2026第一作:再战授时钟

2026第一作:再战授时钟

前几年的某次讨论中总结了电波钟的几种实现方式:

  1. 接收长波授时信号,比如中国的BPC,日本的JJY,德国的DCF77,美国的WWVB等,大部分商品电波钟是这种方式。可惜中国的BPC协议不公开,接收机核心技术被某公司垄断多年(虽然早就有业余爱好者破解成功了,但也只能自己做着玩,做成产品就违法了)。此外,不少电波钟用户反映在阳台、窗口接收效果比较好,室内远一些的位置就不行了。
  2. 用GPS/BDS等导航模块提供的授时信号,优缺点同上,实测在阳台、窗口要不了一分钟就能成功接收到授时信号(比定位容易,收到一颗卫星的信号就行,成功定位则要有好几颗卫星),但是稍微远一点可能等一个小时都收不到。
  3. 用3G/4G模块,只要有手机信号就能迅速对时成功。2G时代似乎是需要SIM卡的,现在有朋友说不插卡也能对时了,我没有试过。缺点一是需要附近有基站,二是瞬间功耗大,可能需要几百mA甚至1A以上电流。
  4. 用ESP32之类wifi SoC,通过SNTP之类网络时间协议对时。缺点和3差不多,得附近有wifi可用,需要设置wifi名称和密码,以及瞬间功耗一般也得两三百mA,还是大了点。
  5. 此外还有作为GPS/BDS备份的罗兰C导航台比如中国的BPL、嵌在FM广播信号里的RDS等数据广播之类方案,以后也可以试试。

某次想到,用前两种方案,能否把授时接收机和钟分开设计呢?接收机放在窗口、阳台等信号比较好的位置,收到授时信号之后再用433M或2.4G方案转发,这样钟就可以随便放在室内什么地方了。感觉值得一试。

2.4G RF最简单常用的方案就是NORDIC的NRF24L01以及它的各种国内山寨了,以前用过南京中科微的Si24R1和Ci24R1,跟NRF24L01基本可以互通,Ci24R1是比较省事的SOP8封装,缺点是他家没有一款比较好用的集成2.4G的MCU。 此外是磐启微的XN297系列和芯岭的XL2400系列,前者没试过,后者在NRF24L01的基础上改动相当大,寄存器不太兼容了。这次选了芯岭的XL2409,里面实际上胶水集成了PY32F003和XL2400P,提供64K FLASH和8K RAM,双串口,这个配置应该会比较好用。

GPS/BDS模块用了安信可的GP02,和中科微的ATGM336的尺寸、引脚排列完全兼容。此外再增加一个AHT20/WHT20用于温湿度测量,一个XC6211单独控制GPS/BDS模块的供电。电源部分用TypeC+TP4054+锂电池解决,放窗口或阳台的话可以考虑再搞个TypeC输出的太阳能电池板,这样锂电池只要保证能撑一晚上即可,不用插电了。

GPS/BDS模块输出的数据用串口接收之后的处理也是个麻烦事,以前用sscanf自己慢慢解析,后来发现有个轻量级的库lwgps用起来非常简单,定义个它的hgps对象,先初始化:

  lwgps_init(&hgps);

然后把串口接收到的导航数据扔给它:

  lwgps_process(&hgps, msg, size);

处理后的hgps各成员变量里时间戳、经纬度、海拔数据就全都有了。

之后再把这些数据重新按TLV打包转发出去,时间戳4字节,经纬度海拔各2字节,温湿度和电池电压各2字节,加上各自的T和L,前面加2字节的帧头,正好32字节,一帧可以发完。

钟这边同样选用XL2409解决MCU和2.4G RF,再加个卖垃圾老王家的128*96单色屏即可,控制器是ST7571,u8g2图形库提供了它的驱动。

从收到的2.4G数据包里把各项数值解码出来,显示效果如下:

还有一些细节需要处理,比如降低功耗,转发器考虑设计成每连续发射几分钟就休眠几小时,钟这边则可以每接收几秒钟或者收到一帧数据后就休眠几分钟,争取做到用1.5V电池+DCDC升压就能维持工作一两周的水平。等全改好了再开源吧。

编辑于 2026-01-02 · 著作权归作者所有
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