Наручные часы с синхронизацией времени по gps. Morgenwerk: часы с GPS синхронизацией. Быстрые на старте
Покупая наручные часы, мы хотим быть уверены в том, что они всегда показывают точное время. В механических вся надежда возлагается на точность механизма. От того, насколько он хорош, зависит точность времени. А чем точнее идут часы, тем лучше это характеризует мастера, сделавшего их. По крайней мере, так было на заре развития часовой индустрии. Мастерство ремесленника определялось к тому же не только точностью хода, но и размером корпуса. Чем меньше - тем лучше. С появлением немеханических часов вопрос точного времени исчез. Сегодня многие производители предлагают модели с синхронизацией времени. В этой статье мы разберемся с тем, что это такое и как это работает. Поехали.
Радиосинхронизация
Самые точные часы на планете - это атомные. Отставание у них минимальное, можно сказать - микроскопическое. Настолько, что его даже не учитывают. Такие часы крайне важны в авиации, мореходном и других делах, где отставание или спешка даже на одну секунду может привести к фатальным последствиям.
В общем, владельцы часов с радиосинхронизацией во время настройки своих наручных часов указывают временную зону, в которой они находятся. А в дальнейшем часы сами корректируют и исправляют показания.
Как они знают, что нужно сделать поправку? Они ориентируются на показания специальных вышек. Всего их существует шесть: по одной в Германии, Британии, США и Китае, и две - в Японии. При смене часового пояса перенастройка часов происходит автоматически. Вам даже не нужно об этом думать. Из производителей такой функцией свои продукты оснащают Касио, Ситизен и Таймекс. Те компании, которые делают ставку именно на высокотехнологичное оснащение и “полный фарш”.
GPS-сигнал
По сути, та же самая радиосинхронизация. Только часы принимают сигнал не от специальных вышек, а от спутника по GPS.
Так, Сейко предлагает модель Astron GPS Solar. Она умеет поддерживать связь с несколькими спутниками одновременно, что гарантирует точные показания времени во всех часовых поясах.
Или, например, EcoDrive Satellite Wave. Модель постоянно находится в контакте с одним из двух с половиной десятков спутников. Синхронизация происходит с атомными часами. То есть, эти часы синхронизированы с атомными, но не через вышку, а через GPS-спутник. В качестве приятного бонуса в этой модели - подзарядка батареи от любого света.
Синхронизация со смартфоном
Это самый распространенный вариант, знакомый всем владельцам смарт-часов. Посредством технологии Блютус идет синхронизация времени на двух устройствах. В результате этого, часы отображают то время, которое показывает смартфон.
Компания Касио предлагает несколько моделей наручных часов с технологией Bluetooth, которые будут сопряжены с вашим смартфоном. То есть, вам не нужно покупать умные часы той же компании, что и смартфон. Отличная альтернатива монополистам, не так ли?
Самые точные наручные часы
Мы несколько раз упомянули об атомных часах, которые самые точные в мире, и по которым сверяются остальные часы. Есть ли шанс, что когда-то мы увидим наручные атомные часы? Есть, и он очень велик. Уже собраны деньги на запуск такой модели. По предварительным оценкам, их стоимость будет составлять порядка шести тысяч долларов. Но вот когда именно они появятся - этого никто не может сказать. Нам остается лишь ждать.
Технология довольно новая [по современным меркам], но уже успела стать популярной и востребованной в часах ведущих производителей. Основная причина - простота использования и высокая точность полученного сигнала. Не обошлось и без основного “подводного камня”: слишком жесткие условия для успешного приема сигнала - небо обязательно должно быть открытым. Еще одним недостатком технологии мы считаем высокую стоимость - в бюджетных и даже в часах среднего ценового сегмента GPS вы не найдете. Только дорогие модели премиум сегмента могут похвастаться этой функцией. В статье постарались объяснить, что же представляет собой GPS и как ее использовать для получения точного времени.
GPS - система навигации, в основе которой лежит информация со множества спутников, вращающихся вокруг Земли. Принцип работы технологии основан на измерении расстояния от антенны устройства [в нашем случае часы с GPS приемником] до спутника. Местоположения спутников уже заранее известны [с высокой точностью] и записаны в специальный альманах [база данных]. Он хранится в памяти часов до начала измерений. Обычно спутники передают альманах вместе с сигналом GPS. Таким образом, GPS-приемник знает расстояние до нескольких спутников, на основе данных альманаха и скорости радиоволны [примерно равна скорости света] может вычислить точные координаты устройства. Каждый спутник оборудован атомными часами [будет подробно описан в материале о радиосинхронизации]. Это время передается вместе с сигналом и учитывает пройденное расстояние для определения погрешности [если среди читателей буду профи, поправьте нас в случае ошибки].
Для более точного определения местоположения карта земного шара условно поделена на блоки по 500 метров, каждый из которых относится к определенному часовому поясу.
В часах Casio технология GPS имеет название GPS Hybrid Wave Ceptor. Это означает, что синхронизация времени выполняется по GPS и по радиоволнам. Если по какой-то причине радиоволны недоступны, часы автоматически включают GPS-приемник, и с помощью него синхронизируют текущее время и дату.
О работе GPS Hybrid
- В автоматическом режиме часы принимают сигнал радиоволн в промежутке между полночью и 5 утра. Если операция не удалась, то в промежутке между 6 и 10 часами утра принимается GPS сигнал.
- Перед приемом GPS сигнала убедитесь, что небо не закрыто облаками, поблизости нет крупных зданий, сооружений или других препятствий. GPS-приемник скорее всего не будет работать под землей, в туннеле или в условиях, когда небо невидимо.
- При успешном приеме сигнала часы автоматически устанавливают временную зону, текущее время и дату.
- Несмотря на то, что в часах используется интегральная микросхема с пониженным энергопотреблением, функция GPS довольно ресурсоемкая.
- Во время приема GPS сигнала держите часы строго горизонтально [циферблат должен смотреть в небо]. Если у вас настроена автосинхронизация времени, просто оставьте часы на подоконнике на ночь. Убедитесь, что перед приемом сигнала часы получили достаточное количество света в течение минимум 2 минут. Для этого достаточно поднести часы к источнику яркого света [подойдут солнечные лучи или лампы дневного света].
- Время приема сигнала может варьироваться от 6 секунд до минуты.
Итак, вы стали счастливым обладателем часов с GPS приемником. Первым делом нужно вручную запустить GPS-синхронизацию. Последовательность действий описана для модели , для других моделей принцип схожий, но могут быть некоторые отличия. Данную операцию следует также запускать, если вы путешествуете на большие расстояния и оказались в другом часовом поясе.
- В режиме текущего времени нажмите и удерживайте кнопку B в течение 3 секунд, пока секундная стрелка не укажет на отметку T+P.
- Если секундная стрелка указывает на Y (да), N (нет) или T (время), удерживайте кнопку B, пока она не укажет на T+P.
- Когда начнется определение местоположения, стрелка режимов покрутится несколько раз. При успешном выполнение операции, стрелка режимов остановится на отметке 12 часов и затем укажет на текущую широту местоположения. Секундная стрелка укажет на Y (да), затем время и дата автоматически установятся в соответствии с часовой зоной.
- Получение информации о местоположении обычно занимает от 30 секунд до до 2 минут.
Теперь часы запомнили текущую временную зону, и если вы не собираетесь ее покидать, в дальнейшем можно использовать GPS калибровку текущего времени.
- Найдите подходящее место для приема и поверните часы циферблатом к небу.
- В режиме текущего времени нажмите и удерживайте кнопку B в течение 1 секунд, пока секундная стрелка не укажет на отметку Time (Время).
- Получение информации обычно занимает от 6 секунд до минуты.
- При успешном получении сигнала секундная стрелка укажет на Y (да), затем время и дата автоматически установятся в соответствии с часовой зоной.
- Если получить сигнал на удастся, секундная стрелка укажет на N (нет) и отсчет времени продолжится без изменений.
В случае, если идет прием секунд координации, операция может длиться вплоть до 13 минут. Секунды координации [високосные секунды] были придуманы для добавления ко всемирному времени для согласования его с солнечным временем. В силу природных причин, сутки не всегда длятся 24 часа. 30 июня и 31 декабря они длятся 24 часа и 1 секунду. Чтобы не накапливать эти секунды в течение длительного времени, было принято решение просто добавлять в эти дни по секунде к текущему времени. Если часы уже получили информацию о секунде координации, то данная операция больше не будет производиться вплоть до 1 июня или 1 декабря.
Всем привет!
Не так давно решила купить настольные часы в комнату. Хотелось найти часы с синхронизацией времени (надоели часы, которые каждые полгода убегали в среднем на 5 минут) с лаконичным дизайном и желательно белого цвета. Думала, что найду какие-нибудь часы, которые будут синхронизировать время через интернет, но чисто случайно наткнулась на эту необычную для меня модель. Тут синхронизация выполняется посредством приема радиосигнала с точным временем из Германии. Это интересно, но у меня возникли сомнения, что сигнал из Германии может не дойти и часы окажутся ни чем не лучше обычных, но обошлось.
Часы пришли курьерской службой DPEX из Китая примерно за две недели.
К сожалению, сейчас эти часы у продавца есть только на европейских складах и заказать их в Россию нельзя, но я думаю, что скоро они снова появятся.
Доказательство покупки
Размеры часов: ВхШхГ 9.3 см х 6.5 см х 3.7 см. Размер экрана: 6.5 см х 4.35 см.
Как я уже писала во введении, особенностью этих часов является радиосинхронизация. Часы получают сигналы точного времени с передатчика DCF77, который располагается в немецком городе Майнфлингене, что недалеко от Франкфурта-на-Майне. Подробнее про него можно почитать на
Сразу хотелось бы сказать, что из-за того, что передатчик расположен довольно далеко, то часы подойдут лишь жителям европейской части России. Чтобы было понятнее, вот карта покрытия передатчика:
Мой город расположен на расстоянии как раз около 2000 км от передатчика, сигнал часы принимают, правда только по ночам и расположить их пришлось вблизи окна.
Внешний вид
Часы мне понравились по дизайну. По-моему, выглядят они стильно, да и собраны аккуратно. Экран не блекнет под различными углами обзора.
Спереди расположен дисплей и логотип производителя:
Судя по всему, часы проектировались для немецкого рынка, поэтому все надписи на экране (кроме дня недели) на немецком.
На боковых гранях ничего нет:
Сзади расположены кнопки управления, отверстия динамика и датчика температуры, батарейный отсек:
Снизу небольшая наклейка:
Сверху только окошко датчика подсветки, о ней расскажу чуть позже:
Питаются часы от двух батареек AAA:
Часами пользуюсь с сентября и пока еще батарейки не меняла.
Настройка и синхронизация
К сожалению, инструкцию к часам я выкинула (так как часы у меня с сентября), поэтому опишу все своими словами.
При первом включении (или при замене батарей) часы пытаются поймать радиосигнал, над секундами мигает треугольник:
Если им это не удается, время можно выставить вручную, зажав и удерживая кнопку «MODE». После чего последовательно при помощи кнопок со стрелками можно ввести дату и время, подтверждая выбор короткими нажатиями кнопки «MODE».
Длительное удержание кнопки «C/F» запускает принудительную синхронизацию, то есть часы попытаются принять сигнал. Они делают это и автоматически каждую ночь в интервале с 2:00 до 4:00, при этом, если с первого раза не получилось, часы попытаются поймать сигнал через час.
Когда часы синхронизируются, символ антенны над секундами загорится постоянно и будет гореть до следующей неудачной синхронизации:
По умолчанию часы синхронизируются на , но так как для России это не подходит, то надо зажать и удерживать стрелочку вверх для выбора часового пояса. Рядом с антенной должен появиться значок «F» (видно на фото выше). Теперь, если нажать и удерживать кнопку «MODE», то стрелками будет меняться только часовая зона, то есть целые часы в интервале ± 12. Все остальное считается точным и не меняется.
Другие функции
В основном режиме средняя часть экрана отображает температуру. Если нажать кнопку «C/F», то показания поменяются на Фаренгейты:
Короткие нажатия кнопки «MODE» циклически меняют отображаемые в средней части экрана значения на:
Будильник 1:
Будильник 2:
Второе время:
При этом, если в режимах будильников и второго времени длительно зажать кнопку «MODE», то можно будет изменять их время, что, по-моему, удобно и логично.
Нажатие на кнопку «ALARM» включает и выключает будильники в последовательности: выкл. оба - вкл. 1 - вкл. 2 - вкл. оба. При этом справа от температуры появляются значки:
Звенит будильник достаточно противно, хотя может утром просто вставать лень и все раздражает...))
Короткое нажатие кнопки со стрелкой вниз меняет отображение в нижней части экрана с дня недели на номер недели в году:
Нажатие и удержание стрелки вниз изменяет язык дня недели в последовательности: Английский - Немецкий - Французский - Итальянский - Испанский.
Подсветка
Мне понравилось, как у часов выполнена подсветка экрана. Для ее включения достаточно провести над часами рукой, что удобно)) Пироэлектрический датчик, который установлен в отверстии на верхней грани фиксирует это и включает подсветку на 5 секунд. Я считаю, что это удобно - не нужно в темноте искать кнопку. Честно говоря, у часов я это впервые встретила. Подсветка оранжевого цвета:
Самодельные электронные часы, элементная база - часть 1, измерение времени
- DIY или Сделай сам
Наверное, каждый гик, увлекающийся самодельной электроникой, рано или поздно приходит к идее сделать свои, уникальные, часы. Идея вполне неплоха, разберемся как и на чем их лучше сделать. В качестве отправной точки будем считать, что человек умеет программировать микроконтроллеры, понимает как переслать 2 байта по i2c или serial-порту, и может спаять вместе несколько проводов. В принципе, этого достаточно.
Понятно, что ключевая функция часов - измерение времени (кто бы подумал, да?). И делать это желательно максимально точно, здесь есть несколько вариантов и подводных камней.
Итак, какие доступные в «железе» способы измерения времени мы можем использовать?
Встроенный RC-генератор процессора
Самая простая идея, которая может придти в голову - это просто настроить программный таймер, и им отсчитывать секунды. Так вот, эта идея никуда не годится. Часы-то работать конечно будут, только вот точность встроенного генератора никак не регламентируется, и может «плавать» в пределах 10% от номинала. Вряд ли кому-то нужны часы, уходящие в месяц на 15 минут.Модуль реального времени DS1307
Более правильный вариант, он же использующийся в большинстве «народных» изделий - это часы реального времени. Микросхема обменивается с микроконтроллером по I2C, требует минимума обвязки (кварц и пара резисторов). Цена вопроса около 100р за микросхему, или около 1$ на ебее за готовую плату с микросхемой, модулем памяти и разъемом для батарейки.Схема из даташита:
Что не менее важно, микросхема выпускается в DIP-корпусе, значит припаять ее может любой начинающий радиолюбитель. Встроенная батарейка обеспечивает работу часов, даже если питание было отключено.
Казалось бы, все хорошо, если бы не одна проблема - невысокая точность. Примерная точность часовых кварцев - 20-30ppm. Обозначение ppm - parts per million, показывает число миллионных долей. Казалось бы, 20миллионных - это супер, однако для частоты в 32768Гц получается 20*32768/1000000 = ±0,65536Гц, т.е. уже полгерца. Путем несложных подсчетов видно, что генератор с такой разницей за сутки «натикает» лишних (или недостающих) 56тыс тактов, что соответствует 2 секундам в день. Кварцы бывают разные, некоторые пользователи писали и об ошибке в 5 секунд в день. Как-то не очень точно - за месяц такие часы уйдут как минимум, на минуту. Это уже приличная разница, заметная невооруженным глазом (когда любимый сериал бабушки начинается в 11.00, а часы показывают 11.05, разработчику таких часов перед родственниками будет неудобно).
Впрочем, поскольку температура в помещении более-менее стабильна, и частота кварца не будет сильно меняться, можно добавить программную коррекцию. Другой совет, даваемый на форумах, использовать часовой кварц от старых материнских плат, по отзывам, они там довольно точные.
Модуль реального времени DS3231
Мы не первые, кто задался вопросом точности, и компания Dallas пойдя навстречу пожеланиям, выпустила более совершенный модуль - DS3231. Он называется «Extremely Accurate Real Time Clock», имеет встроенный генератор с температурной коррекцией. Точность в 10 раз выше, и составляет 2ppm. Цена вопроса чуть повыше, но корпус микросхемы рассчитан под SMD-монтаж, паять не так удобно, зато можно купить на ебее готовую плату.
(фото с сайта продавца)
Точность в 6 секунд в месяц, это уже неплохой результат. Но мы пойдем дальше - в идеале, часы в 21 веке вообще не нужно подстраивать.
Радиомодуль DCF-77
Метод скорее экзотический, но для полноты картины его нельзя не упомянуть. Немногие знают, но сигналы точного времени передаются по радио еще с 70х годов. Передатчик DCF-77 расположен в Германии недалеко от Франкфурта, и на СДВ-частоте 77.5КГц передаются метки точного времени (да, у них уже 20 лет назад были настенные и настольные часы, которые не надо подстраивать).Способ хорош тем, что схема имеет малое энергопотребление, так что сейчас производятся даже наручные часы с такой технологией. Готовую плату приема DCF-77 можно купить на ebay, цена вопроса 20$.
Многие часы и метеостанции имеют возможность приема DCF-77, проблема лишь в том, что до России сигнал практически не доходит. Карта покрытия с Википедии:
Как можно видеть, лишь Москва и Питер находятся на границе зоны приема. По отзывам владельцев, лишь иногда сигнал удается принять, что для практического применения конечно, не годится.
GPS-модуль
Если часы будут стоять недалеко от окна, то вполне реальный метод получения точного времени - GPS-модуль. Эти модули можно недорого купить на ebay (цена вопроса 10-15$). Например, Ublox NEO-6M, подключается напрямую к serial-пинам процессора, и выдает строки NMEA на скорости 9600.
Данные приходят примерно в таком формате " $GPRMC,040302.663,A,3939.7,N,10506.6,W,0.27,358.86,200804,*1A", и распарсить их даже для слабой Arduino труда не составляет. Патриоты кстати, могут приобрести более дорогой модуль Ublox NEO-7N, поддерживающий (по отзывам) как GPS так и «Глонасс».
Очевидно, что про разные часовые пояса GPS-модуль ничего не знает, так что их вычисление и смену летнего/зимнего времени, разработчику придется продумать самому. Другой минус использования GPS - относительно высокое энергопотребление (впрочем, некоторые модули можно отдельными командами переводить в «спящий режим»).
Wi-Fi
И наконец, последний (и самый очевидный на сегодняшний момент), способ получения точного времени - это брать его из Интернета. Здесь есть два подхода. Первый, и наиболее простой - использовать в качестве платы часов что-то типа Raspberry PI с Линуксом, тогда делать ничего не надо, все будет работать «из коробки». Если же хочется «экзотики» - то самым интересным вариантом является модуль esp8266.
Это недорогой (цена вопроса около 200р на ebay) WiFi-модуль может обмениваться с сервером по serial-порту процессора, при желании его можно также перепрошить (сторонних прошивок довольно много), и часть логики (например опрос сервера времени) сделать в самом модуле. Сторонними прошивками поддерживается куча всего, от Lua до C++, так что вариантов «размять мозги» вполне достаточно.
На этом тему измерения времени наверно можно закрыть. В следующей части мы поподробнее рассмотрим процессоры, и способы вывода времени.
Всегда хотел сделать часы, не нуждающиеся в коррекции времени. В студенчестве пытался собрать приёмник сигналов синхронизации времени на ДВ (DCF77), даже кварц нужный выпилил. Но сигнал из Германии доходил слабый, да и антенна нешуточная получалась.
Потом появилась возможность синхронизации от GPS. В своё время приобрел RS232 GPS модуль, выдающий информацию о координатах в NMEA , который подключал к чёрно-белому PALM m105 и радовался программе PathAway. Но прогресс на месте не стоял, появились другие задачи и GPS модуль провалялся на полке до текущего момента.
Недостаток синхронизации времени от GPS - необходимость располагать приемник в прямой видимости хотя бы одного спутника, что в разрезе часов не всегда приемлемо. В связи с этим появилась появилась идея беспроводной синхронизации, т.е. приёмник располагается на подоконнике и по радиоканалу раздаёт близлежащим желающим точное время. Городить дуплексный канал, чтобы время синхронизировалось по запросу, счёл излишним. GPS приёмник сам передаёт синхронизацию с заданным периодом.
В качестве радиоканала применил лежащие без дела узлы дохлой автосигнализации (рабочая частота 433мГц). После обновления сетевого оборудования в родной конторе (провайдерской) освободились свитчи отечественного производства LightCOM S100, управление которого строилось на процессоре PIC18F452, так что дополнительных финансовых расходов не предвиделось.
Для избежания дальнейших вопросов ниже по тексту, устройство с GPS-приёмником и передатчиком синхронизации буду называть передатчиком, а часы с приёмником синхронизации - приёмником.
Исторически привык собирать схемы на монтажных платах при помощи МГТФ.
Так что сторонников ЛУТа прошу не пинать. Выпилив процессор приклеил его к монтажке. Схемы передатчика и 2-х часов не привожу, в коде есть пинауты.
Итак начну с передатчика:
Система функционирования передатчика проста. Принимаем USART портом PICa NMEA предложения и достаем оттуда данные о текущем времени, дате и актуальности этих данных. Как только подходит период синхронизации (у меня 4 минуты) - передаём всё это в эфир. Из особенностей схемы передатчика замечу следущее:
Схема питается от 5 вольт, в то время как брелок хочет 12 Вольт. Пришлось городить диодно-конденсаторный удвоитель напряжения.
- чтобы не делать преобразователь уровней из RS232 в TTL вскрыл GPS модуль и вывел TTL сигнал до выходного RS232 преобразователя.
Вот обратная сторона передатчика:
Особенность радиообмена автосигнализации - необходимость в передаче т.н. преамбуле - меандра определенной длительности для выхода приемных цепей и АРУ в стабильный режим (можно почитать спецификацию на keeloq в интернетах). Итак, передав преамбулу, передаём нужные байты и в конце - байт контрольной суммы для уменьшения вероятности ошибок на приёмной стороне.
Первый приемник синхронизации (часы) сделал на основе индикатора от списанного кассового терминала:
Особенность этих часов, да и любых, использующих внешнюю синхронизацию - отсутствие необходимости в собственных точных часах (RTC), обычно реализуемых на микросхемах с кварцами 32768 или имеющихся на борту большинства современных микроконтроллеров. В принципе таки часы можно делать и на RC-генераторе. Главное чтобы точность не значительно плыла за время периода синхронизации.
Схема часов тривиальна. Индикатор подключен в режиме 4-битной шины данных. На вход int0 PICa приходит выход от приёмника автосигнализации. Для реализации отображения больших цифр на 2-х строчном текстовом индикаторе пришлось использовать клиенто-изменяемые символы в cgram. Дизайн символов честно спер.
Найдя в загашнике лампы ИН-14, которые чуть младше меня, не смог удержаться от создания вторых часов:
Схемотехнически, тут также нет особых изысков, но все же:
- индикация стстическая (благо есть много свободных выводов у PICa да и 155ИД1 хватает).
Пришлось вешать на радиатор греющиеся элементы
умножителя напряжения (180Вольт по спецификации на лампы ИН14)
Еще пару дизайнерских ходов для подчёркивания постапокалиптического сюжета:
Решил упаковать часы в противогаз, для чего пришлось сделать манекен головы из монтажной пены и кусков пенопласта:
В индикацию добавил глюков (покажу на видео)
- добавил зуммер для создания звуков работающего дозиметра
- глюки и сигнал дозиметра формируются с помощью функции rand() в c18, seed которой формируется с участием атмосферных шумов, берущихся в с выхода приёмника.
- переключение минут сопровождается выключением умножителя и красивом потуханием индикации
Готовые часы номер 2:
Видео работы:
Еще видео:
Писал первый раз на c18. Раньше под PIC писал на ассемблере.
