Rabbit Note

技術的な事柄をメモしていきます.

Raspberry Pi で作る Wi-Fi 式電波時計用リピータ

電波時計が電波を受信しにくい場所でも時刻合わせを可能にする装置を Raspberry Pi を使って作る方法を紹介します.

はじめに

電波時計は 40kHz または 60kHz の電波を使って送られてくる時刻情報に基づいて時間を補正しています.NTP で時刻を正確に合わせた Raspberry Pi から電波を発生させることで,今まで電波時計の恩恵にあずかれなかった時計も時刻を正確にすることができます.

Raspberry Pi 3 や Zero W は無線 LAN に対応していますので,使い勝手としては,Wi-Fi式電波時計用リピータ (P18-NTPWR)と同等のものを実現できます.

回路

作る回路はこんな感じです.LTC1799 を使って 40kHz の信号を発生させておき,その信号と Raspberru Pi の GPOP4 の信号の AND をとって,アンテナをドライブします.

日経 Linux の『ラズパイで電波を送り電波時計を合わせよう』という記事のように Raspberry Pi のみで 40kHz を生成することもできますが,必要以上に消費電力が増加してしまうため,実用性を考えると 40kHz はこのように外部で生成した方がおすすめです.

必要な部品

必要な部品はこんな感じ.

秋月電子 で入手するもの

1kHz~30MHz オシレータ LTC1799 モジュール

電波時計で使われる 40kHz の出力を発生させる発信器です.


多回転半固定ボリューム たて型

上記のモジュールと接続して周波数を調整するのに使用します.


4回路2入力 NAND ゲート

2入力の NAND ゲートが 4 個入った IC です.Raspberry Pi が駆動する IO と発信器の出力を AND するために使用します.
使う周波数が低い(40kHz)なので,3.3V に対応していれば,どれでも良いです.


NchパワーMOSFET

アンテナをドライブするのに使用します.


2種ポリウレタン銅線

アンテナ用の線です.巻きやすくて切れにくいのでおすすめです.


汎用小信号高速スイッチング・ダイオード

保護用のダイオードです.


eBay で入手するもの

Ferrite Rod Bar Loopstick

アンテナ用のフェライトバーです.
もし,リンク先の商品が無い場合は「Ferrite Rod Bar」で検索すると同様のものが見つかると思います.


アンテナの作成

フェライトバーにポリウレタン銅線を巻き付けてアンテナを作ります.
一重ではなく二重に巻く必要があります.一重のままだと電波の出力が弱かったり電流が流れすぎて発熱したりしますので,頑張って二重に巻きましょう.

巻き終わったら,瞬間接着剤を垂らして固定すれば完成.

基板実装

回路図に従って素子を配線します.

完成したら可変抵抗が 21.7kΩ になるように調整します.これでほぼ 40kHz が出力されるようになるはずです.オシロが手元にあれば,LTC1799 の OUT 端子の出力が 40kHz になることを確認しておくと良いです.

写真では,5V ラインにヒューズを追加していますが,これは 5V ラインがショートしたときの安全対策なので無くても OK です.

ソフト

下記のようなコードを書きます.

NICT が公開している『標準電波の出し方について』というページと照らし合わせていただくと,やっていることは理解できると思います.

Raspberry Pi の GPIO4 端子を回路図の GPOI4 という端子に接続してやれば標準電波を出力するようになります.
GPIO4 以外の端子を使う場合は,GPIP_PORT の部分を適宜修正します.

組み立て

基板むき出しのままだと見た目がわるいので,適当なケースに収納します.

私の場合,IKEA の DRAGAN を使用しました.

電源ケーブルを通すための穴を開け,ケーブルホルダでアンテナを固定してやればこんな感じにわりと
綺麗に収まります.

2週間ほど運用してますが,今のところ快調です.Raspberry Pi Zero W とか使えば5千円もあれば十分できますので,電波時計が合わずに困っている方にはおすすめです.

補足

箱の温度が少し上がっていたので,サーモグラフィーで調べててみました.

アンテナ自体も発熱していますが Raspberry Pi の本体よりは低く,温度上昇としては10℃程度にとどまり問題なさそうです.

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4 thoughts on “Raspberry Pi で作る Wi-Fi 式電波時計用リピータ
  • Kadota より:

    こんにちは、興味津々で読ませてもらっています、プログラムも知らない私です、こんな私でも
    サイトを参考にして、見よう見まねで、作っても良いですか?(作れるかどうかも分からない)

  • Kadota より:

    使用しているICは、何でしょうか?

  • kimata より:

    本文に追記しました.NAND が入っているものであれば何でも良いと思います.

    • Kadota より:

      情報ありがとうございます。助かります。とりあえず、eBayでフィライト注文しました。

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