Vysílání a příjem časové informace DCF77 (original) (raw)

Bez přesného času se neobejdeme při monitorování systémů, je nezbytný pro provádění bezpečnostního auditu nebo v jakýchkoliv systémech provádějících transakce v reálném čase či jeho závislosti. Pokud máte připojení na internet, lze čas ve vašem PC synchronizovat s časem ze serverů připojených na internet a poskytujících příslušnou službu. Automaticky seřizovat čas na PC lze pomocí dvou k tomu určených protokolů: staršího Time a novějších NTP a SNTP.

Střední hodnota nosného kmitočtu 77,5 kHz se neodchyluje od jmenovité hodnoty více než o 10-12 týdně. Relativní nepřesnost za více než 100 dní je pouze 2*10-13. Provádět měření přesnosti za kratší dobu nemá význam, neboť vysílač vysílá za týden pouze 77500*3600*24*7 = 4,6872*1010 sinusových kmitů. Aby bylo kontrolní měření prováděno s přesností 10-12, musí rozeznat 1/20 periody za týden. Dlouhodobá přesnost 2*10-13 odpovídá při 77,5 kHz jednomu kmitu za dva roky.

Kódování časové informace je prováděno pulzně šířkovou modulací, poklesem amplitudy nosné na 25 % na začátku každé sekundy. Klíčování je synchroniozováno fázovou synchronizací s nosnou a odpovídá na 10 ľs přesně úřední časové stupnici fyzikálně technického ústavu v Braunschweigu (PTB - Physikalisch-Technischen Bundesanstalt). Tento pokles však odpadá při 59 sekundě každá minuty - minutová značka. Pokles trvá 100 ms - log 0, a 200 ms - log 1. Vzhledem k dokmitávání vysílací antény je však pokles na začátku modulačního impulsu poněkud zploštěn. 150 ľs po začátku klíčování je amplituda nosné ještě 80 % nominální hodnoty. Referenčním okamžikem udávajícím přesný počátek sekundy je začátek poklesu amplitudy (dříve 70% plné amplitudy). Čas šíření od vysílače k přijímači též kolísá. Při měřeních ve vzdálenosti 300 km od vysílače bylo zjištěno maximální kolísání 37 ľs ve dne a 50 ľs v noci. Další zpoždění získá signál časovými konstantami v přijímači. Vysoká selektivita má za následek silné a nepřesně definovatelné zpoždění. Volací značka vysílače je přenášena třikrát v hodině a to v 19, 39 a 59 minutě každé hodiny tónovou modulací nosné 250 Hz morse bez přerušení vysílání časových značek.

Kódování úplné časové informace

Přenáší se čas a datum platný pro následující minutu, tak aby na začátku následující minuty již byla kompletní časová informace. Všechny hodnoty čísel jsou v kódu BCD. Takhle je zchytil program DCFMON.

0        10        20        30        40        50      58 |    |    |    |    |    |    |    |    |    |    |    |  | 00000000000000000010111000000010000111100111100001011010010 M--------------RAZZAS1248124P124812P1248121241248112481248P  |  Rezervní  ||1  2||   000||   00||   00|D||   0|   0000|  |----bity----|Řídící|Minuta|Hodina||Den-||e|Měsíc|--Rok--|                 bity                      |n v týdnu

Význam jednotlivých bitů

Letní a zimní čas

Pro jasnější pochopení letního a zimního času a jejich přechodu je zde příklad tak jak byl vysílán a zachycen programem DCFMON.

Před změnou byla časová zóna 10b tj. UTC + 2h = SELČ a bit A1 (č. 16) indikoval 1 hodinu předem, že bude provedena změna času.

 |--Rezervní--|Řídící|Minuta|Hodina||Den-|DvtMěsíc|--Rok--|  |   bity     ||1  2||   000||   00||   00| ||   0|   0000| * je zavěšeno M--------------RAZZAS1248124P124812P1248121241248112481248P 00000000000000001100111101011010000111100111100001011010010 * 02:57 27.10.96 00000000000000001100100011011010000111100111100001011010010 * 02:58 27.10.96 00000000000000001100110011010010000111100111100001011010010 * 02:59 27.10.96 00000000000000001010100000000010000111100111100001011010010   02:00 27.10.96 00000000000000000010110000001010000111100111100001011010010 * 02:01 27.10.96 00000000000000000010101000001010000111100111100001011010010 * 02:02 27.10.96 00000000000000000010111000000010000111100111100001011010010 * 02:03 27.10.96

V minutě těsně před 2:00 byla již vysílaná časová zóna 01b tj. UTC +1h = SEČ ale bit A1 byl ještě v log 1. A od 2:01 je již vše normální. Ovladač DCF77 "nevěřil" změně času o 1 hod (nepoužívá bit A1), takže čekal ještě jednu minutu a pak teprve synchronizoval čas (některé budíky, které přijímají DCF77 "nevěří" této změně, taky 15 minut i déle a ukazují tvrdošíjně starý čas).

Zkratky a pojmy

• SEČ - středoevropský čas (UTC + 1h)
• SELČ - středoevropský letní čas (UTC + 2h)
• UTC - koordinovaný světový čas (Universal Time Coordinated)
• TAI - mezinárodní atomový čas (definován pomocí atomové sekundy)
• UT 1 - světový astronomický čas (nehomogenní, závislý na úhlu otočení země kolem osy)
• UT 2 - je vlastně UT 1 bez ročních výkyvů (homogenní čas, definován podle otáčení země)
• Přestupná sekunda - je vkládána jednou za dva až tři roky jako poslední sekunda v červnu nebo v prosinci. Tato korekce času je nutná protože v UTC je trvání sekundy shodné sTAI, ale tím nesouhlasí střední doba roku v časové stupnici UT 2.

Programy pro dekódování a monitorování DCF77

DCF_612.ZIP - Rezidentní ovladač pro dekódování DCF77 a řízení hodin RTC od Roland Elmiger HB9GAA a Eric Vandenbroucque F5HBN.
DCFOMON.ZIP - Můj program slouží k monitorování a ukládání informací vysílaných stanicí DCF77. Tento program využívá rezidentní ovladač od HB9GAA a F5HBN. Oba programy jsou pro DOS a chodí i pod Windows 3.11 (Win 95 jsem raději nezkoušel).

Přijímače

• Schéma a připojení přijímače DCF77 podle HB9GAA s UE2125.
• Schéma podle [2] s A244D (TCA440)

Dosah vysílače DCF77

Literatura

[1] Ing. Jan Hájek, Vysílání normálových frekvencí a přenos časové informace, Sdělovací technika 7/1974 str. 254 až 258
[2] Ing. Josef Pokorný, Digitální hodiny s přijímačem DCF77, AR 8/1994 str. 11 až 15; AR 9/1994 str. 16 až 17

e-mail: michal@mobil.cz