Wie man eine MSF-Radio Atomic Clock Receiver Bauen
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Einführung
Atomuhren nutzen eine atomare Resonanzfrequenz Standard-als Zeitmessung Element und sind mit Abstand die am genauesten Chronometer möglich mit den neuesten Strontium basierten Atomuhren Mit einer Genauigkeit von weniger als einer Sekunde in mehreren hundert Millionen Jahren verloren.
Die Uhren halten eine kontinuierliche und stabile Zeitskala als Internationale Atomzeit (TAI). Allerdings, für zivile Zeit, eine andere Zeitskala, Universal Time (UTC), die von TAI abgeleitet wird Koordinierte, aber synchronisiert mit Schaltsekunden in UTC, zu halten, auf die Rotation der Erde basiert.
UTC ist eine globale Zeitskala, die häufig verwendet wird, um die Uhren auf Computer-Netzwerke ermöglicht Maschinen aus der ganzen Welt, um miteinander kommunizieren und führen zeitkritische Anwendungen zu synchronisieren. Leider Atomuhren sind sehr teuer Teile der Ausrüstung und sind in der Regel nur in High-Tech-Laboratorien oder Onboard-Satelliten gefunden werden. Allerdings ausgestrahlt mehreren nationalen Physik-Laboratorien die Zeit von ihren Atomuhren über einen Langwellensender Funkübertragung erzählt. Diese Signale werden häufig aufgegriffen und genutzt von Funkuhren Wand-und Tischuhren und durch NTP Zeit-Server (Network Time Protocol).
Die Übertragungen von den nationalen Normen Agenturen halten eine Genauigkeit von 10-9 Sekunden pro Tag (ca. 1 an 1014). MSF ist das Signal ausgestrahlt von National Physical Laboratory in, Anthorn, Cumbria. Andere Länder verfügen über einen eigenen Signalen wobei die gängigste die DCF77 Übertragung Übertragung aus Mainflingen bei Frankfurt, Deutschland und der USA WWVB Signal ausgestrahlt von Fort Collins, Colorado.
All diese Zeiten Signalen arbeiten in ähnlicher Weise. Zu Beginn einer jeden zweiten der Stärke des Signals wird entweder durch zwischen 6 und 10 dB verringert oder ausgeschaltet für eine bestimmte Zeit, bevor sie wieder hergestellt. Die Zeitdauer, die das Signal reduziert wird verwendet, um einen Strom von binären Zahlen mit Positionierung Marker zeigen. Das genaue Format des Codes variiert zwischen jedem Signal, obwohl sie ähnlich im Format sind.
Dedicated NTP-Servern, die an einen Computer anschließen nutzen können dieses Signal zu Computernetzwerken zu synchronisieren. Diese speziellen Geräte sind ideal für die Aufbewahrung Netzwerken mit genauer Zeit und können in der Regel halten ein Netzwerk mit einer Genauigkeit von wenigen Millisekunden der UTC-Zeit.
Zwar nicht so genau, und ohne viele der Funktionen eines dedizierten Radio verwiesen NTP Zeitserver, ist es jedoch möglich, eine eigene MSF Radio referenziert Atomuhr Receiver für relativ wenig Geld zu bauen.
Voraussetzungen
Eine einfache MSF Empfänger kann gebaut ganz einfach erfordert keine Tests, Ausrichten oder spezielle elektronische Erfahrung werden. Einfache Empfänger-Module können gekauft direkt von Unternehmen wie Galleon oder Einzelhändler wie Maplin werden. Die Vorteile der Verwendung Komplettlösung Module über diskrete Lösungen ist, dass die Module die notwendige Unterstützung Elektronik, tuned Kristallen und sind vormontiert und getestet sind. Bei der Konstruktion eines MSF Atomuhr Receiver gibt es eigentlich nur drei Teilen:
- Empfänger-Modul: Wenn mit einer Ferritantenne kombiniert wirkt das Empfangsmodul als komplette Einheit für den Empfang von Zeitcodesignalen. Mit einer zusätzlichen Ebene Anpassungsschaltung kann das demodulierte Ausgangssignal verwendet werden, um direkt eine Decodierschaltung werden. Die Module können zu jedem verfügbaren Sender durch einfaches Austauschen der Kristalle angepasst werden.
- MSF Antenne: Die MSF-Signal an 60 kHz ausgestrahlt und eine geeignete Ferritantenne vorjustierten und LC tuned am besten ist.
- Microcontroller-Decoder: erforderlich ist, um das Signal in ein Standard-Datenformat zu decodieren.
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EM2S Receiver Module
Das Modul hat eine Low-Power Standby-Modus mit maximal 1'A Stromverbrauch. Im aktiven Modus ist der Stromverbrauch weniger als 1mA, typischerweise 500'A. Der Datenausgang ist intern mit einer aktiven niedrigen Open-Collector-NPN-Transistor verbunden. EM2S Empfängermodul Allgemeine Daten:
- Abmessungen: 25mm x 13mm x 12mm ca.
- Nennbetriebsspannung: + 3V DC 12V DC
- Betriebsspannungsbereich: 2.2V um 15V DC
- Empfohlene Spannungsbereich 3V um 5.25V
- Stromaufnahme bei + 3V, aktiv: 1mA
- Standby: 1mA
- Ausgang: Open Collector NPN-Transistor, aktiv low
- Maximale Stromsenke: 15mA
- Maximale Kollektor-Spannung: + 5.25V
Ferritantenne
Diese vororientierten LC-Schwing Ferritantenne ist speziell für die Verwendung mit der EM2S Empfängermodul ausgelegt. Antenna Allgemeine Daten:
- Abmessungen: 60mm x 13mm oder 100 mm * 13 mm
- Nennbetriebsfrequenz: 60 kHz oder 77.5 KHz je nach Modell
- Resonanzfrequenz: 60 kHz - 300Hz oder 77.5 - 300Hz
- Bandbreite (-3dB): 700Hz Empfindlichkeit: 8-V Ausgangsspannung mit 100'Vm-1 Feldstärke
MCM-RS232 Microcontroller Decoder-Modul
Wenn mit der EM2 Empfängermodul und der Antenne kombiniert wird, liefert dieses Modul Zeitinformation in Standard RS232 Datenformat über eine serielle Schnittstelle. Externe Pufferung in voller RS232 Ebenen ist erforderlich und kann unter Verwendung einer proprietären RS232 Levelshifter IC werden. Der Vorteil des Moduls gegenüber direkten Host Decodierung der Empfängerausgang ist das Vorhandensein von decodierten genaue Zeitinformationen ganze Zeit und ohne Verarbeitungsaufwand. Das Modul verfügt über eine Echtzeituhr, die sich neu kalibriert gegen den Atomic Radio Time Signal, wenn es mit dem Atomic Radio Time Signal synchronisiert.
MCM-RS232 Allgemeine Daten:
- Abmessungen: 22mm x 13mm x 5mm ca.
- Nennbetriebsspannung: + 3V DC
- Betriebsspannungsbereich: + 2.4V DC + 3.6V DC
- Stromaufnahme bei + 3V, aktiv: 1mA - Standby: 50-A
- Eingänge: Zeitcodedaten Eingang (vom EM2S) oder EM6.
- Serielle Daten-Eingang (vom Host-PC über geeignete Pegelwandler)
- Ausgänge: Power Control-Ausgang (für EM2S), Schaltausgang (für externe Zeitsteuerung), über geeignete Schaltung.
- Serielle Daten Ausgang (zum PC über geeignete Pegelwandler Host)
Das Herzstück des Geräts ist die EM2S Empfängermodul und Anpassungsantenne. Diese beiden Galleon Produkte sind so aufeinander abgestimmt, um 60 kHz bis das MSF Signal empfangen. Andere Antennen und Empfänger für die WWVB und DCF-Signale aus, sollte aber zu zweit gehalten werden, da es unwahrscheinlich, dass sie arbeiten, wenn sie gemischt und abgestimmt ist.
Stromversorgung
In dem Einschalten der Schaltung gibt es mehrere Optionen. A 3 Volt DC Stromversorgung kann verwendet werden, um eine konstante Stromversorgung sicher zu stellen oder alternativ eine Batterie / Akku wird genauso gut tun. Diese Option ermöglicht eine stetige Dauerstrom verwendet werden und birgt weniger Arbeit in der Konstruktion des Empfängers. HINWEIS. Die MCM-RS232 MUSS VON 3VOLTS versorgt werden - etwas höher führt zur Zerstörung des
Lärm
Um das Rauschen zu dem Signal an den Empfänger übertragen zu verringern, sollte Entkopplungskondensatoren verwendet werden. Wie jedoch das Rauschen kann abhängig von der Umgebung der Empfänger in verwendet werden und der Abstand von dem Sender nur Versuch und Irrtum die Stärke zu bestimmen. Es ist auch wichtig, um einen nicht leitfähigen Gehäuse verwenden als eindeutig Metallboxen Interferenz oder Blockieren des Signals verursachen kann. Aufgrund der kleinen kompakten Abmessungen der Module durch Galleon versorgt jede kleine Kunststoff-Box genügt. Die Montage der Module können entweder auf einer kleinen Platine durchgeführt werden, oder die Module können verstiftet oder direkt an das Gehäuse geklebt.
Bau
Als Galleons Modulen Chips gewidmet und beinhalten alle notwendige Unterstützung Elektronik, tuned Kristallen und sind eine vormontierte Konstruktion ist es unglaublich einfach zusammen zu stellen eine einfache MSF-Empfänger, vor allem, wenn Sie eine eigene Stromversorgung wie 3v DC verwenden entscheiden. Eine schematische Darstellung des basischen Verkabelung der Module wird im Folgenden enthalten. Beachten Sie die optionale Verwendung einer LED wie in Indikator dafür, dass das Gerät ordnungsgemäß funktioniert.
Wie die schematische zeigt die Module sehr einfach miteinander verdrahtet:
- Die Antenne ist am besten waagerecht, wie es mit der Richtung des MSF-Signal (beim Aufstellen des Gerätes empfiehlt es sich, einen Kompass und Karte verwenden, um die Richtung des Senders in Cumbria suchen) ausgerichtet werden soll gelegt.
- Die Antenne ist mit dem EM2 MSF Modul (LP6, LP5) verbunden ist. Die Stromversorgung verbindet sowohl die EM2 und dem MCM-RS232 Modul (LP4, X1 3VOLTS, LP1, X7 Boden).
- Die EM2 und MCM Module sind über den MSF out (LP3) und PON (LP2) auf der EM2 verbunden, der in MSF (X3) und PON (X6) auf dem MCM-Modul.
- Die MCM - RS232 Verbindung zu einem Computer über eine serielle Schnittstelle und Serial in und out (X2 und X5)
- Notieren Sie den Speicherort von Kondensatoren und Widerständen. Wie zuvor, um die Probleme mit Rauschen zu überwinden erwähnt, können einige Versuch und Irrtum in diesem Bereich erforderlich.
Software
Es gibt mehrere Optionen, wenn es um Software geht, die MSF-Empfänger steuern. Zwar gibt es mehrere Arten von Zeit-Synchronisation-Software zur Verfügung, einschließlich freeware sind, wird Galleon Systems Time Sync-Version 3.2 dringend empfohlen. Time Sync hat eine einfach zu bedienende Oberfläche und kann nicht nur auf einen Funkempfänger, sondern auch GPS und das Internet zu synchronisieren. Time Sync v 3.2 ist auch voll mit einer voll informative Handbuch mit Ratschläge zur Fehlerbehebung und eine selbsterklärende Benutzeroberfläche unterstützt. Es hat auch viele Funktionen nicht zur Verfügung in kleineren shareware Synchronisierung Pakete und wird auf Linux und allen Versionen von Windows ausgeführt werden (zumindest so weit zurück wie NT / 2000). Galleon-Software erkennt automatisch das Gerät und senden Sie das Zeitsignal an den ntpd-Daemon (oder Dienst in Windows), das im Hintergrund ausgeführt wird. Das Programm bestimmt auch die MSF-Signal aus den decodierten Impulse.
Fehlersuche und Genauigkeit
Eine der wichtigsten Ursachen von Problemen mit einem einfachen Funkempfänger wie diesem ist das Rauschen. Selbst wenn das Rauschen geglättet wird filtriert und durch die Verwendung von Kondensatoren dauert es nur eine geringe Menge an Rauschen, insbesondere wenn das Signal in einem niedrigen Zustand, um einen Fehler zu erzeugen. Wenn der Dämon oder Service einen Fehler feststellt und gleichzeitig zu versuchen, um die Zeit zu decodieren es bricht den aktuellen Prozess und versucht es erneut. Um die Störung zu reduzieren ist es wichtig, das Gerät von metallischen Gegenständen, anderen elektrischen Geräten (nicht immer einfach, wenn seine mit einem Computer verbunden) zu halten und weiterhin gehalten. Es ist auch am besten zu halten des Geräts Antenne rechtwinklig so perfekt wie möglich an den Ort des Senders ausgerichtet.
Der größte Faktor bei der Definition Genauigkeit einer Funkuhr ist der Abstand von dem Sender, die weitere Verbreitung, die Verarbeitung von dem Empfänger, und der Latenzzeit des Betriebssystems. Aufgrund all dieser Faktoren zu einer Verzögerung von bis zu 20 Millisekunden erwartet und werden, während dies in Time Sync v 3.2 Genauigkeit kalibriert werden bis zu 20 Millisekunden ist mehr als präzise für die meisten, wenn nicht alle Zeitsynchronisation Bedürfnisse.
Kostenlose Module für Studierende
Als Teil der Galleon Systems laufende Unterstützung für die Bildung freuen wir uns, in der Lage sein, alle Module über absolut kostenlos genannten jedem Studenten, Universität oder Hochschule zu bieten. Jeder Dozent oder Student in den Erwerb diese Module kontaktieren Sie uns bitte interessiert: 0121 608 4433 (UK) oder + 44 (121) 608 4433 (Übersee) und Zitat "EMV-FREE".
