🥟 🔚 💂🏼 DCF77: सटीक समय सिग्नल ट्रांसमिशन सिस्टम कैसे काम करता है? ⛰️ 🦎 💸

हाय हमर।

संभवतः कई लोग जो घड़ी या मौसम स्टेशन खरीदते हैं, उन्होंने पैकेजिंग पर रेडियो नियंत्रित घड़ी लोगो या परमाणु घड़ी देखी। यह बहुत सुविधाजनक है, क्योंकि यह घड़ी को मेज पर रखने के लिए पर्याप्त है, और थोड़ी देर बाद वे स्वचालित रूप से सटीक समय पर समायोजित हो जाएंगे।

आइए देखें कि यह कैसे काम करता है और पायथन में एक डिकोडर लिखता है।

अलग-अलग समय सिंक्रनाइज़ेशन सिस्टम हैं। यूरोप में सबसे लोकप्रिय जर्मन डीसीएफ -77 प्रणाली है , जापान की अपनी जेजेवाई प्रणाली है, यूएसए की डब्ल्यूडब्ल्यूवीबी प्रणाली है, और इसी तरह। इसके अलावा, कहानी DCF77 के बारे में होगी, रूस और पड़ोसी देशों के यूरोपीय भाग में कुछ स्थानों पर स्वागत के लिए सबसे अधिक प्रासंगिक और उपलब्ध है (सुदूर पूर्व के निवासियों में विपरीत राय हो सकती है, हालांकि, वे जापानी संकेत प्राप्त और विश्लेषण कर सकते हैं;)

नीचे लिखा सब कुछ DCF77 के बारे में होगा।

संकेत का स्वागत

DCF77 77.5KHz की आवृत्ति पर संचालित होने वाला एक लंबी दूरी का स्टेशन है, और आयाम मॉडुलन में संकेतों को प्रसारित करता है। 50 किलोवाट की क्षमता वाला स्टेशन फ्रैंकफर्ट से 25 किमी दूर स्थित है, इसने 1959 में काम करना शुरू किया, 1973 में सही समय के साथ तारीख की जानकारी जोड़ी गई। 77 किलोहर्ट्ज़ की आवृत्ति पर तरंग दैर्ध्य बहुत बड़ा है, इसलिए एंटीना क्षेत्र के आयाम भी बहुत सभ्य हैं (विकिपीडिया से फोटो):

इस तरह के एंटीना और पावर इनपुट के साथ, रिसेप्शन क्षेत्र लगभग पूरे यूरोप, बेलारूस, यूक्रेन और रूस के हिस्से को कवर करता है।

हर कोई सिग्नल रिकॉर्ड कर सकता है। ऐसा करने के लिए, बस ऑनलाइन रिसीवर http://websdr.ewi.utwente.nl:8901/ पर जाएं , वहां की आवृत्ति 76.5KHz और USB-modulation चुनें। कुछ इस तरह की तस्वीर खुलनी चाहिए:

वहां हम डाउनलोड बटन दबाते हैं और कई मिनट तक एक टुकड़ा रिकॉर्ड करते हैं। बेशक, यदि आपके पास 77.5KHz की आवृत्ति रिकॉर्ड करने में सक्षम "वास्तविक" रिसीवर है, तो आप इसका उपयोग कर सकते हैं।

बेशक, जब हमें इंटरनेट के माध्यम से सटीक समय के रेडियो संकेत मिलते हैं, तो हमें सटीक समय नहीं मिलता है - सिग्नल में देरी हो रही है। लेकिन हमारा लक्ष्य केवल सिग्नल की संरचना को समझना है, इसके लिए, इंटरनेट रिकॉर्डिंग पर्याप्त से अधिक है। वास्तविक जीवन में, निश्चित रूप से, प्राप्त करने और डीकोडिंग के लिए विशेष उपकरणों का उपयोग किया जाता है, उन्हें नीचे चर्चा की जाएगी।

तो, हमें रिकॉर्ड मिला, चलो इसे संसाधित करना शुरू करते हैं।

सिग्नल डिकोडिंग

पायथन का उपयोग करके फ़ाइल डाउनलोड करें और इसकी संरचना देखें:

from scipy.io import wavfile from scipy import signal import matplotlib.pyplot as plt import numpy as np sample_rate, data = wavfile.read("dcf_websdr_2019-03-26T20_25_34Z_76.6kHz.wav") plt.plot(data[:100000]) plt.show()

हम एक विशिष्ट आयाम मॉडुलन देखते हैं:

डिकोडिंग को सरल बनाने के लिए, हम हिल्बर्ट ट्रांसफ़ॉर्म का उपयोग करके सिग्नल का लिफाफा लेते हैं:

 analytic_signal = signal.hilbert(data) A = np.abs(analytic_signal) plt.plot(A[:100000])

एक विस्तृत दृश्य में परिणाम:

हम एक कम-पास फिल्टर का उपयोग करके हस्तक्षेप से उत्सर्जन को सुचारू करते हैं, उसी समय हम औसत मूल्य की गणना करते हैं, यह पार्सिंग के लिए बाद में काम में आएगा।

 b, a = signal.butter(2, 20.0/sample_rate) zi = signal.lfilter_zi(b, a) A, _ = signal.lfilter(b, a, A, zi=zi*A[0]) avg = (np.amax(A) + np.amin(A))/2

परिणाम (पीली रेखा): लगभग एक आयताकार संकेत जो विश्लेषण करना काफी आसान है।

पदच्छेद

पहले आपको थोड़ा अनुक्रम प्राप्त करने की आवश्यकता है। संकेत संरचना अपने आप में बहुत सरल है।

दलहन को दूसरे अंतराल में विभाजित किया जाता है। यदि दालों के बीच की दूरी 0.1 s है (अर्थात नाड़ी की लंबाई 0.9 s है), तो बिट क्रम से "0" जोड़ें, यदि दूरी 0.2 s है (यानी लंबाई 0.8 s), तो "1" जोड़ें। प्रत्येक मिनट के अंत में एक "लंबी" पल्स द्वारा इंगित किया जाता है, 2 एस लंबा, बिट अनुक्रम शून्य पर रीसेट किया जाता है, और फिर से भरना शुरू होता है।

ऊपर पायथन में लिखना आसान है।

 sig_start, sig_stop = 0, 0 pos = 0 bits_str = "" while pos < cnt - 4: if A[pos] < avg and A[pos+1] > avg: # Signal begin sig_start = pos if A[pos] > avg and A[pos+1] < avg: # Signal end sig_stop = pos diff = sig_stop - sig_start if diff < 0.85*sample_rate: bits_str += "1" if diff > 0.85*sample_rate and diff < 1.25*sample_rate: bits_str += "0" if diff > 1.5*sample_rate: print(bits_str) bits_str = "" pos += 1

परिणामस्वरूप, हमें बिट्स का एक क्रम मिलता है, दो मिनट के लिए हमारे उदाहरण में यह इस तरह दिखता है:

0011110110111000001011000001010000100110010101100010011000
0001111100110110001010100001010000100110010101100010011000

वैसे, यह दिलचस्प है कि सिग्नल में डेटा की "दूसरी परत" है। बिट मॉड्यूलेशन भी चरण मॉड्यूलेशन का उपयोग करके एन्कोड किया गया है । सैद्धांतिक रूप से, यह एक कमजोर संकेत के मामले में भी अधिक स्थिर डिकोडिंग प्रदान करना चाहिए।

हमारा अंतिम चरण: वास्तविक डेटा प्राप्त करें। बिट्स प्रति सेकंड एक बार प्रेषित होते हैं, इसलिए हमारे पास केवल 59 बिट्स हैं, जिसमें बहुत सारी जानकारी एन्कोडेड है:

बिट्स विकिपीडिया पर वर्णित हैं, और वे बहुत उत्सुक हैं। पहले 15 बिट्स का उपयोग नहीं किया जाता है, हालांकि चेतावनी प्रणाली ~~और नागरिक सुरक्षा के~~ लिए उपयोग करने की योजना थी। बिट ए 1 इंगित करता है कि अगले घंटे में घड़ी को दिन के समय की बचत के लिए सेट किया जाएगा। बिट ए 2 इंगित करता है कि अगले घंटे में एक अतिरिक्त दूसरा जोड़ा जाएगा, जिसका उपयोग कभी-कभी पृथ्वी के रोटेशन के अनुसार सही समय के लिए किया जाता है। शेष बिट्स घंटे, मिनट और दिनांक को एन्कोड करते हैं।

जो लोग अपने दम पर प्रयोग करना चाहते हैं, उनके लिए कोडिंग कोड को स्पॉइलर के नीचे दिया गया है।

स्रोत कोड

 def decode(bits): if bits[0] != '0' or bits[20] != '1': return minutes, hours, day_of_month, weekday, month, year = map(convert_block, (bits[21:28], bits[29:35], bits[36:42], bits[42:45], bits[45:50], bits[50:58])) days = ('Sunday', 'Monday', 'Tuesday', 'Wednesday', 'Thursday', 'Friday', 'Saturday', 'Sunday') print('{dow}, {dom:02}.{mon:02}.{y}, {h:02}:{m:02}'.format(h=hours, m=minutes, dow=days[weekday], dom=day_of_month, mon=month, y=year)) def convert_ones(bits): return sum(2**i for i, bit in enumerate(bits) if bit == '1') def convert_tens(bits): return 10*convert_ones(bits) def right_parity(bits, parity_bit): num_of_ones = sum(int(bit) for bit in bits) return num_of_ones % 2 == int(parity_bit) def convert_block(bits, parity=False): if parity and not right_parity(bits[:-1], bits[-1]): return -1 ones = bits[:4] tens = bits[4:] return convert_tens(tens) + convert_ones(ones)

कार्यक्रम को चलाने पर, हम कुछ इस तरह देखेंगे:

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

दरअसल, यह सब जादू है। ऐसी प्रणाली का लाभ यह है कि डिकोडिंग बेहद सरल है, और किसी भी पर किया जा सकता है, सबसे सरल माइक्रोकंट्रोलर। बस दालों की लंबाई गिनें, 60 बिट्स जमा करें, और प्रत्येक मिनट के अंत में हमें सटीक समय मिलता है। समय सिंक्रनाइज़ेशन के अन्य तरीकों की तुलना में (जीपीएस, उदाहरण के लिए, या भगवान ना करे, इंटरनेट :), ऐसे रेडियो सिंक्रोनाइज़ेशन को व्यावहारिक रूप से बिजली की आवश्यकता नहीं होती है - उदाहरण के लिए, एक साधारण होम वेदर स्टेशन 2 AA बैटरी से लगभग एक साल तक काम करता है। इसलिए, यहां तक कि एक कलाई घड़ी रेडियो सिंक्रनाइज़ेशन के साथ बनाई गई है, न कि दीवार या स्ट्रीट स्टेशन के बारे में।

डीसीएफ की सुविधा और सादगी होममेड उत्पादों के प्रेमियों को आकर्षित करती है। केवल $ 10-20 के लिए, आप रेडी-मेड रिसीवर और टीटीएल-आउटपुट के साथ ऐन्टेना से तैयार मॉड्यूल खरीद सकते हैं, जो एक Arduino या अन्य नियंत्रक से जुड़ा हो सकता है।

Arduino के लिए, तैयार-किए गए पुस्तकालय पहले से ही लिखे गए हैं। हालांकि, यह पहले से ही ज्ञात है कि आप माइक्रोकंट्रोलर पर कोई फर्क नहीं पड़ता, आपको एक घड़ी या एक मौसम स्टेशन मिलता है। इस तरह के एक उपकरण के साथ, सटीक समय प्राप्त करना वास्तव में आसान है, बशर्ते आप रिसेप्शन क्षेत्र में हों। ठीक है, आप घड़ी पर शिलालेख "परमाणु घड़ी" लटका सकते हैं, और एक ही समय में हर किसी को समझा सकते हैं जो इसे चाहता है, कि डिवाइस वास्तव में एक परमाणु घड़ी का उपयोग करके सिंक्रनाइज़ किया गया है।

जो लोग चाहते हैं कि वे अपनी पुरानी दादी की घड़ियों को भी रेडियो सिंक्रनाइज़ेशन के साथ एक नया तंत्र स्थापित करके अपग्रेड कर सकते हैं:

आप "रेडियो नियंत्रित आंदोलन" कीवर्ड का उपयोग करके ईबे पर एक पा सकते हैं।

और अंत में, उन लोगों के लिए एक जीवन हैक जो यहां पढ़ चुके हैं। भले ही अगले दो हज़ार किमी में एक रेडियो सिग्नल का एक भी ट्रांसमीटर नहीं है, ऐसे सिग्नल को स्वतंत्र रूप से उत्पन्न करना आसान है। Google Play में "DCF77 एमुलेटर" नामक एक कार्यक्रम है जो हेडफ़ोन को एक सिग्नल आउटपुट करता है। लेखक के अनुसार, यदि आप घड़ी के चारों ओर हेडफ़ोन तार लपेटते हैं, तो वे एक सिग्नल पकड़ेंगे (मुझे आश्चर्य है कि, क्योंकि साधारण हेडफ़ोन 77KHz सिग्नल नहीं देगा, लेकिन शायद रिसेप्शन हार्मोनिक्स से आता है)। मेरे कार्यक्रम ने एंड्रॉइड 9 पर बिल्कुल भी काम नहीं किया - बस कोई आवाज़ नहीं थी (या शायद मैंने इसे नहीं सुना - 77KHz, सब के बाद :), लेकिन शायद कोई और अधिक भाग्यशाली होगा। कुछ, हालांकि, खुद को एक पूर्ण डीसीएफ सिग्नल जनरेटर बनाते हैं, जो एक ही Arduino या पीपीपी 5 पर करना आसान है:

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

निष्कर्ष

DCF प्रणाली वास्तव में काफी सरल और सुविधाजनक साबित हुई। एक सरल और सस्ते रिसीवर की मदद से, आप स्वागत क्षेत्र में, निश्चित रूप से, कभी भी, कहीं भी सटीक समय रख सकते हैं। ऐसा लगता है कि व्यापक डिजिटलकरण और "इंटरनेट ऑफ थिंग्स" के बावजूद, इस तरह के सरल समाधान आने वाले लंबे समय के लिए मांग में होंगे।

DCF77: सटीक समय सिग्नल ट्रांसमिशन सिस्टम कैसे काम करता है?

संकेत का स्वागत

सिग्नल डिकोडिंग

पदच्छेद

निष्कर्ष

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