導航衛(wèi)星授時信息轉低頻時碼授時信號轉發(fā)器的制造方法
【專利摘要】導航衛(wèi)星授時信息轉低頻時碼授時信號轉發(fā)器，一種為電波授時鐘表提供授時信號的裝置，它包括低頻時碼產生電路、載波信號產生電路、調制電路、功率放大電路、電源、輸出發(fā)送單元等部分，其特征在于：它有RS-485接口器件，能接收由“導航衛(wèi)星授時信息轉發(fā)器”轉發(fā)的符合RS-485協(xié)議的含有衛(wèi)星授時信息的串行信號，并能從中獲得嵌在信號中的1PPS秒脈沖，獲得精確的時間，使得所發(fā)送的低頻時碼授時信號具有很高的授時精度。本轉發(fā)器能使原來接收不到或不能穩(wěn)定接收電波授時信號的地點或場所也能正常使用電波授時鐘表。本轉發(fā)器的輸出發(fā)送單元由若干個基本發(fā)送單元并聯(lián)連接而成，一臺轉發(fā)器能為好多臺電波授時鐘表提供信號源。
【專利說明】導航衛(wèi)星授時信息轉低頻時碼授時信號轉發(fā)器
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種把導航衛(wèi)星授時信息轉發(fā)為低頻時碼授時信號的裝置，具體地說，涉及一種接收由“導航衛(wèi)星授時信息轉發(fā)器”所轉發(fā)的導航衛(wèi)星授時信息并轉發(fā)為低頻時碼授時信號的裝置，屬于授時【技術領域】。
【背景技術】
[0002]近二十幾年來，接收低頻時碼授時信號的鐘表，也就是通常所說的電波鐘表，由于走時準確，能每天自動校準，無累積誤差，因而逐漸在世界各國被廣泛采用。近幾年來，電波鐘表在我國也開始普及開來。低頻時碼授時信號以長波作為載波，通常被稱為電波授時信號。世界上幾個大功率授時發(fā)播臺分屬于不同的國家，它們各采用特定的載波頻率，且各自有專門的低頻時碼，如美國的WffVB碼，英國的MSF碼，德國的DCF77碼，日本的JJY碼等，而我國采用BPC碼。中國專利申請案200410025933.2給出了 BPC碼的編碼格式；前述其他各國的低頻時碼的編碼格式均可在“維基百科” en.wikipedia.0rg的各相關網頁中查到。各種低頻時碼的編碼格式的共同特點是一秒只發(fā)送一個低頻脈沖(一些特定的秒除外，如德國的DCF77碼的每分最后一秒無秒脈沖，中國的BPC碼是每分的第00、20、40秒無秒脈沖)。前述各種低頻時碼的載波頻率分別為=WWVB碼的載波頻率60kHz，MSF碼的載波頻率60kHz，DCF77碼載波頻率77.5kHz，JJY碼載波頻率40或60kHz，BPC碼載波頻率68.5kHz。
[0003]我國的BPC低頻時碼發(fā)播臺建于河南商丘，所發(fā)射的授時電波信號能有效覆蓋我國的大部分地區(qū)。但是，距河南商丘發(fā)射臺距離太遠的地區(qū)，或者距商丘雖然不是太遠但接收環(huán)境不好的地方(如附近有嚴重的電磁干擾源，受周圍高大建筑物遮擋，所處建筑物本身對電波的屏蔽作用，等等)，電波鐘表就可能無法穩(wěn)定可靠地接收電波授時信號。還有一些特殊環(huán)境，如地下商場、地鐵站、人防工程內，等等，電波鐘表很可能根本接收不到電波授時信號。
[0004]為解決上述問題，人們提出了一些解決方案。比如，專利申請案200520078712.1，所采用的方法是在電波信號相對較好的某個位置接收，經過處理，從RS-232串行接口輸出時間數據的串行信號，經線路傳送至相關計時設備。這些方法只是讓接收情況略有改善，并未圓滿解決上述無法接收或很難接收電波授時信號的問題，因而國內還有好多地方或場所至今仍不具備使用電波鐘表的條件。
【發(fā)明內容】
[0005]為了讓遠離河南商丘發(fā)射臺的地區(qū)以及接收環(huán)境不佳或根本接收不到低頻時碼授時信號的場所也能使用電波鐘表，本發(fā)明提供一種低頻時碼授時信號轉發(fā)器，它接收由“導航衛(wèi)星授時信息轉發(fā)器”所轉發(fā)的導航衛(wèi)星授時信息，并轉發(fā)為指定的一種低頻時碼授時信號。
[0006]本發(fā)明解決這個技術問題所采用的技術方案是:如圖1所示，本轉發(fā)器內設有RS-485串行接口器件(I)、低頻時碼產生電路(2)、載波信號產生電路(3)、調制電路(4)、功率放大電路(5)、電源(6)、輸出發(fā)送單元(7)等部分。其中，低頻時碼產生電路(2)的核心器件是單片機或微控制器，它通過RS-485串行接口器件(I)接收來自“導航衛(wèi)星授時信息轉發(fā)器”的衛(wèi)星授時信息，以獲得準確的時間，并產生前述的各國低頻時碼之中的一種低頻時碼信號(TC);載波信號產生電路(3)產生這種低頻時碼授時信號的特定頻率的載波信號(CW);調制電路(4)把前述電路產生的低頻時碼信號(TC)以振幅調制的方式調制在載波信號(CW)上，獲得載有低頻時碼的已調制信號(MW)，再讓該已調制信號經過功率放大電路(5)的功率放大，最后獲得的經過放大的已調制信號(PMW)輸送到輸出發(fā)送單元(7)，發(fā)送給近距離處的電波鐘表。于是周圍的電波鐘表就可獲得信號強度滿足要求的低頻時碼授時信號。電源(6)為本轉發(fā)器的各個部分提供電源。
[0007]下面敘述采用RS-485串行接口器件(I)的理由:本轉發(fā)器是從導航衛(wèi)星授時信息中獲得準確的時間，而接收導航衛(wèi)星的超高頻信號一般要求接收設備放置于能直視天空的位置，但是本轉發(fā)器在絕大多數使用場合都是安裝于建筑物內，因此本轉發(fā)器是接收來自“導航衛(wèi)星授時信息轉發(fā)器”所轉發(fā)的導航衛(wèi)星授時信息來獲得準確時間的?！皩Ш叫l(wèi)星授時信息轉發(fā)器”為了所轉發(fā)的授時信息適于遠傳且能被多個計時設備利用，通常是通過RS-485串行接口，以平衡差分的形式發(fā)送串行的授時信息，如專利申請案201210377342.6和200520083956.9這一類轉發(fā)器所轉發(fā)的衛(wèi)星授時信息就都是采用RS-485串行接口發(fā)送的。本轉發(fā)器使用RS-485接口器件(I)把符合RS-485協(xié)議規(guī)范的平衡差分形式的串行信號轉換成單片機或微控制器能接收的TTL電平或CMOS電平的串行信號，供給低頻時碼產生電路(2)。低頻時碼產生電路(2)中的單片機或微控制器接收前述的TTL電平或CMOS電平的含有授時信息的串行信號，以獲得準確的時間，而這是產生準確的低頻時碼信號的前提條件。
[0008]專利申請案201210377342.6所述的“導航衛(wèi)星授時信息轉發(fā)器”所轉發(fā)的衛(wèi)星授時信息，是把IPPS秒脈沖嵌入串行信號中且安排于每秒鐘的空閑時間段來組合成一路信號進行轉發(fā)。當本轉發(fā)器接收這種嵌有IPPS秒脈沖的組合串行信號時，由于本轉發(fā)器的低頻時碼產生電路(2)中含有單片機或微控制器、與非門或者與門，所述的單片機或微控制器在每秒鐘的恰當時刻發(fā)出矩形脈沖且確保各矩形脈沖的持續(xù)時間能將每秒鐘的IPPS秒脈沖時刻包含在內，這種矩形脈沖串(如圖2之(a)所示)與上述嵌有IPPS秒脈沖的組合串行信號(如圖2之(b)所示)經過與非門或者與門的“與”邏輯的結果，獲得IPPS秒脈沖(如圖2之(c)所示，各脈沖的上升沿對應于IPPS秒脈沖，若經過與非門則還要反相)，作為單片機或微控制器的中斷請求信號，從而獲得每秒種開始時刻的精確時點，保證了所轉發(fā)的低頻時碼授時信號的高授時精度。
[0009]本轉發(fā)器的輸出發(fā)送單元(7)由若干個基本發(fā)送單元組成，每個基本發(fā)送單元由電感線圈、電容、電阻組成，如圖8的虛線框中所示，所述的電感線圈和電容并聯(lián)諧振于所發(fā)送的低頻時碼授時信號的載波頻率，而電阻作為各基本發(fā)送單元之間的隔離電阻。各基本發(fā)送單元并聯(lián)連接，組合成為本轉發(fā)器的整個輸出發(fā)送單元。所述的基本發(fā)送單元中的電感線圈是用漆包線繞在磁棒上構成。各基本發(fā)送單元安裝于需接收電波授時信號的鐘表的附近，并聯(lián)連接的若干基本發(fā)送單元能為很多只電波鐘表提供電波授時信號源。
[0010]本發(fā)明的有益效果是:由于本轉發(fā)器是把導航衛(wèi)星授時信息轉發(fā)為普通電波鐘表能接收的低頻時碼授時信號，并近距離發(fā)送給電波鐘表，使得原來接收不到或不能穩(wěn)定接收電波授時信號的地方或場所都能使用電波鐘表，使電波鐘表在更大范圍內獲得應用；同時，本轉發(fā)器所獲得的時間信息是來自于導航衛(wèi)星，其時間精度達微秒級，保證了本轉發(fā)器所發(fā)出的低頻時碼授時信號具有亞毫秒量級的授時精度；再者，本轉發(fā)器是接收來自于“導航衛(wèi)星授時信息轉發(fā)器”所轉發(fā)的衛(wèi)星授時信息，兩種轉發(fā)器之間可以相距很遠，使得本轉發(fā)器可放置于建筑物內任何場所，擴展了本轉發(fā)器的應用場合與范圍；而且本轉發(fā)器能接收處理由專利申請案201210377342.6提出的“導航衛(wèi)星授時信息轉發(fā)器”所轉發(fā)的嵌有IPPS秒脈沖的串行信號，只需一對信號線，簡化了信號傳送線路；本轉發(fā)器一只就能為很多只電波鐘表提供電波授時信號。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]下面結合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0012]圖1是本發(fā)明的方框圖。
[0013]圖2是用矩形脈沖串從組合串行信號中選取IPPS秒脈沖的相關波形圖(模式圖)。
[0014]圖3?圖8是本發(fā)明的一個實施例的電原理圖。
[0015]其中，圖3是RS-485串行接口器件(I)與低頻時碼產生電路⑵的實施例的電原理圖；
[0016]圖4是載波信號產生電路(3)的實施例的電原理圖；
[0017]圖5是調制電路⑷的實施例的電原理圖；
[0018]圖6是功率放大電路(5)的實施例的電原理圖；
[0019]圖7是電源(6)的實施例的電原理圖；
[0020]圖8是輸出發(fā)送單元(7)的實施例的電原理圖。
【具體實施方式】
[0021]在圖1中，來自“導航衛(wèi)星授時信息轉發(fā)器”的衛(wèi)星授時信息，由于是屬于RS-485協(xié)議規(guī)范的串行信號，要先通過RS-485串行接口器件(I)，將該信號轉換為TTL電平或CMOS電平的串行信號。低頻時碼產生電路(2)由單片機或微控制器、與非門(或者與門)及其他輔助電路構成。所述的單片機或微控制器接收已轉換的串行信號，獲得日期、時間等信息。為了獲得準確時間，還必須接入IPPS秒脈沖信號并用它引發(fā)中斷。對于像專利申請案200520083956.9這樣，IPPS秒脈沖被單獨轉發(fā)的，則經過另一只RS-485串行接口器件轉換后可直接作為中斷請求信號。而對于像專利申請案201210377342.6這樣將IPPS秒脈沖與傳遞日期、時間的串行信號已組合成一路信號的，在經過RS-485串行接口器件(I)轉換后，還要設法取出嵌在此信號中的IPPS秒脈沖信號，具體方法是這樣的:由單片機或微控制器的I個引腳(在圖3的實施例中是微控制器Ul的第12腳)在每秒的恰當時刻(比如0.80?0.95秒之間的某時刻)，開始送出一個矩形脈沖(持續(xù)時間為400?100毫秒之間的適當值)，該矩形脈沖串(如圖2之(a)所示)和前述組合串行信號(如圖2之(b)所示)通過與非門(在圖3的實施例中是與非門U2C)或者與門，獲得IPPS秒脈沖(如圖2之(c)所示，各脈沖的上升沿對應于IPPS秒脈沖，若經過與非門則還要反相)，并送至單片機或微控制器作為中斷請求信號。單片機或微控制器從接收到的串行信號中獲得日期、時間信息，并由IPPS秒脈沖引發(fā)的中斷獲得每秒開始的準確時間點，按照指定的某一種低頻時碼的編碼格式，產生低頻時碼。這部分電路產生的低頻時碼，根據使用場合的要求，可以是中國的BPC碼’也可以是其他國家的低頻時碼，比如德國的DCF77碼等。所產生的低頻時碼信號(TC)送往調制電路⑷。
[0022]載波信號產生電路(3)產生指定的這種低頻時碼授時信號的特定頻率的載波信號(CW)，該載波頻率是已確定的，可用CMOS集成電路構成的晶振電路產生振蕩，并通過LC電路的選頻，獲得這一頻率的正弦波。該載波信號(CW)送往調制電路(4)。調制電路(4)把低頻時碼信號(TC)以振幅調制的方式調制在載波信號(CW)上，這部分電路可用專用集成電路，也可用三極管構成簡單的調制電路，如圖5所示就是一個用三極管構成調制電路的實施例。最后，載有低頻時碼的已調制信號(MW)經過功率放大電路(5)的功率放大，獲得經放大的已調制信號(PMW)。此處的功率放大電路可以由三極管構成，也可用音頻功放集成電路，如圖6所示就是一個用音頻功放集成電路進行功率放大的實施例。經過功率放大的已調制信號(PMW)輸送到輸出發(fā)送單元(7)。輸出發(fā)送單元(7)由若干個基本發(fā)送單元組成。每個基本發(fā)送單元包含有電感線圈、電容、電阻，其中的電感線圈與電容并聯(lián)諧振于所發(fā)送的低頻時碼授時信號的載波頻率。各基本發(fā)送單元之間并聯(lián)連接，組合成該轉發(fā)器的輸出發(fā)送單元。所述的基本發(fā)送單元中的電感線圈是用漆包線繞在磁棒上構成。各個基本發(fā)送單元安裝在需接收電波授時信號的鐘表的附近，主要通過電磁感應方式向電波鐘表發(fā)送授時信號。電源(6)為本轉發(fā)器的各部分電路提供電源，如圖7所示的實施例中使用集成穩(wěn)壓電路。
[0023]圖3~圖8是本發(fā)明的一個實施例的電原理圖。顯然，由于所選用的單片機或微控制器的不同，以及其他元器件的不同組合，能實現圖1方框圖的功能的具體電路是不勝枚舉的，此處僅是其中一個具體電路的例子。
[0024]對照圖1，圖3是RS-485串行接口器件(I)與低頻時碼產生電路⑵的實施例電原理圖。圖中，U3 (MAX48 5)是RS-485串行接口器件，來自“導航衛(wèi)星授時信息轉發(fā)器”的衛(wèi)星授時信息，從連接器XPl處接入，經電阻R4、R5輸入至U3，而從U3的第I腳輸出的則是已經轉換的串行信號；電阻R4、R5與雙向二極管VD1、VD2共同構成U3的輸入保護電路。除上述元器件之外的部分是低頻時碼產生電路。其中，U1(MC9S08SH8)是微控制器；晶振元件BXl和電容Cl、C2、電阻Rl構成Ul的振蕩電路；從仍的第I腳輸出的經過轉換的串行信號接至Ul的第16腳(RXD);從Ul的第12腳送出矩形脈沖，至與非門U2C(74HC00的1/4)的一個輸入端(第9腳)，而從U3的第I腳輸出的串行信號接至與非門U2C的另一個輸入端(第10腳)，經與非門的“與”邏輯電路，獲得IPPS秒脈沖，反相后，送至Ul的第20腳，作為中斷請求信號。在Ul中的程序的控制下，從接收到的串行信號中，獲得日期、時間信息，并且由于中斷，確認了每秒開始的時點，在程序控制下，產生指定的一種低頻時碼信號，并從第11腳輸出，經過與非門U2D(74HC00的1/4)的隔離與驅動的低頻時碼信號(TC)送至調制電路(4)。Ul的第9腳、第10腳各有電平輸出，分別經與非門U2A(74HC00的1/4)、與非門U2B(74HC00的1/4)的驅動，使發(fā)光二極管LED1、LED2發(fā)光，用來指示衛(wèi)星授時信息是否正常及本轉發(fā)器的時碼輸出情況，電阻R2、R3分別是LED1、LED2的限流電阻。
[0025]圖4是載波信號產生電路(3)的實施例的電原理圖。非門U5A(74HC04的1/6)和晶振元件BX2、電容C11、C12、電阻R7、R8構成晶振電路；非門U5B (74HC04的1/6)和電阻R9作緩沖驅動；電阻R10、R11、電容C13起分壓與阻容耦合作用；電感LI與電容C14a、C14b組成LC選頻電路，以獲得正弦波，產生的載波信號(CW)送至調制電路(4)。
[0026]圖5是調制電路⑷的實施例的電原理圖。來自載波信號產生電路⑶的載波信號(CW)經過電阻R12與電位器RPl的分壓及電容C15的耦合，接至三極管VTl的基極，電阻R13、R14、R15、R18及電容C16構成VTl的偏置電路與工作穩(wěn)定電路，電阻R16、R17是VTl的集電極負載電阻。從低頻時碼產生電路⑵來的低頻時碼(TC)，經電阻R19，接至VT2的基極，控制VT2的截止與導通，使得載波信號振幅被低頻時碼所調制。已調制信號經電容C17的耦合，經過電阻R20，再經由電感L2和電容C18a、C18b組成的LC選頻電路，輸出已調制信號(MW)。
[0027]圖6是功率放大電路(5)的實施例的電原理圖。從調制電路(4)來的已調制信號(MW)經電位器RP2的分壓，由集成音頻功率放大器U6(LM386)進行功率放大，并經耦合電容C20，通過連接器XP2輸出放大后的已調制信號(PMW)。電容C19是U6的退耦電容。
[0028]圖7是電源(6)的實施例的電原理圖。穩(wěn)定的6V直流電壓經連接器XP3接至5V穩(wěn)壓電源U4(HT7550)，穩(wěn)壓后的5V電壓，經VCC端接至本轉發(fā)器的各部分，GND是本轉發(fā)器的公共接地端。另外，電阻R6和穩(wěn)壓二極管VD3構成3.3V的簡易穩(wěn)壓電路，從VCC3V端接出，專供載波產生電路(3)的電源。而功率放大電路(5)的電源由穩(wěn)定的6V直流電壓經VCC6V端提供。電容C3、C4、C5、C6、C7都是濾波電容，電容C8、C9、ClO是各部分電路的退耦電容。
[0029]圖8是輸出發(fā)送單元(7)的實施例的電原理圖。輸出發(fā)送單元由若干個基本發(fā)送單元組成，該實施例中是由3個基本發(fā)送單元組成。每個基本發(fā)送單元如圖8中的虛線框內所示，由電感LT1、電容CT1、電阻RTl組成，其中的電感LTl是用漆包線繞在磁棒上構成。電感LTl和電容CTl構成并聯(lián)諧振電路，諧振于要發(fā)送的低頻時碼授時信號的載波頻率，電阻RTl作為各基本發(fā)送單元之間的隔離電阻，各基本發(fā)送單元之間并聯(lián)連接。
【權利要求】
1.一種導航衛(wèi)星授時信息轉低頻時碼授時信號轉發(fā)器，它接收導航衛(wèi)星授時信息，并轉發(fā)為低頻時碼授時信號，它至少包含低頻時碼產生電路、載波信號產生電路、調制電路、功率放大電路，以及電源等部分，其特征是:該轉發(fā)器內有RS-485串行接口器件，能接收由“導航衛(wèi)星授時信息轉發(fā)器”轉發(fā)的符合RS-485協(xié)議的含有衛(wèi)星授時信息的串行信號，從中獲得精確的時間信息，得以產生高授時精度的低頻時碼授時信號。
2.根據權利要求1所述的導航衛(wèi)星授時信息轉低頻時碼授時信號轉發(fā)器，能接收處理由專利申請案201210377342.6提出的“導航衛(wèi)星授時信息轉發(fā)器”所轉發(fā)的嵌有IPPS秒脈沖的組合串行信號，其特征是:本轉發(fā)器內含有單片機或微控制器、與非門或者與門，且所述的單片機或微控制器能在每秒鐘的恰當時刻發(fā)出矩形脈沖，這種矩形脈沖串和上述嵌有IPPS秒脈沖的組合串行信號經過與非門或者與門的“與”邏輯的結果，從中獲得IPPS秒脈沖，得到精確時間，保證了所轉發(fā)的低頻時碼授時信號的高授時精度。
3.根據權利要求1所述的導航衛(wèi)星授時信息轉低頻時碼授時信號轉發(fā)器，其特征是:該轉發(fā)器的輸出發(fā)送單元是由若干個基本發(fā)送單元組成，而每個基本發(fā)送單元由電感線圈、電容、電阻組成，所述的電感線圈是用漆包線繞在磁棒上構成，所述的電感線圈與電容并聯(lián)諧振于所發(fā)送的低頻時碼授時信號的載波頻率，所述的電阻作為各個基本發(fā)送單元之間的隔離電阻，各個基本發(fā)送單元之間并聯(lián)連接。
【文檔編號】G04R20/06GK104049529SQ201310083065
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2013年3月14日 優(yōu)先權日:2013年3月14日
【發(fā)明者】吳承超 申請人:吳承超