Точные радиочасы с календарём

Радиочасы состоят из трёх блоков. Это радиоприёмник сигналов точного времени, блок  индикации времени и календаря, а также любой стабилизированный блок питания 9В, 50 мА.(не импульсный). 

Принципиальная схема радиоприёмника показана на рис.1. Приёмник соединяется с блоком индикации гибким четырёхжильным кабелем длиной 2 метра, что позволяет ориентировать приёмник на радиостанцию а блок индикации разместить в удобном для просмотра месте. Блок питания соединяется с приёмником двухжильным гибким кабелем длиной 2 метра. Известны схемы приёмников радиостанции РБУ, например http://ua3wm.qrz.ru и http://amfan.ru., но не рассматривается дешифрация сигналов. В данном приёмнике на выходе формируются сигналы для блока индикации, в котором производится дешифровка сигналов и вывод на дисплей информации о времени(часы, минуты, секунды) и календаре(день месяца, месяц, день недели, год).

Рис.1

Описание радиоприёмника

Радиостанция находится в городе Талдом в 120 км от Москвы в направлении на север.Мощность радиостанции 50 кВт, напряжённость электрического поля в Москве около 10 мВ/м.

Приём осуществляется на ферритовую антенну, обмотка L1 которой, намотана в два слоя на подвижном картонном каркасе на сердечнике с магнитной проницаемостью 900, сечением 10х22 мм и длиной 98 мм проводом ПЭВ-2 диаметром 0,38 мм. Длина намотки 66 мм, добротность катушки около 800, число витков 234(окончательно подбирается при настройке)..

Напряжение питания подаётся через коаксиальный разъём Х1. Микросхема DA1 выдаёт стабилизированное напряжение 5 В на разъём Х3 для питания блока индикации.Потребляемый совместно с блоком индикации ток не превышает 30 мА. На транзисторе VT1 собран каскад с высоким входным сопротивлением и положительной обратной связью, регулируемой резистором R4.На транзисторе VT2 собран усилитель высокой частоты, затем детектор на VD1 и фильтр низкой частоты на резисторах R7, R8 и конденсаторе С9, затем продетектированный сигнал с частотами 100, 200 и 312,5 Гц подаётся на неинвертирующий усилитель на микросхеме DA2, коэффициент усиления которого регулируется резистором R11. Так как питание усилителя однополярное на выходе усилителя остаются только положительные полуволны низкочастотного сигнала. При напряжении питания усилителя 9 вольт максимальный размах сигнала на выходе 7,5 вольт. К разъёму Х2 подключается осциллограф при настройке приёмника. Осциллограмма сигнала на выходе УНЧ показана на рис.2. 

Рис.2

Теперь о сигнале радиостанции РБУ и настройке приёмника. Сигнал РБУ представляет собой амплитудно модулированную несущую частоту F0= 66,66 КГц либо синусом 100 Гц либо синусом 312,5 Гц, которая каждые 100мс выключается на 5мс, формируя разделительный импульс, первая гармоника которого равна 200 Гц. В результате возникают две боовые полосы частот: нижняя F0-100 Гц, F0-200 Гц и F0-312,5 Гц, и верхняя F0+100 Гц, F0+200 Гц и F0+312,5 Гц. Приёмник настраивается на максимум амплитуды разделительного импульса в нижней или верхней полосе(F0-200 Гц или F0+200 Гц). При этом частоты F0-100 и F0-312,5 или F0+100 и F0+312,5 оказываются на скатах резонансной кривой входного контура и преобразуются в амплитудно модулированные. Добротность контура должна быть около 1000. Система кодировки информации о времени, дне месяца, месяце, дне недели и годе изложена в ГОСТ 8.815-2016. Каждый 100 мс интервал содержит 1 бит информации(бит=0 при 100 Гц и равен 1 при 312,5 Гц). В 100 мс интервале либо 8 импульсов либо 25 как показывает осциллограмма. Информация обновляется каждую минуту, разделительные импульсы это и есть точные временные метки.

Грубая настройка производится подбором числа витков L1, а точная перемещением её по сердечнику и подстроечным конденсатором С8 с воздушным зазором. Конденсатор С7 должен быть плёночным или слюдяным с малым температурным коэффициентом. На коллекторе транзистора VT2 подбором резистора R6 устанавливается напряжение 4 вольта, а регулировкой положительной обратной связи резистором R4 размах несущей частоты  2-3 вольта. Регулировкой коэффициента усиления DA2 резистором R11 устанавливается амплитуда разделительного импульса около 5 вольт, при этом амплитуды импульсов 100 и 312,5 Гц должны быть порядка 1,5-2 вольт(подстраивается R4 и С8).

С выхода УНЧ сигнал подаётся на неинвертирующие входы компараторов на микросхемах DA3 и DA4. Компараторы на DA3 имеет два порога срабатывания 4 вольта(зелёный светодиод) и 5 вольт(красный светодиод) и служит для контроля амплитуды разделительного импульса. Компараторы на DA4 имеет тоже два порога срабатывания 3,5 вольта и 0,2 вольта, их выходы через разъём Х3 поступают на блок индикации и используются для дешифровки информации и её вывода на дисплей.

Детали и конструкция:полевой транзистор КП303 с любым индексом, VT2-любой ВЧ транзистор для поверхностного монтажа, но можно и КТ3102. Все резисторы 0805, можно выводные 0,125 Вт.  Конденсаторы можно использовать как выводные так и для поверхностного монтажа. Конструкция определяется возможностями радиолюбителя. Дифференциальные усилители должны допускать однополярное питание. Ниже приведенs фотографии моей конструкции приёмника. Габариты приёмника 102х68х60 мм. Приёмник следует размещать вдали от окон, массивных железных предметов и источников импульсных помех(импульсные источники питания, тиристорные регуляторы). Настройка на радиостанцию достаточно стабильна. Приёмник постоянно включён через адаптер в сеть. За полгода работы ни разу не потребовалась его подстройка!

Да, бывают помехи, в основном в утренние и вечерние часы. После окончания помех индикация времени автоматически восстанавливается. Следует иметь ввиду, что каждый третий вторник каждого месяца с 8:00 до 16:00 передатчик радиостанции выключается на профилактику.

        
Вид на приёмник спереди и сзади

Теперь рассмотрим блок индикации. Ниже показана его принципиальная электрическая схема.

Индикатор выполнен на микроконтроллере Atmega8, который работает от внутреннего RC генератора на частоте 4 МГц. На вход индикатора подаются импульсы от компараторов приёмника. В индикаторе программно производится дешифровка, чтение данных и их вывод на дисплей. Дисплей любой 2 строки 16 символов. В верхней строке календарь, в нижней часы. Кроме того в момент времени когда значение минут и секунд равно 0 создаётся синхронизирующий импульс(СИ) амплитудой 5 вольт и длительностью 95 миллисекунд, который индицируется светодиодом. Импульс предназначен для коррекции времени других часов. Выключатель SA1 подключает СИ к выходу. Выключатель SA2 и перемычка П задают интервал между синхроимпульсами. SA3 отвечает за обновление данных на календаре. Предусмотрена кнопка сброса микроконтроллера. Конструкция и детали могут быть любыми. Прошивка программы находится в прикреплённом файле. На фотографии ниже показана моя конструкция индикатора. Использован большой дисплей 105х35 мм.  

Передний фронт синхроимпульса может отличаться от точного времени не более чем на 5 миллисекунд, а интервал между синхроимпульсами не более чем на 500 микросекунд. Например сигналы точного времени радиостанции "МАЯК" и серверов точного времени в интернете могут отличаться от точного времени на 100-150 миллисекунд. Демонстрация работы часов показана в прилагаемом видеофайле.

Теги:

• Часы