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.
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.
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.
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.
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.
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.
Saluti……
