Синхронизация часов по радиосигналу

Синхронизация часов по радиосигналу

DCF77 — позывной длинноволнового передатчика точного времени и частоты, обеспечивающий функционирование среди прочего часов с автоматической синхронизацией (англ. Radio controlled ), а также систем телеметрии в Европе.

Содержание

Основные положения [ править | править код ]

Передатчик DCF77 находится в Майнфлингене, Германия (в 25 км к юго-востоку от Франкфурта-на-Майне) и работает на частоте 77,5 кГц с мощностью 50 кВт.

Информационный сигнал передаётся каждую минуту с 0 по 58 секунду [2] . Опознавательный позывной DCF77 внесён в список IFRB , посылается трижды в час (два раза подряд) в азбуке Морзе (между 20 и 32 секундой 19, 39 и 59 минуты). Аббревиатура состоит из индексов D — Deutschland, C — передатчик в длинноволновом диапазоне, F — Франкфурт, число 77 обозначает несущую частоту в 77,5 кГц.

Передатчик эксплуатируется подразделением Дойче Телеком. Сигнал находится под ведением Физико-технического федерального учреждения в Брауншвайге. Посылался с 1959 года как сигнал эталонной частоты, с 1973 года стал содержать данные о дате и времени.

Точное время формируется на основании полученных данных от трёх атомных часов, погрешность составляет меньше одной секунды в один миллион лет. Точное время, передающееся с помощью передатчика DCF77, является официальным в ФРГ.

Приём сигнала DCF77 в зависимости от времени суток и года может быть осуществлён на максимальном расстоянии от 1900 (днём) до 2100 км (ночью). Известны случаи приёма сигнала передатчика DCF77 на территории Канады и Урала. По ночам на открытой местности сигнал достаточно хорошо принимается в Москве (особенно в пасмурную погоду). Большинство европейских бытовых часов с функцией радиосинхронизации времени исправно работают в Москве. Однако следует учитывать, что часы без коррекции часового пояса будут показывать центральноевропейское время.

Описание сигнала [ править | править код ]

Передаётся амплитудно-манипулированный сигнал, содержащий данные в двоично-десятичной форме (по 1 биту данных в каждой секунде сигнала). Девиация частоты за 1 сутки -12 , за 100 суток -12 .

Посылаемый в течение минуты пакет данных [3] [2] содержит текущее время (в UTC+1 (MEZ)), дату (в том числе день недели).

Дополнительно содержится информация о начале и конце действия летнего времени, о сбоях в системе.

Биты данных сигнала формируются путём уменьшения амплитуды несущей до 15 % в начале каждой секунды на 0,1 с («0») или на 0,2 с («1»). Продолжительность передачи всей последовательности — 59 секунд. Значения битов:

начало; всегда 0
1-14 Информация о погоде компании Meteotime, а также информацию о гражданской защите
15 R: 0=обычная, 1=запасная антенна (с 2003 года)
16 A1: 1=предупреждение о смене часового пояса (передаётся в течение часа)
17,18 Z1,Z2: часовой пояс. 0,1=MEZ (UTC+1); 1,0=MESZ (UTC+2)
19 A2: предупреждение о наличии коррекции секунд (передаётся в течение часа)
20 S: стартовый бит для данных о времени; всегда 1
21-24 единицы минут (веса 1, 2, 4, 8)
25-27 десятки минут (веса 1, 2, 4)
28 P1: бит чётности для битов 21-27
29-32 единицы часов (веса 1, 2, 4, 8)
33-34 десятки часов (веса 1, 2)
35 P2: бит чётности для битов 29-34
36-39 единицы дня месяца (веса 1, 2, 4, 8)
40-41 десятки дня месяца (веса 1, 2)
42-44 день недели (веса 1, 2, 4)
45-48 единицы месяца (веса 1, 2, 4, 8)
49 десятки месяца (вес 1)
50-53 единицы года текущего века (веса 1, 2, 4, 8)
54-57 десятки года текущего века (веса 1, 2, 4, 8)
58 P3: бит чётности для битов 36-57
59 не передаётся (амплитуда не уменьшается)

Примечания

  1. Коррекция секунд — дополнительная или отсутствующая секунда, вводится или исключается для согласования UTC и UT1 (см. секунда координации).
  2. Биты A1 и A2 передаются в соответствующих случаях для предупреждения автоматики часов-приёмника, которая может заблокировать неожиданное изменение течения времени, сочтя его помехой или ошибкой.
  3. Нетрудно видеть, что числовые данные передаются в десятичной системе поразрядно (BCD).
  4. Сигнал не имеет возможности аутентификации и легко может быть подделан.

Погодные данные [ править | править код ]

С ноября 2006 года в сигнал включены данные о погоде в 60 регионах Европы [4] , что даёт возможность приёма прогноза погоды сроком на 4 дня. Данные передаются с помощью проприетарного протокола Meteo Time Protokoll, стоимость лицензии включена в стоимость декодера. Метеоданные поставляет швейцарская фирма Meteo Time GmbH. Информация отображается в виде символов (до 15 символов)- облачность, сила и направление ветра (8 баллов и 9 направлений) и текстовой информации- вероятность осадков в процентах, штормовые и специальные предупреждения о грозовой активности, возможности гололёда, содержании озона и дисперсии пыли в воздухе.

Другие страны [ править | править код ]

Похожие службы точного времени существуют в других странах. Например, в России — RWM, RBU, RTZ и другие; США — WWVB, Великобритании — MSF, Японии JJY и др. Содержание и форматы сигналов никак не стандартизированы и зависят от станции. До 6 сентября 2012 года подобная станция HBG работала в Швейцарии на частоте 75 кГц.

G-STORE.RU — официальный магазин часов Casio в России

Бесплатная доставка по всей России. 2 года гарантия от Casio. Подарки в каждом заказе!

Шоканы и Ко, мы решили взяться за новое дело — описывать работу функций в часах Casio. Как работают, почему нужно быть предельно осторожным с данными и какие отклонения могут быть. При этом мы не исключаем и собственного недопонимания в некоторых моментах, поэтому ждем ваших комментариев для дополнения материала и лучшего понимания происходящего. Такой себе коллективный разум в деле. Это не будет конкретная модель, а описание общих принципов работы, которые актуальны для всех часов Casio. Сегодня поговорим о радиосинхронизации [Multiband] в часах Casio (на примере свежего официального описания серии GWN-Q1000).

Читайте также:  Как включить на ноутбуке клавиатуру с цифрами

GWN-Q1000 — морские G-Shock-и c радиосинхронизацией

Основы работы — встроенная в часы антенна принимает сигнал с 6 радиостанций по всему миру, и автоматически корректируется время. Радиостанции синхронизируются со временем по Гринвичу (UTC), которое устанавливается атомными часами. Атомное время считается самым точным временем среди всех существующих. В технологии атомных часов используется принцип собственных колебаний, происходящих на уровне атомов и молекул. Атомы постоянно переходят на другой энергетический уровень. Во время каждого из этих переходов выделяется электромагнитное излучение. Именно постоянное количество этих излучений за определенный промежуток времени принято считать за эталонную секунду. Для точного измерения используется атом цезия-133, т.к. он является единственным стабильным изотопом.

Погрешность такого времени не превышает 30 наносекунд, или простыми словами — в течение 30 миллионов лет часы отстанут максимум на 1 секунду! Для сравнения, кварцевый механизм допускает погрешность в целых полсекунды в день.

Как уже было сказано выше, 6 радиостанций по всему миру являются источником сигнала — в Японии [2 станции], Северной Америке, Великобритании, Европе и Китае. Приблизительный диапазон приема для разных станций [сплошной линией обозначен максимальный радиус приема сигнала]:

Для Великобритании и Германии

Для США

Для Японии

Для Китая

Примерный радиус приема сигнала в километрах:

  • Майнфлинген (Германия) или Анторн (Англия): 500 км
  • Форт-Коллинз (США): 1000 км
  • Фукусима или Фукуока/Сага (Япония): 500 км
  • Шанцю (Китай): 1500 км.
  • Прием радиосигнала скорее всего будет невозможен на расстояниях, превышающих указанные выше.
  • На качество сигнала могут влиять погодные условия и определенное время суток.
  • Сигнал лучше принимается ночью, а не днем.
  • Прием сигнала может длиться от 2 до 10 минут, а в некоторых случаях и все 20. Советуем во время приема радиосигнала не выполнять с часами никаких операция и не перемещать их.
  • Прием сигнала может существенно затрудняться, если часы находятся, внутри железобетонного здания, транспортного средства, рядом с бытовой техникой, мобильными телефонами, линиями электропередач, в горах.
  • Сигнал не будет приниматься если уровень заряда батарейки 3 (L) и ниже; выполняется работа датчиков давления, температуры, высоты и глубины; часы находятся в режиме сна [экономии энергии].
  • Прием сигнала может прерваться, если звучит звуковой сигнал будильника.

GST-W300 — стальные джишоки с радиосинхронизацией

Если часы находятся в режиме текущего времени, часы автоматически принимают радиосигнал. Если включен режим настройки, сигнал приниматься не будет. Часы автоматически принимают сигнал до 6 раз в день в промежутке с 00:00 до 05:00. Если автоматический прием сигнала выключен, то его можно выполнить вручную. Напоминаем, что процесс описан для часов G-Shock GWN-Q1000 (модуль 5744). Для других моделей Casio последовательность действий может быть иной, но принцип остается тем же.

  • Нажмите кнопку B, чтобы перевести часы в режим Приема радиосигнала.

  • Зажмите кнопку A на 2 секунды, пока не появится мигающий индикатор RC, а затем RC!.
  • На экране появится один из индикаторов мощности сигнала [L1, L2 или L3]. Начался процесс радиокалибровки.

  • Если на экране отобразился индикатор GET, то сигнал принят успешно, и отобразится время его приема. Если сигнал не был принят, на экране отобразится индикатор ERR.

  • Нажмите любую кнопку для возвращения в режим Текущего времени.

Проверка результатов приема сигнала

  • Переведите часы в режим радиосинхронизации.
  • Сначала отобразится индикатор R/C, затем с интервалом в 2 секунды будет чередоваться дата и время последнего успешного приема сигнала.

  • Нажмите кнопку B для возврата в режим текущего времени.

Надеюсь, мы раскрыли тему? Если нет, задавайте вопросы.

Есть часы с немецкой точностью, наверное, потому в Германии синхронизация часов по радио сигналу, является национальной чертой. Практически все часы, который там продаются синхронизируются с их часовой радио вышкой. В России все проще, большинство людей сильно на этот счет не заморачиваются. Вот у меня были неплохие часы, механические. Которые, как писал японский производитель, для того, чтобы они ходили нормально и точно, нужно было периодически чистить и подстраивать. Производитель никто иной, как Seiko рекомендует раз в несколько лет разбирать и чистить у часовщика. Ну кто же будет это делать?

Вроде ходят и ладно. Если вот только постепенно ходить они стали несколько коряво. В смысле ходят- то они ходят, да убегают минут на пять в месяц. Я уже привык, просто иногда подвожу, но знаю, что у меня минут на пять в плюс. Даже хорошо. И тут у меня появились новые уже не механика, а электроника, практически роботизированный экземпляр CASIO LCW-M100DSE-2A.
Нельзя сказать, что сильно умные [Strongly Smart Watch мой перевод] , но уж совсем не глупые.

И вот одна из функций этих часов – радио синхронизация времени. Это чтобы совсем точно ходили. А то, понимаш ли, несколько секунд в месяц (ага, это после пяти минут) совсем как-то не гуд, naturlich.

У меня, я замерял, сейчас в месяц убегают на три секунды. Ну ведь нужно же подводить, чтобы совсем точно ходили. Функция есть, а работает ли в нашем славном городе?

Читайте также:  Можно ли удалить отправленное письмо в gmail

Начнем с физических основ. А как сигнал точного времени передается? Есть несколько передатчиков в разных точках планеты, в Англии, Германии, Японии, США, каждый передает вещает на своей частоте, но все они работают в диапазоне длинных волн. Длинные волны, как мы знаем из школьного курса физики, имеют свойство отражаться от ионосферы и за счет этого могут быть приняты не только в пределах прямой видимости(как, к примеру, FM).

Так что совершенно реально поймать сигнал и на другой стороне Земли или в отдельно взятом городке под названием Москва, которая находится на расстоянии каких-то 2000 км (согласно Яндекс картам) от городка Майнфлинген (Германия), где расположен ближайший к нам передатчик.

Так выглядят антенны передатчика. И не удивительно, ведь частота 77.5 Килогерц- это 3868.2 метра. А мы знаем, что самая эффективная антенна – половина или четверть длины волны.

Интересные факты: Поскольку длинные волны можно поймать на очень большом расстоянии, то в советское время при помощи длинноволновых передатчиков осуществлялась связь между стратегическими подводными лодками, несущими боевое дежурство у берегов нашего вероятного противника или как сейчас говорят “партнера”. Да и радиостанций на длинных волнах было много, ведь дальность связи – огромная. В наше время Радио Маяк на длинных волнах прекратил вещание в 2013 году, последняя станция Радио России – в 2014. С тех пор ни одной вещательной станции в России на длинных волнах – нет.

Поскольку с увеличением расстояния мощность сигнала уменьшается, то Москва находится в зоне хотя и не очень уверенного, но все-таки приема. Т.е. синхронизация возможна, но при определенных обстоятельствах. Если ваши окна выходят в сторону Германии (на запад) и достаточно высокий этаж, да еще и перед окнами еще и нет ничего высокого и излучающего, типа линий электропередач, небоскребов или Макдональдса, хотя насчет последнего, я немного перегнул. Тогда есть вероятность, что часы глубокой ночью смогут синхронизироваться с немецкой радиовышкой.

Почему ночью? А потом что во-первых, ночью меньше помех, меньше включено всяких приборов, даже включенный монитор компьютера или его блок питания излучает на ближайшем расстоянии, что может затруднить прием слабого сигнала, да и солнечная активность тоже влияет. Так что лучше ночью, да еще и в пасмурную погоду. Не зря же в инструкции к часам написано, что автоматическая синхронизация настроена на время с 12 ночи до 6 утра.

Сигнал представляет собой морзянку из нулей и единиц, которые передаются на определенной частоте по определенному алгоритму, название алгоритма смотрим в таблице, т.е. даже если частота вышек совпадает, то алгоритм передачи разный. Передача длится одну минуту. Каждую секунду передается один или два бита данных. Однако часы для проверки принимают сигнал несколько минут подряд и сравнивает время для уверенности, что все идет хорошо. Так что если вдруг, где-то посередине передачи сигнал будет потерян даже на одну секунду, то будет ошибка приема данных.

Вот таблица регионов, которые можно настроить в часах и передатчиков, которые будут пытаться принять часы в зависимости от региона

Код города Передатчик Частота Формат сигнала
LON,PAR,ATH Англия 60.0 MSF
LON,PAR,ATH Германия 77.5 DCF77
HKG Япония 68.5 BPC
TYO Япония 40.0 JJY40
TYO Япония 60.0 JJY60
HNL,ANC,LAX,DEN,CHI,NYC США 60.0 WWVB

Т.е. для возможности синхронизации часов нужно обязательно ставить домашний регион из этого списка, в противном случае часы не будут синхронизироваться ни в автоматическом, ни даже в ручном режиме. Как пишет инструкция, у них даже не будет такого пункта синхронизации.

Для Москвы есть код региона JED +3 часа, но нас это не устроит, он не входит в таблицу, но можно установить ATH, который +2 и включить DST ON, тогда время будет сдвинуто как раз на три часа, т.е. и часовой пояс вроде как подходит и время правильное. Почему нельзя поставить другой регион и сделать коррекцию физического времени? Да только потому что если вы куда-нибудь переедете и нужно будет ставить местное время, то придется играть с непонятно каким регионом, ведь просто так подключить часы – нельзя, они сами ставят время в зависимости от региона.

Проверить будут ли ваши часы синхронизироваться достаточно просто в режиме ручной синхронизации. Включаем ручную синхронизацию и оставляем часы в покое в направлении 12 часов на строго на запад. Поскольку процесс не быстрый, и при синхронизации может занимать до 16 минут согласно инструкции, то расслабляемся. Но 16 минут – это конечно, перебор, а вот меньше трех минут не бывает, согласно алгоритма, заложенного японцами. У меня синхронизация проходит в течение 5 минут. Кстати, часы уже на второй минуте покажут видят ли они несущую частоту передатчика. Секундная стрелка перейдет в режим W(нормальный сигнал), если в течение минуты они сигнала не найдут, то напишут ERROR.
Важно: Для автоматической синхронизации часы должны находится в режиме обычного или мирового времени. Если в это время работает секундомер или таймер, то синхронизации не будет.

Если окна выходят на запад, но синхронизация ночью не происходит, можно попробовать разные усилители сигналов начиная от простой металлической рулетки, уоторую нужно подложить под часы и всякой другой экзотики, типа повесить ночью часы на нос металлического чайника ли на батарею отопления, заканчивая антеннами в пол окна. Вот краткий список того, с чем забавляются владельцы часов с радиосинхронизацией.
1. Чайник .
2. Вентилятор .
3. Батарея отопления .
4. Ситизеновская антенна + радиомикрофон , просто Ситизеновская антенна .
5. Термос .
6. Самоделки 1 , самоделки 2 .
7. Рулетка 1 , рулетка 2 , рулетка 3 .
8. Штуковина с eBay , она же в действии .
9. Просто синхра, без ничего .

Читайте также:  Почему веб камера перевернута

И тут возникает вопрос о том, можно ли синхронизироваться без передатчика? Самое первое, самое простое (да и самое быстрое), открыть страницу точного времени , дождаться 0 секунд и сбросить на часах секунды на 0. Занимает меньше минуты, точность – супер, дальше месяц можно не ни о чем не думать

Это не наш метод, будем развлекаться дальше. Скачиваем программу JJY симулятор(автоперевод) , запускаем, все по японски, но цифры все-таки в переводе не нуждаются.

Заходим в настройку часов, ставим часовой пояс Токио, подключаем к компьютеру наушники, запускаем ручной режим синхронизации наслаждаемся супер пищащим звуком минут пять, и вуаля, часы синхронизировались. Поздравляю, если вы не перевели на компьютере часы, теперь ваши часы хоть и показывают правильное время, но часовой пояс – то Токио, поэтому, когда вы переведете его обратно, часы придется переводить на 8 часов вперед.

А как вообще этот симулятор может синхронизировать часы? Все-таки звук – это не радио сигнал. Но звук передается на наушники, в которых есть катушка, вот она -то и воспроизводит кроме колебательных волн звуковой частоты еще кучу помех в радиодиапазоне. Здесь опять вспоминаем законы физики, любая волна может быть разложена на гармоники, которые вместе дают результирующий сигнал.

Если у вас чистая синусоида 1, то это и есть основная гармоника, а вот если синус не чистый, а с искажениями -2, то тут же появляются гармоники, самая мощная – 3-я , затем идет слабее 5-я (4), еще слабее 7-я (5) и так далее. Таким образом, наш симулятор выдает сигнал на звуковой частоте 13.3 Килогерц, третья гармоника 13.3 x 3 = 40 Кгц, что нам и нужно, по таблице это JJY40. Сигнал, конечно, слабый, но вполне достаточный для того чтобы часы его ловили. Хотите мощнее, (хотя непонятно, зачем) подсоедините вместо наушников скрученный моток провода 5- 10 метров, и будет мощнее. Вот картинка с инструкцией на японском и гугл переводчиком в помощь,

① Несколько раз прокатите виниловую проволоку подходящим диаметром и закрепите ее лентой, чтобы не разбрасывать.

② Очистите концы виниловых проводов с обоих концов.
③ Очистите кабель, очищенный стереоштексом 3,5 мм. Есть два провода, покрытые виниловым покрытием в виде сетчатого оголенного провода и кабеля в кабеле, пожалуйста, отделите их отдельно.

Мне нравится, как он сделал перевод, (“отделите их отдельно” – в этом что-то есть. Поэтому я его оставил перевод.

Т.е. просто скрученный провод припаиваем к штекеру и вставляем в разъем наушников. Кстати, непонятно, как на это отреагирует ваша звуковая карта. Какое сопротивление будет у вашего провода? Сильно ли будет отличаться от наушников? Скорее всего. А то может и погореть ненароком. Это первая проблема.

Есть, еще одна проблема – это японский часовой пояс, мы все-таки не в Японии. Поэтому есть другие программы, например MSF симулятор, там частота другая – 60 килогерц и подделывается он под английскую вышку, но принцип тот же. Сигнал выводится через динамик и используется третья гармоника. И часовой пояс оставить европейский, например, ATH (Афины). Вот исходник на Python этого симулятора, для запуска нужно установить сам Python, а также библиотеки numpy и pyaudio

Вот страничка проекта MSF симулятор (не по русски) Если вы хотите узнать поддерживают ли ваши часы MSF формат синхронизации, то проще всего запустить программу и посмотреть, пройдет ли синхронизация.

Все это чрезвычайно занимательно, в смысле занимает уйму времени. По моему проще раз в месяц просто подвести часы, чем пользоваться симуляторами.

И тут возникает идея, а нельзя ли сделать такой симулятор, который бы сам часов в 12 ночи излучал сигнал синхронизации, но только не пищал бы так занудно, как эти симуляторы? Т.е. все на автомате, без каких-либо телодвижений. Положил вечером часы на полочку, а утром они сами синхронизировались. Вот мы и приходим к небольшой самоделке. Можно ли при помощи микроконтроллера сделать все тоже самое?
Контроллер типа STM32 работает на больших частотах, например у меня стоит кварц 8 Мегагерц, поэтому 60 Килогерц для него сгерерировать – сущие пустяки.Проще взять 60 килогерц для эмуляции английской вышки, чем долго и нудно пробовать сгенерить не делимую нацело частоту 77,5 килогерц как у немецкой. Встроенные часы у контроллера есть. Еще лучше синхронизировать эти часы с чем-нибудь, например с тем же компьютером, который синхронизируется с интернет-часами. Так что точность будет достаточной.

Вот как это выглядит в готовом варианте на отладочной плате STM32F3Discovery, здесь установлен контроллер STM32F303 у него есть встроенные функции работы с USB и Цифро-аналоговый (DAC) преобразователь, для генерации не то что синусоиды, но вообще для воспроизведения звука.
В качестве антенны – обычный провод длиной около 2-х метров. И ведь работает.

И небольшое видео про три способа радиосинхронизации часов CASIO

Ссылка на основную публикацию
Секреты работы в word
Все секреты Word. MicrosoftWord – одна из наиболее часто используемых программ. Все мы пользуемся этим приложением, зачастую даже не зная...
С чем связана четвертая информационная революция ответ
Первая информационная революция связана с изобретением письменности, что привело к гигантскому качественному скачку: появилась возможность фиксировать знания на материальном носителе,...
Рынок бытовой техники в россии 2018
По данным исследования "INFOLine Retail Russia ТOP-100. Итоги 2017 года. Тенденции 2018 года. Прогноз до 2020 года", подготовленного специалистами INFOLine,...
Секс во время соревнований
Воздерживаться или не воздерживаться – вот в чем вопрос Джоэл Сидман, кандидат наук Вот что вам нужно знать… Влияние секса...
Adblock detector