Comment construire un récepteur radio MSF horloge atomique

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Introduction Module

Les horloges atomiques utilisent une norme de fréquence de résonance atomique comme élément de chronométrage et sont de loin les chronomètres les plus précises possibles avec les dernières strontium base horloges atomiques offrant une précision de moins d'une seconde perdue dans plusieurs centaines de millions d'années.

Les horloges de maintenir une échelle de temps continue et stable appelé Temps atomique international (TAI). Cependant, pour l'heure civile, une autre échelle de temps, temps universel coordonné (UTC), qui est dérivé du TAI, mais synchronisés à l'aide des secondes intercalaires à UTC, pour le garder basé sur la rotation de la Terre.

UTC est une échelle de temps global qui est couramment utilisé pour synchroniser les horloges des réseaux informatiques permettant machines du monde entier de communiquer entre eux et de mener des applications sensibles au temps. Malheureusement, les horloges atomiques sont des pièces d'équipement très coûteux et ne sont généralement être trouvés dans les laboratoires de physique de haute technologie ou des satellites à bord. Toutefois, plusieurs organisations nationales des laboratoires de physique diffuser le temps raconté par leurs horloges atomiques via une transmission radio à ondes longues. Ces signaux sont généralement ramassés et utilisés par le mur de radio-commandée et horloges de bureau et de serveurs de temps NTP (Network Time Protocol).

Les transmissions des organismes nationaux de normalisation de maintenir une précision de 10-9 secondes par jour (environ 1 dans le cadre 1014). MSF est le signal diffusé par National Physical Laboratory en, Anthorn, Cumbria. D'autres pays possèdent leurs propres signaux les plus courantes étant la diffusion de transmission DCF77 depuis Mainflingen près de Francfort, en Allemagne et aux Etats-Unis diffusion du signal WWVB de Fort Collins, Colorado.

Tous ces signaux fois travailler d'une manière similaire. Au début de chaque seconde de la puissance du signal est réduite d'entre supporte 6 et 10 dB ou arrêtée pendant un laps de temps avant d'être restauré. La durée pendant laquelle le signal est réduit est utilisé pour indiquer un flux de chiffres binaires avec des repères de positionnement. Le format exact du code varie entre chaque signal même si elles sont de même format.

Dédié serveurs de temps NTP qui se fixent à un ordinateur peut utiliser ce signal pour synchroniser des réseaux informatiques pour. Ces dispositifs dédiés sont idéales pour les réseaux doivent rester le temps de fonctionnement précis et peuvent généralement conserver un réseau avec une précision de quelques millisecondes de l'heure UTC.

Bien que n'étant pas aussi précise, et sans beaucoup de fonctions d'une radio dédiée référencé serveur de temps NTP, il est cependant possible de construire votre propre radio MSF référencé récepteur de l'horloge atomique pour un coût relativement faible.

Exigences

Un simple récepteur MSF ne peut être construite tout simplement ne nécessitant pas d'essai, d'alignement ou une expérience spécifique électronique. Modules récepteurs simples peuvent être achetés directement auprès de sociétés telles que Galleon ou des détaillants comme Maplin. Les avantages de l'utilisation des modules de solutions complètes par rapport aux solutions discrètes est que les modules comprennent l'électronique de soutien nécessaires, cristaux accordés et sont pré-assemblés et testés. En construisant un récepteur MSF horloge atomique il ya vraiment seulement trois parties:

  1. Un module de réception: Lorsqu'il est combiné avec une antenne en ferrite, le module récepteur agit comme une unité complète pour la réception de signaux de code temporel. Avec un circuit d'adaptation de niveau supplémentaire, le signal de sortie démodulé peut être utilisé pour commander directement un circuit de décodage. Les modules peuvent être adaptés à n'importe quel émetteur disponible en remplaçant simplement les cristaux.
  2. MSF antenne: Le signal MSF est diffusé à 60 kHz et une antenne appropriée ferrite pré-alignés et LC accordé est meilleur.
  3. Décodeur microcontrôleur: requis pour décoder le signal en un format de données standard.

Tout professeur ou étudiant intéressé par l'acquisition de ce matériel s'il vous plaît contactez-nous au: 0121 608 4433 (Royaume-Uni) ou + 44 (121) 608 4433 (outre-mer) et Citation «EMC-FREE". Ou par courriel: enquiries@galleonmail.com

Em2s module récepteur

Module récepteur EM2S

Le module dispose d'un mode veille à faible puissance avec une consommation de courant de 1'A maximum. En mode actif, la consommation de courant est inférieure à 1mA, typiquement 500'A. La sortie de données est reliée de manière interne avec un faible collecteur ouvert actif de transistor NPN. EM2S module récepteur Spécifications générales:

  • Dimensions: 25mm x 13mm x 12mm environ
  • Tension nominale de fonctionnement: + 3V DC à DC 12V
  • Plage de tension: 2.2V à 15V DC
  • Recommandé 3V plage de tension d'5.25V
  • Consommation de courant à + 3V, actif: 1mA
  • Autonomie en veille: 1mA
  • Sortie: collecteur ouvert transistor NPN, peu actif
  • Intensité maximale absorbée: 15mA
  • Tension maximale du capteur: + 5.25V

Ferrite Antenna

Cette antenne de ferrite LC accordé pré-alignés est spécifiquement conçu pour être utilisé avec le module récepteur EM2S. Antenne Spécifications générales:

  • Dimensions: x 60mm 13mm ou 100 mm * mm 13
  • Fréquence de fonctionnement nominale: 60 kHz ou KHz 77.5 selon le modèle
  • Fréquence de résonance: 60 kHz - 300Hz ou 77.5 - 300Hz
  • Bande passante (-3dB): Sensibilité 700Hz: tension de sortie 8-V avec l'intensité du champ 100'Vm-1
RS232 module décodeur

MCM-RS232 Module Microcontrôleur décodeur

Lorsqu'il est combiné avec le module récepteur et l'antenne EM2, ce module fournit des informations en temps dans les données RS232 format standard via une interface série. Tampon externe à part entière niveaux RS232 est nécessaire et peut être obtenu en utilisant une propriété de décalage de niveau RS232 IC. L'avantage du module par rapport à l'hôte directement le décodage de la sortie du récepteur est la présence de données de temps exactes décodé tout le temps et aucune surcharge. Le module comporte également une horloge temps réel qui se recalibre contre le signal horaire radiodiffusé atomique quand il se synchronise avec le signal horaire atomique radio.

MCM-RS232 Caractéristiques générales:

  • Dimensions: 22mm x 13mm x 5mm environ
  • Tension nominale de fonctionnement: + 3V DC
  • Plage de tension: + 2.4V DC + DC 3.6V
  • Consommation de courant à + 3V, actif: 1mA - Autonomie en veille: 50-A
  • Entrées: Le code temporel des données d'entrée (à partir de EM2S), ou EM6.
  • Entrée de données série (à partir du PC hôte via convertisseur de niveau approprié)
  • Sorties: sortie de commande d'alimentation (pour EM2S), la sortie de commutation (pour le contrôle de temps externe), en passant par un circuit approprié.
  • Sortie de données série (au PC hôte via un convertisseur de niveau approprié)

Le cœur du dispositif est le module récepteur EM2S et adaptation d'antenne. Ces deux produits Galleon sont conçus pour fonctionner ensemble à 60 kHz pour recevoir le signal MSF. D'autres antennes et récepteurs sont faites pour les signaux WWVB et DCF, mais devrait être hébergés par deux car il est peu probable qu'ils fonctionnent que s'ils sont mélangés et combinés.

Source de courant

En alimentant le circuit il ya plusieurs options. Un 3 volts CC peut être utilisée pour fournir une alimentation électrique constante ou encore une batterie / pile fera tout aussi bien. Cette option permet à un courant constant continue à être utilisé et implique moins de travail dans la construction du récepteur. NOTE. LE MCM-RS232 doit être alimenté par 3VOLTS - PLUS RIEN le détruira

Bruit

Pour réduire le bruit au signal d'être transféré vers le récepteur, des condensateurs de découplage doit être utilisé. Toutefois, comme le bruit peut être dépendante de l'environnement du récepteur est utilisé dans la distance et de l'émetteur d'essai et d'erreur ne va déterminer la résistance. Il est également important d'utiliser un boîtier non conducteur comme évidemment boîtes métalliques peuvent provoquer des interférences ou de blocage du signal. En raison de la petite taille compacte des modules fournis par Galleon une petite boîte en plastique suffiront. Le montage des modules peut se faire soit sur un petit circuit imprimé ou les modules peuvent être épinglés ou collés directement sur le boîtier.

Construction

Comme les modules sont dédiés Galions puces et comprennent tous les appareils électroniques de soutien nécessaires, les cristaux sont accordés et une construction pré-assemblé, il est très facile de mettre sur pied un simple récepteur MSF, surtout si vous choisissez d'utiliser une alimentation dédiée, comme un CC 3v. Un schéma du câblage de base des modules est inclus ci-dessous. Notez l'utilisation facultative d'un LED comme indicateur que le périphérique fonctionne normalement.

Décodeur RS232

Comme le montre schématiquement les modules sont câblés ensemble très simplement:

  • L'antenne est mieux placées horizontalement comme il doit être aligné avec la direction du signal MSF (lorsque l'implantation du dispositif, il est recommandé d'utiliser une boussole et une carte pour localiser la direction de l'émetteur en Cumbria).
  • L'antenne est connectée au module de EM2 MSF (LP6, LP5). L'alimentation se connecte à la fois le EM2 et le module MCM-RS232 (LP4, 1VOLTS X3, LP1, terrain X7).
  • La EM2 et modules sont reliés par MCM sur le MSF (LP3) et PON (LP2) sur la EM2, à l'MSF dans (X3) et PON (X6) sur le module MCM.
  • Le MCM - RS232 se connecte à un ordinateur via une interface série et le numéro de série et arrière (X2 et X5)
  • Notez l'emplacement des condensateurs et des résistances. Comme mentionné plus haut pour surmonter les problèmes liés au bruit, quelques essais et erreurs peuvent être nécessaires dans ce domaine.

Logiciel

Il ya plusieurs options quand il s'agit de logiciels pour commander le récepteur MSF. Bien qu'il existe plusieurs types de logiciels de synchronisation disponibles, y compris freeware, Galleon Systems Time Sync Version 3.2 est fortement recommandé. Time Sync a une interface facile à utiliser et peut se synchroniser avec non seulement un récepteur radio, mais aussi GPS et Internet. Time Sync v 3.2 est également entièrement pris en charge avec un manuel complet d'information contenant des conseils de dépannage et une interface explicite. Il a également de nombreuses fonctions non disponibles dans des emballages plus petits de synchronisation shareware et fonctionne sur Linux et toutes les versions de Windows (au moins aussi loin que NT / 2000). Logiciel Galleon va détecter automatiquement le périphérique et d'envoyer le signal de temps au démon ntpd (ou d'un service dans Windows) qui se déroulera dans le fond. Le programme permettra également de déterminer le signal MSF à partir des impulsions décodées.

Dépannage et précision

L'une des principales causes des problèmes avec un récepteur radio simple tel que celui-ci est le bruit. Même si le bruit est filtré et lissé par l'utilisation de condensateurs il suffit d'une petite quantité de bruit, en particulier lorsque le signal est à l'état bas, pour générer une erreur. Si le démon ou le service détecte une erreur en essayant de décoder le signal de temps il interrompt le processus actuel et essaie à nouveau. Afin de réduire les interférences, il est important de garder l'appareil éloigné des objets métalliques, autres appareils électriques (pas toujours facile lorsque sa connexion à un ordinateur) et est maintenu immobile. Il est également préférable de garder antenne de l'appareil aligné à angle droit aussi parfaitement que possible à l'emplacement de l'émetteur.

Le plus grand facteur dans la définition de la précision d'une horloge radio est la distance de l'émetteur, de sa propagation, le traitement du récepteur, et la latence du système d'exploitation. En raison de tous ces facteurs un délai maximal de millisecondes 20 peut être prévu et tout ce qui peut être calibré par Time Sync v précision 3.2 jusqu'à millisecondes 20 est plus que précis pour la plupart sinon la totalité des besoins de synchronisation horaire.

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