GPSのPPSを利用したRTCの精度測定器

DS3231を使ったRTCが安く出回っている。データシートによると2ppmを詠っているので一日0.2秒弱の誤差のはずだが結構当たりはずれがある。最初は選別するために電波時計と目視比較でチェックしていたが、0.2秒程度の解像度(笑)しか期待できない上に、電波時計も校正直後以外は案外ずれていることが分かった。
　なんたって精度ならGPSでしょう。ということで手持ちのGPSが流してくれるシリアルデータを解析。特定のタグを毎秒流すのでそれを利用した。ところが短期間は安定しているものの、数時間でごそっとシフトすることが分かった。理由はわからないが、、
　次に117の音声信号をマイクで拾ってLow Pass Filterをかけて信号の立ち上がりを比較するようにした。悪くないんだけど、117が案外お金がかかる。
　ネット上のJJY的な信号を流しているところや原子時計アプリも使ってみたが、ちゃんとモニターしてみると信号が安定していない。
　本家JJYを受信しようとキットも買ったが家の中では電波が弱くて、、

聞けばGPSは一秒ごとのパルスを出してくれるはずというではないか。
いや、私のGPSにはそんな端子がないんですけど、、ん、でもLEDにPPSって書いてあるぞ。
だめもとで高度な半田テクニック(笑)を用いて信号線を引き出した。(画像黄色のリード線)

モニターしてみるときれいなパルスが出ている、、が電圧が低いのでトランジスタでしゃっきりさせてarduino nanoの割込みポートへ。一方のRTCからもSQWという端子からPPSが出ているのでそちらも割込みへ。双方の割込み時の micros() を比較し、差を7セグ表示機(TM1637)に表示。一度に2つチェックできるようにnanoを二つ並べGPS信号は共用した。


これで適当な時間にチェックして表示の差を時間で割れば、一日当たりの精度を求めることができる。

#include <DS3231.h>
#include <Wire.h>

#include <TM1637Display.h>
#define CLK 6
#define DIO 5
TM1637Display display(CLK, DIO);

volatile unsigned long cpuClock = 0; //GPSトリガー毎のcpuClock数をバッファする
volatile unsigned long lastGPS = 0; //GPSトリガー毎のcpuClock数を算出するため

volatile bool sqrInt = false;
volatile bool d3Int = false;

volatile unsigned long lastDS = 0;
volatile unsigned long lastDelta = 0;

DS3231 Clock;

//DS3231からの一秒ごとの割込み
void sqrSecIntHandler() {
  lastDS = micros();
}

//GPSからのPPS D3に繋いだ
void d3Out() {
  d3Int = true;
  unsigned long curr = micros();
  cpuClock = curr - lastGPS;
  lastGPS = curr;
  lastDelta = micros() - lastDS;
}

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  Wire.begin();
  display.setBrightness(0x0f);
  display.showNumberDec(0, false);

  pinMode(2, INPUT);//DS3231からのオシレート

  Clock.enableOscillator(true, true, 0);
  attachInterrupt(0, sqrSecIntHandler, FALLING);
  pinMode(3, INPUT_PULLUP);
  attachInterrupt(1, d3Out, FALLING);
}

void loop() {
  //GPSのオシレート
  if (d3Int) {
    d3Int = false;
    //cpuの温度ドリフトによるクロック数変化をキャンセルする
    float delta = (float)lastDelta * 1000000.0 / (float)cpuClock;
    lastDelta = delta;
    display.showNumberDec(lastDelta / 100, false);
  }
}