Hvordan bygge en MSF Radio Atomic Clock mottaker
For alle studenter ved Universitetet og Høgskolen som ønsker å motta det Leger Uten Grenser moduler gratis vennligst Klikk her
Introduksjon
Atomklokkene bruke en atom resonansfrekvens standard som deres tidtaking element og er langt den mest nøyaktige kronometre mulig med de nyeste strontium baserte atomuret skilte med en presisjon på en mindre enn et sekund tapt i flere hundre millioner år.
Klokker opprettholde en kontinuerlig og stabil tidsskala kalt International Atomic Time (TAI). Men for sivil tid, en annen tidsskala, Coordinated Universal Time (UTC), som er avledet fra TAI, men synkronisert med spranget sekunder til UTC, for å holde det basert på rotasjon av jorden.
UTC er et globalt tidsskala som vanligvis brukes til å synkronisere klokkene på datanettverk slik maskiner fra hele verden til å kommunisere sammen og gjennomføre tid sensitive applikasjoner. Dessverre atomklokkene er svært dyre deler av utstyret og er generelt bare for å bli funnet i høye teknologi fysikk laboratorier eller ombord satellitter. Men kringkaste flere nasjonale fysikk laboratorier tiden fortalt av sine atomklokkene via en lang bølge radio-overføring. Disse signalene blir ofte plukket opp og benyttes av radiostyrte vegg og desk klokker og av NTP-servere tid (Network Time Protocol).
Sendingene fra de nasjonale standarder etater opprettholde en nøyaktighet på 10-9 sekunder per dag (ca. 1 del i 1014). Leger Uten Grenser er signalet kringkastet av National Physical Laboratory i, Anthorn, Cumbria. Andre land kan skilte med sine egne signaler de vanligste er den DCF77 overføring kringkastes fra Mainflingen nær Frankfurt, Tyskland og USA er WWVB signal kringkastes fra Fort Collins, Colorado.
Alle disse tider signaler fungerer på en lignende måte. Ved starten av hver andre styrken på signalet enten reduseres med mellom 6 og 10 dB eller slått av for en bestemt mengde tid før du blir gjenopprettet. Mengden av tid signalet reduseres blir brukt til å indikere en strøm av binære tall med posisjonsmarkørene. Den eksakte formatet av koden varierer mellom hvert signal, selv om de er like i formatet.
Dedikerte NTP-servere tid som festes til en datamaskin kan utnytte dette signalet for å synkronisere datanettverk til. Disse dedikerte enheter er ideelle for å holde nettverk kjører nøyaktig tid og kan vanligvis holde et nettverk nøyaktig innenfor noen få millisekunder av UTC-tid.
Selv om ikke så nøyaktig, og uten mange av funksjonene til en dedikert radio referert ntp tid, er det imidlertid mulig å bygge din egen MSF radio refereres atomur mottaker for relativt liten kostnad.
Krav
En enkel MSF mottaker kan konstrueres ganske enkelt krever ingen testing, justering eller spesielle elektroniske opplevelse. Enkle mottaker moduler kan kjøpes direkte fra selskaper som Galleon eller forhandlere som Maplin. Fordelene med å bruke komplett løsning moduler i diskrete løsninger er at modulene inkluderer nødvendige støttefunksjoner elektronikk, avstemte krystaller og er pre-montert og testet. I å lage en MSF atomur mottaker er det egentlig bare tre deler:
- En mottaker modul: Når den kombineres med en ferritt-antenne, fungerer mottakermodulen som en komplett enhet for mottak av tidskoden signaler. Med en ekstra nivå tilpasningskretsen kan det demodulerte utgangssignal brukes til direkte drive en dekoding krets. Modulene kan tilpasses til hvilken som helst tilgjengelig senderen ved ganske enkelt å erstatte krystallene.
- Leger Uten Grenser Antenne: Leger Uten Grensers signalet kringkastes på 60 kHz og en passende ferrit antenne pre-justert og LC innstilt er best.
- Mikrokontroller dekoder: kreves for å dekode signalet inn i en standard-dataformat.
Enhver foreleser eller student interessert i å anskaffe dette utstyret kan du kontakte oss på: 0121 608 4433 (UK) eller + 44 (121) 608 4433 (oversjøisk) og Sitat "EMC-FREE". Eller e-post: enquiries@galleonmail.com
EM2S mottakermodulen
Modulen har et lavt strømforbruk i standby-modus med maksimal 1'A strømforbruk. I aktiv modus strømforbruket er mindre enn 1mA, typisk 500'A. Datautgangen er koblet internt med en aktiv lav åpen kollektor NPN transistor. EM2S Receiver Module Generelle spesifikasjoner:
- Mål: 25mm x 13mm x 12mm ca
- Nominell driftsspenning: + 3V DC til 12V DC
- Driftsspenning område: 2.2V til 15V DC
- Anbefalt spenningsområde 3V til 5.25V
- Strømforbruk ved + 3V, aktiv: 1mA
- Standby: 1mA
- Utgang: Åpen kollektor NPN transistor, aktiv lav
- Maksimal sink strøm: 15mA
- Maksimal solfangeren spenning: + 5.25V
Ferrite antenne
Denne pre-justert LC tuned ferritantenne er spesielt utviklet for bruk med EM2S Receiver Module. Antenne Generelle spesifikasjoner:
- Mål: 60mm x 13mm eller 100 mm * 13 mm
- Nominell driftsfrekvens: 60 kHz eller 77.5 KHz avhengig av modell
- Resonansfrekvens: 60 kHz - 300Hz eller 77.5 - 300Hz
- Båndbredde (-3dB): 700Hz Følsomhet: 8-V utgangsspenning med 100'Vm-1 feltstyrke
MCM-RS232 Microcontroller Decoder Module
Når kombinert med EM2 mottakermodulen og antenne, gir denne modulen tidsinformasjon i standard RS232 data format via et serielt grensesnitt. Ekstern bufring til full RS232 nivåer er nødvendig og kan oppnås ved hjelp av en proprietær RS232 nivå shifter IC. Fordelen av modulen i forhold til direkte vert dekoding av mottakeren utgang er tilstedeværelsen av nøyaktig dekodete tidsinformasjon hele tiden og ingen prosessering overhead. Modulen har også en klokke som recalibrates seg mot Atomic Radio Tid Signal når det synkroniseres med Atomic Radio Tid Signal.
MCM-RS232 Generelle spesifikasjoner:
- Mål: 22mm x 13mm x 5mm ca
- Nominell driftsspenning: + 3V DC
- Driftsspenning utvalg: + 2.4V DC til + 3.6V DC
- Strømforbruk ved + 3V, aktiv: 1mA - Standby: 50-A
- Innganger: Tidskode data inngang (fra EM2S), eller EM6.
- Serielle data input (fra verts-PC via egnet nivå omformer)
- Utganger: Power kontroll utgang (for EM2S), Koblingsutgang (for ekstern tidsstyring), via egnet kretser.
- Serial data utgang (til verts-PC via egnet nivå omformer)
Hjertet av enheten er EM2S mottakermodul og matchende antenne. Disse to Galleon produkter er utviklet for å fungere sammen på 60 kHz å motta MSF signal. Andre antenner og mottakere er laget for WWVB og DCF-signaler, men bør holdes i par som det er usannsynlig at de vil fungere hvis de er blandet og matchet.
Strømforsyning
I slår kretsen er det flere alternativer. En 3 volt DC forsyning kan brukes til å gi en konstant strøm, eller alternativt et batteri / batteripakke vil gjøre like godt. Dette alternativet gir en jevn kontinuerlig strøm som skal brukes og innebærer mindre arbeid i bygging av mottakeren. MERK. THE MCM-RS232 MÅ få strøm fra 3VOLTS - noe høyere vil ødelegge den
Bråk
Å redusere støy til signalet som overføres til mottakeren, bør decoupling kondensatorer brukes. Imidlertid, som støy kan være avhengig miljøet mottakeren er å bli brukt i og avstanden fra senderen bare prøving og feiling vil bestemme styrken. Det er også viktig å bruke et ikke-ledende kabinettet som åpenbart metallbokser kan føre til forstyrrelser eller blokkering av signalet. Grunn av den lille kompakte størrelsen av moduler fra Galleon enhver liten plastboks vil være nok. Montering av modulene kan gjøres enten på et lite kretskort eller modulene kan være festet eller limt direkte til kapslingen.
Anlegg
Som galleons moduler er dedikert chips og inkluderer alle nødvendige støttefunksjoner elektronikk, avstemte krystaller og er en forhåndsmontert konstruksjon, er det utrolig enkelt å sette sammen en enkel MSF mottaker, spesielt hvis du velger å bruke en dedikert strømforsyning for eksempel en 3v DC. En skjematisk av grunnleggende kabling av modulene er inkludert nedenfor. Legg merke til valgfri bruk av en LED som i indikator på at enheten fungerer som normalt.
Som skjematisk demonstrerer modulene er veldig enkelt kablet sammen:
- Antennen er best lagt horisontalt som det er å være innrettet med retningen av MSF signalet (når siting enheten er det anbefalt å bruke et kompass og kart for å finne retningen til senderen i Cumbria).
- Antennen er koplet til EM2 MSF modulen (LP6, LP5). Strømforsyningen kobles til både EM2 og MCM-RS232 modul (LP4, X1 3VOLTS, LP1, X7 bakken).
- Den EM2 og MCM moduler er koblet via MSF ut (LP3) og PON (LP2) på EM2, til Leger Uten Grenser i (X3) og PON (X6) på MCM modulen.
- MCM - RS232 kobles til en datamaskin via et serielt grensesnitt og Serial inn og ut (X2 og X5)
- Merke til plasseringen av kondensatorer og motstander. Som nevnt tidligere for å overvinne problemene knyttet til støy, kan en del prøving og feiling være nødvendig i dette området.
programvare
Det er flere alternativer når det kommer til programvare for å kontrollere MSF mottaker. Mens det er flere typer tidssynkronisering programvare tilgjengelig, inkludert freeware, er Galleon Systems Tidssynk versjon 3.2 sterkt anbefalt. Tid Sync har en enkel å bruke grensesnitt og kan synkronisere til ikke bare en radiomottaker men også GPS og Internett. Tid Sync v 3.2 er også fullt støttet med fullt informativ manuell inneholder råd om feilsøking og selvforklarende grensesnitt. Det har også mange funksjoner utilgjengelige i mindre shareware synkronisering pakker og vil kjøre på Linux og alle versjoner av Windows (minst like langt tilbake som NT / 2000). Gallion programvare vil automatisk oppdage enheten og sende den tid signal til ntpd daemon (eller tjeneste i Windows) som vil kjøre i bakgrunnen. Programmet vil også avgjøre MSF signal fra dekodet pulser.
Feilsøking og nøyaktighet
En av de viktigste årsakene til problemer med en enkel radiomottaker som dette er støy. Selv om støy er filtrert og glattet ut ved bruk av kondensatorer det tar bare en liten mengde støy, spesielt når signalet er i en lav tilstand, for å generere en feil. Hvis daemon eller tjenesten oppdager en feil mens du prøver å dekode tidssignalet det avbryter den nåværende prosessen og prøver på nytt. For å redusere forstyrrelser det er viktig å holde den vekk fra metallgjenstander, annet elektrisk utstyr (ikke alltid lett når den er koblet til en datamaskin), og er holdt i ro. Det er også best å holde enhetens antennen justert i rett vinkel så perfekt som mulig til plasseringen av senderen.
Den største faktoren i å definere nøyaktig en radio klokke er avstanden fra senderen, forplantning, behandling av mottakeren, og ventetiden for operativsystemet. På grunn av alle disse faktorene en forsinkelse på opptil 20 millisekunder kan forventes, og mens dette kan kalibreres for i Tidssynk v 3.2 nøyaktighet opp til 20 millisekunder er mer enn presis for de fleste om ikke alle tidssynkronisering behov.
Gratis moduler for studenter
Som en del av Galleon Systems pågående støtte til utdanning vi er glade for å kunne tilby alle modulene som er nevnt ovenfor helt gratis til enhver student, universitet eller høyskole. Enhver foreleser eller student interessert i å anskaffe disse modulene kan du kontakte oss på: 0121 608 4433 (UK) eller + 44 (121) 608 4433 (oversjøisk) og Sitat "EMC-FREE".
