Gestire motori scambi a movimento "lento"

 Storicamente nel modellismo ferroviario il movimento degli aghi degli scambi elettricamente avviene mediante un elettromagnete che attrae verso di se un appendice metallica che permette il passaggio dallo stato di corretto tracciato a deviata.

Di conseguenza molti decoder digitali DCC hanno seguito questa strada permettendo il pilotaggio di questa tipologia di deviatoio detto a "tre fili" o "elettromagnetico". un filo è il segnale comune (può essere il positivo, il negativo, oppure una "fase" di un sistema a corrente alternata") e altri due fili che rispettivamente permettono di comandare il tracciato corretto o deviato. A seconda della polarità del segnale "comune" questi due assumono la polarità inversa se il sistema è a corrente continua, oppure forniscono l'altra fase se alternato.

Nell'immagine sottostante si può notare questo tipo di collegamento.

Tuttavia nel corso degli anni sono apparsi sul mercato una tipologia di motori molto performante chiamati a "movimento lento", ovvero dove il movimento degli aghi è generalmente effettuato mediante un vero e proprio motorino che mediante opportuni rinvii e viti senza fine permette di muovere gli aghi con un movimento realisticamente appunto "lento", come nella realtà. Apprtengono a questa tipologia di motori i famosissimi Tortoise oppure i Cobalt. Anche i Tillig funzionano con questa tipologia di movimento. Alcuni integrano al loro interno oltre a miscroswitch di posizione anche un vero e proprio decoder DCC

Motore lento Cobalt di DCC Concepts

Motore Lento Tortoise

Motore Tillig

Ma alla luce di quanto abbiamo visto per i normali decoder, come possono essere pilotati motori di questo tipo?

Questo motori vengono pilotati mediante due soli fili e funzionano solo in corrente continua, e nello specifico per invertire la posizione degli aghi basta invertire la polarità ai capi dei due fili.

Viene da se che molti decoder standard non riescono fisicamente a pilotare motori di questo tipo. quindi analizziamo cosa offre il mercato.

Premesso che esistono un'infinità di decoder più o meno artigianali oppure progetti DIY (Do it Yourself - fattelo da solo) oppure anche commerciale già in grado di pilotare questi motori che escluderemo da questo articolo concentrandoci su uno dei decoder più diffusi nel nostro paese ovvero l'ESU SwitchPilot.

Questo decoder permette di pilotare 4 deviatoi mediante 8 uscite raggruppate a gruppi di due (corretto deviato). Quindi in questa modalità non sarebbe in grado di pilotare scambi lenti. ESU corre in soccorso permettendo di accoppiare la SwitchPilot Extension al decoder la quale fornisce due relè aggiuntivi per ogni uscita scambio e come riportato nel manuale a pag.13 fig. 6.

Quindi problema risolto! Ma....... in una configurazione di questo tipo viene sempre fornita tensione al motore in un senso o nell'altro.. quersto è assolutamente deleterio per motori che non hanno finecorsa tipo i KATO Unitrack, Inoltre il costo di decoder+extension comincia a farsi importante in un budget per un plastico....

Ma non tutto è perduto.... E' possibile realizzare mediante una manciata di componenti di facilissima reperibilità una sorta di interfaccia da collegare direttamente sui morsetti di uscita dello SwitchPilot che fornisce un segnale in corrente continua di polarità diretta o inversa a seconda di quale uscita è selezionata dal decoder stesso. Inoltre se si programma tramite CV il funzionamento di tipo impulsivo  quando nessuna delle due uscite è attiva non si avrà tensione ai due morsetti salvaguardando il motore stesso.

Qui sotto un semplicissimo schema basato su due Transistor Darlington PNP tipo TIP127 e due resistenze da 10 Kohm e niente altro. Viene realizzata una configurazione a "mezzo Ponte ad H"

In un prossimo articolo vedremo come realizzare questa interfaccia.

A presto!

Piaggio Apecar in scala N!

Tempo fa acquistai su Ebay una simpatica lastrina in fotoincisione realizzata dal bravissimo Marco Camatarri per ricavare tre bellissimi Piaggio Apecar in scala N. 

La lastrina è in alpacca da 0,3 mm e fu distribuita a suo tempo a marchio Rail9mm ad oggi non piu' esistente. Tuttavia la lastrina alla data di stesura del presente articolo è ancora acquistabile su Ebay cercandola tra gli articoli in vendita di Marco, qui il link diretto all'oggetto.

La lastrina permette di realizzare tre versioni differenti di questo simpatico veicolo, il Classic, il Cross e il Country., completi di cassone aperto.

Il montaggio non presenta particolari difficoltà ed è alla portata di chiunque abbia già qualche esperienza di montaggio di fotoincisioni. Alcuni particolari minuti (specchietti, motore, paraurti,)possono nel caso essere montati anche con cianoacrilato e ritenuti troppo piccoli per procedere con la saldatura. Allego fotografie del risultato del montaggio.

Il corpo cabina e il telaio sono ricavati da un solo pezzo da ripiegare più volte, la ruota anteriore si ottiene saldando insieme due semiruote come si vede dall'ultima foto.

Non rimane quindi che costruire il cassone piegando le sponde verso l'interno e saldarlo in sede. quindi fissare specchi paraurti posteriori e imitazione del motore.

Nella versione Cross sono presenti anche il paraurti anteriore e la mascherina aggiuntiva con i fari.

Devo dire che questo kit è molto simpatico, inoltre mi sono divertito molto a montarlo,

A presto!

Tutorial montaggio decoder sonoro

Dopo la pubblicazione dell'ottimo articolo sulla costruzione del decoder DCC sonoro procediamo al montaggio con un semplice tutorial.

I componenti da utilizzare sono di facile reperibilità, in foto tutto il necessario per il montaggio della scheda

Componenti necessari al montaggio del decoder sonoro.

Per comodità iniziamo dal montaggio dei componenti passivi, nella fattispecie resistenze e semiconduttori. 

Iniziamo a montare le due resistenze da 1 KOhm R1 e R5, le due resistenze da 10 KOhm R2 e R3

il diodo D1 1N4148. Prestare attenzione ad orientare correttamente la banda nera di quest'ultimo come riportato sul PCB.

A questo punto procediamo con il montaggio del ponte raddrizzatore di tipo B80R facendo attenzione a orientare correttamente le polarità, quindi si procede con il micropulsante e quindi lo zoccolo per IC da 8 pin

Quindi risulta conveniente le zoccolature per Arduino e il modulo MP3, i morsetti di alimentazione e segnale DCC e l'integrato 7805

Non rimane quindi che montare i due elettrolitici ed il piccolo condensatore poliestere. Fare attenzione nel caso degli elettrolitici alla polarità , chiaramente indicata anche sul PCB e a scegliere modelli da 35V in su. Dopodichè si procede al montaggio delle pin strip.

La scheda risulta a questo punto completamente montata. Procediamo con un breve collaudo prima di inserire i componenti attivi al loro posto

Colleghiamo la sorgente di alimentazione alla morsettiera indicata come Power e il segnale DCC proveniente dai binari alla morsettiera indicata come DCC

Con un tester a questo munto misuratela tensione sui pin gnd e 5V delle piazzole dedicate al collegamento I2c, se trovate i canonici 5Vcc allora avete montato tutto correttemente epotrete installare tutti gli altri dipositivi!

Proseguite quindi con il caricamento dello sketch in Arduino e dei suoni nel modulo MP3 come indicato nel precedente articolo e buon divertimento!

Aggiungiamo il sonoro al nostro impianto: Decoder DCC con modulo MP3

 Molti plastici ferroviari, casalinghi e/o di associazioni, sono delle vere e proprie realtà in miniatura, ricchi di particolari e realizzazioni di grande realismo. Nell' ammirarli anche staticamente, o magari durante un lento procedere di un treno regionale o il transito di un intercity, tutti ci immaginiamo di sentire una campanella leopolder, un annuncio in stazione, insomma... manca solo la parola! 😉

Ebbene, la tecnologia oggi ci permette di aggiungere una caratteristica al già tanto ricercato realismo dei plastici ferroviari: il sonoro. Qualche anno fa notai sul sito di Luca Dentella (www.lucadentella.it), noto divulgatore di tecnologia ma anche appassionato di ferrovie in miniatura, un piccolo ed economico player mp3 che potrebbe assolvere allo scopo, il JQ6500-16P.

Il modulo alloggia il chip principale (che è il vero e proprio player, il JQ6500 appunto) più un piccolo aplificatore audio. Esso inoltre è dotato di 5 ingressi cui poter collegare altrettanti pulsanti per permettere al riproduzione immediata di 5 file audio. La memoria è 2Mbyte. Qui potete trovare un'altra pagina (in inglese) con un'ampia descrizione del modulo.

Montanto una breadboard quindi, come quella indicato in figura, alimentando il tutto a 5V,

si può tranquillamente realizzare un circuito che permete di avere alla pressione di un tasto, la riproduzione della campanella di un passaggio a livello, un annuncio in stazione o semplicemente il fischio di una loco in partenza. Con un po' di manualità con l' elettronica lo si può anche interfacciare con un tipico sensore di presenza, barriera infrarossi o pedale di quelli usati sui plastici ferroviari. Il limite è che si possono gestire soltanto 5 suoni da riprodurre.

Sul come caricare i file sul modulo, vi rimando ai molteplici video che si trovano in rete, in pratica collegado il JQ6500 ad una porta USB del PC tramite il connettore micro-usb on board, questo lo vede come una lettore CD. Lanciando l' applicativo MusicDownload.exe è possibile caricare files i file audio. Per associare correttamente i files ai tasti, è bene nominare questi in modo che rispettino la corretta associazione con essi, quindi i nomi saranno 001.mp3, 002.mp3 e così via...

C' è da far notare che alcuni store cinesi vendono i moduli JQ6500 senza il software precaricato: l' ottimo Luca ha redatto un articolo (link) molto chiaro sul come recuperare questi moduli, ma anche per questo si trovano molte guide in rete.

Interfaccia DCC con Arduino

Fin qui abbiamo descritto un modulo mp3 che permette di riprodurre suoni alla pressione di alcuni tasti. Il JQ6500 ha una interfaccia seriale che permette la gestione di tutte le funzioni tipiche di un player mp3, ovvero start/stop/pausa, gestione del volume, avanzamento rapido, scelta del brano da ripeodurre etc. E come accade nel mondo dei maker, per tali funzioni sono state sviluppate librerie per la gestione del modulo tramite Arduino che rendono semplice la fruizione di tali funzioni.

La libreria che ho utilizzato è JQ6500_Serial, qui potete trovare una più che esauriente descrizione della stessa.

Dopo aver quindi sviluppato i decoder per accessori presentati negli articoli precedenti, è stato piuttosto semplice derivare anche lo sketch adatto per realizzare un decoder capace di gestire questo modulo mp3 per poter replicare i suoni tramite comandi DCC. Lo sketch, come i decoder precedenti, fa uso della libreria NmraDcc.h.

In pratica, realizzando il circuito indicato nello schema (figura successiva) e con lo sketch adatto, il decoder riproduce i suoni precaricati quando dalla centralina DCC vengono inviati comandi per accessori. Il decoder avrà un indirizzo base come un decoder per scambi o segnali, e in base al comando dritto/deviato, manderà in riproduzione i file corrispondente. Un esempio forse sarà più esplicito, se come indirizzo base abbiamo "1" avremo: 

 

Indirizzo Scambio	Comando	File riprodotto
1	dritto	001.mp3
	deviato	002.mp3
2	dritto	003.mp3
	deviato	004.mp3
3	dritto	005.mp3
	deviato	006.mp3
4	dritto	007.mp3
	deviato	008.mp3
5	dritto	009.mp3
	deviato	010.mp3
6	dritto	011.mp3
	deviato	012.mp3
7	dritto	013.mp3
	deviato	014.mp3
8	dritto	015.mp3
	deviato	016.mp3

Il decoder non ha un limite per il numero di file da caricare, esso all' accensione identifica il numero dei file memorizzati nel modulo JQ6500 e da lì associa gli indirizzi ai file, in pratica se abbiamo memorizzato 8 files, da 001 a 008, il decoder risponderà agli indirizzi da 1 a 4 secondo la tabella precedente, se invece abbiamo caricato 12 files (da 001 a 012) esso risponderà con indirizzi da 1 a 6 e così via... Il limite è la memoria del modulo JQ6500 che, ricordo, è di 2Mbye.

Lo schema del decoder è il seguente:

Il tasto S1 permette di programmare l' indirizzo base: premendo il pulsante il modulo memorizzerà l' l'ultimo indirizzo ricevuto dalla centrale come indirizzo base da cui iniziare ad associare i suoni. Durante la fase di "ascolto" il led sul pin D13 di Arduino lampeggerà. Premere reset quando si intende memorizzare l' indirizzo in EEPROM.

Il modulo ha di default il volume regolato al massimo, il decoder può cambiare tale valore tramite una CV. La libreria NmraDcc.h infatti permette la gestione delle CV, lo sketch utilizza questa funzionalità per poter regolare il volume: inserendo un valore da 1 a 30 nella CV numero 10 è possibile regolare il volume del decoder.

I comandi funzionano in modo "on/off" per la riproduzione dei suoni, ciò significa che inviando un comando il suono corrispondente verrà riprodotto, inviando lo stesso comando durante l' esecuzione del file, questo verrà interrotto. Durante la riproduzione di un file tutti i comandi ricevuti, ad eccezione dello stesso comando per interrompere la riproduzione, verranno ignorati.

All' avvio il decoder mostra sulla seriale tutti i parametri:

Viene riportato il nome del file, ora e data caricato su Arduino (per rintracciare la versione SW), se la seriale di servizio è attiva, se è stato programmato un indirizzo, altrimenti di default è "1", il numero di file memorizzati sul modulo, e il range di indirizzi cui essi fanno riferimento per essere riprodotti, infine il valore del volume.

Funzionamento in analogico

Per riprodurre i suoni non è necessario disporre di una centralina DCC, dallo schema si vede che sono stati previsti punti di collegamento per i pin D3, D4, D5, D6, D7, D10, D11, D12. Tali pin corrispondono all' esecuzione dei files da 001 a 008 nella stessa modalità descritta in precedenza, ovvero portando a GND uno dei pin elencati con un pulsante o sensore di presenza, verrà riprodotto il suono associato; se durante la riproduzione verrà nuovamente portato a GND lo stesso pin il suono verrà interrotto.

PIN	File riprodotto
D3	001.mp3
D4	002.mp3
D5	003.mp3
D6	004.mp3
D7	005.mp3
D10	006.mp3
D11	007.mp3
D12	008.mp3

Attenzione: occorre agire in modalità "pulsante" ovvero con un impulso della durata minore di 1,5 secondi - tale parametro è regolabile nello sketch.

Il limite è dettato in questo caso dal numero di pin di Arduino Nano: nello sketch sono usati i soli pin digitali D3-D12 (D2 è utilizzato per ricevere i dati DCC, D8 e D9 sono usati per comunicare con il JQ6500, D13 pilota il led di stato), ma si possono facilmente aggiungere anche i pin analogici per aggiungere altri suoni da riprodurre.

Anche per questo progetto, come di consueto, ho realizzato un PCB dal mio fornitore cinese. Le piastre sono arrivate in 4 settimane e sono di ottima qualità:

Infine, voglio segnalare un software gratuito, open-source e multipiattaforma che ho usato per generare i files audio: si tratta di Audacity© (https://www.audacityteam.org/), un programma che in pratica si mette in "ascolto" di ciò che viene riprodotto dagli altoparlanti o cuffia del PC per poi essere modificato, tagliato e quindi salvato in formato mp3.

A presto! 😉

- antogar

DOWNLOAD SKETCH PER ARDUINO

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Un sinottico a LED per sistemi Xpressnet© con Arduino Nano

Nell' articolo precedente è stato descritto un progetto con Arduino Nano per realizzare in pannello di controllo per scambi a pulsanti, basato sul protocollo Xpressnet© tipico dei sistemi Roco, Lenz etc. Molto spesso la domanda successiva alla realizzazione di un pannello del genere è: come posso visualizzare la posizione dello scambio ?
Le soluzioni sono molteplici: se lo scambio è azionato da un interruttore/deviatore, molti utilizzano la seconda via dello stesso per pilotare una coppia di led, altri invece (ed è il metodo più sicuro e affidabile, analogo a ciò che succede nella realtà) utilizzano la posizione fisica degli aghi dello scambio derivando il segnale da interruttori posizionati in prossimità del motore o direttamente utilizzando l' alimentazione del cuore (per sistemi DCC prendendo l' informazione direttamente dallo scambio utilizzando la polarizzazione del cuore come indicato qui --> https://model-railroad-hobbyist.com/node/25604?page=1)
In questo modo infatti l' informazione della posizione dello scambio è effettivamente derivata dal campo. Il grande svantaggio di questa tecnica è l' elevato numero di fili da far circolare, cosa ancor più complicata se l' impianto è stato già realizzato.
In questo articolo descrivo un metodo un po' alternativo, ovvero si tratta di un dispositivo che si collega come un qualsiasi device Xpressnet© che pilota una matrice di led associati a coppie ai vari scambi dell'impianto, vedremo nel corso dell' articolo che anche con Arduino Nano si possono pilotare un gran numero di led con il metodo "charlieplexing". Ciò si presta molto bene per impianti che sono stati già realizzati e dotati decoder DCC per l'azionamento dei deviatoi.

Il progetto utilizza il circuito con Arduino presentato nel precedente articolo, ad esso va affiancata la matrice a led che come vedremo è stata realizzata con un PCB a parte. A differenza del precedente, in questo progetto Arduino invece che inviarli, "ascolta" i comandi che passano sul bus Xpressnet©: quando Arduino "vede" passare un comando scambi, piloterà in modo adeguato (dritto/deviato) il led corrispondente all'indirizzo dello scambio stesso.
I vantaggi di un sistema del genere stanno nel fatto che il circuito mostra la posizione dello scambio in maniera indipendente dalla sorgente che ha generato il comando; in pratica se lo scambio è stato posizionato da un multimouse, da un pannello XTCO o da un software come RocRail©, il circuito indicherà sempre correttamente la posizione dettata dall' ultimo comando ricevuto.
Ovviamente tutto ciò funziona in un impianto che prevede il solo azionamento DCC dei deviatoi ed è altrettando ovvio che presuppone il corretto funzionamento del motore-aghi, visto che la posizione dello scambio è indicata basandosi sui comandi inviati e non rilevando la posizione fisica (metodo, come ho avuto modo di dire all'inizio, più sicuro, affidabile e aderente alla realtà).
Il grande vantaggio della soluzione presentata è come sempre il fatto che basta collegare il dispositivo come un normale device Xpressnet© senza alcun bisogno di cablare nuovi fili, il progetto è quindi indicato per impianti già costruiti di cui si vuole dotare di un'indicazione ottica dei deviatoi.
Come anticipato, viene utilizzata la tecnica "Charlieplexing" per pilotare i led, essa si basa sul fatto che un microcontrollore può dinamicamente cambiare lo stato dei pin in input/output/3-state; ciò rende possibile alimentare più led cambiando ciclicamente lo stato di pochi pin. Tale metodo fu ideato nel '95 da Charlie Allen, un progettista della Maxim, e da qui il nome del metodo. Esistono molti articoli in rete che ben descrivono questo metodo, vi rimando a questi per capire più approfonditamente come funziona questa tecnica.

Brevemente, il metodo usa un certo numero di pin (nel mio caso 6) per pilotare una matrice di led. La formula che lega il pin ai led è:

Nled = Npin * (Npin - 1)

dove Npin è numero di pin utilizzati; con 6 pin è quindi possibile gestire 30 led! Lo schema della matrice di led è il seguente:

Anche per questo progetto ho disegnato un circuito stampato per la matrice a led:

Il connettore J1 dello schema va collegato pin-to-pin al connettore P4 del circuito presentato nell' articolo precedente.

Lo sketch è stato pensato per poter pilotare una matrice di 30 led, quindi 15 coppie e di conseguenza può visualizzare lo stato di 15 scambi con led dritto/deviato. Con semplici modifiche e studiando un po' la tecnica del charlieplexing è possibile aumentare il numero di led da pilotare.
La variabile:

#define npins 6

definisce il numero di pin gestiti da Arduino, a seconda delle esigenze è possibile quindi assegnare il valore desiderato.
Come i tutti i miei progetti basati su Xpressnet©, anche questo utilizza le librerie di Philipp Gahtow (http://pgahtow.de), utilizzabili gratuitamente ma soltanto esclusivamente per usi privati e non commerciali.
Nel codice l' indirizzo della periferica Xpressnet è cablato nella variabile:

#define XNetAddress 28 //Adress on XpressNet bus

che ha valore 28, se si hanno altre periferiche con lo stesso indirizzo sul bus Xnet, questo valore va cambiato.
Arduino memorizza in EEPROM lo stato della matrice, sicchè ad ogni accensione viene caricata posizione corrente dei deviatoi, per questo è molto importante che il dispositivo sia sempre collegato alla centrale DCC in modo da avere sempre la configurazione dei deviatoi aggiornata all' effettivo stato degli aghi; tuttavia è possibile azzerare la memoria: tenendo premuto il pulsante e alimentando il dispositivo, la memoria viene cancellata. 
I pin 11 e 12 sono utilizzati per una seriale sofware di servizio (tramite la libreria SoftwareSerial.h e un adattatore HW RS232-USB) utile a leggere la configurazione dei pin. Le righe corrispondenti possono essere commentate una volta terminata la fase di debug/configurazione.
Qui di seguito una foto del prototipo:

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