OROLOGIO SINCRONIZZATO COL S.R.C. NAZIONALE

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OROLOGIO  SINCRONIZZATO  COL   S.R.C.  NAZIONALE

INTRODUZIONE


Salve, vi ricordate quando fino a qualche anno fa, la RAI sulle sue reti TV trasmetteva il segnale orario? Quello era probabilmente uno dei momenti più attesi della giornata. Infatti, a quei tempi, erano molte le persone che davanti al quel bel monoscopio riproducente un orologio analogico, cercavano con perizia di sincronizzare i propri orologi. Vi ricorderete anche, che quando l’asticina dei secondi passava sul 54° secondo, iniziava anche la trasmissione sonora di cinque toni acustici di breve durata; uno per ogni secondo. Poi un secondo di pausa al 59° secondo, ed infine l’ultimo tono che arrivava esattamente allo scadere del 60° secondo, segnando anche l’inizio del minuto successivo. A seguire, una voce femminile calma e decisa annunciava l’ora esatta. 

Personalmente ricordo inoltre, quando circa quindici anni fa, furono introdotti una serie di segnali acustici simili ad un cinguettio, che andarono a precedere i toni di cui parlavamo prima. A quel punto, come capirete la mia curiosità fu tanta, ed iniziai a chiedere in giro a cosa potessero servire quei segnali acustici, ma nessuno seppe mai darmi una risposta esauriente. Successivamente con l’avvento di internet, immensa fonte di dati e di informazioni, trovai un sito che riporto a fine articolo, dove con dovizie di particolari era spiegato fin nei minimi dettagli, il significato di quei segnali tanto enigmatici. (ASCOLTA SEGNALE)

SEGNALE  DATI  S.R.C.

Il cinguettio di cui prima, prende il nome di “Segnale Radio Codificato” ovvero S.R.C. ed è generato presso l’Istituto Elettrotecnico Nazionale “GALILEO FERRARIS” di Torino, da cui è trasmesso alla locale sede RAI, che a sua volta provvede ad irradiarlo tramite radio e televisione su tutto il territorio nazionale. Di questi segnali ne sono generati uno ogni minuto, anche se nell’arco delle ventiquattro ore, effettivamente se ne possono ascoltare soltanto una trentina circa, e più precisamente allo scadere del 29° e del 59° minuto di ogni ora e generalmente trasmessi sulle frequenze di Radio1.

Il segnale S.R.C. è suddiviso in due gruppi, il primo dei quali reca in se delle informazioni relative all’ora, al minuto ed al secondo corrente, se si tratta di ora estiva oppure solare; ed inoltre informazioni relative al giorno del mese, mese e giorno della settimana. Il secondo gruppo invece, reca in se delle informazioni relative alle ultime due cifre dell’anno in corso, se nell’arco dei successivi sette giorni vi sarà un cambio da ora estiva a solare o viceversa, e se a fine mese vi sarà l’aggiunta o la detrazione del secondo intercalare. A tal proposito volevo precisare che il secondo intercalare, si rende necessario in quando la rotazione del globo terrestre su se stesso, non avviene esattamente in 24 ore ma in un tempo leggermente inferiore, per cui quando occorre si aggiunge o si toglie un secondo all’ora corrente.

CODIFICA

Tutte queste informazioni sono codificate in binario e trasmesse con una serie di toni che si susseguono l’uno all’altro e che possono assumere soltanto due valori; il primo con frequenza pari a 2000 Hz. associato al valore zero, ed il secondo con frequenza pari a 2500 Hz. associato al valore uno. Nella FIG.1 in alto, è possibile prendere visione del segnale di bassa frequenza che riproduce un segnale S.R.C. da me ricevuto sulla frequenza di 91,1 MHz., alle ore 12:30 del 28/10/04.

Nella stessa figura in basso, è rappresentato lo stesso segnale demodulato e squadrato. Mentre nella FIG.2 è possibile prendere visione delle temporizzazioni e delle posizioni occupate da ogni singolo bit, con il relativo significato. Ogni singolo bit ha una durata rigorosamente pari a 30 ms. Il primo gruppo è costituito da 32 bits, per cui ha una durata complessiva di 960 ms. ed inizia a partire dal 52° secondo. Il secondo gruppo è costituito da 16 bits, ed ha una durata complessiva di 480 ms. ed inizia a partire dal 53° secondo, con una pausa di 40 ms. tra il primo ed il secondo gruppo.

IL  PROGETTO

Da qui lo spunto a sfruttare questi segnali per sincronizzare un orologio possibilmente con datario interno, che tenesse conto dell’anno bisestile,  del cambio dell’ora e del secondo intercalare. Dopo vari tentativi ne è venuto fuori un prodotto che per un lungo periodo di prove e collaudo, non ha mai creato problemi. Ma veniamo adesso alla descrizione del suo funzionamento. Dalle misure che ho effettuato, ho registrato che il mio orologio introduce nell’arco di 24 ore, un errore di soli 500 ms. in più. Ciò credo sia da imputare solamente al quarzo di riferimento, che nel mio caso anziché oscillare esattamente a 4.000.000 di Hz. , lavora ad una ventina di Hz. in più. Per un errore di tale entità, non ho ritenuto  necessario aggiungere al quarzo un compensatore capacitivo che permettesse piccoli aggiustamenti della frequenza di lavoro; ma chi volesse può sempre provvedere in proprio adottando la modifica proposta in FIG.3 nel riquadro in rosso.

Oltretutto, dato che il segnale di sincronizzazione, come abbiamo visto sarà ricevuto ogni mezzora, l’errore si riduce ulteriormente rendendo superfluo l’uso del compensatore. Il software di decodifica del segnale S.R.C. è talmente affinato che sarà quasi impossibile che un segnale sia decodificato in modo errato. Infatti durante l’elaborazione  si tiene conto dei bits d’identificazione e dei bits di parità. Più precisamente si effettuano due controlli d’identificazione. Il primo, verificando che i primi due bits del primo gruppo abbiano valore “01”; ed il secondo, verificando che i  primi due bits del secondo gruppo abbiano valore “10”. Inoltre si effettuano tre controlli di parità, due nel primo gruppo al 17° ed al 32° bit; ed uno nel secondo gruppo al 16° bit. Per finire viene accertato che la durata di ognuno dei  48 bits in arrivo, non sia inferiore a 15 ms., per un totale di 53 verifiche. E’ sufficiente che una soltanto delle 53 verifiche non sia soddisfatta, affinché l’intera sequenza venga rigettata e non presa in considerazione.

Per chi non lo sapesse il controllo di parità può essere di tipo pari oppure dispari. Il controllo si effettua inserendo un bit aggiuntivo oltre ai bits dei dati. Tale bit può assumere il valore “0” oppure “1”, in funzione dei bits a livello “1” fino a quel momento inviati, tale che, il risultato della  loro somma sia pari se il controllo di parità è pari; oppure sia dispari se il controllo di parità è dispari. Dato che nel nostro caso è di tipo dispari, se consideriamo i bits dal 1° al 17° del primo gruppo, contando i soli bits che si trovano a livello logico alto dovremmo ottenere un numero dispari; se otteniamo un numero pari, allora vuol dire che si è  verificato un errore nei dati, dovuto probabilmente ad interferenze durante la ricezione. Lo stesso tipo di verifica si effettua dal 18° al 32° bits del primo gruppo e dal 1° al 16° bits del secondo gruppo.

SCHEMA  ELETTRICO

Tutto il circuito è visibile in FIG.3 e si può suddividere in due blocchi essenziali, demodulatore e  decodificatore. Il demodulatore è costituito dal PLL  tipo 565 a cui è affidato il compito di estrarre l’informazione binaria seriale, dal segnale audio proveniente dal ricevitore; restituendo alla sua uscita un segnale ricostruito, costituito da un treno d’impulsi perfettamente squadrati e rigorosamente identici agli originali trasmessi. Tale circuito per funzionare  correttamente, necessita al suo ingresso (pin n°2) di un segnale di bassa frequenza con un’ampiezza compresa  tra 1 e 3 Vpp., a cui provvede l’amplificatore operazionale LF353, oltre ad una semplice taratura descritta più avanti. Al decodificatore invece, costituito dal microcontrollore PIC-16F628, è affidato il compito di ricostruire i dati numerici, di visualizzarli sul display  LCD, nonché di verificare che tali dati siano corretti ed esenti da possibili errori, causati da radio interferenze o da cattivo funzionamento del  demodulatore.

A mio parere, un orologio così concepito, non ha bisogno di regolazioni o messe a punto manuali. Per questo motivo nel circuito non ho predisposto nessuna funzione che assolvesse a tali compiti. Infatti, dopo aver dato alimentazione al circuito, una routine di gestione dei segnali in arrivo dal demodulatore, attenderà l’arrivo di un treno d’impulsi valido e privo di errori, e solo a quel punto, automaticamente saranno aggiornati tutti i registri interni di conteggio e sincronizzazione, dell’orologio e del datario. Tale aggiornamento è sufficiente che avvenga una sola volta al giorno. A tale scopo, una routine si occuperà di alimentare il ricevitore tutte le notti dalla mezzanotte in poi e dopo la prima alimentazione del circuito, per spegnerlo solo dopo l’arrivo di un S.R.C. valido. A tutto ciò provvede il relais col 2N1711 pilotato dal pin 7 del PIC. Comunque, chi lo desidera potrà fare in modo che il ricevitore sia sempre alimentato, in questo caso la  sincronizzazione sarà effettuata ogni mezzora circa, questa e la frequenza con cui sono inviati i segnali S.R.C. dalla RAI.

DISPLAY   DATI

I dati visualizzati sul DISPLAY, sono di facile ed immediata interpretazione. Nella prima riga a sinistra sono visualizzati i dati relativi alle ore, minuti e secondi, separati dai due punti. Subito a destra troviamo l’indicazione relativa al cambio dell’ora. Se ad esempio questa indicazione è del tipo “OS-0”; significa che siamo nell’Ora Solare e che non è previsto nessun cambiamento di ora per i prossimi sette giorni.

Se nell’indicazione al posto dello zero troviamo un numero compreso tra 1 e 6, allora vorrebbe dire che tra 1; 2; 3; 4; 5  oppure 6 giorni ci sarà un cambio, da “Ora Solare” ad  “Ora Estiva”. Se al contrario l’indicazione è del tipo “OE-0”, continuerebbe ad essere valido lo stesso discorso fatto nel caso precedente, tranne che ci troveremmo nell’Ora Estiva, e che un eventuale cambiamento sarebbe da “Ora Estiva” ad “Ora Solare”. In entrambi i casi appena descritti, al posto del numero potremmo anche trovare una “C”, come ad esempio “OS-C”, oppure “OE-C”. Un’indicazione di questo tipo è visualizzata solo dopo la mezzanotte in cui ci sarà il cambio dell’ora,  segnalando che il cambio è imminente e che alle ore 02:00 si passerà all’ora estiva, oppure che alle ore 03:00 si passerà all’ora solare.
Nella seconda riga a sinistra sono visualizzati i dati relativi al giorno,  mese ed anno, separati da una barra. A seguire troviamo  le prime tre lettere indicanti il giorno della settimana, e per finire l’indicazione del secondo intercalare;  che sarà del tipo “S-0” se non è previsto nessun secondo intercalare; del tipo “S-1” se a fine mese è prevista la detrazione di un secondo intercalare; e del tipo “S+1” se a fine mese è prevista l’aggiunta di un secondo intercalare. Attenzione, la prima volta che si alimenta il circuito, saranno visualizzati degli zeri su quasi tutto il display, che saranno aggiornati soltanto e subito dopo la ricezione di un S.R.C. esente da errori.

TARATURA

La messa a punto richiede soltanto di stabilire la frequenza di lavoro ed il segnale d’ingresso del PLL 565. Per la prima operazione è consigliabile staccare il segnale di bassa frequenza audio. Munirsi quindi di un frequenzimetro col quale misureremo la  frequenza di lavoro propria del PLL,  presente al pin n° 4 e 5 del 565, che deve essere di 1830 Hz. circa; valore che otterremo facilmente intervenendo sul trimmer di regolazione P1. Tale valore altro non è che la media aritmetica delle frequenze minima e massima, entro cui il PLL demodula ancora correttamente, che ho accertato sperimentalmente e che può oscillare tra 1600 e 2060 Hz. circa. Ai più pignoli che hanno adottato la modifica di FIG.3, spetta anche il compito di intervenire sul compensatore CP1 con un cacciavite non induttivo, fino a misurare  un valore di 4 MHz. esatti su un frequenzimetro collegato al pin n° 15 del PIC.

Per la seconda operazione, ricollegare il segnale audio, ed agendo sul trimmer P2 fare in modo che al pin n°2 del 565 vi sia un segnale di bassa frequenza con un ampiezza di 2 Vpp. circa, preferibilmente aiutandosi con un oscilloscopio. Per la cronaca, tale valore può oscillare tra 1 e 3 Vpp. senza che si pregiudichi il corretto funzionamento del PLL.

CONCLUSIONI

Durante tutta la durata delle mie prove, ho usato come test un segnale S.R.C. precedentemente registrato, che mi ha permesso di effettuare tutte le tarature del caso. Cosa che consiglio caldamente a tutti voi per le vostre tarature, se non volete attendere il segnale orario di mezzorra in mezzora. Il collegamento audio col ricevitore è stato effettuato direttamente con l’altoparlante, questo significa che il valore misurato al precedente punto dipende anche dal controllo del volume del ricevitore usato, procurando false tarature. Per scongiurare grossi errori di valutazione e malfunzionamenti, consiglio di prelevare il segnale di bassa frequenza  subito dopo il preamplificatore, rendendo in questo modo ininfluente la posizione assunta dal potenziometro del volume dell’apparato ricevente.

A questo punto tutto è pronto, ed all’arrivo del prossimo segnale S.R.C. l’orologio automaticamente si avvierà, sincronizzando e visualizzando tutti i dati utili. Adesso siete in possesso di un orologio molto preciso in grado di sincronizzarsi automaticamente, che potrete esporre nel vostro laboratorio o nella vostra stazione radio, con la certezza di avere una precisa indicazione dell’ora esatta. Sicuramente il progetto si presta a molte migliorie ed a molti ampliamenti, ed io sarei grato a tutti coloro che eventualmente  volessero contattarmi per suggerimenti o quant’altro, al mio indirizzo e-mail. Per il momento auguro a tutti buon lavoro e buon divertimento, suggerendovi di andare a visitare il sito www.ien.it/tf/time/index.html dove potrete trovare notizie più approfondite sul sistema S.R.C

IT9DPX – #135  (Francesco M.)

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20 Risposte to “OROLOGIO SINCRONIZZATO COL S.R.C. NAZIONALE”

  1. Angelo Lezza Says:

    Ciao Franco, interessantissimo anche questo progetto, complimenti.

    Mi chiedo, secondo te è possibile modificare il temporizzatore 24h da te proposto in questo sito, munendolo di orologio sincronizzato col S.C.R. nazionale?

  2. Franco Nervegna Says:

    Salve, ottimo articolo e interessantissimo schema. Mi puoi fornire il PIC programmato e a che prezzo? Grazie,
    Franco.

  3. Franco Says:

    Ciao, se vuoi ti posso spedire anche subito il software per il pic.

  4. Franco Says:

    Gratis naturalmente, siamo qui solo per divertirci, se poi ti serve il pic già programmato, pagherai al postino solo le spese di spedizione ed il costo del pic…Saluti.

  5. Franco Nervegna Says:

    Salve, ti ringrazio ancora per il file dell’orologio, ma purtroppo non ho trovato nessuno che mi possa programmare il Pic, me lo puoi spedire? Preferirei farti il pagamento anticipato, ti prego di darmi gli estremi, grazie,
    Franco.

  6. Mario Says:

    Ottimo articolo
    Potrebbe fornirmi il software per il PIC.
    via E-mail: albiasi@hotmail.it

    Grazie Mario

  7. Franco Nervegna Says:

    Salve non ho ricevuto risposta alla mia ultima richiesta, grazie,
    Franco.

  8. I6XPU Says:

    E’ un articolo molto interessante. Potrei avere il software. Molte grazie. 73 Angelo i6xpu

  9. Franco Says:

    Complimenti per il progetto,per cortesia mi potresti mandare per mail il file per programmare il pic e potresti dirmi il tipo del display lcd ? Grazie Franco

  10. Felice Says:

    ottimo progetto,
    desidero il software se possibile Grazie.
    73 de ik4gmh Felice.

  11. Felice Says:

    Scusa mo l’indirizzo era errato queto è quello giusto
    Scusa il disguido!!

  12. Felice Says:

    trovato molto utile per orologio di stazione
    ottimo proggetto,Deisererei avere il il file di programmazione,
    73 de ik4gmh

  13. renzo Says:

    Mi associo ai complimenti; è possibile avere il listato di programmazione del PIC.
    grazie

  14. Maurizio Says:

    Molto interessante, potrei avere il listato per il Pic. Grazie

  15. gianni Says:

    progetto molto interessante, e’ possibile sostituire il dysplay con uno grande e piu’ luminoso da esporlo nel laboratorio? Intanto puoi inviarmi il codice del pic? grazie

  16. sergio Says:

    Buongiorno, vorrei costruire l’orologio e Le chiedo se e` ancora disponibile il file EX per la programmazione del pic.In attesa Saluti.

  17. IW0QIT Lauro Says:

    Mi chiedo se ancora è possibile aggiornare l’orologio in oggetto con il segnale radio, mi pare che ultimamente non esiste più questo istituto sito in Torino…ma non ne sono sicuro , nel caso che mi sbagliassi , potrei avere anche io il file hex per il pic?….ringrazio calorosamente IT9DPX Francesco e auguro a tutti coloro che leggeranno una buona Pasqua 2013

  18. Maurizio Says:

    Ma qualcuno ha ricevuto il file in questione ?

  19. it9dpx Says:

    I segnali sono tuttora trasmessi dalle emittenti radiofoniche della rai.

  20. it9dpx Says:

    Il file è stato inviato a tutti coloro che ne hanno fatto richiesta.

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