DCF77

DCF77 est un dispositif allemand de transmission de l'heure légale par ondes radio, sur une large zone de couverture. Il a été créé par la Physikalisch-Technische Bundesanstalt, sur une initiative du gouvernement allemand.



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Mesure du temps - Mesure physique - Métrologie - Allemagne

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  • Le signal horaire DCF77 se compose d'une fréquence porteuse particulièrement stable de 77, 5 kHz, ... 29 - 34 : Heures codées en BCD, bit de poids faible en premier :... (source : aurel32)
  • Le signal horaire DCF77 se compose d'une fréquence porteuse particulièrement stable de 77, 5 kHz, ... 29 - 34 : Heures codées en BCD, bit de poids faible en premier... (source : jtelec.phpnet)
  • Le signal horaire DCF77 se compose d'une fréquence porteuse. particulièrement stable de 77, 5 kHz, ... 29 - 34 : Heures codées en BCD, bit de poids faible en premier :... (source : kiwi-dx-group.onlc)

DCF77 est un dispositif allemand de transmission de l'heure légale par ondes radio, sur une large zone de couverture. Il a été créé par la Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB), sur une initiative du gouvernement allemand. Son émetteur est localisé à Mainhausen, près de Francfort-sur-le-Main. Il possède une horloge atomique au césium et donne par conséquent l'heure absolue, avec un écart théorique d'une seconde d'erreur pour un million d'années. Les deux antennes sont soutenues par des câbles horizontaux, eux-mêmes maintenus en hauteur par plusieurs pylônes, à à peu près 200 m de hauteur.

L'information est émise en grandes ondes par un émetteur de 25 kW dont la portée est de 1500 km, et par conséquent beaucoup recevable sur plusieurs pays ouest-européens, dont la France métropolitaine, l'Allemagne ou l'Italie par exemple.

Principe général

La fréquence porteuse est de 77, 5 kHz (3868, 3 mètres). L'unique défaut de cette fréquence est d'être particulièrement sensible aux parasites. Il faut par conséquent vérifier la cohérence des données reçues (d'où l'utilisation de bits de parité). On le remarque surtout sur l'augmentation de la portée à 2000 km[1] la nuit (car il y a nettement moins de parasites la nuit que le jour, et la nuit, l'ionosphère devient réfléchissante pour cette fréquence).

Le protocole permet aussi de contrôler réellement les récepteurs par radio (d'où l'appellation radio-piloté). L'émetteur peut avertir du changement horaire été/hiver ou de l'ajout d'une seconde intercalaire à la fin de l'heure courante pour pallier les irrégularités de rotation de la terre.

Il n'est pas envisageable de faire fonctionner entièrement une horloge avec ce signal radiopiloté, car la réception du signal peut-être interrompue (orage, distance, bâtiments, déplacements, etc). C'est pour cela que les horloges radio-pilotées ont un dispositif classique de régulation (à quartz), et d'une mise à l'heure mais aussi d'une correction éventuelle à l'aide du signal radio.

Le délai de codage de l'heure atomique et de sa transmission radio empêche infailliblement d'atteindre l'heure «atomique» côté récepteur. Par contre, se caler sur le signal reçu sert à très fortement limiter les déviations qu'aurait sur le long terme un système courant, une montre à quartz par exemple. L'erreur totale est par conséquent particulièrement limitée et la précision obtenue excellente.

Chaque utilisateur peut particulièrement simplement connaître l'heure légale et aussi passer automatiquement à l'heure d'été/d'hiver (sous condition de réception du signal bien entendu).

Sa réception est énormément plus aisée et économique que d'utiliser l'heure GPS.

Détails sur le protocole

Carte de réception

Des informations sont transmises sous forme binaire à raison d'un bit à chaque seconde précisément. Les informations sont codées en BCD (décimal codé en binaire), leur décodage apporte au récepteur les autres éléments comme la date et l'heure.

L'impulsion émise au début de chaque seconde dure 100ms pour un'0'logique et 200ms pour un'1', c'est une modulation d'amplitude (abaissement de l'amplitude à 25% du maximum lors des impulsions ; en phase avec la porteuse). Seule la 59e seconde n'est pas modulée et permet d'annoncer le début d'une nouvelle trame (voir ci-dessous). On remarque que c'est la durée de l'impulsion qui transporte l'information, et non l'amplitude (il serait sinon à ces basses fréquences quasi-impossible d'espérer une certaine fiabilité).

La synchronisation des récepteurs se fait sur le premier bit (bit no 0). La naissance de la première modulation marque alors le début d'une nouvelle minute. Les informations transmises pendant une minute correspondent à l'heure qu'il sera au moment du prochain'top départ' ("... au prochain top il sera... ").

Conformément aux textes légaux un émetteur international doit indiquer son identité. L'identifiant "DCF77" a été retenu et est émis en morse trois fois chaque heure (19e, 39e et 59e minutes ; secondes 20 à 32 ; entre deux top ; par abaissement d'amplitude de -25% au rythme de 250 Hz ; sans interrompre le signal normal).

De plus, dans la mesure où il existe une imprécision de quelques millisecondes sur la durée séparant l'émission et la réception, une légère modulation de phase (pseudo-aléatoire) sert à se synchroniser si indispensable avec d'avantage de précision (cela est complètement inutile pour le grand public).

Codage des informations

No du bit Appellation Signification
0 - 14 Réservés. Contient des données (chiffrées) pour le service de prévisions météo Meteotime. [2]
15 R Émetteur de réserve (bit d'appel, permet d'alerter les employés de PTB à Braunschweig, responsables du DCF77)
16 A1 1 = Annonce (pendant 1h) un basculement été/hiver au début de la prochaine heure (chaque pays est libre de changer ou pas ; mais la date est fixée par décret pour toute l'Europe)
17 Z1 Z1 et Z2 indiquent le décalage horaire de l'heure émise comparé au temps UTC.
18 Z2 si Z1Z2 = 01 : UTC+1h = CET = heure d'hiver / si Z1Z2 = 10 : UTC+2h = CEST = heure d'été
19 A2 1 = Annonce (pendant 1h) l'ajout d'une seconde intercalaire à la fin de l'heure (il y aura une 60e impulsion, supplémentaire. Le silence est reporté à la 61e et dernière seconde. Puis, commence l'heure suivante. )
20 S Toujours à 1 : Début de la transmission des informations horaires
21 1 Minute, poids 1
22 2 Minute, poids 2
23 4 Minute, poids 4
24 8 Minute, poids 8
25 10 Minute, poids 10
26 20 Minute, poids 20
27 40 Minute, poids 40
28 P1 Parité des bits de 21 à 27 (ajoute 1 si impaire, 0 si déjà paire)
29 1 Heure, poids 1
30 2 Heure, poids 2
31 4 Heure, poids 4
32 8 Heure, poids 8
33 10 Heure, poids 10
34 20 Heure, poids 20
35 P2 Parité des bits de 29 à 34 (ajoute 1 si impaire, 0 si déjà paire)
36 1 Quantième, poids 1
37 2 Quantième, poids 2
38 4 Quantième, poids 4
39 8 Quantième, poids 8
40 10 Quantième, poids 10
41 20 Quantième, poids 20
42 1 Jour de la semaine, poids 1
43 2 Jour de la semaine, poids 2
44 4 Jour de la semaine, poids 4
45 1 Mois, poids 1
46 2 Mois, poids 2
47 4 Mois, poids 4
48 8 Mois, poids 8
49 10 Mois, poids 10
50 1 Année, poids 1 (note : seuls les deux derniers chiffres de l'année sont transmis de 00 à 99)
51 2 Année, poids 2
52 4 Année, poids 4
53 8 Année, poids 8
54 10 Année, poids 10
55 20 Année, poids 20
56 40 Année, poids 40
57 80 Année, poids 80
58 P3 Bit de parité des bits de 36 à 57 (ajoute 1 si impaire, 0 si déjà paire)

Rappelons que le bit no59 (le 60e) n'est pas modulé en temps normal.

Exemple

pour 22h29 :

La parité est particulièrement utile pour vérifier s'il n'y a pas eu d'erreur au cours de la réception et pour ne pas afficher une valeur incorrecte. Il est aussi recommandé de vérifier le bit 20 à 1 (si la synchro arrive au mauvais lieu).

L'année est envoyée sur deux chiffres, il est par conséquent commode de vérifier que la date ne dépasse pas 99, en cas de problème de réception, il est habituel de se retrouver avec des dates supérieures à 99 (exemple : se retrouver le 45/25/2165 à 45h85, ce qui arrive si l'ensemble des bits reçus sont à 1).

Applications

Un module de réception DCF77 (pour électroniciens)

On retrouve évidemment ce dispositif sur les réveils et montres en tout genre, évitant le réglage de l'heure, et le réglage été/hiver. Les applications peuvent être particulièrement diverses.

Un module de réception du signal DCF77 est de conception assez simple. Les fabricants de composants électroniques proposent des modules intégrés servant à recevoir et de démoduler le signal. Ils sont composés d'une antenne et d'un récepteur ; le signal sort directement sur une des broches et il ne reste plus qu'à le décoder.

Enfin, il existe aussi quelques modules périphériques en kit, à connecter à un ordinateur pour le synchroniser. Néanmoins, s'il est envisageable de se connecter à Internet, on peut s'éviter ce genre de frais via des logiciels de mise à l'heure : voir le protocole NTP.

Voir aussi

Signaux horaires émis dans d'autres pays

Notes

  1. Avec une montre à quartz du commerce, il a été constaté que la portée pouvait atteindre 2300 km à peu près, jusqu'au pied du massif du M'Goun au Maroc
  2. Meteotime. com - Home

Références externes

Des modules de réception se trouvent assez aisément auprès des revendeurs de composants électroniques.

50° 01′ 00″ N 9° 00′ 29″ E / 50.0167, 9.0081

Recherche sur Amazon (livres) :



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La version présentée ici à été extraite depuis cette source le 11/11/2010.
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