Часы radio controlled настенные как настроить

Источник

DCF77: как работает система передачи сигналов точного времени?

Наверное многие, приобретающие часы или метеостанцию, видели на упаковке логотип Radio Controlled Clock или даже Atomic Clock. Это весьма удобно, ведь достаточно поставить часы на стол, и они через некоторое время автоматически настроятся на точное время.

Разберемся как это работает и напишем декодер на языке Python.

Существуют разные системы синхронизации времени. Наиболее популярная в Европе — немецкая система DCF-77, в Японии есть своя система JJY, в США есть система WWVB, и так далее. Далее рассказ будет о DCF77, как о наиболее актуальной и доступной для приема в некоторых местах европейской части России и соседних странах (у жителей Дальнего Востока может быть противоположное мнение, впрочем они в свою очередь могут принять и проанализировать японский сигнал;).

Все написанное далее, будет про DCF77.

Прием сигнала

DCF77 это длинноволновая станция, работающая на частоте 77.5КГц, и передающая сигналы в амплитудной модуляции. Станция мощностью 50КВт расположена в 25км от Франкфурта, она начала работу еще в 1959 году, в 1973 к точному времени была добавлена информация о дате. Длина волны при частоте 77КГц весьма большая, поэтому размеры антенного поля тоже весьма приличные (фото из Википедии):

При такой антенне и подводимой мощности, зона приема охватывает практически всю Европу, Белоруссию, Украину и часть России.

Записать сигнал может каждый. Для этого достаточно зайти на онлайн-приемник http://websdr.ewi.utwente.nl:8901/, выбрать там частоту 76.5КГц и USB-модуляцию. Должна открыться картинка примерно типа такой:

Там же нажимаем кнопку download и записываем фрагмент длиной в несколько минут. Разумеется, при наличии «настоящего» приемника, способного записать частоту 77.5КГц, можно использовать и его.

Конечно, принимая радиосигналы точного времени через Интернет, мы не получим действительно точное время — сигнал передается с задержкой. Но наша цель лишь понять структуру сигнала, для этого интернет-записи более чем достаточно. В реале конечно, используются специализированные устройства для приема и декодирования, о них будет сказано ниже.

Итак, мы получили запись, приступим к ее обработке.

Декодирование сигнала

Загрузим файл с помощью Python и посмотрим его структуру:

Мы видим типичную амплитудную модуляцию:

Для упрощения декодирования возьмем огибающую сигнала с помощью преобразования Гильберта:

Результат в увеличенном виде:

Сгладим выбросы от помех с помощью low-pass фильтра, заодно вычислим среднее значение, оно пригодится потом для парсинга.

Результат (желтая линия): практически прямоугольный сигнал, который довольно легко анализировать.

Парсинг

Сначала нужно получить битовую последовательность. Сама структура сигнала очень проста.

Импульсы поделены на секундные интервалы. Если расстояние между импульсами составляет 0.1с (т.е. длина самого импульса 0.9с), к битовой последовательности добавляем «0», если расстояние составляет 0.2с (т.е. длина 0.8с), добавляем «1». Конец каждой минуты обозначается «длинным» импульсом, длиной 2с, битовая последовательность при этом обнуляется, и заполнение начинается заново.

Вышенаписанное несложно записать на языке Python.

В результате получаем последовательность бит, в нашем примере для двух минут она выглядит так:

Кстати интересно, что в сигнале есть и «второй слой» данных. Последовательность бит также закодирована с помощью фазовой модуляции. Теоретически, это должно обеспечивать более устойчивое декодирование даже в случае ослабленного сигнала.

Наш последний шаг: получить собственно данные. Биты передаются раз в секунду, так что мы имеем всего 59 бит, в которых закодировано достаточно много информации:

Биты описаны в Википедии, и они довольно любопытны. Первые 15 бит не используются, хотя были планы использовать для систем оповещения и гражданской обороны. Бит A1 указывает на то, что в следующий час часы будут переведены на летнее время. Бит А2 указывает, что в следующий час будет добавлена дополнительная секунда, которая иногда используется для коррекции времени в соответствии с вращением Земли. Остальные биты кодируют часы, минуты и дату.

Для тех, кто захочет поэкспериментировать самостоятельно, код для декодирования приведен под спойлером.

Запустив программу, мы увидим примерно такой вывод:

0011110110111000001011000001010000100110010101100010011000
Tuesday, 26.03.19, 21:41
0001111100110110001010100001010000100110010101100010011000
Tuesday, 26.03.19, 21:42

Собственно, вот и вся магия. Плюс такой системы в том, что декодирование чрезвычайно простое, и может быть сделано на любом, самом несложном микроконтроллере. Просто считаем длину импульсов, накапливаем 60 бит, и в конце каждой минуты получаем точное время. По сравнению с другими способами синхронизации времени (GPS например, или не дай бог, Интернет:), такая радиосинхронизация практически не требует электроэнергии — для примера, обычная домашняя метеостанция работает около года от 2х батареек АА. Поэтому с радиосинхронизацией делают даже наручные часы, не говоря уже конечно, о настенных или об уличных вокзальных.

Удобство и простота DCF привлекают и любителей самоделок. Всего за 10-20$ можно купить готовый модуль из антенны с готовым приемником и TTL-выходом, который можно подключить к Arduino или другому контроллеру.

Для Arduino уже написаны и готовые библиотеки. Впрочем, и так известно — что ни делай на микроконтроллере, получаются либо часы, либо метеостанция. С таким устройством получать точное время действительно несложно, если конечно находиться в зоне приема. Ну и можно повесить на часы надпись «Atomic Clock», и заодно объяснять всем желающим, что устройство действительно синхронизируется с помощью атомных часов.

Желающие могут даже проапгрейдить старые бабушкины часы, установив в них новый механизм с радиосинхронизацией:

Найти такой можно на ebay по ключевым словам «Radio Controlled Movement».

И наконец, лайфхак для тех, кто дочитал досюда. Даже если в ближайших паре тысяч км нет ни одного передатчика радиосигнала, такой сигнал несложно сгенерировать самостоятельно. В Google Play есть программа с названием «DCF77 Emulator», которая выводит сигнал на наушники. По заверениям автора, если обмотать провод наушников вокруг часов, они поймают сигнал (интересно как, ведь обычные наушники не выдадут сигнал 77КГц, но вероятно прием идет за счет гармоник). У меня на Android 9 программа не заработала совсем — просто не было звука (а может я его не слышал — 77КГц ведь:), но может кому-то повезет больше. Некоторые впрочем, делают себе и полноценный генератор сигналов DCF, который несложно сделать на той же Arduino или ESP32:

(источник sgfantasytoys.wordpress.com/2015/05/13/synchronize-radio-controlled-watch-without-access)

Источник

Как настроить часы с радиоконтролем

В этой статье мы попросили мастера ответить на вопрос: «Как настроить часы с радиоконтролем?», а также дать полезные рекомендации по теме. Что из этого получилось, читайте далее.

Часы с функцией радиоконтроля — что в них особенного?

Поскольку сегодня часы с функцией радиоконтроля выпускаются в основном японскими производителями, многие уверены, что именно японцы их и придумали. Мнения расходятся, как правило, лишь в том, какая японская фирма была первой: одни считают, что это была фирма Casio, другие — что Seiko, третьи — что Citizen.

Но на самом деле первопроходцем в области часов с радиоконтролем была немецкая компания Junghans. Именно эта фирма в 1985 году представила первые высокоточные часы, ход которых посредством радиосигналов синхронизировался с атомными часами, находящимися в немецком Национальном институте метрологии. В следующем году Junghans выпустила вариант часов на солнечной батарее. На этом фирма не успокоилась и в 1990 году выпустила цифровые кварцевые часы Mega 1, которые стали первыми в мире наручными часами с функцией радиоконтроля.

Радиоконтроль в наручных часах — это функция, позволяющая синхронизировать время, показываемое наручными часами, с конкретным часовым поясом. Благодаря этой функции часы без дополнительной подстройки всегда показывают точное местное время. Все, что нужно сделать владельцу часов,— один раз задать нужный часовой пояс. Некоторые модели часов с радиоконтролем автоматически перенастраиваются на новое время при попадании в другой часовой пояс.

На сегодняшний день функция радиоконтроля действует в Европе, Китае, Северной Америке и Японии, а также в отдельных частях Канады и Мексики.

Как известно, самые точные часы на земном шаре — атомные. Погрешность их хода составляет 1 секунду за миллион лет. В разных странах существуют национальные центры стандартов времени и частоты. К примеру, в России это Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений (ВНИИФТРИ), находящийся в п. Менделеево (Московская область). В Германии — Федеральное физико-техническое агентство (Брауншвейг), во Франции — Национальная лаборатория метрологии и испытаний (Париж), в США — Национальный институт стандартов и технологий (Боулдер, штат Колорадо), а в Японии — Национальный институт передовой промышленной науки и технологии (Токио).

Сведения о текущем времени передаются с атомных часов на радиовышки, а уже с них на индивидуальные часы. Радиус действия вышек различен. Так, радиовышка, расположенная неподалеку от Франкфурта (Германия), действует в пределах до 1500—3000 км. Часы декодируют полученный сигнал и показывают точное местное время. Сигналы точного времени поступают на наручные часы в автоматическом режиме с определенной периодичностью. При обнаружении неточности в ходе часов, она исправляется автоматически.

Частоты, на которых передаются сигналы

В разных странах для передачи сигналов точного времени выделены разные частоты. В Германии сигнал DCF77 передается на частоте 77.5 кГц, в Великобритании сигнал MSF и в США сигнал WWVB передаются на частоте 60 кГц, в Японии два сигнала JJY передаются на частотах 40 и 60 кГц, в Китае сигнал BPC — на частоте 68 кГц.

Кому пригодятся часы с радиоконтролем

Часы с такой функцией, несомненно, оценят люди, которые с доверием относятся к современным технологиям и ценят высочайшую точность. А если при этом они еще и много путешествуют, то такие часы станут для них верным и надежным спутником в поездках. Ведь в каком бы часовом поясе ни оказался их владелец, они всегда покажут ему точное местное время и помогут не опоздать на самолет или на важную деловую встречу!

Первоначально атомная синхронизация времени использовалась в радиосистемах атомных часов. Такие часы считаются самыми точными из ныне существующих, и они задействуют в своей работе энергию атомов.

В мире существует несколько атомных часов, которые связаны с радиостанциями. Эти станции, в свою очередь, посылают радиосигналы различным устройствам. Благодаря этому, находясь в разных странах мира, можно поймать сигнал одной из таких станций и настроиться на точное время.
Атомные часы есть в США, в штате Колорадо, в России, в Подмосковье, в Японии, Китае, Великобритании, Германии и Франции.

Настроиться на точное время можно с помощью радиоконтролируемых часов. Такие часы принимают радиосигнал со специальной станции. Но у часов с радиоконтролем есть свои ограничения. Например, если вы находитесь в Северной Америке, то часы будут синхронизироваться только на самом континенте, а на отдельных частях и островах, таких как Аляска или Гавайи, они будут работать менее корректно. Также такие часы будут показывать точное время лишь в некоторых частях Мексики и Канады.

Еще одно ограничение – это неточность времени внутри крупных зданий со стальной конструкцией. Сигнал со станции NIST в США может не пробиться сквозь стены таких сооружений. Поднеся часы ближе к окну, вы сможете вновь синхронизировать их.

Большинство компьютеров синхронизируются с атомными часами при условии наличия выхода в интернет. Если компьютер не синхронизируется автоматически, можно использовать разработанные для этого программы.

Существуют также специальные сайты, на которых можно посмотреть самое точное время. К таковым, например, относится world-clock.com, отражающий точное время по Гринвичу и в разных частях планеты. Точное время в разных городах и странах можно посмотреть на русскоязычном вебсайте timeserver.ru.

Национальный институт стандартов и технологии в США (NIST) работает с радиостанцией WWVB. Временной сигнал, посылаемый станцией, содержит информацию о часах, минутах, дате, и о том, високосный или не високосный год на этот момент. Сигнал закодирован с помощью двоично-десятичного кода.

Эта интересная станция обладает очень мощной антенной и работает на очень низкой частоте 60000 Гц. Сочетание высокой мощности и низкой частоты позволяет радиоволнам от станции покрывать очень большую территорию: всю континентальную часть США, часть территории Канады и центральной части Северной Америки.

Покупал такие часы около 2 лет назад. Критерием поиска было: бренд, электронные, интересный дизайн, солнечная батарея. По этому я выбрал эти — CASIO WV-M120 (3090). К сожалению сейчас такие часы не выпускаются, но есть немного другие (но они без солнечной батареи). Были 2 вида таких часов: с металлическим ремешком и с пластиковым, я выбрал с металлическим ремешоком.
Часы пришли из Таиланда, в оригинальной упаковке, которая давно была выброшена. Сами часы после 2 лет активного пользования выглядят так:

На корпусе конечно уже присутствую царапины, но на стекле их практически нет, есть только одна большая в верхнем левом углу:

По кругу дисплея размещена солнечная батарея.
Корпус часов выполнен из металла и пластика, пластик с напылением и в некоторых местах напыление стало сползать, но на вид часов это не влияет:

Кнопки выполнены из металла, по этому они выглядят как новые:

Ремешок к часам крепится на пластиковое основание, по началу я думал, что он быстро отломится, но нет ремешок не отвалился:

Ремешок как и положено полностью из металла (несколько звеньев я убрал):

Крышку часов я не открывал, да и думаю не буду, т.к. там стоит аккумулятор, который заряжается с помощью солнечной батареи. На крышке указано производство Таиланд:

Технические характеристики:
— Встроенная солнечная батарея
— Режим всемирного времени
— Летнее время
— Секундомер
— Таймер
— 5 независимых будильников
— Ежечасный сигнал
— Радиоконтроль
— Электролюминесцентная подсветка
— Энергосберегающий режим
— Водонепроницаемость

Далее опишу каждый пункт ТХ.
1. Встроенная солнечная батарея.
Когда я получил часы, индикатор солнечной батареи показывал средний режим, т.е. были на половину заряжены, но когда наступили солнечные дни, я часы оставил на солнце и они уже стали показывать максимальную шкалу и больше индикатор не менялся:

Я думаю многим понятно что означают буквы (H, M и L), если нет напишу:
H — заряд батареи на максимуме
M — средний заряд
L — слабый заряд. При этом заряде не работает подсветка, звуковые сигналы и радиоконтроль
2. Режим всемирного времени
В этом режиме можно узнать время в 48 городах мира (29 часовых поясов)
3. Летнее время
В часах есть такая функция, но в России она уже не актуальна
4. Секундомер
Я думаю всем понятно что такое секундомер и не нужно заострять на этом внимание. Добавлю только ограничение измеряемого времени — 999 часов 59 минут и 59.99 секунд. Режим секундомера сохраняется, если выбрать другой режим.
5. Таймер
Это я думаю тоже всем понятно. Обратный отсчет можно устанавливать от 1 до 60 минут.
6. 5 независимых будильников
4 будильников обычные, а один имеет функцию «еще поспать», он будет включать будильник 7 раз, через каждые 5 минут (отключается любой кнопкой). Я будильник не использую, т.к. сигнал у него довольно тихий, а часы я привык снимать перед сном.
7. Ежечасный сигнал
Если включить эту функцию, то часы будут производить «писк» каждый час (сразу отключил).
8. Радиоконтроль
Часы умеют принимать сигнал калибровки времени по радио каналу (от 40 до 77,5 кГц) из Германии, Англии, США и Японии. Можно включать этот режим как вручную, так и в автоматическом режиме. В инструкции написано, что часы могут синхронизировать время в Москве из Германии и Англии, но т.к. я живу в Кирове у меня это не получилось сделать.
9. Электролюминесцентная подсветка
Обычная подсветка с голубым свечением. Может включаться двумя способами: с помощью кнопки и с помощью датчика положения. С помощью датчика положения включается, только в темноте. Что бы их так включить, нужно повернуть руку так, что бы часы были в горизонтальном положении, а потом развернуть их к себе (на видео я покажу как это работает).
10. Энергосберегающий режим
Если часы находятся в темном месте некоторое время (1-2 часа), дисплей полностью отключается, что бы его включить, нужно нажать любую кнопку или повернуть их так, что бы включилась подсветка.
11. Водонепроницаемость.
Часы так же оснащены водонепроницаемостью до 10 атмосфер — это погружение на глубину 100 метров. К сожалению я на такую глубину не погружался в них, но в море они меня не подвели и влага в них не попала.

Вес часов:

Размер:

На руке смотрятся часы так:

Не смогла включиться подсветка из-за слишком яркого места, в темноте включается как надо.

Часы идут довольно точно, за год убежали на пару минут, если бы удалось включить функцию радиоконтроля, тогда бы они шили очень точно. На данный момент использую только как часы, изредка пользуюсь таймером или секундомером. Но больше всего использую включение подсветку с помощью датчика положения, может еще из-за этого кнопки не повредились.

Вывод: часы очень мне нравятся, жаль конечно, что их больше не выпускают, надеюсь прослужат они мне еще лет пять.
Часы я покупал где-то за 2100 руб., в то время в России они стоили от 4000 рублей, если Вас не смущает нынешняя цена (около $120) и пластиковый ремешок, можете смело покупать.

Возможно у Вас есть свои мнения на тему «Как настроить часы с радиоконтролем»? Напишите об этом в комментариях.

Источник