Dlaczego nowoczesny zegar cyfrowy miałby polegać na częstotliwości sieci?


30

Jestem w wojsku, stacjonuję w Dżibuti w Afryce. Generujemy energię 240 V / 50 Hz na bazie, ale niektóre budynki mają również gniazda 120 V, które, jak zakładam, są transformowane gdzie indziej na bazie, prawdopodobnie w stacji generującej olej napędowy. Zakładam również, że jest to również 50 Hz (patrz poniżej).

Właśnie otrzymaliśmy nowy dzbanek do kawy z wtyczką 120 V i zegarem / timerem:

Dzbanek do kawy Melitta z zegarem

Po dwóch dniach ustawiania zegara, liczenia na gorącą kawę, kiedy dotrzemy do pracy i stwierdzenia, że ​​czas na wyświetlaczu był nieprawidłowy, zdałem sobie sprawę, że zegar jest prawdopodobnie 5/6 wolny z powodu faktu, że moc wynosi 120 V / 50 Hz zamiast 60 Hz. Trochę czasu potwierdziło, że zegar jest rzeczywiście dziesięć minut wolny co godzinę.

Myślałbym, że wewnętrzny zegar byłby prostym zegarem kwarcowym z rektyfikowanym prądem stałym, ale to (jak zakładam) nie wpłynęłoby na częstotliwość kryształu. Zgaduję więc, że zegar jest innym obwodem klimatyzacji.

Czy istnieje powód (koszt?), Że zegar zależy od sygnału 60 Hz?


3
Wewnątrz prawdopodobnie znajduje się miejsce na rezystor / zworkę do montażu powierzchniowego, a nawet mały przełącznik, służący do konfiguracji układu zegarowego lub procesora do sprzedaży produktu w krajach o częstotliwości 50 Hz lub 60 Hz.
Chris Stratton,

@ChrisStratton Taki hack pojawiłby się w hackaday - i nie jest związany z arduino ani RPi
Christoph

Odpowiedzi:


13

Czemu? Trafiłeś dokładnie, ma budżet.

Częstotliwość sieci w długich skalach czasowych jest często bardzo dobrze regulowana; wykres na tej stronie w Holandii pokazuje dryf nie dłuższy niż 40 sekund w ciągu 70 dni; wystarczająco dokładna, aby uzyskać budzący grozę zegar / budzik. Widać, że zmiany krótkoterminowe się odbijają, na przykład w tym schludnym małym mierniku sieci energetycznej w czasie rzeczywistym .

Jeśli chodzi o to, jak prawdopodobne jest wykorzystanie częstotliwości sieci w obwodzie logicznym (lub z mikro), jest to prawdopodobnie dość trywialne. Po prostu poprowadź go (lub prawdopodobnie wyjście z transformatora) przez kilka pasywnych (rezystory o wysokiej wartości), może diodę (lub polegaj na wewnętrznych diodach zaciskowych) i bam, zegar. Jeśli jest zaprojektowany z ograniczonym budżetem, prawdopodobnie nie jest odizolowany, więc możesz uciec od wszelkiego rodzaju zabawnych metod oszczędzania kosztów.


To nie tylko „wystarczająco dobre”, większość niedrogich zegarków cyfrowych ma wskaźnik błędu wynoszący 30 sekund / miesiąc; a w nieco droższych modelach nigdy nie widziałem lepszej niż 20 sekund na miesiąc.
Dan Neely

2
Zegarki cyfrowe używają „upiększonego” kryształu, w którym temperatura jest utrzymywana na poziomie 99 stopni F +/- 1 stopień. Pomaga to w długoterminowej stabilności. Dzbanek do kawy jest odwrotną sytuacją: temperatura zmienia się z temperatury pokojowej na gotowanie co najmniej raz dziennie.
markrages

5
@markrages - Nie sądzę, żebym kiedykolwiek widział OXCO w zegarku. To szaleństwo. Czy wiesz, ile energii potrzebowałoby utrzymanie tego piekarnika? Nie ma mowy, żeby w piekle pasowałby zegarek.
Connor Wolf,

5
Muszę ładować piekarnik kilka razy dziennie, albo zacznie tracić moc i zachowywać się leniwie.
markrages

1
Długotrwała stabilność temperatury zegarka jest obsługiwana przez połączenie termiczne z ramieniem użytkownika !! Stąd pochodzi cytowany 99 stopni F.
Michael Karas

15

Długoterminowa stabilność i synchronizacja zegara - źródło

Regulacja częstotliwości systemu elektroenergetycznego dla dokładności pomiaru czasu była powszechna dopiero po 1926 r. I wynalezieniu zegara elektrycznego napędzanego silnikiem synchronicznym. Obecnie operatorzy sieci regulują średnią dzienną częstotliwość tak, aby zegary pozostawały w ciągu kilku sekund prawidłowego czasu. W praktyce częstotliwość nominalna jest podwyższana lub obniżana o określony procent w celu utrzymania synchronizacji. W ciągu dnia średnia częstotliwość jest utrzymywana na wartości nominalnej w granicach kilkuset części na milion. W sieci synchronicznej Europy kontynentalnej odchylenie między czasem fazy sieci a czasem UTC (na podstawie międzynarodowego czasu atomowego) jest obliczane o godzinie 08:00 każdego dnia w centrum sterowania w Szwajcarii. Częstotliwość docelowa jest następnie dostosowywana do ± 0,01 Hz (± 0,02%) od 50 Hz w razie potrzeby, aby zapewnić długoterminową średnią częstotliwość dokładnie wynoszącą dokładnie 50 Hz × 60 sek. × 60 min. × 24 godz. = 4 320 000 cykli dziennie. W Ameryce Północnej, ilekroć błąd przekracza 10 sekund dla wschodu, 3 sekundy dla Teksasu lub 2 sekundy dla zachodu, stosuje się korektę ± 0,02 Hz (0,033%). Korekty błędów czasowych rozpoczynają się i kończą albo o godzinie, albo o pół godzinie

Po co polegać na tej metodzie - jest to wypróbowana i przetestowana metoda, a ponadto prawie nie odpływa przez masywne okresy czasu - jeśli dryfuje, to dlatego, że jest wadliwa lub mechanizmy w Szwajcarii zawiodły (Europa)

Brak konserwacji musi być naprawdę dobrym powodem, chociaż liczba osób, które wydają się pojawiać w naszej maszynie do napojów, to coś w stylu !!


Znaleziono ten link mniej więcej w tym samym czasie! Moje pytanie brzmi jednak, dlaczego współczesny zegar nadal korzysta z tej metody, skoro rektyfikowany zegar kwarcowy wydaje się tak tani i prosty.
Chris Gregg,

1
@ChrisGregg -precyzyjne i bezobsługowe musi być powodem.
Andy alias

Sądzę, że powodem, dla którego współczesne zegary wykorzystują zegar kwarcowy, jest to, że (a) konsumenci nie chcą ich podłączać, i (b) koszt kryształu jest tańszy niż transformatora sieciowego dla logiki / wyświetlacza / itp.
Nick T

@ChrisGregg: Przy zakupie urządzenia takiego jak dzbanek do kawy można oczekiwać, że będzie działał dobrze przez wiele lat. Kryształy kwarcu zaczynają z dokładnością częstotliwości w zakresie ~ 5-50 części na milion (ppm) w temperaturze pokojowej i pogarszają się stamtąd z powodu starzenia się (lub zmian temperatury). Prawdopodobnie byłby to bardzo niskobudżetowy element ekspresu do kawy, więc prawdopodobnie utknąłbyś z kryształem o stosunkowo niskiej precyzji. Zakres 5-50 ppm odpowiada stracie około 3-30 minut rocznie.
Jason R

1
@ChrisGregg: Dobry zegarek zwykle ma w sobie porządny kryształ; górna granica zakresu tolerancji (50 ppm) jest zarezerwowana dla naprawdę tanich urządzeń (lub pracujących w szerokim zakresie temperatur). Oglądaj kryształy są zazwyczaj cięte, aby były najbardziej precyzyjne w temperaturze współmiernej do noszenia na nadgarstku, więc jeśli trzymasz je blisko tej temperatury przez większość czasu, powinny działać całkiem dobrze.
Jason R

4

Jak ktoś mi kiedyś powiedział o projektowaniu telewizora na początku lat 70., jeśli można zapisać „opornik, który jest bohaterem”, elektronika użytkowa dla producenta dotyczy ceny FOB, a nie ceny płaconej jako konsument.


+1 za przypomnienie nam o Muntzing .
davidcary

3

Urządzenie takie jak ekspres do kawy, który przełącza znaczący prąd, często przełącza się w punkcie przecięcia zera cyklu zasilania, aby zmniejszyć zakłócenia. Dla obciążenia rezystancyjnego w tym punkcie nie płynie żaden prąd, więc nie będzie generowana żadna interferencja. Możesz zauważyć, że czasami włączanie rzeczy, takich jak światła, które mają prosty przełącznik bez wykrycia przejścia przez zero, w niewielkim stopniu zakłóci działanie telewizorów i sprzętu audio itp.

Gdy linia prądu przemiennego jest już monitorowana w celu znalezienia tego punktu, zasadniczo staje się „wolnym” źródłem zegara. W krajach, które ściśle monitorują częstotliwość i dokonują korekt w celu zachowania długoterminowej dokładności, będzie ona znacznie dokładniejsza przez dłuższy czas niż zegar kwarcowy.


1
Dlaczego tani ekspres do kawy miałby się zmieniać? Nie potrzebujesz drobnoziarnistej kontroli, aby zagotować wodę.
Nick T

@NickT, myślałem, że nawet te tanie mają zazwyczaj ustawienie typu „utrzymuj ciepło”?
PeterJ

To inny element grzejny o odpowiednich wymiarach. Nadmiernie projektujesz te rzeczy ...
Nick T
Korzystając z naszej strony potwierdzasz, że przeczytałeś(-aś) i rozumiesz nasze zasady używania plików cookie i zasady ochrony prywatności.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.