Pico-Zephyr-10MHz-GPSDO-Counter

Projektstatus: Migration abgeschlossen · Langzeittest bestanden

Projektübersicht

Der Pico-Zephyr-GPSDO-Counter ist ein autonomer 10-MHz-GPSDO und Mehrkanal-Frequenzzähler auf Basis des Raspberry Pi Pico 2 W und Zephyr RTOS.

Das System verbindet die hohe Kurzzeitstabilität eines beheizten OCXO mit der langfristigen Genauigkeit des GPS-PPS-Signals. Nach dem Einschalten arbeitet das Gerät selbstständig über WLAN; USB wird im Normalbetrieb nicht benötigt.

Ziel

Ziel des Projekts war die vollständige Migration der bewährten Arduino-GPSDO-Funktionen auf Zephyr RTOS.

Die Software übernimmt:

  • PPS-synchrone Messung des 10-MHz-OCXO
  • automatische Frequenz- und Phasenregelung
  • Holdover bei kurzen GPS- oder PPS-Ausfällen
  • GPS-, PPS-, DAC- und Temperaturüberwachung
  • externen Frequenzzähler mit drei Eingängen
  • Weboberflächen und JSON-API
  • USB- und Telnet-Shell
  • CSV-Langzeitaufzeichnung und Auswertung

Aufbau

Zum Einsatz kommen:

  • Raspberry Pi Pico 2 W mit RP2350
  • Zephyr RTOS
  • 10-MHz-OCXO
  • NEO-6M-GPS-Empfänger
  • MCP4725-DAC zur Frequenzsteuerung
  • DS1820/DS18S20 zur OCXO-Temperaturmessung
  • RP2350-PWM-Hardwarezähler
  • WLAN mit integrierten Webseiten und JSON-API

Die Regelung arbeitet mit den Zuständen WAIT, ACQUISITION, TRACKING, LOCKED und HOLDOVER. Kurze Störungen werden erkannt und führen nicht zu unkontrollierten Änderungen des DAC-Arbeitspunktes.

Messergebnis

Ein Langzeittest über 59 Stunden und 30 Minuten ergab:

  • erster vollständiger Lock nach etwa 8 Minuten
  • 99,71 % LOCKED nach der Aufwärmphase
  • 99,93 % gültige 10-MHz-Messgates
  • mittlere Frequenzabweichung von +0,01195 Hz
  • relative mittlere Abweichung von +1,19 × 10⁻⁹
  • kein Controller-Neustart während des Tests

Damit erreicht der Eigenbau eine sehr gute Werkstatt- und Amateurfunkgenauigkeit. Für eine unabhängige metrologische Spezifikation wäre zusätzlich der Vergleich mit einem externen Frequenznormal erforderlich.

Bedienung

Das Gerät stellt folgende Zugänge bereit:

  • GPSDO-Liveseite im Browser
  • Frequenzzähler-Webseite
  • JSON-API für Programme und Logger
  • Telnet-Shell im lokalen WLAN
  • USB-CDC-Shell als Wartungszugang