Hur man bygger en MSF radio atomur mottagare
För alla studenter, universitet och högskola som vill att få det Läkare Utan Gränser moduler Vänligen Klicka här
Introduktion
Atomur använder en atomär standard resonansfrekvens som sin tidtagning element och är den överlägset mest exakta kronometrar möjligt med de senaste Strontium baserade atomur stoltserar med en noggrannhet av mindre än en sekund förlorade i flera hundra miljoner år.
Klockorna upprätthålla en kontinuerlig och stabil tidsskala som kallas International Atomic Time (TAI). Men för civil tid, en annan tidsskala, Coordinated Universal Time (UTC), som härrör från TAI, men synkroniseras med skottsekunder till UTC, för att hålla den på grundval av jordens rotation.
UTC är en global tidsskala som ofta används för att synkronisera klockorna på datornätverk möjliggör maskiner från hela världen att kommunicera med varandra och göra tidskänsliga tillämpningar. Tyvärr atomur är mycket dyra delar av utrustning och är i allmänhet endast att finna i högteknologiska fysik laboratorier eller ombord på satelliter. Men sänder flera nationella fysik laboratorier tiden höra av sina atomur via en lång våg radioöverföring. Dessa signaler är vanligen plockas upp och används av radiostyrd vägg och klockor skrivbord och av NTP tid servrar (Network Time Protocol).
Sändningarna från de nationella standardiseringsorganen myndigheterna upprätthåller en noggrannhet på 10-9 sekunder per dag (ungefär 1 del i 1014). Läkare Utan Gränser är den signal som sänds av National Physical Laboratory i, Anthorn, Cumbria. Andra länder kan skryta sina egna signaler de vanligaste är den DCF77 överföring sänds från Mainflingen nära Frankfurt, Tyskland och USA: s WWVB signalen sänds från Fort Collins, Colorado.
Alla dessa tider signaler fungerar på ett liknande sätt. I början av varje sekund styrkan på signalen antingen minskas med mellan 6 och 10 dB eller avstängd en viss tid innan de återställs. Den tid signalen reduceras används för att indikera en ström av binära tal med positionering markörer. Den exakta format koden varierar mellan varje signal även om de är lika i format.
Dedikerade NTP-tidsservrar som fäster till en dator kan använda denna signal för att synkronisera datornätverk till. Dessa särskilda enheter är idealiska för att hålla nätverk som kör exakt tid och kan oftast hålla ett nätverk noggrannhet inom några millisekunder UTC-tid.
Även om inte lika exakt, och utan många av funktionerna i en dedikerad radio refereras NTP tidsserver är det emellertid möjligt att bygga din egen MSF radio refereras atomur mottagare för relativt liten kostnad.
krav
En enkel MSF mottagare kan konstrueras helt enkelt inte kräver någon testning, anpassa eller specifika elektronisk erfarenhet. Enkla mottagarmoduler kan köpas direkt från företag som Galleon eller återförsäljare som Maplin. Fördelarna med att använda komplett lösning moduler över diskreta lösningar är att modulerna ingår det stöd som behövs elektronik, avstämda kristaller och är förmonterade och testade. Vid konstruktion av en MSF atomur mottagare det finns egentligen bara tre delar:
- En mottagare modul: När den kombineras med en ferritantenn, fungerar mottagarmodul som en komplett enhet för mottagning av signaler tidskod. Med en ytterligare nivå anpassningskrets, kan den demodulerade utsignalen användas för att direkt driva en avkodningskrets. Modulerna kan anpassas till någon tillgänglig sändare genom att helt enkelt byta ut kristallerna.
- MSF Antenn: Läkare Utan Gränsers signalen sänds på 60 kHz och en lämplig ferritantenn före alliansfria och LC trimmad är bäst.
- Mikrokontroller dekoder: krävs för att avkoda signalen till ett standardiserat dataformat.
Varje föreläsare eller student intresserad av att förvärva denna utrustning vänligen kontakta oss på: 0121 608 4433 (Storbritannien) eller + 44 (121) 608 4433 (utomlands) och Citat "EMC-fri". Eller via e-post: enquiries@galleonmail.com
EM2S mottagarmodul
Modulen har en strömsnål standby-läge med strömförbrukning maximal 1'A. I aktivt läge strömförbrukningen är mindre än 1mA, typiskt 500'A. Den datautgång kopplas internt med en aktiv låg öppen kollektor NPN transistor. EM2S mottagarmodul Allmänna specifikationer:
- Mått: 25mm X 13mm X 12mm ca
- Nominell driftspänning: + 3V DC till 12V DC
- Driftspänning område: 2.2V till 15V DC
- Rekommenderat spänningsområde 3V till 5.25V
- Strömförbrukning vid + 3V, aktiv: 1mA
- Standby: 1mA
- Utgång: Öppen kollektor NPN transistor, aktiv låg
- Maximal diskbänken ström: 15mA
- Maximal kollektor spänning: + 5.25V
Ferrit Antenn
Detta förut linje LC avstämd ferrit antenn är speciellt utformad för att användas med EM2S mottagarmodul. Antenn Allmänna specifikationer:
- Mått: 60mm x 13mm eller 100 mm * 13 mm
- Nominell frekvens: 60 kHz eller 77.5 kHz beroende på modell
- Resonansfrekvens: 60 kHz - 300Hz eller 77.5 - 300Hz
- Bandbredd (-3dB): 700Hz Känslighet: 8-V utspänning med 100'Vm-1 fältstyrka
MCM-RS232 Microcontroller avkodarmodulen
I kombination med EM2 mottagarmodul och antennen, ger denna modul tidsinformation i standard RS232 dataformat via ett seriellt gränssnitt. Extern buffring till full RS232 nivåer krävs och kan uppnås med hjälp av en egenutvecklad RS232 nivå shifter IC. Fördelen av modulen jämfört med direkt värd avkodning av mottagarens utgång är närvaron av exakt avkodad tidsinformation hela tiden och ingen bearbetning. Modulen har också en realtidsklocka som kalibrera sig mot Atomic Radio Time signal när den synkroniseras med Atomic Radio tidssignal.
MCM-RS232 Allmänna specifikationer:
- Mått: 22mm X 13mm X 5mm ca
- Nominell driftspänning: + 3V DC
- Driftspänning område: + 2.4V DC + 3.6V DC
- Strömförbrukning vid + 3V, aktiv: 1mA - Standby: 50-A
- Ingångar: Tidskod indata (från EM2S) eller EM6.
- Seriedataingång (från värddatorn via lämplig nivå omvandlare)
- Utgångar: Power Styrutgång (för EM2S), Kopplingsutgång (för extern tidsstyrning), via lämpliga kretsar.
- Seriell datautgång (värd dator via lämplig nivå omvandlare)
Hjärtat i enheten är den EM2S mottagarmodulen och matchande antenn. Dessa två Galleon produkter är utformade för att fungera tillsammans på 60 kHz för att ta emot MSF-signalen. Andra antenner och mottagare görs för WWVB och DCF-signaler men bör hållas i par, eftersom det är osannolikt att de kommer att fungera om de blandas och matchas.
Strömförsörjning
Vid driva kretsen finns det flera alternativ. En 3 volt DC kan användas för att ge en konstant strömförsörjning eller alternativt ett batteri / batteri kommer att göra lika bra. Detta alternativ ger en stadig kontinuerlig ström som ska användas och innebär mindre arbete i byggandet av mottagaren. OBS. MCM-RS232 måste strömförsörjas från 3VOLTS - något högre KOMMER förstöra den
Brus
För att minska brus till den signal som överförs till mottagaren, bör frikoppling kondensatorer användas. Emellertid, eftersom bruset kan vara beroende av miljön mottagaren skall användas i och avståndet från sändaren endast försök och misstag kommer att avgöra styrkan. Det är också viktigt att använda en icke-ledande hölje som uppenbarligen metalldosor kan orsaka störningar eller blockering av signalen. På grund av den lilla kompakta storleken hos modulerna som tillhandahålls av Galleon någon liten plastlåda räcker. Montering av modulerna kan göras antingen på ett litet kretskort eller modulerna kan nålas eller limmas direkt till inneslutningen.
Konstruktion
Eftersom galeoner moduler dedikerade chips och omfattar allt nödvändigt stöd elektronik, avstämda kristaller och är en förmonterad konstruktion, är det oerhört enkelt att sätta ihop en enkel MSF mottagare, speciellt om du väljer att använda en dedikerad strömförsörjning såsom 3v DC. En schematisk bild av den grundläggande ledningsdragning av modulerna ingår nedan. Observera valfri användning av en LED som i indikator på att enheten fungerar normalt.
Eftersom den schematiska visar modulerna är mycket enkelt kopplas ihop:
- Antennen är bäst som horisontellt som det är att vara i linje med riktningen för MSF signalen (när placering av enheten är det rekommenderat att använda en kompass och karta för att hitta riktning sändaren i Cumbria).
- Antennen är ansluten till EM2 MSF-modulen (LP6, LP5). Strömförsörjningen ansluts till både EM2 och MCM-RS232 modulen (LP4, X1 3VOLTS, LP1, X7 jord).
- Den EM2 och MCM-moduler är anslutna via MSF ut (LP3) och PON (LP2) på EM2 till Läkare Utan Gränser i (X3) och PON (X6) på MCM-modulen.
- MCM - RS232 ansluts till en dator via ett seriellt gränssnitt och seriella in och ut (X2 och X5)
- Notera placeringen av kondensatorer och motstånd. Som tidigare nämnts att övervinna de problem som är förknippade med buller, kan några försök och misstag krävas i detta område.
programvara
Det finns flera alternativ när det gäller programvara för att styra MSF mottagaren. Medan det finns flera olika typer av tidssynkronisering programvara, inklusive gratisprogram är Galleon Systems Time Sync version 3.2 rekommenderas. Time Sync har ett lättanvänt gränssnitt och kan synkroniseras med inte bara en radiomottagare men även GPS och Internet. Time Sync mot 3.2 är också fullt stöd med en fullt informativ handbok som innehåller felsökning råd och en självförklarande gränssnitt. Det har också många funktioner tillgängliga i mindre shareware synkronisering paket och kommer att köras på Linux och alla versioner av Windows (åtminstone så långt tillbaka som NT / 2000). Galleon programvara detekterar automatiskt enheten och sänder tidssignalen till ntpd demonen (eller tjänsten i Windows) som körs i bakgrunden. Programmet kommer också att avgöra MSF signalen från de avkodade pulserna.
Felsökning och noggrannhet
En av de främsta orsakerna till problem med en enkel radiomottagare som denna är buller. Även om bruset filtreras och jämnas ut genom användning av kondensatorer det tar bara en liten mängd brus, i synnerhet när signalen är i ett lågt tillstånd, för att generera ett fel. Om demonen eller tjänsten upptäcker ett fel samtidigt försöka avkoda tidssignalen det avbryter den aktuella processen och försöker igen. För att minska störningarna är det viktigt att hålla enheten borta från metallföremål, annan elektrisk utrustning (inte alltid lätt när det är ansluten till en dator) och hålls stilla. Det är också bäst att hålla enhetens antenn linje i rät vinkel så perfekt som möjligt till platsen för sändaren.
Den största faktorn för att definiera riktigheten i något klockradio är avståndet från sändaren, dess utbredning, bearbetning av mottagaren, och latensen av operativsystemet. På grund av alla dessa faktorer en fördröjning på upp till 20 millisekunder kan förväntas och medan detta kan kalibreras i Time Sync mot 3.2 noggrannhet upp till 20 millisekunder är mer än exakt för de flesta om inte alla tidssynkronisering behov.
Gratis Moduler för studenter
Som en del av Galleon Systems kontinuerligt stöd till utbildning är vi glada att kunna erbjuda alla de moduler som nämns ovan helt gratis till alla studenter, universitet eller högskola. Varje föreläsare eller student intresserad av att förvärva dessa moduler kontakta oss på: 0121 608 4433 (Storbritannien) eller + 44 (121) 608 4433 (utomlands) och Citat "EMC-fri".
