DCF77- အချိန်အချက်ပြစနစ် ဘယ်လိုအလုပ်လုပ်သလဲ။

မင်္ဂလာပါ Habr။

နာရီ သို့မဟုတ် မိုးလေဝသဌာနကို ဝယ်ယူသူ အများအပြားသည် ထုပ်ပိုးမှုတွင် ရေဒီယို ထိန်းချုပ်ထားသော နာရီ သို့မဟုတ် အနုမြူနာရီလိုဂိုကိုပင် မြင်ဖူးကြပေမည်။ ဒါက အရမ်းအဆင်ပြေတယ်၊ ​​ဘာလို့လဲဆိုတော့ သင်က နာရီကို စားပွဲပေါ်တင်ဖို့ပဲလိုပြီး ခဏအကြာမှာတော့ အချိန်အတိအကျကို အလိုအလျောက်ချိန်ညှိပေးပါလိမ့်မယ်။


၎င်းသည် မည်သို့အလုပ်လုပ်သည်ကို အဖြေရှာပြီး Python တွင် ကုဒ်ဒါတစ်ခုကို ရေးလိုက်ကြပါစို့။

မတူညီသော အချိန်ထပ်တူပြုခြင်းစနစ်များ ရှိပါသည်။ ဥရောပတွင် အကျော်ကြားဆုံးမှာ ဂျာမန်စနစ်ဖြစ်သည်။ DCF-77ဂျပန်မှာ ကိုယ်ပိုင်စနစ်ရှိတယ်။ JJYUS မှာ စနစ်တစ်ခုရှိပါတယ်။ WWBB, နောက် ... ပြီးတော့။ ယင်းနောက်၊ ဇာတ်လမ်းသည် ရုရှားနှင့် အိမ်နီးချင်းနိုင်ငံများရှိ ဥရောပတစ်စိတ်တစ်ပိုင်းရှိ အချို့နေရာများတွင် ဧည့်ခံရန်အတွက် အသက်ဆိုင်ဆုံးနှင့် လက်လှမ်းမီနိုင်ဆုံးဖြစ်သည့် DCF77 အကြောင်း (အရှေ့ဖျားမှနေထိုင်သူများတွင် ဆန့်ကျင်ဘက်အမြင်ရှိနိုင်သည်၊ သို့သော် ၎င်းတို့လက်ခံနိုင်သည် ဂျပန် signal ကိုခွဲခြမ်းစိတ်ဖြာပါ။)

အောက်တွင်ရေးထားသောအားလုံးသည် DCF77 အကြောင်းဖြစ်သည်။

အချက်ပြလက်ခံခြင်း။

DCF77 သည် 77.5 kHz ကြိမ်နှုန်းဖြင့် လုပ်ဆောင်နေသော ရှည်လျားသောလှိုင်းဘူတာရုံတစ်ခုဖြစ်ပြီး amplitude modulation တွင် အချက်ပြမှုများကို ထုတ်လွှင့်သည်။ 50KW ဘူတာသည် Frankfurt မှ 25 ကီလိုမီတာအကွာတွင်တည်ရှိပြီး ၎င်းသည် 1959 ခုနှစ်တွင်စတင်လည်ပတ်ခဲ့ပြီး 1973 ခုနှစ်တွင်ရက်စွဲအချက်အလက်များကိုအချိန်အတိအကျတွင်ထည့်သွင်းခဲ့သည်။ လှိုင်းအလျား 77 KHz ရှိသော လှိုင်းအလျားသည် အလွန်ရှည်သည်၊ ထို့ကြောင့် အင်တင်နာအကွက်၏ အတိုင်းအတာသည် အလွန်သင့်လျော်သည် (Wikipedia မှ ဓာတ်ပုံ)။


ထိုကဲ့သို့သော အင်တင်နာနှင့် ပါဝါထည့်သွင်းမှုတို့ဖြင့် ဧည့်ခံဧရိယာသည် ဥရောပ၊ ဘီလာရုစ်၊ ယူကရိန်းနှင့် ရုရှားနိုင်ငံ၏ တစ်စိတ်တစ်ပိုင်းအားလုံးနီးပါးကို လွှမ်းခြုံထားသည်။

မည်သူမဆို အချက်ပြမှုကို မှတ်တမ်းတင်နိုင်သည်။ ဒါကိုလုပ်ဖို့၊ အွန်လိုင်းလက်ခံသူထံသွားပါ။ http://websdr.ewi.utwente.nl:8901/အဲဒီမှာ ကြိမ်နှုန်း 76.5KHz နဲ့ USB မော်ဂျူလာကို ရွေးပါ။ ပုံတစ်ပုံသည် ဤကဲ့သို့ ပွင့်နေသင့်သည်-

အဲဒီမှာ ဒေါင်းလုဒ်ခလုတ်ကို နှိပ်ပြီး အပိုင်းတစ်ပိုင်းကို မိနစ်များစွာကြာအောင် မှတ်တမ်းတင်ပါတယ်။ ဟုတ်ပါတယ်၊ သင့်မှာ 77.5KHz ကြိမ်နှုန်းကို မှတ်တမ်းတင်နိုင်တဲ့ “အစစ်အမှန်” လက်ခံသူရှိတယ်ဆိုရင် အဲဒါကို သင်သုံးနိုင်ပါတယ်။

ဟုတ်ပါတယ်၊ အင်တာနက်မှတစ်ဆင့် ရေဒီယိုအချိန်အချက်ပြမှုများကို လက်ခံရရှိခြင်းဖြင့် ကျွန်ုပ်တို့သည် အမှန်တကယ်တိကျသောအချိန်ကို ရရှိလိမ့်မည်မဟုတ်ပါ - အချက်ပြမှုကို နှောင့်နှေးစွာဖြင့် ထုတ်လွှင့်ပါသည်။ သို့သော်ကျွန်ုပ်တို့၏ပန်းတိုင်မှာ signal ၏ဖွဲ့စည်းပုံကိုနားလည်ရန်သာဖြစ်သည်၊ ထို့ကြောင့်အင်တာနက်မှတ်တမ်းတင်ခြင်းသည်လုံလောက်သည်ထက်ပိုမိုသည်။ လက်တွေ့ဘဝတွင်၊ လက်ခံခြင်းနှင့် အသံဝှက်ခြင်းအတွက် အထူးပြုစက်ပစ္စည်းများကို အသုံးပြုကြသည်၊ ၎င်းတို့ကို အောက်တွင် ဆွေးနွေးပါမည်။

ဒီတော့ အသံသွင်းတာကို လက်ခံရရှိပြီ၊ အဲဒါကို စတင်လုပ်ဆောင်လိုက်ကြရအောင်။

Signal Decoding

Python ကို အသုံးပြု၍ ဖိုင်ကို တင်ပြီး ၎င်း၏ ဖွဲ့စည်းပုံကို ကြည့်ကြပါစို့။

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()

ပုံမှန် amplitude modulation ကို ကျွန်ုပ်တို့မြင်ရသည်-


စကားဝှက်ကို ရိုးရှင်းစေရန်၊ Hilbert အသွင်ပြောင်းကို အသုံးပြု၍ အချက်ပြစာအိတ်ကို ယူကြပါစို့။

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

ချဲ့ထားသောရလဒ်-


low-pass filter ကို အသုံးပြု၍ ဆူညံသံထုတ်လွှတ်မှုများကို ချောမွေ့စွာ ဖယ်ရှားပြီး တစ်ချိန်တည်းတွင် ခွဲခြမ်းစိတ်ဖြာမှုအတွက် နောက်ပိုင်းတွင် အသုံးဝင်မည့် ပျမ်းမျှတန်ဖိုးကို တွက်ချက်ကြပါစို့။

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

ရလဒ် (အဝါရောင်မျဉ်း)- ခွဲခြမ်းစိတ်ဖြာရန် အလွန်လွယ်ကူသော စတုရန်းလှိုင်းနီးပါးတစ်ခု။

ပိုင်းခြားခြင်း။

ပထမဦးစွာသင် bit sequence ကိုရယူရန်လိုအပ်သည်။ အချက်ပြဖွဲ့စည်းပုံကိုယ်တိုင်က အလွန်ရိုးရှင်းပါသည်။


ပဲမျိုးစုံကို ဒုတိယကြားကာလအဖြစ် ပိုင်းခြားထားသည်။ ပဲမျိုးစုံကြားအကွာအဝေးသည် 0.1s (ဆိုလိုသည်မှာ သွေးခုန်နှုန်း၏အရှည်မှာ 0.9s) ဖြစ်ပါက၊ အကွာအဝေးသည် 0s (ဆိုလိုသည်မှာ အလျားသည် 0.2s) ဖြစ်လျှင် “0.8” ကို ထည့်ပါ။ မိနစ်တိုင်း၏အဆုံးကို "ရှည်" သွေးခုန်နှုန်း၊ 1 စက္ကန့်ကြာ၊ ဘစ်အစီအစဥ်သည် သုညသို့ ပြန်လည်သတ်မှတ်ထားပြီး ဖြည့်သွင်းမှု ထပ်မံစတင်သည်။

အထက်ပါအချက်သည် Python တွင်ရေးရန်လွယ်ကူသည်။

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

ရလဒ်အနေဖြင့်၊ ကျွန်ုပ်တို့သည် bits ၏ sequence ကိုရရှိသည်၊ ကျွန်ုပ်တို့၏ဥပမာတွင် နှစ်စက္ကန့်ကြာသည် ဤကဲ့သို့ဖြစ်နေသည်-

0011110110111000001011000001010000100110010101100010011000
0001111100110110001010100001010000100110010101100010011000

စကားမစပ်၊ အချက်ပြတွင် ဒေတာ "ဒုတိယအလွှာ" လည်း ပါ၀င်သည်မှာ စိတ်ဝင်စားစရာကောင်းပါသည်။ bit sequence ကို အသုံးပြု၍လည်း ကုဒ်လုပ်ထားပါသည်။ အဆင့် modulation. သီအိုရီအရ၊ ၎င်းသည် အားပျော့သောအချက်ပြသည့်ကိစ္စတွင်ပင် ပိုမိုခိုင်မာသောကုဒ်ဆွဲခြင်းကို ပေးသင့်သည်။

ကျွန်ုပ်တို့၏နောက်ဆုံးအဆင့်- အမှန်တကယ်ဒေတာရယူခြင်း။ ဘစ်များကို တစ်စက္ကန့်လျှင် တစ်ကြိမ် ပို့လွှတ်သည်၊ ထို့ကြောင့် ကျွန်ုပ်တို့တွင် အချက်အလက်များစွာကို ကုဒ်ဝှက်ထားသော စုစုပေါင်း 59 bits ရှိသည်။


အပိုင်းများကို ဖော်ပြထားပါသည်။ ဝီကီပီးဒီးယားပြီးတော့ သူတို့ တော်တော် စပ်စုတယ်။ သတိပေးစနစ်များနှင့် အရပ်ဘက်ကာကွယ်ရေးအတွက် ၎င်းတို့ကို အသုံးပြုရန် အစီအစဉ်များရှိသော်လည်း ပထမ 15 bit ကို အသုံးမပြုပါ။ Bit A1 သည် နောက်နာရီတွင် နာရီသည် နေ့အလင်းရောင် ချွေတာချိန်သို့ ပြောင်းလဲသွားမည်ဖြစ်ကြောင်း ညွှန်ပြသည်။ Bit A2 သည် နောက်ထပ်တစ်ခုကို ဖော်ပြသည်။ ဒုတိယခုန်တခါတရံတွင် ကမ္ဘာ၏လှည့်ပတ်မှုအရ အချိန်ကိုချိန်ညှိရန် အသုံးပြုသည်။ ကျန်ရှိသော bit များသည် နာရီ၊ မိနစ်၊ စက္ကန့်နှင့် ရက်စွဲတို့ကို ကုဒ်လုပ်ထားသည်။

ကိုယ်တိုင်စမ်းသပ်လိုသူများအတွက်၊ ကုဒ်ကုဒ်ကို spoiler အောက်တွင်ပေးထားသည်။
အရင်းအမြစ်

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)

ပရိုဂရမ်ကို run သောအခါတွင်၊ ဤကဲ့သို့သော output ကိုတွေ့လိမ့်မည်။

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

အမှန်တော့ ဒါတွေအားလုံးက မှော်ပညာပဲ။ ထိုစနစ်၏ အားသာချက်မှာ ကုဒ်ဆွဲခြင်းသည် အလွန်ရိုးရှင်းပြီး အရိုးရှင်းဆုံး မိုက်ခရိုကွန်ထရိုလာကိုပင် မည်သည့်နေရာတွင်မဆို လုပ်ဆောင်နိုင်သည် ။ ကျွန်ုပ်တို့သည် ပဲမျိုးစုံ၏အရှည်ကို ရိုးရိုးရှင်းရှင်းရေတွက်ပြီး 60 bits စုဆောင်းကာ မိနစ်တိုင်း၏အဆုံးတွင် အချိန်အတိအကျကိုရရှိသည်။ အချိန်ထပ်တူပြုခြင်း၏ အခြားနည်းလမ်းများနှင့် နှိုင်းယှဉ်ပါက (ဥပမာ GPS၊ သို့မဟုတ် အင်တာနက်ကို ဘုရားသခင် တားမြစ်ထားပါသည်-)၊ ထိုကဲ့သို့သော ရေဒီယို ထပ်တူပြုခြင်းအတွက် လျှပ်စစ်ဓာတ်အား လုံးဝနီးပါး လိုအပ်သည် - ဥပမာ၊ ပုံမှန် အိမ်သုံး မိုးလေဝသဌာနတစ်ခုသည် AA ဘက်ထရီ ၂ လုံးဖြင့် တစ်နှစ်ခန့် အလုပ်လုပ်ပါသည်။ ထို့ကြောင့် လက်ပတ်နာရီများပင်လျှင် နံရံနာရီများ သို့မဟုတ် လမ်းဘေးဘူတာရုံနာရီများကို ဖော်ပြခြင်းမပြုဘဲ ရေဒီယိုတစ်ထပ်တည်းဖြစ်အောင်ပြုလုပ်ထားသည်။

DCF ၏ အဆင်ပြေမှုနှင့် ရိုးရှင်းမှုသည် DIY ဝါသနာအိုးများကို ဆွဲဆောင်ပါသည်။ $10-20 ဖြင့် Arduino သို့မဟုတ် အခြားသော controller နှင့် ချိတ်ဆက်နိုင်သည့် အဆင်သင့်လုပ်ထားသော receiver နှင့် TTL output ပါရှိသော အဆင်သင့်လုပ်ထားသော အင်တင်နာ module ကို သင်ဝယ်နိုင်သည်။


Arduino အတွက် ရေးထားပြီးသားပါ။ အဆင်သင့်လုပ်ထားသော စာကြည့်တိုက်များ. သို့သော်၊ သင်သည် microcontroller တွင် ဘာပဲလုပ်လုပ် နာရီ သို့မဟုတ် မိုးလေဝသဌာနတစ်ခုနှင့် အဆုံးသတ်ကြောင်းကို သိရှိထားပြီးဖြစ်သည်။ ထိုသို့သောကိရိယာဖြင့်၊ သင်သည် ဧည့်ခံဧရိယာတွင် ရှိနေသည့်အတွက် အချိန်အတိအကျရရှိရန်မှာ အမှန်တကယ်လွယ်ကူပါသည်။ ကောင်းပြီ၊ သင်သည် သင့်နာရီပေါ်တွင် “Atomic Clock” ဟူသော ကမ္ပည်းပြားကို ဆွဲထားနိုင်ပြီး တစ်ချိန်တည်းတွင် စက်ပစ္စည်းသည် အက်တမ်နာရီကို အသုံးပြု၍ အမှန်တကယ် တစ်ပြိုင်နက် လုပ်ဆောင်ကြောင်း လူတိုင်းအား ရှင်းပြပါ။

ဆန္ဒရှိသူများသည် ရေဒီယိုကို ထပ်တူပြုခြင်းဖြင့် ယန္တရားအသစ်ကို ထည့်သွင်းခြင်းဖြင့် ၎င်းတို့၏ အဖွားနာရီဟောင်းကိုပင် အဆင့်မြှင့်နိုင်သည်-

သော့ချက်စကားလုံး “ရေဒီယို ထိန်းချုပ်ထားသော လှုပ်ရှားမှု” ကို အသုံးပြု၍ ebay တွင် တစ်ခု တွေ့ရှိနိုင်သည်။

နောက်ဆုံးအနေနဲ့ ဒီအထိဖတ်ပြီးသူတွေအတွက် အသုံးဝင်တဲ့နည်းလမ်းလေးတစ်ခုပါ။ ကီလိုမီတာ နှစ်ထောင်အတွင်းမှာ ရေဒီယိုထုတ်လွှင့်စက်တစ်ခုမှ မရှိရင်တောင် ကိုယ်တိုင်ဖန်တီးဖို့ လွယ်ကူပါတယ်။ Google Play မှာ "DCF77 Emulator" လို့ခေါ်တဲ့ အက်ပ်တစ်ခုရှိပြီး နားကြပ်ကို အချက်ပြမှုထုတ်ပေးပါတယ်။ စာရေးသူက နားကြပ်ကြိုးကို နာရီမှာပတ်လိုက်ရင် အချက်ပြမှုကို ဖမ်းယူပေးမယ်လို့ ဆိုပါတယ် (ပုံမှန်နားကြပ်တွေက 77 kHz အချက်ပြမှုကို မထုတ်ပေးနိုင်တာကြောင့် ဘယ်လိုလုပ်ရမလဲ တွေးမိပါတယ်၊ ဒါပေမယ့် harmonics ကြောင့် ဖြစ်နိုင်ပါတယ်။) ကျွန်တော့်နာရီမှာ... Android ပရိုဂရမ် ၉ က လုံးဝအလုပ်မလုပ်ဘူး—အသံလုံးဝမရှိဘူး (ဒါမှမဟုတ် ကျွန်တော် မကြားရဘူး—ဘာပဲဖြစ်ဖြစ် 77 kHz ပဲ :))၊ ဒါပေမယ့် တခြားတစ်ယောက်ယောက်က ပိုကောင်းကောင်း ဖန်တီးနိုင်လိမ့်မယ်။ ဒါပေမယ့် တချို့လူတွေကတော့ Arduino ဒါမှမဟုတ် ESP32 ကိုသုံးပြီး အလွယ်တကူ ဖန်တီးနိုင်တဲ့ အပြည့်အဝ DCF signal generator ကို တည်ဆောက်ကြပါတယ်။

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

ကောက်ချက်

DCF စနစ်သည် တကယ်ကို ရိုးရှင်းပြီး အဆင်ပြေသွားပါသည်။ ရိုးရှင်းပြီး စျေးသက်သက်သာသာဖြင့် လက်ခံသူ၏အကူအညီဖြင့်၊ ဧည့်ခံဧရိယာတွင် အမြဲတမ်းနှင့် နေရာတိုင်းတွင် အချိန်အတိအကျရနိုင်သည်။ ဒစ်ဂျစ်တယ်အသွင်ကူးပြောင်းမှုနှင့် Internet of Things တွင်ကျယ်နေသော်လည်း၊ ထိုကဲ့သို့သောရိုးရှင်းသောဖြေရှင်းနည်းများသည် အချိန်ကြာမြင့်စွာ တောင်းဆိုနေလိမ့်မည်ထင်သည်။

source: www.habr.com