L’heure tombée du ciel

Chaque satellite du système GPS embarque une horloge atomique. Un Raspberry Pi muni d’une antenne les écoute et devient ainsi l’horloge la plus précise de la maison : un serveur de temps stratum 1. Tous les appareils du réseau prennent leur heure chez lui.

Appareils synchronisés (dernière heure)–– internes · – externes

Satellites–

Écart–

Stratum–

Dispositif expérimental

01
Les satellites. GPS, Galileo, GLONASS et BeiDou émettent sans arrêt leur heure, mesurée par des horloges atomiques à bord.
02
Antenne et récepteur. Un u-blox NEO-M9N capte les quatre systèmes à la fois et fournit en plus une impulsion par seconde (PPS) : un signal électrique, pile au début de chaque seconde.
03
Le Pi. gpsd lit l’heure, l’impulsion arrive directement sur une broche GPIO. chrony combine les deux : l’heure à partir des données, la précision à partir de l’impulsion.
04
Le réseau. Chaque appareil de la maison demande via NTP : « Quelle heure est-il ? » La réponse est juste au millionième de seconde.

Pièces à conviction

À construire soi-même (DIY)

Pas de kit, mais chaque pièce s’achète séparément. Pour l’horloge elle-même :

Raspberry Pi 4, ici avec un HAT PoE, donc alimenté par le câble réseau
Récepteur GPS SparkFun NEO-M9N (GPS-15712), pour l’impulsion par seconde (PPS)
antenne GPS active avec connecteur SMA, plus un câble SMA et un adaptateur vers U.FL
Logiciels : gpsd et chrony

Pour le chauffage de l’antenne, au cas où il gèle aussi chez vous :

Tapis chauffant en polyimide 12 V / 25 W et une alimentation 12 V
Sonde de température CTN 10 kΩ (B3950) avec gaine en inox
Convertisseur analogique-numérique ADS1115, car le Pi n’a pas d’entrée analogique
Module relais 5 V, actif à l’état bas : il est coupé avant même qu’un logiciel ne tourne

Fonctionnement en hiver

L’antenne a besoin d’une vue dégagée sur le ciel. C’est justement pour cela qu’elle se refroidit par nuit claire et se couvre de givre. Si elle gèle, la réception est perdue, et les horloges de la maison dépendent à nouveau d’internet au lieu de l’horloge atomique dans l’espace.

C’est pourquoi un tapis chauffant de 12 V se trouve sous la plaque de l’antenne, avec une sonde de température au-dessus. Le Pi l’allume à 2 °C et l’éteint à 6 °C. Pas pour la garder au chaud, seulement contre la glace.

D’ailleurs, l’essentiel du logiciel sert à éteindre le chauffage : quand la sonde raconte n’importe quoi, quand il fait trop chaud, quand du courant passe alors que le tapis devrait être éteint. 25 watts sous une isolation, juste à côté d’une antenne en plastique : la prudence, c’est la moitié du circuit.

Pourquoi ?

Parce que c’est possible. Et parce que beaucoup de choses en dépendent dans le homelab : certificats, connexions par clé d’accès, journaux, sauvegardes. Quand deux ordinateurs ne sont pas d’accord sur l’heure, des erreurs bizarres apparaissent. Avec leur propre source stratum 1, ils sont toujours d’accord.

Résultat du test

Réussi. Le sujet de test (un Raspberry Pi 4) n’a montré aucun signe de décalage horaire.

Page d’état du serveur de temps