Tout le monde connait les réveils ou horloges radio-pilotés ! Ce sont des appareils modernes, à affichage LCD, sur piles, qui se mettent tous seuls à l'heure, à condition que la réception radio soit de bonne qualité, bien sûr.
L'idée de départ, c'est non pas d'utiliser un récepteur tout fait comme celui-ci :


ce serait tricher ! Non; l'idée est d'utiliser un récepteur radio à lampes, et j'ai choisi un châssis de Philips 830A :


Comment adapter ce châssis radio à la fonction envisagée ?
Comme la gamme GO ne descend pas en dessous de 150kHz et que l'émission désirée est à 77,5kHz, et comme je n'ai pas envie de charcuter le châssis, je dois faire un convertisseur de fréquence.
Ensuite, il va falloir faire une interface qui va utiliser le signal BF détecté (présent sur la prise PU) afin d'en extraire la trame émise. A partir de cette trame, un microcontrôleur va se charger de gérer l'affichage de l'heure sur des Nixies.

Comme on le voit, rien de bien complexe, le côté intéressant étant le mélange des genres :
- tubes anciens
- nixies
- microcontrôleur

Tout d'abord, quelques informations concernant l'émetteur allemand "DCF77" qui envoie dans l'éther une onde modulée en amplitude, qui contient comme information des bursts correspondants à une trame de bits qui contient tout (ou presque) : heures, minutes, secondes, jours, mois, années, changement été/hiver !

La trame DCF77



La couverture de l'émetteur

Les bits sont codés en durée :
- un "0" dure 100ms
- un "1" dure 200ms
La synchro trame arrive toutes les minutes, et on la détecte par l'absence de burst à la seconde 59 (la première étant la seconde 00). En fonction de la qualité de la réception, on risque de perdre des bursts, on d'avoir des mauvaises durées, inversant alors les bits. Pour cela, des bits de parité sont envoyés, mais on n'est pas obligé d'en tenir compte, car lorsque la qualité est mauvaise, on "perd" des bits, alors il suffit de les compter pour lever le doute.
Bref, passons à la construction de l'engin ...

Tout d'abord le convertisseur 77,5kHz --> 172,5 kHz. Voici son schéma :

Préampli HF

Une lampe pentode procure un gain important. Notez que le chauffage est en 4V, afin d'utiliser le circuit du châssis radio. La réception se fait sur une spire S1 de 35 cm de diamètre environ. Elle est adaptée par le transfo S2/S3 dont le secondaire est accordé sur 77,5kHz. Ce transfo ainsi que toutes les bobines du convertisseur est fait sur pot ferrite RM8 avec noyau réglable.
La charge d'anode de la lampe est un bouchon accordé lui aussi à 77,5 kHz. Au niveau de C5, on a donc le signal reçu bien amplifié et filtré. Signal qu'on envoie à l'étage mélangeur :

Mélangeur

La lampe est une octode qui oscille à 250kHz entre ses 2 premières grilles. Le signal reçu est appliqué sur sa grille 4, les grilles 3 et 5 étant les écrans. On a 2 signaux de battements sur l'anode : un à 250+77,5 = 322,5 kHz et un second à 250-77,5 = 172,5kHz qui est celui qu'on conserve. On le filtre donc grâce au bouchon S7/C10 accordé sur cette fréquence.
Cette fréquence se situe juste entre France Inter et Europe 1. Il suffira donc de régler le châssis radio entre ces 2 radios pour capter DCF77 transposé !

L'alim de ce convertisseur, pour simplifier les choses est prélevée sur le châssis radio. Le 4V de chauffage d'abord, mais aussi le +HT. Il suffit d'ajouter sur le châssis une prise à 4 points :

Alimentation

Le signal transposé est simplement injecté dans la prise d'antenne du châssis.

Voici quelques photos de la réalisation du convertisseur :


Châssis avec les supports transcontinentaux des 2 lampes





Détails des bobinages des pots ferrite utilisés




Prises bananes qui recevront la spire antenne



Transfo S2/S3 d'adaptation de la spire





Il faut bien blinder les connexions de grille des lampes !





Vérification du fonctionnement du préamp HF




Vérification du fonctionnement de l'OL



L'octode





Le convertisseur terminé



La prise d'alim sur le châssis




Les branchements du convertisseur sur le châssis

Passons maintenant à la carte d'interface. Voici le schéma du filtrage :

Le décodeur

La masse est prise sur une douille de la prise HP, le signal détecté sur la prise PU. Ce signal est filtré par R20/C20 et R21/C21. Puis il est amplifié par T1. Le signal BR est donc de polarité inversée (voir chronogramme). Le microcontrôleur n'a donc qu'à mesurer la durée des états "0" reçus ... enfin entre autres !
Deux LED, de couleur différente, indique la réception d'un "0" (rouge) ou d'un "1" (verte).

L'affichage

Quatre Nixies permettent d'afficher les heures et les minutes. Ils sont séparés par 2 néons qui clignotent au rythme de la seconde. Celui du bas clignote constamment, mais celui du haut ne clignote que si la trame a été reçue. On a donc par ce néon, une indication de la qualité de réception.
La LED jaune s'allume lorsque l'absence de la seconde 59 est détectée. Ce qui permet aussi de savoir si la réception est bonne. Enfin, les Nixies sont commandés en "dur", donc pas multiplexés. Pour cela, vu le peu de pattes du PIC, la liaison est série (D et H) et on a 4 registres à décalage, formant conversion série/parallèle 32 bits. Seuls 30 bits sont utiles.

Voici quelques photos :

La carte PIC (sans la LED jaune)



Réception d'un "0" : durée = 100 ms



Réception d'un "1" : durée = 200 ms

Afin de bien discriminer ces 2 durées, le logiciel fait un test de durée, il faut donc régler le seuil, en injectant un signal rectangulaire de durée variable à l'état bas (à l'aide d'un générateur BF à rapport cyclique variable) :


Simulation d'un "0" : durée = 141 ms, la LED rouge s'allume !




Simulation d'un "1" : durée = 167 ms, la LED verte s'allume !



La LED jaune de présence synchro (absence 59° seconde détectée)






Les Nixies et les registres sont montés sur un module



Au démarrage, tant qu'on n'a pas reçu de bonne trame, la pendule part de 0:00 et fonctionne en libre



Dès la première bonne trame, la pendule se met à l'heure !

J'ai installé tout ça dans un boitier de vieille alim de PC.


Une cornière est rivetée pour maintenir le module affichage




Les cartes sont muniés de borniers à visser, ce qui facilite le câblage !




La carte PIC est fixée au fond du boitier; un bout de mousse l'isole




Essais d'allumage. Il suffira d'un plastique rouge pour améliorer le contraste ..

J'ai fait une alimentation dédiée pour cette partie. En effet, même si j'aurais pu utiliser le +HT du châssis pour les Nixies, il me faut du 5V pour les circuits logiques. Or, je n'ai pas cette tension sur le châssis (et le 4V de chauffage est à prise milieu à la masse, je n'aurais donc pas pu obtenir 5V redressés). Donc autant générer le +200V des Nixies avec une alim dédiée !
Voici son schéma :


Rien de bien compliqué : un transfo fournit du 2x250V (c'est plus qu'il n'en faut !) et du 7V. Les tensions obtenues, +220V et +5V en charge sont ok.
Voici les photos du boitier :


La carte alim et le transfo



Vue d'ensemble du boitier



Avec un rhodoïd rouge



un simple carton collé obture le trou du ventilo



Ce boitier comporte des aérations, mais aussi un inter M/A, ce qui n'est pas plus mal !



Le châssis 830A transformé en pendule !!!




Les branchements du décodeur-afficheur

Pour finir, voici la doc en PDF :
Le convertisseur HF
Le décodeur-afficheur
L'alimentation du décodeur-afficheur
L'ordinogramme du décodeur de trame

Cette pendule est constituée d'un ruban sans fin sur lequel les heures sont inscrites.
Une fenêtre permet de ne faire voir que l'heure actuelle. Les heures successives sont donc inscrites, dans l'ordre, de 5 minutes en 5 minutes.
Deux graduations latérales de minute en minute permettent de connaitre l'heure exacte.
Pour limiter la longueur du ruban, donc la hauteur totale de la pendule, le cycle est de 12 heures.

Voici des photos de détail de la construction :


Le mécanisme est constitué d'un tambour à picots entrainé par un moteur pas à pas, tambour qui entraine le ruban



La face avant de la pendule : la fenêtre de lecture et les 2 boutons de mise à l'heure




Vue de dessous : la carte PIC et les transistors de puissance de commande du moteur



La plaque arrière avec les 2 crochets de suspension et les tampons de feutre de positionnement vertical



Le ruban en papier. Il y a ... 288 perforations



Le poids qui permet de bien tendre le ruban



La pendule en fonctionnement



La pendule accrochée au mur (hauteur totale = 1,40 m)

Maintenant, quelques données techniques :
Le moteur pas à pas comporte 200 pas par tour (1,8°/pas). C'est un modèle unipolaire de tension nominale 4V (1,1A)


Le tambour comporte 2 fois 6 picots et représente 30 minutes.
Cela veut dire que le moteur avance d'un pas toutes les 9 secondes
Le tambour et le moteur sont accouplés par un flector :


Les boutons de mise à l'heure permettent d'avancer ou de reculer l'heure :


Lors de l'appui sur un bouton, le moteur tourne à vitesse lente (1,5 minute par seconde) pendant 2,5 secondes, puis à vitesse rapide (12 minutes par seconde)
L'alimentation de cette pendule nécessite une source de tension de 5V/2,5A (maximum), car on commande 2 bobines du moteur en même temps.

voici le schéma électronique de la carte de commande du moteur:



Le PIC est un 12F509 à 6 E/S, ce qui est juste suffisant pour cette appli (4 sorties, 2 entrées). Son oscillateur interne manque un peu de précision, ce qui veut dire que cette pendule devra sûrement être remise à l'heure assez souvent ...
Impossible de synchroniser le PIC avec le secteur comme avec d'autres pendules : il faudrait une 7° broche d'E/S !
A noter que les MosFET utilisés sont des 2SK703, transistors japonais directement compatibles TTL : commande directe par une sortie de porte logique ou d'un microcontrôleur que j'avais récupérés dans une imprimante.
Le moteur est commandé toutes les 9 secondes, pendant 1/2 seconde. Le reste du temps, il reste dans sa position et n'est pas alimenté. Ceci est possible car grâce au poids, les deux brins du ruban sont bien tendus et le poids est réparti également sur les 2. Le moteur n'a donc que très peu de couple à avoir, y compris à l'arrêt. Un peu comme un ascenseur, donc.
Les résistances de tirage des bp ne sont pas nécessaires : on peut utiliser celles qui sont intégrés au PIC
A noter toutefois la présence de la diode et du condo de réserve qui isolent l'alim du PIC lors des appels de courant du moteur : c'est nécessaire pour éviter de faire des reset intempestifs du PIC !