專利名稱：民用無線電標(biāo)準(zhǔn)鐘表的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明公開了一種民用無線電標(biāo)準(zhǔn)鐘表，涉及無線電授時和電子校時技術(shù)，國際專利分類號為G04G。
目前，電子計時鐘表十分普及。該類鐘表多采用石英晶體振蕩源，因易受環(huán)境溫度等因素的影響，誤差通?？蛇_(dá)每天0.5到1鈔，時間一長，積累誤差就不容忽視，因此校調(diào)工作就必不可少而且十分重要。現(xiàn)在主要利用無線電傳遞的時間信號為基準(zhǔn)進(jìn)行人工校調(diào)和自動校調(diào)。
應(yīng)用無線電傳遞時間信號的手段主要有(1)長波信號穩(wěn)定，定時精度高(達(dá)微秒級)，但是需建立專用的發(fā)射臺，花費(fèi)較高，且信號覆蓋半徑一般只能達(dá)到1000多公里。
(2)短波信號覆蓋面廣(一跳天波達(dá)4000公里)，接收簡易，但是短波信號的傳遞受電離層信道變化影響大，常常不穩(wěn)定。
(3)電視信號穩(wěn)定，但各電視臺覆蓋范圍小，信號特征不一，接收較為復(fù)雜，難以實(shí)現(xiàn)大范圍覆蓋。
(4)衛(wèi)星信號穩(wěn)定，覆蓋范圍大，精度高，但接收設(shè)備較昂貴，需架設(shè)室外天線接收信號。
(5)無線電廣播主要指中波、調(diào)頻廣播整點(diǎn)報時信號，這是人們?nèi)粘Ｉ钪凶畛Ｓ玫娜斯ばＵ{(diào)鐘表的手段。它的信號較穩(wěn)定，但時間精度較低(發(fā)播精度0.01到0.05鈔)，信號格式簡單，只有整點(diǎn)報時；各廣播臺覆蓋范圍較小，但接收設(shè)備非常簡單。
在利用上述無線電手段傳遞時間的方法中，除無線電廣播外，其他手段常用于國防、工程和科研等需要較高精度時間的領(lǐng)域。在民用上，人們一般采用廣播報時信號及電視臺顯示的時間信號進(jìn)行人工校調(diào)，但人工校調(diào)不僅麻煩，而且精度也低。
在利用其它無線電手段傳遞時間信號大區(qū)域校調(diào)民用鐘表，目前尚未見產(chǎn)品報道。對于采用廣播報時信號提取時間信息來控制時鐘，人們也做了許多努力。但由于廣播電臺(中波或調(diào)頻)的覆蓋半徑較小(幾十到一、二百公里)，通常采用不同臺不同頻率交叉覆蓋，故在不同地方需人工調(diào)收不同的電臺頻率。此外，廣播報時信號只有整點(diǎn)報時，信號簡單，目前采用的濾波、鑒寬等處理方法常不能很好排除各種干擾，可靠提取時間信息。這可能是當(dāng)前還未見大量采用廣播報時信號控制鐘表的產(chǎn)品問世的主要原因。
本發(fā)明旨在解決目前電子計時鐘表校調(diào)工作中較多技術(shù)難題和矛盾，提供一種利用現(xiàn)有無線電廣播報時信號對鐘表進(jìn)行自動校調(diào)的簡便可靠的方法，并依此方法提供一種新型的民用無線電標(biāo)準(zhǔn)鐘表，使該鐘表長期工作無積累誤差，與標(biāo)準(zhǔn)時間信號相比，誤差優(yōu)于1秒。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的(1)采用一種對無線電廣播報時信號從其頻率、寬度和間隔等綜合參量檢測中提取整時信號的方法。
(2)由強(qiáng)臺自動搜索系統(tǒng)完成在不同地區(qū)自動尋找到當(dāng)?shù)匦盘栕顝?qiáng)的廣播電臺。
(3)由報時信號檢測提取系統(tǒng)按中國廣播報時信號格式完成綜合檢測，獲取可靠的整點(diǎn)時號，達(dá)到自動校調(diào)鐘表、獲得標(biāo)準(zhǔn)時間的目的。
下面結(jié)合附圖作進(jìn)一步說明。


圖1為中國廣播報時信號格式圖。
圖2為強(qiáng)臺自動搜索系統(tǒng)電原理圖。
圖3為本發(fā)明電原理圖。
其中1—低音信號頻率f1(800Hz)、2—高音信號頻率f2(1600Hz)、3—信號寬度(信號持續(xù)時間)、4—相鄰兩聲時間間隔、5—報時時間(10鈔)、6—兩相鄰高音的時間間隔(3600秒)、7—電調(diào)諧廣播接收機(jī)8—A/D采樣器、9—單片機(jī)、10—D/A變換器、11—800Hz窄帶濾波器、12—1600Hz窄帶濾波器、13—LED時鐘顯示器、14—鍵盤、15—時鐘掉電保持器、16—報時定時器。
由圖1可知，在每小時前的59分50秒開始報時，先報出五聲低音，到整點(diǎn)時報出一聲高音，并以其高音起點(diǎn)作為整點(diǎn)時刻。低音信號頻率1為800Hz，誤差小于0.8Hz，高音信號頻率2為1600Hz，誤差小于1.6Hz。低音和高音的信號寬度(持續(xù)時間)3均為0.5S，誤差小于0.01S。每相鄰兩聲時間間隔4為2S，誤差小于0.1S。整點(diǎn)報時準(zhǔn)確度中央廣播電臺優(yōu)于0.01S，地方廣播電臺優(yōu)于0.05S。
因此，利用上述廣播電臺報時信號來滿足本發(fā)明優(yōu)于1秒的精度是沒有問題的。但由于中國廣播報時信號格式特別簡單，每小時只有五個低音和一個高音(整點(diǎn))。對這種時間信號的提取，現(xiàn)有的方法主要是利用窄帶濾波和信號寬度鑒別，例如對整點(diǎn)1600Hz窄帶濾波后的信號寬度大于0.4S以上，就認(rèn)為是整點(diǎn)信號。也有對整點(diǎn)前的五個低音濾波整形后計數(shù)，作為判斷整點(diǎn)信號的前提條件。總之，這些方法一般均用脈沖數(shù)字電路完成。在實(shí)際中，由于廣播電臺信號中存在與報時信號相同頻率和寬度的信號或干擾，并且往往在報時開始時有音樂播放，從而對報時信號形成干擾。基于這些情況，用上述傳統(tǒng)方法處理常會引起誤判或漏判整點(diǎn)信號，長期工作時難以達(dá)到可靠提取整點(diǎn)信號的要求。
為了解決上述困難，本發(fā)明提出了一種對廣播報時信號進(jìn)行頻率、寬度、時間間隔綜合檢測分析，自動可靠提取時號的方法。具體為用中心頻率為800Hz和1600Hz的二個窄帶濾波器11和12分別提取低音和高音報時信號完成頻域檢測；用單片機(jī)內(nèi)定時器測量低音、高音信號的起止時間，實(shí)現(xiàn)信號寬度3檢測；用定時器和秒計數(shù)器對低音到低音，低音到高音，高音到高音(即二個整點(diǎn)高音信號)之間的時間間隔進(jìn)行測量。也就是說，在出現(xiàn)六個持續(xù)時間均為0.5S、相距2秒間隔的信號，且前五個為800Hz低音而第六個為1600Hz高音時，就被認(rèn)為是1個有效的整時信號；如果在3600秒又有一個有效整時信號時，立即對時鐘校調(diào)將分、秒清零。由于這種綜合檢測提取廣播報時信號的方法，充分利用了現(xiàn)有廣播報時信號的一切特征，具有很高的可靠性。實(shí)際上在民用鐘表中，一天只需校調(diào)幾次，其他時間由鐘表保持，就能使日誤差優(yōu)于1秒。因?yàn)槊刻煊?4個整時，考慮各種因素，每天找出幾次滿足上述條件的整時信號去校調(diào)鐘表是沒有問題的。在技術(shù)上，對頻率寬度、時間間隔的檢測參數(shù)相比信號格式參數(shù)需要有一定放寬，放寬的范圍是保證既不錯判又不丟失為原則。顯然，這種自動校調(diào)鐘表方法要求第一次應(yīng)將鐘表的時間誤差用人工調(diào)到半小時以內(nèi)，即時間的自動校調(diào)范圍為±30分鐘。
2、現(xiàn)有的對廣播報時信號提取方案均采用人工找臺，這種方法帶來二個問題(1)變換不同地方后需人工再調(diào)整當(dāng)?shù)亟邮盏膹V播信號；(2)即使在同一地方，廣播接收機(jī)工作一段時間后，由于元器件、溫度等因素會引起原收到的臺失諧，信號變?nèi)跎踔潦詹坏剑魺o人工再調(diào)整，將無法再獲得報時信號。為解決這二個問題，本發(fā)明提出了利用電調(diào)諧廣播接收機(jī)7，A/D采樣器8，D/A數(shù)模變換器10和單片機(jī)9等構(gòu)成廣播接收強(qiáng)臺自動搜索系統(tǒng)，保證對當(dāng)?shù)貜?qiáng)臺的報時信號準(zhǔn)確可靠接收。
其工作原理如下由圖2可知，電調(diào)諧廣播接收機(jī)7與通常的中波調(diào)幅或調(diào)頻收音機(jī)原理相同，它能輸出檢波后的音頻信號，并給出信號強(qiáng)度指示電壓。不同的是它能用電壓控制，進(jìn)行接收頻率的調(diào)整。單片機(jī)9輸出一個數(shù)字量，經(jīng)D/A變換器10變換成模擬電壓去驅(qū)動接收機(jī)7改變接收頻率，接收機(jī)7輸出的信號強(qiáng)度值被A/D采樣器8采樣進(jìn)入單片機(jī)。這樣，通過從頻段低端到高端逐點(diǎn)搜索可獲得一條接收信號強(qiáng)度隨接收頻率變化的曲線。單片機(jī)9從中很容易分析獲得各廣播信號對應(yīng)的驅(qū)動D/A變換器10的數(shù)字量。也就是說，可收到的每個廣播電臺與相應(yīng)的單片機(jī)9中一個數(shù)字量對應(yīng)起來，再找出最強(qiáng)信號對應(yīng)的一個數(shù)字量，經(jīng)D/A變換器10變換成模擬電壓去控制廣播接收機(jī)7，從而完成強(qiáng)臺信號的自動搜索與接收。
3、作為實(shí)例，圖3具體給出了本發(fā)明利用廣播報時信號控制一種無線電標(biāo)準(zhǔn)鐘表的電原理圖。由圖3可知，實(shí)施本發(fā)明上述方法的鐘表由強(qiáng)自動臺搜索系統(tǒng)和報時信號檢測提取系統(tǒng)兩部分組成。該兩系統(tǒng)功能獨(dú)立，但共用電調(diào)諧廣播接收機(jī)7及單片機(jī)9，強(qiáng)臺自動搜索系統(tǒng)已詳細(xì)說明。這里僅對報時信號檢測提取系統(tǒng)作進(jìn)一步說明。該系統(tǒng)由廣播接收機(jī)7、800Hz窄帶濾波器11、1600Hz窄帶濾波器12、單片機(jī)9，LED時鐘顯示器13、鍵盤14、時鐘掉電保持器15及報時定時器16組成，其連接順序?yàn)殡娬{(diào)諧廣播接收機(jī)7接收到的報時信號分別經(jīng)過800Hz窄帶濾波器11和1600Hz濾波器12進(jìn)入單片機(jī)9，單片機(jī)9受鍵盤14控制并分別和LED時鐘顯示器13、時鐘掉電保持器15及時報定時器16相連接。由單片機(jī)9、LED時間顯示器13、鍵盤14、時鐘掉電保持器15、報時定時器16等構(gòu)成實(shí)時鐘部分，它與通常的電腦鐘基本相用，用鍵盤14設(shè)置時間、報時、定時等參數(shù)，LED時鐘顯示器13顯示年、月、日、時、分、秒。時鐘掉電保持器15采用專用時鐘芯片，由一節(jié)小型充電池保持時鐘、數(shù)據(jù)等信息，來電后單片機(jī)9可從中讀出時間和數(shù)據(jù)。報時定時器16是為時鐘整點(diǎn)報時和特定時間定時設(shè)置的。無線電廣播報時信號提取、校調(diào)由電調(diào)諧廣播接收機(jī)7、窄帶濾波器11和12及單片機(jī)9等構(gòu)成。收音機(jī)輸出的音頻信號經(jīng)中心頻率為800Hz和1600Hz二個窄帶濾波器11和12，分別提取低音和高音報時信號，經(jīng)單片機(jī)9進(jìn)行信號頻率、寬度和時間間隔等綜合特征分析，最后獲得整點(diǎn)信號去校調(diào)時鐘，提供標(biāo)準(zhǔn)時間。
由以上分析可知，采取無線電廣播自動選臺和廣播報時信號綜合檢測的方法去校調(diào)、控制電子鐘表，適用于各無線電廣播頻段及不同報時信號格式。因此，本發(fā)明在利用現(xiàn)有眾多的無線電廣播資源來實(shí)現(xiàn)無線電標(biāo)準(zhǔn)鐘表，具有普遍和實(shí)用的意義。
權(quán)利要求
1.民用無線電標(biāo)準(zhǔn)鐘表，采用一種強(qiáng)臺自動搜索及對無線電廣播報時信號從頻率、寬度和間隔等綜合參量檢測中提取整時信號的方法，其特征在于不僅根據(jù)廣播報時信號格式對低音和高音信號頻率(1)和(2)、信號寬度(信號持續(xù)時間)(3)進(jìn)行檢測，而且對兩個相鄰信號的時間間隔(4)及高音到高音(二個整點(diǎn)高音信號)的時間間隔(3600S)(6)進(jìn)行檢測。
2.實(shí)施權(quán)利要求1所述方法的民用無線電標(biāo)準(zhǔn)鐘表，其特征在于該鐘表由強(qiáng)臺自動搜索系統(tǒng)和報時信號檢測提取系統(tǒng)兩部分組成；該兩系統(tǒng)功能獨(dú)立，但共用電調(diào)諧廣播接收機(jī)(7)及單片機(jī)(9)。
3.按權(quán)利要求1和2所述的民用無線電標(biāo)準(zhǔn)鐘表，其特征在于強(qiáng)臺自動搜索系統(tǒng)由電調(diào)諧廣播接收機(jī)(7)、A/D采樣器(8)、單片機(jī)(9)和D/A變換器(10)組成，并依次閉環(huán)連接。
4.按權(quán)利要求1和2所述的民用無線電標(biāo)準(zhǔn)鐘表，其特征在于報時信號檢測提取系統(tǒng)由電調(diào)諧廣播接收機(jī)(7)、800Hz窄帶濾波器(11)、1600Hz窄帶濾波器(12)、單片機(jī)(9)、LED時鐘顯示器(13)、鍵盤(14)、時鐘掉電保持器(15)及報時定時器(16)組成；其連接順序?yàn)殡娬{(diào)諧廣播接收機(jī)(7)接收到的報時信號分別經(jīng)過800Hz窄帶濾波器(11)和1600Hz窄帶濾波器(12)進(jìn)入單片機(jī)(9)，單片機(jī)(9)受鍵盤(14)控制并分別和LED時鐘顯示器(13)、時鐘掉電保持器(15)及報時定時器(16)連接。
全文摘要
本發(fā)明民用無線電標(biāo)準(zhǔn)鐘表,涉及無線電授時及電子校時技術(shù)。為了解決目前各種電子鐘表校調(diào)精度不高,并存在積累誤差等問題,本發(fā)明公開了一種強(qiáng)臺自動搜索及對廣播報時信號進(jìn)行頻率、寬度和間隔綜合檢測,可靠提取整時信號的方法,并依此方法由強(qiáng)臺自動搜索系統(tǒng)和報時信號檢測提取系統(tǒng)組成的新型鐘表,使鐘表的時間精度優(yōu)于1秒,簡便可靠,實(shí)用性強(qiáng),極易推廣。
文檔編號G04G3/00GK1211758SQ9710924
公開日1999年3月24日 申請日期1997年9月12日 優(yōu)先權(quán)日1997年9月12日
發(fā)明者寧百齊, 金陶, 陳炘 申請人:中國科學(xué)院武漢物理與數(shù)學(xué)研究所