全自動電波鐘接收模組調校儀的設計與實現

郭永祿

摘要 電波鐘是一種新型的電子走時產品，它能夠自動接收授時中心發射的信號，自動校準時間而無需任何手動調整，因此在國際上的應用越來越普及。電波鐘的生產過程關鍵是對其接收模組的調校工藝，本文介紹了一種單片機控制的全自動電波鐘接收模紐調校儀的設計，旨在開發一款高效的生產儀器，它能夠快速、準確、并自動完成對電波鐘接收模組諧振參數的檢測和調整，并達到最佳匹配。

【關鍵詞】電波鐘 全自動調校 單片機

電波鐘（簡稱RCC，全稱為RadioControlled Clock），是一種新型的電子走時產品，由于它能夠自動接收授時中心發射的信號，每天自動校準時間，無需手動校對時間，走時精度可達到年誤差不到1秒，所以這種電波時鐘正逐漸取代普通時鐘，并在國際上得到越來越廣泛的普及和應用。目前國際通行的用于給電波鐘授時的無線信號工作在長波波段，不同國家或地區分別有40kHz、60kHz、68.5kHz及77.5kHz等不同頻點，另外不同國家還有不同的時間編碼格式：包括中國的BPC、德國的DCF、美國的WWVB、英國的MSF、及日本的JJY等。

然而，在電波鐘生產過程中，為了確保接收模組的接收靈敏度、抗干擾能力及穩定性均需要對接收天線諧振參數進行調校，相關參數的選擇和調試直接影響著電波鐘的接收。以往的手動調校效率低，且調校的精確度較低，成品率低，導致電波鐘的走時精度誤差也較大。

下面重點就電波鐘接收天線全自動調校系統進行研究，通過對設備的自動化和精確化進行研究和分析，以提高生產效率和質量。

1 總體方案設計

全自動電波鐘接收模組調校儀主要是由主控MCU芯片、LCD液晶顯示電路、鍵盤電路、驅動電路、步進電機定位裝置、DDS信號源電路、信號驅動檢測電路、RCC接收天線這幾個模塊組成的，總體設計方案如圖1所示。

系統以STC12C5A60S2芯片為控制核心，控制DDS信號源電路，產生不同國家授時電波所用頻率的標準正弦波信號，再由信號驅動電路對該信號進行放大，增強帶負載的驅動能力，然后由阻抗匹配電路與RCC接收天線實現電磁感應，當天線諧振回路不在最佳位置時，檢測電路輸出誤差信號，通知MCU向步進電機發出信號改變線圈相對磁芯位置向左或向右移動，當天線諧振回路達到最佳匹配時，檢測電路獲得O誤差電壓并傳回MCU，表示對接收天線的調整己達最佳匹配，MCU停止向步進電機發出控制信號，停止線圈移動;同時MCU向滴蠟裝置執行機構發出控制信號，在線圈與磁芯之間滴蠟以固定其位置，調校結束，狀態指示燈亮或發出聲音提示。鍵盤電路用來設置及改變不同國家電波鐘的標準頻率，LCD液晶顯示電路則用來顯示出對應的國家電波鐘頻率及實時跟蹤頻率。

2 MCU控制系統設計

本系統的核心控制系統由MCU（單片機）及相關接口模塊電路組成，組成原理如圖2所示。

MCU（單片機）采用STC12C5A60S2。STC12C5A60S2和8051指令、管腳完全兼容，而且內部就自帶高達60K FLASH ROM，這種工藝的存儲器用戶可以用電的方式瞬間擦除、改寫。它是一款的單時鐘/機器周期（1T）的單片機，也是高速/低功耗/超強抗干擾的新一代8051單片機，指令代碼完全兼容傳統8051，但速度快8-12倍，所以它是一款高性價比的單片機，正好適用于閉環系統的實時控制。另外它的內部集成MAX810專用復位電路及內置看門狗電路有效提高了系統的穩定性，2路PWM和8路高速10位A/D轉換（250K/S），對信號的實時采集、電機控制以及電磁閥的調節控制更加有效。主控模塊的外圍接口模塊電路包括了DDS標準信號模塊、步進電機驅動模塊、LCD顯示模塊電路按鍵電路、聲光報警電路，以及電磁閥驅動電路等。

3 調校流程設計與分析

本系統的的調校流程如圖3所示，由主控芯片（MCU）控制DDS信號源電路，產生不同國家授時電波所用頻率的標準正弦波信號，再由信號驅動電路對該信號進行放大，增強帶負載的驅動能力，然后由阻抗匹配電路與RCC接收天線實現電磁感應，當天線諧振回路不在最佳位置時，檢測電路輸出誤差信號，通知MCU向步進電機發出信號改變線圈相對磁芯位置向左或向右移動，當天線諧振回路達到最佳匹配時，檢測電路獲得O誤差電壓并傳回MCU，表示對接收天線的調整己達最佳匹配，MCU停止向步進電機發出控制信號，滴蠟固定線圈，調校結束。

4 測試過程與結果

本調校儀經過反復的測試、調試，各項指標的檢測結果均達標，如表1所示。調校時間將縮短至5-8秒，較常規手動調校的生產工效提高2-3倍;全頻段設計，一臺調校儀可適應目前國際上通行的所有國家和地區的RCC標準，一般預設JJY （40KHz）、NJJY、WWVB. MSF （60KHz）、HGB （77.5KHz）、DCF77 （77.5KHz）頻率點;LCD顯示器顯示預設及實測頻率;調校精度（誤差值）：±0.5%。

5 結論

本系統采用數字頻率合成技術來產生各國標準授時頻率信號，提供須提供頻率準確、穩定的正弦波信號;采用交流電橋檢測法準確、實時的獲取接收天線諧振參數;MCU能根據諧振參數變化實時控制步進電機正反轉運動，以實現自動跟蹤、調校電波鐘的接收模組。

參考文獻

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