DCF77: как работает система передачи сигналов точного времени?
Наверное многие, приобретающие часы или метеостанцию, видели на упаковке логотип Radio Controlled Clock или даже Atomic Clock. Это весьма удобно, ведь достаточно поставить часы на стол, и они через некоторое время автоматически настроятся на точное время.
Разберемся как это работает и напишем декодер на языке Python.
Существуют разные системы синхронизации времени. Наиболее популярная в Европе — немецкая система DCF-77, в Японии есть своя система JJY, в США есть система WWVB, и так далее. Далее рассказ будет о DCF77, как о наиболее актуальной и доступной для приема в некоторых местах европейской части России и соседних странах (у жителей Дальнего Востока может быть противоположное мнение, впрочем они в свою очередь могут принять и проанализировать японский сигнал;).
Все написанное далее, будет про DCF77.
Прием сигнала
DCF77 это длинноволновая станция, работающая на частоте 77.5КГц, и передающая сигналы в амплитудной модуляции. Станция мощностью 50КВт расположена в 25км от Франкфурта, она начала работу еще в 1959 году, в 1973 к точному времени была добавлена информация о дате. Длина волны при частоте 77КГц весьма большая, поэтому размеры антенного поля тоже весьма приличные (фото из Википедии):
При такой антенне и подводимой мощности, зона приема охватывает практически всю Европу, Белоруссию, Украину и часть России.
Записать сигнал может каждый. Для этого достаточно зайти на онлайн-приемник http://websdr.ewi.utwente.nl:8901/, выбрать там частоту 76.5КГц и USB-модуляцию. Должна открыться картинка примерно типа такой:
Там же нажимаем кнопку download и записываем фрагмент длиной в несколько минут. Разумеется, при наличии «настоящего» приемника, способного записать частоту 77.5КГц, можно использовать и его.
Конечно, принимая радиосигналы точного времени через Интернет, мы не получим действительно точное время — сигнал передается с задержкой. Но наша цель лишь понять структуру сигнала, для этого интернет-записи более чем достаточно. В реале конечно, используются специализированные устройства для приема и декодирования, о них будет сказано ниже.
Итак, мы получили запись, приступим к ее обработке.
Декодирование сигнала
Загрузим файл с помощью Python и посмотрим его структуру:
Мы видим типичную амплитудную модуляцию:
Для упрощения декодирования возьмем огибающую сигнала с помощью преобразования Гильберта:
Результат в увеличенном виде:
Сгладим выбросы от помех с помощью low-pass фильтра, заодно вычислим среднее значение, оно пригодится потом для парсинга.
Результат (желтая линия): практически прямоугольный сигнал, который довольно легко анализировать.
Парсинг
Сначала нужно получить битовую последовательность. Сама структура сигнала очень проста.
Импульсы поделены на секундные интервалы. Если расстояние между импульсами составляет 0.1с (т.е. длина самого импульса 0.9с), к битовой последовательности добавляем «0», если расстояние составляет 0.2с (т.е. длина 0.8с), добавляем «1». Конец каждой минуты обозначается «длинным» импульсом, длиной 2с, битовая последовательность при этом обнуляется, и заполнение начинается заново.
Вышенаписанное несложно записать на языке Python.
В результате получаем последовательность бит, в нашем примере для двух минут она выглядит так:
Кстати интересно, что в сигнале есть и «второй слой» данных. Последовательность бит также закодирована с помощью фазовой модуляции. Теоретически, это должно обеспечивать более устойчивое декодирование даже в случае ослабленного сигнала.
Наш последний шаг: получить собственно данные. Биты передаются раз в секунду, так что мы имеем всего 59 бит, в которых закодировано достаточно много информации:
Биты описаны в Википедии, и они довольно любопытны. Первые 15 бит не используются, хотя были планы использовать для систем оповещения и гражданской обороны. Бит A1 указывает на то, что в следующий час часы будут переведены на летнее время. Бит А2 указывает, что в следующий час будет добавлена дополнительная секунда, которая иногда используется для коррекции времени в соответствии с вращением Земли. Остальные биты кодируют часы, минуты и дату.
Для тех, кто захочет поэкспериментировать самостоятельно, код для декодирования приведен под спойлером.
Запустив программу, мы увидим примерно такой вывод:
0011110110111000001011000001010000100110010101100010011000
Tuesday, 26.03.19, 21:41
0001111100110110001010100001010000100110010101100010011000
Tuesday, 26.03.19, 21:42
Собственно, вот и вся магия. Плюс такой системы в том, что декодирование чрезвычайно простое, и может быть сделано на любом, самом несложном микроконтроллере. Просто считаем длину импульсов, накапливаем 60 бит, и в конце каждой минуты получаем точное время. По сравнению с другими способами синхронизации времени (GPS например, или не дай бог, Интернет:), такая радиосинхронизация практически не требует электроэнергии — для примера, обычная домашняя метеостанция работает около года от 2х батареек АА. Поэтому с радиосинхронизацией делают даже наручные часы, не говоря уже конечно, о настенных или об уличных вокзальных.
Удобство и простота DCF привлекают и любителей самоделок. Всего за 10-20$ можно купить готовый модуль из антенны с готовым приемником и TTL-выходом, который можно подключить к Arduino или другому контроллеру.
Для Arduino уже написаны и готовые библиотеки. Впрочем, и так известно — что ни делай на микроконтроллере, получаются либо часы, либо метеостанция. С таким устройством получать точное время действительно несложно, если конечно находиться в зоне приема. Ну и можно повесить на часы надпись «Atomic Clock», и заодно объяснять всем желающим, что устройство действительно синхронизируется с помощью атомных часов.
Желающие могут даже проапгрейдить старые бабушкины часы, установив в них новый механизм с радиосинхронизацией:
Найти такой можно на ebay по ключевым словам «Radio Controlled Movement».
И наконец, лайфхак для тех, кто дочитал досюда. Даже если в ближайших паре тысяч км нет ни одного передатчика радиосигнала, такой сигнал несложно сгенерировать самостоятельно. В Google Play есть программа с названием «DCF77 Emulator», которая выводит сигнал на наушники. По заверениям автора, если обмотать провод наушников вокруг часов, они поймают сигнал (интересно как, ведь обычные наушники не выдадут сигнал 77КГц, но вероятно прием идет за счет гармоник). У меня на Android 9 программа не заработала совсем — просто не было звука (а может я его не слышал — 77КГц ведь:), но может кому-то повезет больше. Некоторые впрочем, делают себе и полноценный генератор сигналов DCF, который несложно сделать на той же Arduino или ESP32:
(источник sgfantasytoys.wordpress.com/2015/05/13/synchronize-radio-controlled-watch-without-access)
Источник
Конспект урока: «Типы связи в словосочетаниях». (8 класс русский язык)
№ 20. Тема: Типы связи в словосочетаниях.
8 КЛАСС РУС ЯЗ 18.10.16
Цель: — систематизация и обобщение полученных знаний;
— научить определять типы связи слов в словосочетании , конструировать их;
— закрепить понятия о строении и грамматическом значении
— повторить морфологические, грамматические и произносительные
Форма проведения: урок – практикум
I. Слово учителя, целеполагание.
II. Теоретическая разминка : закончить правило по данному учителем началу
право провести разминку предлагается способному ученику)
— Словосочетание – это …(единица синтаксиса);
— Словосочетание состоит … ( из двух и более самостоятельных слов, связанных друг с другом по смыслу и грамматически);
— Словосочетание служит …(для более точного и конкретного называния предметов, действий и признаков);
— Не являются словосочетаниями… (подлежащее и сказуемое, однородные члены предложения, сочетание предлога и самостоятельной части речи);
— Грамматическая связь слов в словосочетании выражается … (с помощью окончаний и предлогов);
— По характеру главного слова словосочетания делятся на … (глагольные, именные, наречные);
— Согласование – это такая связь, …(при которой главное и зависимое слово согласуются в роде, числе и падеже);
— Управление – это такая связь, … (при котором главное слово требует от зависимого определенного падежа);
— Примыкание – это такая связь,… (при которой главное и зависимое слово связываются только по смыслу).
III. Трудные случаи при выполнении домашнего задания (упр. 45, зад.2 – повышенный уровень.
IV. Выборочный диктант:
На доске написаны группы слов. Выпишите только словосочетания.
Возле леса, хвойный лес, лес шумит, лес да поле, в течение часа, настольные часы, часы приема, часы остановились, засушливое лето, от засухи и зноя, вследствие засухи, во время игры, следствие закончено, виртуозно играть, играю на компьютере.
(У доски работают двое учащихся. Один выписывает словосочетания, другой – сочетания слов, не являющиеся словосочетаниями)
1. Словосочетания: Хвойный лес, настольные часы, часы приема, засушливое лето, виртуозно играть, играю на компьютере.
2. Объяснить, почему не являются словосочетаниями остальные слова:
— существительные с предлогом: возле леса, в течение часа, вследствие засухи, во время игры.
— главные члены предложения: лес шумит, часы остановились, следствие закончено.
— нет зависимости между словами, кроме сочинительной связи: лес да поле, от засухи и зноя.
V. Осложненный словарный диктант.
— Записать словарные слова в столбик, составить с ними словосочетания, определить вид связи:
артиллерист (опытный) – согласование
коммуникативный (в общении) – управление
интеллигентный (довольно) – примыкание
аккордеон (слышен) – управление
олицетворять (собой) – управление
VII. Обучающие тесты и проверочные задания:
1) Укажите словосочетания с подчинительной связью согласование:
а) поездка в Крым е) горный воздух
б) относиться бережно ж) наши друзья
в) переходить дорогу з) глаза навыкате
г) слезы счастья и) сцена из жизни
д) каждый человек к) вытащенный из воды
2) Укажите словосочетания с подчинительной связью управление:
б) журавлиный косяк ж) своего врага
г) отправлены торжественно и) кружились тяжело
д) какой-то холод к) прогулка по саду
3) Укажите словосочетания с подчинительной связью примыкание:
а) отплыть к берегу е) просьба написать
б) проворнее других ж) проснуться поздно
г) пойманная птица и) язык бенгали
д) поразил меня к) ждать у входа
3. Определить на слух и записать вид подчинительной связи в словосочетании:
Ждать друга (управление), говорить по-немецки (примыкание), юбка клеш (примыкание), часы пик (примыкание), книга сестры (управление),моя тетрадка (управление), найти источник (управление), читать вслух (примыкание), попросили спеть (примыкание), соглашение о мире (управление), выполненное задание (согласование), выполненное на десять (управление).
VIII . Задание повышенной сложности.
Определить, каким членом предложения является инфинитив в данных словосочетаниях, поставить вопросы:
Научиться (чему?) вышивать
Умеет (что?) рифмовать
Задача (какая?) договориться
Зашел (с какой целью?) пообедать
Желание (какое?) выздороветь
I X. Рефлексия. Составить синквейн.
Образец составления синквейна:
1) 1 слово (сущ.) – тема (предмет речи)
2) 2 слова (прилаг., прич.) – описать тему
3) 3 слова (глагол) – характер предмета, функции предмета речи
4) 4 слова разных частей речи — мое отношение к тому, что делали, чему научились
Источник
Конспект урока «Типы связи слов в словосочетании» (8 класс)
Сачьян Наталья Сергеевна
Русский язык 8 класс
Тема: Типы связи слов в словосочетании (согласование, управление, примыкание)
повторение и обобщение знаний учащихся о способах связи слов в словосочетании;
отработка умения определять способы связи слов в словосочетаниях;
развитие познавательной самостоятельности;
овладение нормами литературного языка.
воспитание ответственности за качество своих знаний;
воспитание любви к родному русскому языку
Задача урока: обобщать, систематизировать, развивать культуру устной, диалогической, письменной речи
Планируемые результаты освоения урока
Личностные УУД : формирование учебной мотивации; ориентирование в системе моральных норм и ценностей.
Регулятивные УУД : целеполагание и планирование своей деятельности; осознанно и произвольно строят речевые высказывания в устной форме;
Коммуникативные УУД : планируют учебное сотрудничество с учителем и сверстниками; на практике усваивают морально-этические принципы общения и сотрудничества; умеют согласовывать свои действия.
Познавательные УУД : — умеют выбрать наиболее подходящий способ решения проблемы, исходя из ситуации; проводят сравнение и классификацию изученных объектов по самостоятельно выделенным критериям;
Тип урока: изучение нового материала
— Здравствуйте ребята, садитесь.
2. Орфоэпическая разминка(на доске написаны слова). 5 мин.
разОгнутый, на дОску, давнИшний, озлОбленный, диспансЕр, понЯвший, переведенА, пОднятый, сОслепа, хлОпковое, досЮда, двИжимый, издрЕвле, зАняли, в тУфлях, чЕрпать, намЕрение.
-Ребята, проверьте правильность написания и ударения данных слов
3.Проверка домашнего задания
4. Беседа по теме 12 мин.
— Что такое синтаксис?
(Раздел науки,изучающий строение словосочетаний и предложений)
— Верно. В чем отличие предложения от словосочетания?
(ССЧ входит в состав предложения).
-Назовите состав ССЧ?
(ССЧ состоит из главного и зависимого слова)
-Какое слово называется главным?
(Слово,которое называет предмет,признак,действие и т.д)
-Какое слово называется зависимым?
(Слово поясняет,распространяет главное)
-Назовите виды ССЧ по характеру главного слова?
-Какие сочетания слов не являются ССЧ?
(сочетания подлежащего и сказуемого ГО;однородные члены предложения;составные формы слов;фразеологизмы)
— Какие ССЧ с подчинительной связью вы знаете?
— Что такое согласование? Управление? Примыкание?
(Согласование- это такой вид связи, при котором зависимое слово выступает в тех же грамматических форма х (род, число, падеж), что и главное.
Управление – это такой вид связи, при котором главное слово требует постановки зависимого слова в определенный падеж, с предлогом или без предлога.
Примыкание – это такой вид связи, при котором зависимое слово связывается с главным только по смыслу. Примыкают обычно неизменяемые части речи (наречие, деепричастие , инфинитив).
-Сейчас вам нужно начертить в тетради 3 колонки. Постепенно будем их заполнять.
На доске написано 3 ССЧ:окружающая среда, преимущество в игре , писать красиво . Определим главное и зависимое слово в данных ССЧ.
Для того, чтобы верно определить способ связи слов в ССЧ, необходимо определить часть речи зависимого слова и его грамматические особенности.
Как вы видите, зависимые слова во всех трех ССЧ выражены разными частями речи. Это говорит о том, что все три ССЧ выражены разными способами подчинительной связи слов.
— Итак, обратимся к нашей таблице (у всех учеников таблица на парте)
Способы подчинительной связи слов
Зависимое слово ставится в тех же формах рода, числа и падежа, что и главное слово.
Зависимое слово ставится при главном в определённом косвенном падеже с предлогом или без предлога.
Зависимое неизменяемо слово (или форма слова) связывается с главным только по смыслу и интонационно.
зависимое слово может быть выражено: именем прилагательным (трудная задача), местоимением-прилагательным (наш друг), причастием (набегающая волна), порядковым числительным (второй подъезд).
Зависимое слово может быть выражено: существительным (разбить вазу), местоимением-существительным (сказать ему), количественным числительным (разделить на пять).
зависимое слово может быть выражено: наречием (громко плачет), инфинитивом (готов помочь), деепричастием (работать не переставая), формой сравнительной степени прилагательного или наречия (мальчик постарше, подойти ближе), неизменяемыми притяжательными местоимениями (её подруга).
— Для того чтобы вам было проще определить способ подчинительной связи слов в ССЧ, воспользуйтесь алгоритмом:
1. Найдите в ССЧ главное и зависимое слово.
2. Измените главное слово.
3. Измените зависимое слово:
Если зависимое слово изменяется, то способ связи СОГЛАСОВАНИЕ
Если зависимое слово не изменяется, то определить его часть речи:
Если это наречие, деепричастие, инфинитив, то способ связи ПРИМЫКАНИЕ
Если это существительное, местоимение-существительное, количественное числительное, то способ связи УПРАВЛЕНИЕ
5.Коллективная работа 7 мин.
-. Я продиктую ССЧ, вам необходимо определить способ связи слов в данных ССЧ. (Один ученик работает у доски, остальные выполняют задание в тетрадях. Предупредительный диктант).
1 задание: Возле леса, хвойный лес, лес шумит, лес да поле, в течение часа, настольные часы, часы приёма, часы остановились, засушливое лето, от засухи и зноя, вследствие засухи, следствие закончено, виртуозно играть, играю на компьютере.
Ответ: хвойный лес, настольные часы, часы приема, засушливое лето, виртуозно играть, играю на компьютере
— Итак,а остальные не являются ССЧ? Докажите.
2 задание: Обратимся к тексту упражнения №58.Из текста из первых четырех предложений выпишите по одному словосочетанию со связью: СОГЛАСОВАНИЕ, УПРАВЛЕНИЕ и ПРИМЫКАНИЕ (ученики записывают самостоятельно в таблицу тетради , затем задание проверяется коллективно):
— Итак, какой частью речи выражены зависимые слова в ССЧ?
6.Индивидуальная работа.12 мин.
Всем ученикам раздаются индивидуальные задания.
Время на выполнение – 5 минут.
1 задание .Каждый ученик должен составить словосочетание из данных слов.
Карточка 1. Глубокий (озеро); встретиться (друзья); лепесток (роза); лежать (трава); мой (книга); гулять (парк); смеяться (весело); всматриваться (пристально); заплатить (проезд); очень (веселый).
Карточка 2. Московский (улицы); бассейн (дети); весенний (цветы); украшения (янтарь); дорога (налево); ключ (машина); сарафан (ситец); сок (апельсины); осложнение (грипп); подарок (память).
2 задание: следующее задание составлено по принципу задания на экзамене в 9 классе. Каждый ученик получает индивидуальную карточку
ЗАМЕНИТЬ ДАННЫЕ СЛОВОСОЧЕТАНИЯ СО СПОСОБОМ СВЯЗИ СОГЛАСОВАНИЕ СИНОНИМИЧНЫМИ СО СПОСОБОМ СВЯЗИ УПРАВЛЕНИЕ.
1. деревянная ложка – ложка из дерева
2. алгебраическая задача – задача по алгебре
3. учительский стол — стол учителя
ЗАМЕНИТЬ ДАННЫЕ СЛОВОСОЧЕТАНИЯ СО СПОСОБОМ СВЯЗИ УПРАВЛЕНИЕ СИНОНИМИЧНЫМИ СО СПОСОБОМ СВЯЗИ СОГЛАСОВАНИЕ
1. снаряд для спортсменов – спортивный снаряд
2. совет отца – отцовский совет
3.особняк в три этажа — трёхэтажный особняк
ЗАМЕНИТЬ ДАННЫЕ СЛОВОСОЧЕТАНИЯ СО СПОСОБОМ СВЯЗИ ПРИМЫКАНИЕ СИНОНИМИЧНЫМИ СО СПОСОБОМ СВЯЗИ УПРАВЛЕНИЕ.
1. осторожно слез – слез с осторожностью
2. спокойно делал – делал со спокойствием
3. бесстрашно бросился – бросился без страха
ЗАМЕНИТЬ ДАННЫЕ СЛОВОСОЧЕТАНИЯ СО СПОСОБОМ СВЯЗИ УПРАВЛЕНИЕ СИНОНИМИЧНЫМИ СО СПОСОБОМ СВЯЗИ ПРИМЫКАНИЕ
1. глядел со смущением – смущённо глядел
2. уезжал со спокойствием — спокойно уезжал
3. отзывался с гордостью – гордо отзывался
Сообщение домашнего задания. 1 мин.
П.8 «Синтаксический разбор словосочетаний» самостоятельное чтение.
7. Подведение итогов урока, выставление оценок. 2 мин.
— Какие три способа связи слов в словосочетаниях есть в русского языка?
— Какие из выполняемых на уроке заданий вызвали затруднения?
— Оцените свои знания, дополнив мое предложение “Я усвоил эту тему…”
Источник
