导航卫星授时信息转低频时码授时信号转发器的制造方法
【专利摘要】导航卫星授时信息转低频时码授时信号转发器，一种为电波授时钟表提供授时信号的装置，它包括低频时码产生电路、载波信号产生电路、调制电路、功率放大电路、电源、输出发送单元等部分，其特征在于：它有RS-485接口器件，能接收由“导航卫星授时信息转发器”转发的符合RS-485协议的含有卫星授时信息的串行信号，并能从中获得嵌在信号中的1PPS秒脉冲，获得精确的时间，使得所发送的低频时码授时信号具有很高的授时精度。本转发器能使原来接收不到或不能稳定接收电波授时信号的地点或场所也能正常使用电波授时钟表。本转发器的输出发送单元由若干个基本发送单元并联连接而成，一台转发器能为好多台电波授时钟表提供信号源。
【专利说明】导航卫星授时信息转低频时码授时信号转发器
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种把导航卫星授时信息转发为低频时码授时信号的装置，具体地说，涉及一种接收由“导航卫星授时信息转发器”所转发的导航卫星授时信息并转发为低频时码授时信号的装置，属于授时【技术领域】。
【背景技术】
[0002]近二十几年来，接收低频时码授时信号的钟表，也就是通常所说的电波钟表，由于走时准确，能每天自动校准，无累积误差，因而逐渐在世界各国被广泛采用。近几年来，电波钟表在我国也开始普及开来。低频时码授时信号以长波作为载波，通常被称为电波授时信号。世界上几个大功率授时发播台分属于不同的国家，它们各采用特定的载波频率，且各自有专门的低频时码，如美国的WffVB码，英国的MSF码，德国的DCF77码，日本的JJY码等，而我国采用BPC码。中国专利申请案200410025933.2给出了 BPC码的编码格式；前述其他各国的低频时码的编码格式均可在“维基百科” en.wikipedia.0rg的各相关网页中查到。各种低频时码的编码格式的共同特点是一秒只发送一个低频脉冲(一些特定的秒除外，如德国的DCF77码的每分最后一秒无秒脉冲，中国的BPC码是每分的第00、20、40秒无秒脉冲)。前述各种低频时码的载波频率分别为=WWVB码的载波频率60kHz，MSF码的载波频率60kHz，DCF77码载波频率77.5kHz，JJY码载波频率40或60kHz，BPC码载波频率68.5kHz。
[0003]我国的BPC低频时码发播台建于河南商丘，所发射的授时电波信号能有效覆盖我国的大部分地区。但是，距河南商丘发射台距离太远的地区，或者距商丘虽然不是太远但接收环境不好的地方(如附近有严重的电磁干扰源，受周围高大建筑物遮挡，所处建筑物本身对电波的屏蔽作用，等等)，电波钟表就可能无法稳定可靠地接收电波授时信号。还有一些特殊环境，如地下商场、地铁站、人防工程内，等等，电波钟表很可能根本接收不到电波授时信号。
[0004]为解决上述问题，人们提出了一些解决方案。比如，专利申请案200520078712.1，所采用的方法是在电波信号相对较好的某个位置接收，经过处理，从RS-232串行接口输出时间数据的串行信号，经线路传送至相关计时设备。这些方法只是让接收情况略有改善，并未圆满解决上述无法接收或很难接收电波授时信号的问题，因而国内还有好多地方或场所至今仍不具备使用电波钟表的条件。
【发明内容】
[0005]为了让远离河南商丘发射台的地区以及接收环境不佳或根本接收不到低频时码授时信号的场所也能使用电波钟表，本发明提供一种低频时码授时信号转发器，它接收由“导航卫星授时信息转发器”所转发的导航卫星授时信息，并转发为指定的一种低频时码授时信号。
[0006]本发明解决这个技术问题所采用的技术方案是:如图1所示，本转发器内设有RS-485串行接口器件(I)、低频时码产生电路(2)、载波信号产生电路(3)、调制电路(4)、功率放大电路(5)、电源(6)、输出发送单元(7)等部分。其中，低频时码产生电路(2)的核心器件是单片机或微控制器，它通过RS-485串行接口器件(I)接收来自“导航卫星授时信息转发器”的卫星授时信息，以获得准确的时间，并产生前述的各国低频时码之中的一种低频时码信号(TC);载波信号产生电路(3)产生这种低频时码授时信号的特定频率的载波信号(CW);调制电路(4)把前述电路产生的低频时码信号(TC)以振幅调制的方式调制在载波信号(CW)上，获得载有低频时码的已调制信号(MW)，再让该已调制信号经过功率放大电路(5)的功率放大，最后获得的经过放大的已调制信号(PMW)输送到输出发送单元(7)，发送给近距离处的电波钟表。于是周围的电波钟表就可获得信号强度满足要求的低频时码授时信号。电源(6)为本转发器的各个部分提供电源。
[0007]下面叙述采用RS-485串行接口器件(I)的理由:本转发器是从导航卫星授时信息中获得准确的时间，而接收导航卫星的超高频信号一般要求接收设备放置于能直视天空的位置，但是本转发器在绝大多数使用场合都是安装于建筑物内，因此本转发器是接收来自“导航卫星授时信息转发器”所转发的导航卫星授时信息来获得准确时间的。“导航卫星授时信息转发器”为了所转发的授时信息适于远传且能被多个计时设备利用，通常是通过RS-485串行接口，以平衡差分的形式发送串行的授时信息，如专利申请案201210377342.6和200520083956.9这一类转发器所转发的卫星授时信息就都是采用RS-485串行接口发送的。本转发器使用RS-485接口器件(I)把符合RS-485协议规范的平衡差分形式的串行信号转换成单片机或微控制器能接收的TTL电平或CMOS电平的串行信号，供给低频时码产生电路(2)。低频时码产生电路(2)中的单片机或微控制器接收前述的TTL电平或CMOS电平的含有授时信息的串行信号，以获得准确的时间，而这是产生准确的低频时码信号的前提条件。
[0008]专利申请案201210377342.6所述的“导航卫星授时信息转发器”所转发的卫星授时信息，是把IPPS秒脉冲嵌入串行信号中且安排于每秒钟的空闲时间段来组合成一路信号进行转发。当本转发器接收这种嵌有IPPS秒脉冲的组合串行信号时，由于本转发器的低频时码产生电路(2)中含有单片机或微控制器、与非门或者与门，所述的单片机或微控制器在每秒钟的恰当时刻发出矩形脉冲且确保各矩形脉冲的持续时间能将每秒钟的IPPS秒脉冲时刻包含在内，这种矩形脉冲串(如图2之(a)所示)与上述嵌有IPPS秒脉冲的组合串行信号(如图2之(b)所示)经过与非门或者与门的“与”逻辑的结果，获得IPPS秒脉冲(如图2之(c)所示，各脉冲的上升沿对应于IPPS秒脉冲，若经过与非门则还要反相)，作为单片机或微控制器的中断请求信号，从而获得每秒种开始时刻的精确时点，保证了所转发的低频时码授时信号的高授时精度。
[0009]本转发器的输出发送单元(7)由若干个基本发送单元组成，每个基本发送单元由电感线圈、电容、电阻组成，如图8的虚线框中所示，所述的电感线圈和电容并联谐振于所发送的低频时码授时信号的载波频率，而电阻作为各基本发送单元之间的隔离电阻。各基本发送单元并联连接，组合成为本转发器的整个输出发送单元。所述的基本发送单元中的电感线圈是用漆包线绕在磁棒上构成。各基本发送单元安装于需接收电波授时信号的钟表的附近，并联连接的若干基本发送单元能为很多只电波钟表提供电波授时信号源。
[0010]本发明的有益效果是:由于本转发器是把导航卫星授时信息转发为普通电波钟表能接收的低频时码授时信号，并近距离发送给电波钟表，使得原来接收不到或不能稳定接收电波授时信号的地方或场所都能使用电波钟表，使电波钟表在更大范围内获得应用；同时，本转发器所获得的时间信息是来自于导航卫星，其时间精度达微秒级，保证了本转发器所发出的低频时码授时信号具有亚毫秒量级的授时精度；再者，本转发器是接收来自于“导航卫星授时信息转发器”所转发的卫星授时信息，两种转发器之间可以相距很远，使得本转发器可放置于建筑物内任何场所，扩展了本转发器的应用场合与范围；而且本转发器能接收处理由专利申请案201210377342.6提出的“导航卫星授时信息转发器”所转发的嵌有IPPS秒脉冲的串行信号，只需一对信号线，简化了信号传送线路；本转发器一只就能为很多只电波钟表提供电波授时信号。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
[0012]图1是本发明的方框图。
[0013]图2是用矩形脉冲串从组合串行信号中选取IPPS秒脉冲的相关波形图(模式图)。
[0014]图3?图8是本发明的一个实施例的电原理图。
[0015]其中，图3是RS-485串行接口器件(I)与低频时码产生电路⑵的实施例的电原理图；
[0016]图4是载波信号产生电路(3)的实施例的电原理图；
[0017]图5是调制电路⑷的实施例的电原理图；
[0018]图6是功率放大电路(5)的实施例的电原理图；
[0019]图7是电源(6)的实施例的电原理图；
[0020]图8是输出发送单元(7)的实施例的电原理图。
【具体实施方式】
[0021]在图1中，来自“导航卫星授时信息转发器”的卫星授时信息，由于是属于RS-485协议规范的串行信号，要先通过RS-485串行接口器件(I)，将该信号转换为TTL电平或CMOS电平的串行信号。低频时码产生电路(2)由单片机或微控制器、与非门(或者与门)及其他辅助电路构成。所述的单片机或微控制器接收已转换的串行信号，获得日期、时间等信息。为了获得准确时间，还必须接入IPPS秒脉冲信号并用它引发中断。对于像专利申请案200520083956.9这样，IPPS秒脉冲被单独转发的，则经过另一只RS-485串行接口器件转换后可直接作为中断请求信号。而对于像专利申请案201210377342.6这样将IPPS秒脉冲与传递日期、时间的串行信号已组合成一路信号的，在经过RS-485串行接口器件(I)转换后，还要设法取出嵌在此信号中的IPPS秒脉冲信号，具体方法是这样的:由单片机或微控制器的I个引脚(在图3的实施例中是微控制器Ul的第12脚)在每秒的恰当时刻(比如0.80?0.95秒之间的某时刻)，开始送出一个矩形脉冲(持续时间为400?100毫秒之间的适当值)，该矩形脉冲串(如图2之(a)所示)和前述组合串行信号(如图2之(b)所示)通过与非门(在图3的实施例中是与非门U2C)或者与门，获得IPPS秒脉冲(如图2之(c)所示，各脉冲的上升沿对应于IPPS秒脉冲，若经过与非门则还要反相)，并送至单片机或微控制器作为中断请求信号。单片机或微控制器从接收到的串行信号中获得日期、时间信息，并由IPPS秒脉冲引发的中断获得每秒开始的准确时间点，按照指定的某一种低频时码的编码格式，产生低频时码。这部分电路产生的低频时码，根据使用场合的要求，可以是中国的BPC码’也可以是其他国家的低频时码，比如德国的DCF77码等。所产生的低频时码信号(TC)送往调制电路⑷。
[0022]载波信号产生电路(3)产生指定的这种低频时码授时信号的特定频率的载波信号(CW)，该载波频率是已确定的，可用CMOS集成电路构成的晶振电路产生振荡，并通过LC电路的选频，获得这一频率的正弦波。该载波信号(CW)送往调制电路(4)。调制电路(4)把低频时码信号(TC)以振幅调制的方式调制在载波信号(CW)上，这部分电路可用专用集成电路，也可用三极管构成简单的调制电路，如图5所示就是一个用三极管构成调制电路的实施例。最后，载有低频时码的已调制信号(MW)经过功率放大电路(5)的功率放大，获得经放大的已调制信号(PMW)。此处的功率放大电路可以由三极管构成，也可用音频功放集成电路，如图6所示就是一个用音频功放集成电路进行功率放大的实施例。经过功率放大的已调制信号(PMW)输送到输出发送单元(7)。输出发送单元(7)由若干个基本发送单元组成。每个基本发送单元包含有电感线圈、电容、电阻，其中的电感线圈与电容并联谐振于所发送的低频时码授时信号的载波频率。各基本发送单元之间并联连接，组合成该转发器的输出发送单元。所述的基本发送单元中的电感线圈是用漆包线绕在磁棒上构成。各个基本发送单元安装在需接收电波授时信号的钟表的附近，主要通过电磁感应方式向电波钟表发送授时信号。电源(6)为本转发器的各部分电路提供电源，如图7所示的实施例中使用集成稳压电路。
[0023]图3~图8是本发明的一个实施例的电原理图。显然，由于所选用的单片机或微控制器的不同，以及其他元器件的不同组合，能实现图1方框图的功能的具体电路是不胜枚举的，此处仅是其中一个具体电路的例子。
[0024]对照图1，图3是RS-485串行接口器件(I)与低频时码产生电路⑵的实施例电原理图。图中，U3 (MAX48 5)是RS-485串行接口器件，来自“导航卫星授时信息转发器”的卫星授时信息，从连接器XPl处接入，经电阻R4、R5输入至U3，而从U3的第I脚输出的则是已经转换的串行信号；电阻R4、R5与双向二极管VD1、VD2共同构成U3的输入保护电路。除上述元器件之外的部分是低频时码产生电路。其中，U1(MC9S08SH8)是微控制器；晶振元件BXl和电容Cl、C2、电阻Rl构成Ul的振荡电路；从仍的第I脚输出的经过转换的串行信号接至Ul的第16脚(RXD);从Ul的第12脚送出矩形脉冲，至与非门U2C(74HC00的1/4)的一个输入端(第9脚)，而从U3的第I脚输出的串行信号接至与非门U2C的另一个输入端(第10脚)，经与非门的“与”逻辑电路，获得IPPS秒脉冲，反相后，送至Ul的第20脚，作为中断请求信号。在Ul中的程序的控制下，从接收到的串行信号中，获得日期、时间信息，并且由于中断，确认了每秒开始的时点，在程序控制下，产生指定的一种低频时码信号，并从第11脚输出，经过与非门U2D(74HC00的1/4)的隔离与驱动的低频时码信号(TC)送至调制电路(4)。Ul的第9脚、第10脚各有电平输出，分别经与非门U2A(74HC00的1/4)、与非门U2B(74HC00的1/4)的驱动，使发光二极管LED1、LED2发光，用来指示卫星授时信息是否正常及本转发器的时码输出情况，电阻R2、R3分别是LED1、LED2的限流电阻。
[0025]图4是载波信号产生电路(3)的实施例的电原理图。非门U5A(74HC04的1/6)和晶振元件BX2、电容C11、C12、电阻R7、R8构成晶振电路；非门U5B (74HC04的1/6)和电阻R9作缓冲驱动；电阻R10、R11、电容C13起分压与阻容耦合作用；电感LI与电容C14a、C14b组成LC选频电路，以获得正弦波，产生的载波信号(CW)送至调制电路(4)。
[0026]图5是调制电路⑷的实施例的电原理图。来自载波信号产生电路⑶的载波信号(CW)经过电阻R12与电位器RPl的分压及电容C15的耦合，接至三极管VTl的基极，电阻R13、R14、R15、R18及电容C16构成VTl的偏置电路与工作稳定电路，电阻R16、R17是VTl的集电极负载电阻。从低频时码产生电路⑵来的低频时码(TC)，经电阻R19，接至VT2的基极，控制VT2的截止与导通，使得载波信号振幅被低频时码所调制。已调制信号经电容C17的耦合，经过电阻R20，再经由电感L2和电容C18a、C18b组成的LC选频电路，输出已调制信号(MW)。
[0027]图6是功率放大电路(5)的实施例的电原理图。从调制电路(4)来的已调制信号(MW)经电位器RP2的分压，由集成音频功率放大器U6(LM386)进行功率放大，并经耦合电容C20，通过连接器XP2输出放大后的已调制信号(PMW)。电容C19是U6的退耦电容。
[0028]图7是电源(6)的实施例的电原理图。稳定的6V直流电压经连接器XP3接至5V稳压电源U4(HT7550)，稳压后的5V电压，经VCC端接至本转发器的各部分，GND是本转发器的公共接地端。另外，电阻R6和稳压二极管VD3构成3.3V的简易稳压电路，从VCC3V端接出，专供载波产生电路(3)的电源。而功率放大电路(5)的电源由稳定的6V直流电压经VCC6V端提供。电容C3、C4、C5、C6、C7都是滤波电容，电容C8、C9、ClO是各部分电路的退耦电容。
[0029]图8是输出发送单元(7)的实施例的电原理图。输出发送单元由若干个基本发送单元组成，该实施例中是由3个基本发送单元组成。每个基本发送单元如图8中的虚线框内所示，由电感LT1、电容CT1、电阻RTl组成，其中的电感LTl是用漆包线绕在磁棒上构成。电感LTl和电容CTl构成并联谐振电路，谐振于要发送的低频时码授时信号的载波频率，电阻RTl作为各基本发送单元之间的隔离电阻，各基本发送单元之间并联连接。
【权利要求】
1.一种导航卫星授时信息转低频时码授时信号转发器，它接收导航卫星授时信息，并转发为低频时码授时信号，它至少包含低频时码产生电路、载波信号产生电路、调制电路、功率放大电路，以及电源等部分，其特征是:该转发器内有RS-485串行接口器件，能接收由“导航卫星授时信息转发器”转发的符合RS-485协议的含有卫星授时信息的串行信号，从中获得精确的时间信息，得以产生高授时精度的低频时码授时信号。
2.根据权利要求1所述的导航卫星授时信息转低频时码授时信号转发器，能接收处理由专利申请案201210377342.6提出的“导航卫星授时信息转发器”所转发的嵌有IPPS秒脉冲的组合串行信号，其特征是:本转发器内含有单片机或微控制器、与非门或者与门，且所述的单片机或微控制器能在每秒钟的恰当时刻发出矩形脉冲，这种矩形脉冲串和上述嵌有IPPS秒脉冲的组合串行信号经过与非门或者与门的“与”逻辑的结果，从中获得IPPS秒脉冲，得到精确时间，保证了所转发的低频时码授时信号的高授时精度。
3.根据权利要求1所述的导航卫星授时信息转低频时码授时信号转发器，其特征是:该转发器的输出发送单元是由若干个基本发送单元组成，而每个基本发送单元由电感线圈、电容、电阻组成，所述的电感线圈是用漆包线绕在磁棒上构成，所述的电感线圈与电容并联谐振于所发送的低频时码授时信号的载波频率，所述的电阻作为各个基本发送单元之间的隔离电阻，各个基本发送单元之间并联连接。
【文档编号】G04R20/06GK104049529SQ201310083065
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2013年3月14日 优先权日:2013年3月14日
【发明者】吴承超 申请人:吴承超