dem obigen Bastel-Download
der RS232-Zusatz-Leiterplatte bei.
!!!!!!!
                                         
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...

                                      3. GPS-Uhr III mit Weck Funktion
           als Weiter-Entwicklung mit dem Controller PIC16F88 und 2x16 Display

  Download der Bastelanleitung hier als:
"GPS-UhrIII.zip"   ca. 16Mbyte

Kurzbeschreibung : 
Die GPS-UhrIII funktioniert genau so wie die GPS-UhrII.
(also gleiche Bedienung mit Laufschrift...)
Nur hier wurde eine Anzeige mit 2x16 Zeichen eingesetzt.
So erscheint nicht nur die Zeit, sondern auch das Datum, der Wochentag
und die Zeitzone.
Es unterscheidet sich also der Aufbau des GPS-Uhren-Weckers III
nur mit dem kompatiblen 2x16Zeichen-Display und der PIC16F88-Software
von der GPS-UhrII.
  Nachteilig ist aber die Ziffern-Größe mit hier nur 6mm.
Bei der GPS-UhrII ist es größer mit 11mm.

Es erfolgt ein exaktes Stellen (auf 1/100 sec genau) der GPS-Zeit
mittels PPS (Time-Syncron-Impuls) als Interrupt-Erkennung
jede volle Minute.




Zum Software-Prinzip :
Neben der UTC-Uhrzeit wird auch das Datum für Greenwich-Time
vom GPS-Empfänger jede sec empfangen und ausgewertet.

Wenn man eine Zeitzone einstellt, welche
über 24Uhr (00Uhr) geht, wird hier das Datum korrigiert.

Es muss plus ein Tag oder minus ein Tag im PIC-Programm
berechnet werden.


Dabei werden die "End"-Tage jedes Monats (30day oder 31day) beachtet.
Dies gilt auch für ein Schaltjahr im Februar mit 28Tagen oder 29Tagen.

Der Wochentag wie Montag / Dienstag... kommt nicht aus
dem GPS-Empfänger.

Der Wochentag muss aus dem Datum berechnet werden.

Dabei wird jede volle Minute beim exakten Stellen
der Wochentag ... im PIC-Programm neu berechnet.
Nach meinem Prinzip:
Man startet mit einem Montag zum Beispiel   1.03.2004 und zählt jeweils plus ein Tag beim Datum und
plus ein Tag beim Wochentag.
Dann vergleicht man mit dem heutigen empfangenem Datum.
Wenn nicht Gleichheit vorliegt, erhöht man erneut Datum und Wochentag.
So lange bis das Datum gleich ist.
Dann weis man, welcher Wochentag heute ist.

Um von 2004 bis 2021 hoch zu zählen benötigt das Programm ca. 0,7sec.
Um also 17Jahre tagesweise hoch zu zählen und zu vergleichen vergehen ca. 0,7sec.

Um plus 1 Tag zu realisieren werden im Durchschnitt 100 Befehle (100µsec / 0,1msec) benötigt.
Es kommt zu Problemen mit der Quarz-Uhr (welche ständig) im Controller-Programm läuft.
Sie arbeitet aber im Hintergrund als 0,5sec-Interrupt-Programm.
So geht die Uhr nicht nach, sowie keinerlei Fehler treten auf!

Jetzt ist als Montags-Start-Datum der 8.03.2021 im PIC-Programm eingetragen.
Es zählt nicht so lange...
Ich schlage aber dennoch vor :
So ca. im Jahr 2035 / 2040 müsste man das Montags-Start-Datum korrigieren.
Dies steht am Anfang vom PIC-Programm "GPS-UHRIII.asm".
Der PIC16F88 müsste erneut gebrannt werden mit der Änderung... (Programm um eine hex-File zu erstellen liegt bei.)

Natürlich könnte man ein anderes Datums-Wochentags-Programm-Prinzip nutzen.
Es gibt so C++ oder Basic-Programme (nach der Gauß-Formel),
die aus dem Datum den Wochentag berechnen. (Klick hier von Wikipedia)
Bei meiner Bastelei ist aber der Programm-Speicher des PIC16F88 mit nur 4Kbyte nicht groß genug !

---

Der Stromlaufplan und die geänderte Software für ein übliches 2x16-DOT-Display liegt auch dem Bastel-Download bei.


    


                                      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

GPS-Satelliten-Uhren