全自动电波钟接收模组调校仪的设计与实现

郭永禄

摘要 电波钟是一种新型的电子走时产品，它能够自动接收授时中心发射的信号，自动校准时间而无需任何手动调整，因此在国际上的应用越来越普及。电波钟的生产过程关键是对其接收模组的调校工艺，本文介绍了一种单片机控制的全自动电波钟接收模纽调校仪的设计，旨在开发一款高效的生产仪器，它能够快速、准确、并自动完成对电波钟接收模组谐振参数的检测和调整，并达到最佳匹配。

【关键词】电波钟 全自动调校 单片机

电波钟（简称RCC，全称为RadioControlled Clock），是一种新型的电子走时产品，由于它能夠自动接收授时中心发射的信号，每天自动校准时间，无需手动校对时间，走时精度可达到年误差不到1秒，所以这种电波时钟正逐渐取代普通时钟，并在国际上得到越来越广泛的普及和应用。目前国际通行的用于给电波钟授时的无线信号工作在长波波段，不同国家或地区分别有40kHz、60kHz、68.5kHz及77.5kHz等不同频点，另外不同国家还有不同的时间编码格式：包括中国的BPC、德国的DCF、美国的WWVB、英国的MSF、及日本的JJY等。

然而，在电波钟生产过程中，为了确保接收模组的接收灵敏度、抗干扰能力及稳定性均需要对接收天线谐振参数进行调校，相关参数的选择和调试直接影响着电波钟的接收。以往的手动调校效率低，且调校的精确度较低，成品率低，导致电波钟的走时精度误差也较大。

下面重点就电波钟接收天线全自动调校系统进行研究，通过对设备的自动化和精确化进行研究和分析，以提高生产效率和质量。

1 总体方案设计

全自动电波钟接收模组调校仪主要是由主控MCU芯片、LCD液晶显示电路、键盘电路、驱动电路、步进电机定位装置、DDS信号源电路、信号驱动检测电路、RCC接收天线这几个模块组成的，总体设计方案如图1所示。

系统以STC12C5A60S2芯片为控制核心，控制DDS信号源电路，产生不同国家授时电波所用频率的标准正弦波信号，再由信号驱动电路对该信号进行放大，增强带负载的驱动能力，然后由阻抗匹配电路与RCC接收天线实现电磁感应，当天线谐振回路不在最佳位置时，检测电路输出误差信号，通知MCU向步进电机发出信号改变线圈相对磁芯位置向左或向右移动，当天线谐振回路达到最佳匹配时，检测电路获得O误差电压并传回MCU，表示对接收天线的调整己达最佳匹配，MCU停止向步进电机发出控制信号，停止线圈移动;同时MCU向滴蜡装置执行机构发出控制信号，在线圈与磁芯之间滴蜡以固定其位置，调校结束，状态指示灯亮或发出声音提示。键盘电路用来设置及改变不同国家电波钟的标准频率，LCD液晶显示电路则用来显示出对应的国家电波钟频率及实时跟踪频率。

2 MCU控制系统设计

本系统的核心控制系统由MCU（单片机）及相关接口模块电路组成，组成原理如图2所示。

MCU（单片机）采用STC12C5A60S2。STC12C5A60S2和8051指令、管脚完全兼容，而且内部就自带高达60K FLASH ROM，这种工艺的存储器用户可以用电的方式瞬间擦除、改写。它是一款的单时钟/机器周期（1T）的单片机，也是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8-12倍，所以它是一款高性价比的单片机，正好适用于闭环系统的实时控制。另外它的内部集成MAX810专用复位电路及内置看门狗电路有效提高了系统的稳定性，2路PWM和8路高速10位A/D转换（250K/S），对信号的实时采集、电机控制以及电磁阀的调节控制更加有效。主控模块的外围接口模块电路包括了DDS标准信号模块、步进电机驱动模块、LCD显示模块电路按键电路、声光报警电路，以及电磁阀驱动电路等。

3 调校流程设计与分析

本系统的的调校流程如图3所示，由主控芯片（MCU）控制DDS信号源电路，产生不同国家授时电波所用频率的标准正弦波信号，再由信号驱动电路对该信号进行放大，增强带负载的驱动能力，然后由阻抗匹配电路与RCC接收天线实现电磁感应，当天线谐振回路不在最佳位置时，检测电路输出误差信号，通知MCU向步进电机发出信号改变线圈相对磁芯位置向左或向右移动，当天线谐振回路达到最佳匹配时，检测电路获得O误差电压并传回MCU，表示对接收天线的调整己达最佳匹配，MCU停止向步进电机发出控制信号，滴蜡固定线圈，调校结束。

4 测试过程与结果

本调校仪经过反复的测试、调试，各项指标的检测结果均达标，如表1所示。调校时间将缩短至5-8秒，较常规手动调校的生产工效提高2-3倍;全频段设计，一台调校仪可适应目前国际上通行的所有国家和地区的RCC标准，一般预设JJY （40KHz）、NJJY、WWVB. MSF （60KHz）、HGB （77.5KHz）、DCF77 （77.5KHz）频率点;LCD显示器显示预设及实测频率;调校精度（误差值）：±0.5%。

5 结论

本系统采用数字频率合成技术来产生各国标准授时频率信号，提供须提供频率准确、稳定的正弦波信号;采用交流电桥检测法准确、实时的获取接收天线谐振参数;MCU能根据谐振参数变化实时控制步进电机正反转运动，以实现自动跟踪、调校电波钟的接收模组。

参考文献

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