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在铁路设备电子化的同时，现场工作对于精确时间越来越重视，因此时间同步成为很重要的课题。在许多控制系统中，需要非常精确且相同的时间来做资料的调整以及同步的处理，比如CTC/TDCS系统中要求时间误差不超过3秒，精度高且费用低的低频电波授时技术正是合适的选择。低频电波授时技术将传统的钟表技术与现代的微电子、通信、计算机等技术相结合,通过接收授时中心以无线电长波传送的标准时间信号,经过处理后自动校准计时器走时,使电波钟表与国家标准时间自动保持同步,无需手工调整。从而实现了计时装置计量时间和显示时间的精确性(与授时中心的标准时间同步)、统一性(所有接收该时间信号的计时装置都显示同一时间)。电波授时将高精度原子钟导出的精确时间信息用时间编码方式，通过无线电发射装置以低频(68.5KHz，发射带宽±1KHz)无线电波进行传播。低频时码授时技术是国际电信联盟（ITU）一直推荐的一项技术。它在低频频段工作，可同时以模拟和数字两种模式提供标间及频率信号。由于充分利用微电子技术，使用户设备可以做得非常简单价廉，低频段具备传输距离长的特点，适用于铁路沿线各站，用户端利用无线电接收机接收信号立解调以恢复时间编码，再经过微处理器对编码进行一定的处理(解码)得到精确时间信息。目前在德国，美国，英国，日本等国家，电波授时已广泛应用于电力，通信，民航，铁路以及个人计时器等各个领域。
本文介绍一种利用51系列单片机制作的接受装置，由于考虑在保证系统功能稳定性的同时，尽量根据系统的需要采用集成度高、体积小的芯片，经合理分析考虑，系统选用CME6005作为低频接受芯片。这是一款高灵敏度，低功耗的芯片能解调多国电波信号。CME6005内含独特的双频晶体补偿功能、单/双频电波接受功能、AGC锁定功能。在明确总体需求的情况下，根据CPU处理的能力、存储容量及速度、IO端口的分配、接口要求、电平要求确定MCU，通过详细分析技术的可靠性及成本，单片机采用STC12C5410AD单片机，一种八位的微处理芯片，采用了增强型8051内核，片内集成：10KB Flash程序存储器、2KB数据Flash（EEPROM）、512B RAM、2个16位定时/计数器、最多27根I/O口线、全双工异步串行口（UART）、高速同步通信端口（SPI）、8通道10位ADC、4通道PWM/可编程计数器阵列/捕获/比较单元（PWM/PCA/CCU）、MAX810专用复位电路和硬件看门狗等資源。当无线接受芯片CME6005收到时钟信号，发送给MCU，MCU获得有用数据后经过解码处理通过USB接口（模拟串口）把时间信息发送给需要同步的主机。
国家授时中信号后分析：信号以20s为周期发送由四进制数组成的携带有时间信息的数据帧；每秒发送一位数据；脉宽为100ms代表四进制数据0，脉宽200ms代表数据1，脉宽300ms代表数据2，脉宽400ms代表数据3。用1秒的空白作为相邻两帧的间隔。脉冲是负脉冲形式的，即保持低电平100ms再转为高电平900ms表示0，保持低电平200ms再转为高电平800ms表示1，其它类推。空白到在1秒期间内全是高电平。
采用四进制数表示时间信息增加了每位码位的信息容量。现有的时间编码都以二进制表示时间信息，是为了采用微处理器解码方便。但四进制只是数值的一种表示方式，并不影响微处理器把它作为二进制处理，或者采取简单的变换就可变成真正的二进制数。
P1为帧标志，P1＝0表示帧起于每1秒，P1＝1表示帧起始于21秒，P1＝2表示帧起始于41秒。帧标志是必需的，它用来确定整分的起始。例如：当接收完一组包含着“10时38分”的时间编码时，如果帧标志标明该帧为第二帧，就可以在下一帧的起始时标定为10时38分41秒，再过20秒便是10时39分的起始。
P0设在每分钟0，20， 40秒，以缺少秒脉冲使帧与帧隔开，同时作为帧起始预告。
P3是校验位，与“午前”，“午后”标志复用。0和2表示“P1”，“P2”，“时”，“分”，“星期”各位码的值转换成二进制表达式后，其“1”的个数为偶数，1和3表示“P1”，“P2”“时”，“分”，“星期”各位码的什转换成二进制表达式后，其“1”的个数为奇数，0和1同时表示午前，2和3同时表示午后。
P4是校验位与“年”的最高位利用，0和2表示“日”“月”“年”的低三位码的值转换成二进制表达式后，其“1”的个数为日奇数，0和1同时表示“年”的最高位的值为0，2和3同时表示“年”的最高位的值为1。
本文针对中国制式(BPC)低频电波授时技术的工作原理、设计、过程。对提高中国的低频授时技术有一定的参考意义。本文设计的系统能够实现“秒”的严格同步。该系统以单片机为核心控制部件, 通过软件编程实现其功能。通过接收标准授时中心时码信号, 经滤波与调整后对时钟进行自动校时, 以消除时钟的累积误差, 从而实现全自动同步准确计时。其自动校时功能弥补了普通时钟走时不准、需要人工校时等缺点,既节省了人力,也提高了精度,有很大的发展潜力和应用价值。出于成本考虑,主控芯片单片机运算能力有限,目前接收机只能实现秒同步,只能满足一般精度的时间要求,将来可以考虑用DSP 实现,以满足高精度授时要求。
【参考文献】
［１］国科学院国家授时中心.电波钟.[EB/OL].http://www.time.ac.cn/serve/e_c.htm,2001.
［２］刘军.低频时码授时系统中的若干理论与工程设计实验研究[D].西安:中国科学院研究生院,2002.
本文介绍一种利用51系列单片机制作的接受装置，由于考虑在保证系统功能稳定性的同时，尽量根据系统的需要采用集成度高、体积小的芯片，经合理分析考虑，系统选用CME6005作为低频接受芯片。这是一款高灵敏度，低功耗的芯片能解调多国电波信号。CME6005内含独特的双频晶体补偿功能、单/双频电波接受功能、AGC锁定功能。在明确总体需求的情况下，根据CPU处理的能力、存储容量及速度、IO端口的分配、接口要求、电平要求确定MCU，通过详细分析技术的可靠性及成本，单片机采用STC12C5410AD单片机，一种八位的微处理芯片，采用了增强型8051内核，片内集成：10KB Flash程序存储器、2KB数据Flash（EEPROM）、512B RAM、2个16位定时/计数器、最多27根I/O口线、全双工异步串行口（UART）、高速同步通信端口（SPI）、8通道10位ADC、4通道PWM/可编程计数器阵列/捕获/比较单元（PWM/PCA/CCU）、MAX810专用复位电路和硬件看门狗等資源。当无线接受芯片CME6005收到时钟信号，发送给MCU，MCU获得有用数据后经过解码处理通过USB接口（模拟串口）把时间信息发送给需要同步的主机。
国家授时中信号后分析：信号以20s为周期发送由四进制数组成的携带有时间信息的数据帧；每秒发送一位数据；脉宽为100ms代表四进制数据0，脉宽200ms代表数据1，脉宽300ms代表数据2，脉宽400ms代表数据3。用1秒的空白作为相邻两帧的间隔。脉冲是负脉冲形式的，即保持低电平100ms再转为高电平900ms表示0，保持低电平200ms再转为高电平800ms表示1，其它类推。空白到在1秒期间内全是高电平。
采用四进制数表示时间信息增加了每位码位的信息容量。现有的时间编码都以二进制表示时间信息，是为了采用微处理器解码方便。但四进制只是数值的一种表示方式，并不影响微处理器把它作为二进制处理，或者采取简单的变换就可变成真正的二进制数。
P1为帧标志，P1＝0表示帧起于每1秒，P1＝1表示帧起始于21秒，P1＝2表示帧起始于41秒。帧标志是必需的，它用来确定整分的起始。例如：当接收完一组包含着“10时38分”的时间编码时，如果帧标志标明该帧为第二帧，就可以在下一帧的起始时标定为10时38分41秒，再过20秒便是10时39分的起始。
P0设在每分钟0，20， 40秒，以缺少秒脉冲使帧与帧隔开，同时作为帧起始预告。
P3是校验位，与“午前”，“午后”标志复用。0和2表示“P1”，“P2”，“时”，“分”，“星期”各位码的值转换成二进制表达式后，其“1”的个数为偶数，1和3表示“P1”，“P2”“时”，“分”，“星期”各位码的什转换成二进制表达式后，其“1”的个数为奇数，0和1同时表示午前，2和3同时表示午后。
P4是校验位与“年”的最高位利用，0和2表示“日”“月”“年”的低三位码的值转换成二进制表达式后，其“1”的个数为日奇数，0和1同时表示“年”的最高位的值为0，2和3同时表示“年”的最高位的值为1。
本文针对中国制式(BPC)低频电波授时技术的工作原理、设计、过程。对提高中国的低频授时技术有一定的参考意义。本文设计的系统能够实现“秒”的严格同步。该系统以单片机为核心控制部件, 通过软件编程实现其功能。通过接收标准授时中心时码信号, 经滤波与调整后对时钟进行自动校时, 以消除时钟的累积误差, 从而实现全自动同步准确计时。其自动校时功能弥补了普通时钟走时不准、需要人工校时等缺点,既节省了人力,也提高了精度,有很大的发展潜力和应用价值。出于成本考虑,主控芯片单片机运算能力有限,目前接收机只能实现秒同步,只能满足一般精度的时间要求,将来可以考虑用DSP 实现,以满足高精度授时要求。
【参考文献】
［１］国科学院国家授时中心.电波钟.[EB/OL].http://www.time.ac.cn/serve/e_c.htm,2001.
［２］刘军.低频时码授时系统中的若干理论与工程设计实验研究[D].西安:中国科学院研究生院,2002.