Raspberry Pi als Funkuhr und NTP-Stratum-1-Zeitserver

NTP-Daemon konfigurieren

Die Konfiguration des NTP-Daemons finden Sie in der Datei /etc/ntp.conf (Listing 5). Die server-Anweisungen konfigurieren jene NTP-Server, über die der NTP-Daemon als Client die Zeitinformation bezieht und mit denen er die lokale Systemzeit synchronisiert.

Im Fall eines lokalen Zeitnormals behält man die IP-Adressnotation für NTP-Server bei und teilt der lokalen Quelle die Adresse 127.127.t.x zu. Dabei steht t für den Treiber-Typ und x für die laufende Nummer der Gerätedatei.

Im Fall der verwendeten DCF77-Empfänger wählen Sie den Typ 8 ("Generic Reference Driver") für den Betrieb an einer seriellen Schnittstelle. Des Weiteren weist mode 5 den Treiber an, die Datenpakete sowie die Phasenlage der Rahmenstarts direkt aus den Flankenpositionen des Datenstroms zu dekodieren.

In der Drift-Datei /var/lib/ntp/ntp.drift legt der Daemon die errechnete und über längere Zeit gemittelte Drift zwischen der Systemzeit und der DCF77-Zeit ab. Dabei handelt es sich letztlich um die Abweichung des 19,2-MHz-Quarzoszillators auf der Rückseite des RasPi-Boards von der Nominal-Frequenz in ppm (part-per-million).

Dieser Frequenzversatz setzt sich zusammen aus einer quasi-statischen, im Wesentlichen beim Schneiden des Quarzkristalls festgelegten und nur einer gewissen Alterung unterworfenen Komponente sowie einem temperaturabhängigen und damit dynamischen Anteil von 10 bis 20 ppm über den Betriebstemperaturbereich. Aufgrund dieser Variation wird diese Drift permanent in der PLL nachjustiert und periodisch im Drift-File aktualisiert.

Die auf die Angabe der Drift-Datei folgenden Angaben beziehen sich darauf, wo der Daemon welche Statistikdaten anlegt. Diese lassen sich zur späteren Überwachung und gegebenenfalls Justierung verwenden.

Die abschließenden restrict-Anweisungen regeln den Zugriff auf den NTP-Server. Hier ist es sinnvoll, allen Benutzern im Netz die Zeitinformation anzubieten, aber nur lokalen eine Einflussnahme auf den Zeitserver zuzulassen.

Listing 5

server 127.127.8.0 mode 5 prefer
#fudge 127.127.8.0 time1 <statischer Zeitverzug>
#server <NTP-Server> noselect
logconfig =all
driftfile /var/lib/ntp/ntp.drift
statsdir /var/log/ntpstats/
statistics loopstats peerstats clockstats
filegen loopstats file loopstats type day enable
filegen peerstats file peerstats type day enable
filegen clockstats file clockstats type day enable
restrict -4 default kod notrap nomodify nopeer noquery
restrict 127.0.0.1

Schaltungen

In Abbildung 3 sehen Sie die Schaltpläne für die DCF77-Module von Conrad und Pollin. Für andere Module gilt es, diesbezüglich deren Datenblatt zu Rat zu ziehen (siehe auch Kasten "Warnung").

Abbildung 3: Schaltungen für Conrad-Modul (links) und Pollin-Modul (rechts)

Die Antenne des Empfängermoduls positionieren Sie optimal, indem Sie den Ferrit-Stab waagerecht und quer zur Empfänger-Senderort-Achse ausrichten. Leistungsstarke Störer im oberen zweistelligen kHz-Bereich, wie etwa Schaltnetzteile, können den Empfang nachhaltig stören oder sogar ganz verhindern. Zwar ist mit dem CMOS-Eingang RXD keine große Last zu schalten, eine längere Leitung zwischen Empfängermodul und RasPi erfordert dennoch eine entsprechende Treiberstärke.

Beim Conrad-Modul handelt es sich bei DCF- um einen Open-Collector-Ausgang, dessen Laststrom Sie laut Datenblatt auf 1 mA begrenzen müssen. Das erfordert einen Pull-Up-Widerstand von mindestens 3 kOhm, wegen der geforderten Treiberstärke sollte er jedoch nicht 10 kOhm übersteigen.

Beim Pollin-Modul müssen Sie das Signal noch invertieren, etwa durch den CMOS-Inverter 74HC04, der auch gleich als Leitungstreiber dient. Der Power-On-Eingang (PON) würde es erlauben, das Modul über einen GPIO-Pin zu aktivieren – hier ist es auf Always-On konfiguriert.

Warnung

Vorsicht: Alle RasPi-I/O-Pins gehören zum 3,3-V-Signalpegeltyp und sind nicht kompatibel mit 5 V! Daher betreiben Sie sinnvollerweise das Empfängermodul bei 3,3 V Betriebsspannung. Prüfen Sie unbedingt dessen Kompatibilität im entsprechenden Datenblatt.

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