Die Zeit vom Himmel

Jeder Satellit im GPS-System trägt eine Atomuhr. Ein Raspberry Pi mit Antenne hört ihnen zu und wird damit zur genauesten Uhr im Haus: einem Stratum-1-Zeitserver. Alle Geräte im Netz holen sich die Zeit von ihm.

Geräte synchronisiert (letzte Stunde)–– intern · – extern

Satelliten–

Abweichung–

Stratum–

Versuchsaufbau

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Satelliten. GPS, Galileo, GLONASS und BeiDou funken ununterbrochen ihre Uhrzeit, gemessen von Atomuhren an Bord.
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Antenne und Empfänger. Ein u-blox NEO-M9N empfängt alle vier Systeme gleichzeitig und liefert zusätzlich einen Sekundenimpuls (PPS): ein elektrisches Signal, exakt am Beginn jeder Sekunde.
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Der Pi. gpsd liest die Zeit, der Sekundenimpuls kommt direkt über einen GPIO-Pin. chrony verbindet beides: die Uhrzeit aus den Daten, die Genauigkeit aus dem Impuls.
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Das Netz. Jedes Gerät im Haus fragt per NTP: „Wie spät ist es?“ Die Antwort stimmt auf Millionstelsekunden.

Beweisfotos

Zum Nachbauen (DIY)

Kein Bausatz, aber alles einzeln zu kaufen. Für die Uhr selbst:

Raspberry Pi 4, hier mit PoE-HAT, also Strom übers Netzwerkkabel
GPS-Empfänger SparkFun NEO-M9N (GPS-15712), wegen des Sekundenimpulses (PPS)
aktive GPS-Antenne mit SMA-Stecker, dazu SMA-Kabel und Adapter auf U.FL
Software: gpsd und chrony

Für die Antennenheizung, falls es bei Ihnen auch friert:

Polyimid-Heizmatte 12 V / 25 W und ein 12-V-Netzteil
Temperaturfühler NTC 10 kΩ (B3950) mit Edelstahlsonde
Analog-Digital-Wandler ADS1115, denn der Pi hat keinen Analogeingang
Relaismodul 5 V, active low: Es ist aus, bevor überhaupt Software läuft

Winterbetrieb

Die Antenne braucht freie Sicht zum Himmel. Genau deshalb kühlt sie in klaren Nächten aus und bekommt Reif. Vereist sie, ist der Empfang weg, und die Uhren im Haus hängen wieder am Internet statt an der Atomuhr im All.

Darum liegt unter der Antennenplatte eine 12-V-Heizmatte, darüber ein Temperaturfühler. Der Pi schaltet bei 2 °C ein und bei 6 °C wieder aus. Nicht zum Warmhalten, nur gegen Eis.

Der größte Teil der Software kümmert sich übrigens darum, die Heizung abzuschalten: wenn der Fühler Unsinn meldet, wenn es zu heiß wird, wenn Strom fließt, obwohl die Matte aus sein sollte. 25 Watt unter einer Isolierung, direkt neben einer Antenne aus Kunststoff, da ist Vorsicht die halbe Schaltung.

Warum?

Weil es geht. Und weil im Homelab viel davon abhängt: Zertifikate, Logins mit Passkeys, Logdateien, Backups. Wenn zwei Rechner sich über die Uhrzeit uneinig sind, gibt es seltsame Fehler. Mit einer eigenen Stratum-1-Quelle sind sie sich nie uneinig.

Testergebnis

Bestanden. Die Testperson (ein Raspberry Pi 4) zeigte keine Anzeichen von Zeitverschiebung.

Statusseite des Zeitservers