Strona używa cookies (ciasteczek). Dowiedz się więcej o celu ich używania i zmianach ustawień. Korzystając ze strony wyrażasz zgodę na używanie cookies, zgodnie z aktualnymi ustawieniami przeglądarki.    X

Czas na Fali (radiowej)

Do dzisiejszego wpisu podchodziłem wiele razy, z braku czasu co rusz odkładałem go na później. Przepychałem do coraz to głębszych podfolderów, których nazwy pokroju prawie_gotowe_do_publikacji nie oddawały rzeczywistych postępów nad wpisem. Gdy już ostatecznie zabrałem się za dokończenie tekstu, to okazało się, że na dysku mam już dwie różne wersje tekstu. Oczywiście wyciągnąłem z tego kilka wniosków i od teraz zamierzam tworzyć wpisy na blogu według starych zasad szkoły arabskiej, czyli wszystko za jednym zamachem;) A co ważniejsze, w końcu trzeba się zabrać za porządkowanie danych na dysku. Wiosenne porządki odłożę na później, najwyższy czas przejść do konkretów.

A dzisiaj właśnie będzie o czasie, w którym notabene jest coś fascynującego i tajemniczego. Przecież godziny, minuty, to tylko wymysły ludzi na potrzeby cywilizacji. Czym jest czas i czy naprawdę istnieje? Tego niestety nie wiem, to co jest (raczej) pewne to to, że czas jest pochodną związków pomiędzy zdarzeniami we wszechświecie. I to właśnie dzięki odstępom pomiędzy zdarzeniami możemy z mniejszą bądź większą dokładnością mierzyć czas.

Najdokładniejszymi zegarami są zegary atomowe, obecnie margines ich błędu wynosi jedną sekundę na 138 milionów lat. W tym miejscu warto odnotować, że pierwszy zegar atomowy, który został zbudowany w 1949 roku, był mniej dokładny, niż dzisiejsze zegarki kwarcowe.
Na co dzień nie potrzebujemy aż takiej dokładności, a zbudowanie zegara atomowego w domowych warunkach raczej nie jest możliwe. I tu właśnie z pomocą przychodzi wzorzec czasu nadawany drogą radiową, dzięki któremu zbudujemy namiastkę zegara atomowego za mniej, niż równowartość butelki dobrego piwa!

DCF 77- czyli atomowe radyjko

Z niemieckiej miejscowości Mainflngen, w paśmie fal ultradługich na częstotliwości 77,5 KhZ nadawany jest wzorzec czasu. Moc głównego nadajnika, która wynosi 50 kW, w zupełności wystarcza, aby sygnał rozciągał się w promieniu do 2500 km. Aby zapobiec ewentualnym awariom, antenę główną wspierają dwie anteny rezerwowe. Cały system składa się z trzech anten, dwóch atomowych zegarów cezowych wspieranych przez jeden zegar rubidowy. Musimy pogodzić się z tym, że ten cezowy zegar atomowy może pochwalić się "tylko" dokładnością 1 sekundy na 1 milion lat pracy.
Sygnał zawierający kompletną informację o aktualnej dacie i czasie nadawany jest drogą radiową, więc aby odebrać sygnał w pierwszej kolejności, musimy zaopatrzyć się w odbiornik radiowy zestrojony na częstotliwości 77,5 KHz. A dopiero później zajmiemy się dekodowaniem otrzymywanego sygnału o zawrotnej prędkości 59 bitów na minutę.

Jeżeli chodzi o odbiornik to możemy kupić gotowy moduł atomowego radyjka, za ok 60 zł. Albo wykorzystując dosłownie kilka elementów elektronicznych zlutować własny odbiornik.
Dla ambitnych- elementy potrzebne do zbudowania odbiornika:

  • pręt ferrytowy (fi ~7mm, długość ok 55mm)
  • drut emaliowany o średnicy ok 0.12 mm
  • wyspecjalizowany Układ U4221B
  • rezonator kwarcowy 77.5 kHz
Pierwszym i najtrudniejszym etapem jest przygotowanie anteny. Na ferrytowy pręt należy nawinąć 2x40 zwojów z papierową przekładką pomiędzy warstwami. Zamiennie można nawinąć 90 zwoi z drutu 0.10 mm. A najlepszym rozwiązaniem jest wykorzystanie anteny ze starego odbiornika AM
Nie licząc anteny, cały układ liczy dosłownie 4 elementy.
Najdroższym elementem jest układ U4221B, za który należy zapłacić ok 9 zł. Kwarc 77.5 kHz to wydatek rzędu 1-2 zł, pozostałe elementy to dosłownie groszowa sprawa.

Z uwagi na to, że U4221B jest w wersji SMD, z montażem muszę się chwilowo wstrzymać, czekam na płytki drukowane, a że mam otrzymać je za darmo, więc nie ponaglam tej sprawy:)

Pierwszy kontakt z zegarami DCF77 miałem w nieistniejącej już firmie NordElektronik w okolicach 1999, w tamtych czasach samonastawiający się zegar mógł robić wrażenie, dzisiaj już nie bardzo.

Od strony elektronicznej, jest to po prostu zwykły odbiornik radiowy ustawiony na konkretną częstotliwość. Jeżeli podłączylibyśmy głośnik do tego odbiornika, to usłyszelibyśmy coś, co przypominałoby kod morsa. A skoro tak, to trzeba określić, czym będzie zero logiczne, a czym będzie jedynka logiczna. I co najważniejsze, jak otrzymane informacje przekształcić i zaprezentować na urządzeniu końcowym.

Dekodowanie sygnału DCF77

Transmisja poszczególnych bitów trwa dokładnie jedną sekundę. Zero logiczne jest impulsem o czasie trwania 0,1s, natomiast jedynka logiczna jest impulsem o czasie trwania 0,2s.
Aby zapobiec przekłamaniom i błędom w transmisji do zakodowanego sygnału zostały dodane trzy bity parzystości (28,35,58), które mają za zadanie wyłapanie nieprawidłowości w odbieranym sygnale. Jeżeli wszystko działa prawidłowo, otrzymamy 58 bitów informacji, które rozkodujemy wykorzystując poniższe dane:
Dekodowanie rozpoczynamy od bitu 0, który łatwo wychwycić dzięki bitowi synchronizującemu 59. Jest to jedyny bit, w którym nie jest nadawany impuls.
Transmisja części danych odbywa się w kodzie BCD. Polega on na zakodowaniu liczb dziesiętnych na system dwójkowy, przy wykorzystaniu czterech bitów. Bity zapisywane są od najmniej znaczącego do najbardziej znaczącego bitu. Dla przykładu weźmy godzinę 11:00 (bity 29-34). Według rozpiski powyżej najpierw podajemy jednostki godziny (bity 29-32)- 000,a następnie dziesiątki godzin 0010.
Kolejny w kolejności bit oznacza parzystość tej ramki. Gdy wartość tego bitu wynosi 0, oznacza to, że liczba jedynek w ramce jest parzysta, wartość 1, gdy jest nieparzysta.

Obecnie dekodowanie sygnału DCF77 można traktować jedynie jako ciekawostkę. Istnieje wiele tańszych i prostszych do zastosowania rozwiązań, chociażby opisany ostatnio na łamach bloga zegar RTC za 2$. Nawet zastosowanie odbiornika GPS jako wzorca czasu wydaje się rozsądniejsze, niż budowanie odbiornika radiowego DCF77. Tym bardziej, że jest on bardzo wrażliwy na zakłócenia pochodzące z innych urządzeń i zapewnienie dobrych warunków odbioru sygnału nie zawsze jest możliwe. 

inne

Komentarze

0 nowych
underface   14 #1 25.04.2015 22:00

" według starych zasad szkoły arabskiej, czyli wszystko za jednym zamachem;)" nie wiem czy sam wymyśliłeś to hasło, czy jakieś zapożyczenie ale mega trafne ;D

cyryllo   17 #2 25.04.2015 22:11

Bardzo dobry wpis + ;)

mordzio   15 #3 25.04.2015 22:14

@underface: Jestem już w takim wieku, że nie pamiętam gdzie to usłyszałem;p

@cyryllo Dziękuje;) Pierwotnie planowałem opisać dokładniej to zganienie, ale doszedłem do wniosku, że pisanie np. o propagacji sygnału DCF77 zanudzi tylko czytelników.

Autor edytował komentarz.
  #4 25.04.2015 22:40

"Aby zapobiec ewentualnym awarią..." Czasami warto pisać po "polskiemu"...

  #5 25.04.2015 23:09

A jak wyglądać będzie data publikacji wpisu zakodowana w DCF77?

SpeX   7 #6 26.04.2015 02:11

To jest tyle? Piszesz iż najtrudniejsze, jest dekodowanie sygnału DCF77 na godzinę, ale nic o tym nie piszesz. Dopiero szukając dokumentacji układu U4221B wiem, iż to on odpowiada za przetworzenie sygnału na cyfrowy. A tu o tym nic.

Co do innych sposobów pozyskania czasu, fakt GPS wydaje się o wiele łatwiejszy (akurat tam czas dostajemy w prezencie). Ale pobieranie czasu z GPS lub sieci GSM wymaga od nasz o wiele większych nakładów finansowych. Za moduł GPS trzeba zapłacić przynajmniej 30$, a za GSM pewnie tyle samo.

A z układu RTC nie dostaniemy czasu, go wcześniej trzeba nastawić. Jest to raczej podtrzymanie informacji o czasie, niż sam sposób jego pozyskania.

Już nie wspominając o tym iż z DCF77/GPS/GSM dostaniemy jeszcze inne informacje jak data itp., a RTC podtrzymuje tylko informacje o czasie.

Autor edytował komentarz.
fiesta   15 #7 26.04.2015 08:06

"Aby zapobiec ewentualnym awarią" --->>> "awariom".

Nie chodziłeś na lekcje do pana "Nie chcem, ale muszem" :P, a tu akurat by się przydały. ;)
Reszta OK :)

Autor edytował komentarz.
mordzio   15 #8 26.04.2015 08:08

@SpeX: Postaram rozwiać Twoje wątpliwości. Tak jak wcześniej wspomniałem uznałem, że nie ma potrzeby zagłębiać się bardziej w ten temat. Na liście elementów potrzebnych do zbudowania odbiornika wymieniłem wyspecjalizowany układ u4221B. Uważam , że pisanie o tym w jaki sposób odbywa się konwersja sygnału analogowego do jego cyfrowej postaci zanudzi czytelnika. Co
więcej, spotkałem się z projektami, w których rolę dekodera i przetwornika a/c pełniła karta muzyczna. Więc na dobrą sprawę wystarczy zbudować sam odbiornik radiowy.

Co do modułów GPS i GSM to masz rację, ich cena jest stosunkowo wysoka. W zeszłym roku udało mi się kupić moduł GPS za 40 zł, trafiłem na niezłą promocję.


Natomiast nie wiem o jakim układzie RTC mówisz, bo moduł który zakupiłem za 2$ jest pełnoprawnym zegarkiem kwarcowym. Zlicza nie tylko minuty, ale też datę i dzień tygodnia. I tak jak każdy zegarek kwarcowy potrzebuje zasilania.

mordzio   15 #9 26.04.2015 08:08

@fiesta: Dzięki, dopisywałem na szybko i jakoś tak brzydko wyszło;)

dansys80   4 #10 26.04.2015 08:49

Mordzio bawi i uczy :)

#r2d2#   11 #11 26.04.2015 10:38

Fajny wpis :-)
Mam nadzieję, że jeszcze go rozwiniesz, bo chętnie bym poczytał o tych nudnych rzeczach ;-)

En_der   9 #12 26.04.2015 11:30

Nawet ciekawie prawisz we wpisie o tym atomowym "sikorze" - Tylko ciekawi mnie jakie będzie miał ten zegar praktyczne zastosowanie, czyli po polsku po jakiego... Ci to w domu np wsadzisz do pralki, kuchenki?

Songokuu   14 #13 26.04.2015 12:14

Czy drut z amelinium może być zamiast emaliowanego?

Autor edytował komentarz.
mordzio   15 #14 26.04.2015 14:22

@#r2d2#: Cieszę się, że Ci się podobało ;) Nie obiecuje, że pojawi się rozwiniecie tego wpisu. Ale też tego nie wykluczam ;)

@En_der To jest bardzo dobre pytanie! O ile zegarek będzie tylko zegarkiem, to ważniejsze jest to co niesie ze sobą jego budowa. Lepiej niż dansys80 tego nie ujmę, więc przytoczę jego słowa- nauka przez zabawę.

@Songokuu Oczywiście, że możesz zastosować drut z amelinium. W takim przypadku musisz nawinąć dokładnie 736 zwoi. Jednak zastosowanie tak zaawansowanego materiału wymusza nawijanie uzwojenia naprzemiennie, czyli kręcisz raz w lewo a zaraz odwijasz w prawo. Życzę powodzenia! ;)

Autor edytował komentarz.
  #15 26.04.2015 15:34

"Najdokładniejszymi zegarami są zegary atomowe, obecnie margines ich błędu wynosi jedną sekundę na 138 milionów lat."

Otóż najdokładniejszymi zegarami są obecnie zegary na bazie atomow strontu, a nie jak do niedawna - cezu. Maja one margines błędu nawet 1s na 32 mld lat.

http://kopalniawiedzy.pl/zegar-atomowy-sekunda,21972

Odnośnie czasu polecam wykład niesamowitego uczonego proc. Hellera. Jest o czasie i pomiarach jego w fizyce kwantowej. Świetny wykład.

http://www.polskieradio.pl/7/179/Artykul/1400996,Kiedy-narodzil-sie-czas

mordzio   15 #16 26.04.2015 16:04

@anoda (niezalogowany): Dziękuje za linki. Widzę, że najdokładniejsze zegary zostały zaprezentowane dwa miesiące temu, ciekawe jaką dokładnością pochwalą kolejne generacje zegarów atomowych.

SpeX   7 #18 26.04.2015 17:37

@mordzio nie chodziło mi o wyjaśnienie nudnej zamiany a/c, ale zrobienie coś z tym sygnałem cyfrowym np podpięcie pod androudo i odczytanie danych.

Tz w tej chwili mamy układ, który raczej dział. Tz w żaden wizualny sposób nie sprawdziliśmy czy prawidłowo odbiera sygnał radiowy i go przetwarza na czas.

mordzio   15 #19 26.04.2015 18:40

@SpeX: Ok, teraz wszystko jest już jasne. Faktycznie mój układ jeszcze nie działa, a pomiar wykonywałem na emulatorze odbiornika DCF77 (kit AVT-423). Jak tylko otrzymam płytki to zaktualizuje wpis.

@SweetDreams To są ceny samych scalaków, gotowe moduły będą droższe.

Autor edytował komentarz.
  #20 26.04.2015 20:42

"Nawet zastosowanie odbiornika GPS jako wzorca czasu wydaje się rozsądniejsze, niż budowanie odbiornika radiowego DCF77"

Akurat - odpal sobie GPS-a w wielkopłytowym bloku. DCF posiada większość produkowanych obecnie zegarów "radiowych" i działa to całkiem poprawnie - często problemem jest kierunkowość anteny ferrytowej.

SweetDreams   10 #21 26.04.2015 21:07

@mordzio: Scalaków? :| Ja widzę, że to są "gotowe moduły"...

Songokuu   14 #22 26.04.2015 21:26

@mordzio: No dobra ale mam zacząć od lewa czy prawa?
:P

mordzio   15 #23 26.04.2015 21:29

@SweetDreams: hmm ja tam widzę jedynie układ scalony w wersji SMD http://static.tme.eu/products_pics/9/8/b/98b297950041a42470269d56260243a1/460.jpg

@Songokuu Zaczynasz idealnie od środka;)

Autor edytował komentarz.
SweetDreams   10 #24 26.04.2015 21:37

@mordzio: trochę śmiechłem :) ale fakt - dla kogoś kto nie ma pojęcia w temacie tak to może wyglądać :)
Same scalaki znajdują się pod blaszką ekranującą - w przypadku Fibocoma
jest to SiRF Star IV i jakiś procek 8051.

Autor edytował komentarz.
dansys80   4 #25 26.04.2015 22:01

@SweetDreams:Zainteresowały mnie układy, które podesłałeś. Cena jest dobra, gdzie tam podłącza się zasilanie i antenę? Nie widzę też slotu ma kartę Sim. To jest gotowy układ? Pytam bo naciąłem się raz na allegro na module Sim900 do raspberry. Byłem przekonany, że dostanę gotowy układ, który podłącz do rasbery. Okazało się, że dostałem aluminiowa blaszkę do wlutowania ma płytkę drukowana, którą trzeba było zamówić wraz z pozostałymi elementami biernymi

SweetDreams   10 #26 26.04.2015 22:21

@dansys80: Cena jest rewelacyjna. Co do podłączenia zasilania, anteny, gniazda karty SIM czy UART wszystko jest w datasheet.
SIM900 działa na identycznej zasadzie - ciężko polutować coś na pająka dlatego lepiej mieć przygotowaną płytkę pod nie.
Co do tych pozostałych podzespołów nie ma tego dużo ;)
Jako antena wystarczy jakiś drucik, może być też "zintegrowana" na laminacie, gniazdo karty SIM też powinno znaleźć się w TME.
Jeśli interesuje Cię gotowy układ to Fibocom dostarcza np. zestawy uruchomieniowe (drogie w porównaniu do samego modułu).

dansys80   4 #27 27.04.2015 09:35

@SweetDreams: Niestety nie jest tak pięknie jak mówisz. Kupiłem to http://sklep.avt.pl/modul-gsm-2g-1800mhz-900mh.html
Czyli wygląda tak jak jak moduły, które ty podałeś. A żeby to wszystko zadziałało, bo przecież nie wystarczy podłączyć do tego tylko zasilania to musiałem kupić płytkę i gniazda http://sklep.avt.pl/avt5459.html

I dla porównania same zdjęcia, samego układu i układu z wszystkimi niezbędnymi elementami
http://sklep.avt.pl/media/products/20f7e37a5436b12c5a9c36f620deeaba/images/thumb...
http://sklep.avt.pl/media/products/41e624925ea4cdbafdbfb8c582ecbf7e/images/thumb...

SweetDreams   10 #28 27.04.2015 09:45

@dansys80: No tak, wydawało mi się, że to jest jasne :)
Jeśli masz sam moduł SIM900 to mogę Ci podesłać płytkę, do której wlutujesz sobie go wraz z innymi potrzebnymi elementami (jest miejsce na układ zasilający, gniazdo karty SIM itd.) - w firmie zajmujemy się głównie SIM908, ale nasze starsze projekty były oparte o SIM900 i pewnie się znajdzie kilka PCB pod nie.

przemo188   8 #29 27.04.2015 11:38

Firma Nord Elektronik istnieje i ma sie dobrze.

mordzio   15 #30 27.04.2015 11:45

@przemo188: Firma NordElektronik rozpadła się na dwie firmy: NordElektronik Plus i NordElektronik Kazmierczak. Czyli istnieje, ale nie w takim kształcie jak ja ją znałem.

dansys80   4 #31 27.04.2015 13:37

@SweetDreams: wszystko już jasne ;) płytkę kupiłem ale dzięki za propozycję.

djfoxer   18 #32 27.04.2015 19:03

Jaki piękny wpis. Marcinie więcej takich wartościowych i jakże potrzebnych naszej społeczności postów blogowych. Mam nadzieję, że nagroda która otrzymałeś niedawno zmotywuje Ciebie do dalszej i jeszcze cięższej pracy ku chwale doprogrogramowej braci. Kolejne publikacje na Twoim blogu wnoszą wiele świeżości i ciekawych, a także nietuzinkowych pomysłów. Liczę na to, że Twój trud włożony w tworzenie tych małych dzieł sztuki zostanie wynagrodzony kolejny raz. Pozdrawiam serdecznie i życzę wiele dobrego.

mordzio   15 #33 27.04.2015 19:07

@djfoxer: Właśnie drukuje ten komentarz i zaraz oprawię go w ramkę! Dziękuje za docenienie mojej ciężkiej pracy:)

Songokuu   14 #34 27.04.2015 22:48

@mordzio: Nie chcę Cię martwić ale jakoś podejrzanie słodzi ten djfoxer...
:D

mordzio   15 #35 28.04.2015 08:48

@Songokuu: jak możesz ! Sama zazdrość przez Ciebie przemawia :)

Songokuu   14 #36 28.04.2015 12:07

@mordzio: Troska, troska...

  #37 08.11.2016 22:52

@mordzio: Witam mam pytanie czy wiesz coś może na temat sygnału radiowego używanego do lokalizacji samochodów, ponieważ zamierzam zainstalować takie urządzenie w swoim aucie by uniknąć ponownie kradzieży, a na stronach internetowych oferujących takie urządzenia nie ma wzmianki o sposobie działania. Mianowicie chodzi mi o to czy jest to skuteczne gdyż w jeszcze do nie dawna posiadanej toyocie miałem zwykły lokalizator GPS za który zapłaciłem niespełna trzy tysiące który to był podobno niezawodny, a jak się okazało po rozmowie z policjantem że wystarczy zagluszacz za parę marnych stowek bym mógł wsadzić sobie go w buty razem z kluczami które mi zostały, czy warto inwestować w takie urządzenie? Czy jest to kolejny pic na wodę