FEEDBACK CON ARDUINO NANO

Arduino come si sa è una piattaforma estremamente diffusa, ha il vantaggio di aver costi molto contenuti e si presta ad applicazioni più disparate; ovviamente non mancano quelle che coinvolgono il modellismo ferroviario. Ho trovato in rete un’ interessante applicazione proposta da un utente del forum RocRail per realizzare un modulo feedback veramente a basso costo e dalla minima complessità hardware e software.

L’ idea parte dal fatto che RocRail accetta una gran quantità di centrali e fra queste c’ è anche la centrale Marklin CS2. Questa centrale ha fra le interfacce gestite anche quella dei sensori S88 e può essere connessa sia in seriale che in ethernet al PC. Nel progetto proposto, Arduino emula questa centrale connessa in seriale leggendo lo stato dei pin e inviandolo a RocRail come se fosse, appunto, una CS2. Più difficile a dirsi che a farsi 😉

Arduino mette a disposizione circa 19 pin, sufficienti per la gestione di una media stazione nascosta ma potrebbero essere pochi per un plastico casalingo, soprattutto se concentrati in un solo punto. Per questo ho modificato il codice trovato in rete in modo da poter prevedere schede satellite collegate tramite il bus I2C, così da espandere la capacità in termini di lettura di pin. Queste schedine sono basate sul chip PCF8574, hanno 8 pin I/O e un costo che va dagli 80€cent a 1,5€. Alla fine si hanno a disposizione 14 pin di I/O direttamente sulla scheda Arduino e il bus I2C per la connessione di schedine esterne.

Lo schema di principio è il seguente:

 

Per l’esperimento ho utilizzato Arduino Nano, ovviamente la soluzione si adatta anche alle altre versioni. Come schedina satellite ho provato quella in foto che ha il vantaggio di avere i connettori I2C “entra/esci” facilitando quindi il cablaggio, ma ce ne sono altre che possono essere utilizzate, come ad esempio quelle che pilotano i display LCD.

Ogni schedina ha tre jumper per scegliere l’ indirizzo che dovrà presentare sul bus I2C, ovviamente in caso di più schede queste dovranno avere indirizzi differenti.

Occorre fare attenzione alla versione del chip, gli indirizzi sono differenti a seconda che si tratti di PCF8574 e PCF8574A. Le tabelle seguenti indicano gli indirizzi per i le due versioni.

Sul numero massimo di schede ci sono alcune considerazioni elettriche da fare: il bus I2C è nato per comunicazioni all’ interno dello stesso sistema, spesso sulla stessa scheda, ma comunque per distanze ravvicinate. Infatti i driver normalmente hanno una capacità di 400pf che equivalgono a qualche metro di cavo, quindi all’ interno di 2-3 metri di cavo possiamo avere due tre schede senza problemi. Oltre è necessario che il bus sia “potenziato” con un vero e proprio booster capace di raggiungere qualche decina di metri. Allo studio ci sono soluzioni; in figura la connessione fisica del bus I2C:

 In foto le varie board connesse usate per lo sviluppo del codice. Si vede Arduino Nano montato su una scheda con terminal boards. Arduino e schede satellite sono connesse ad un rilevatore di corrente a 4 ingressi.

Il codice è composto da una parte iniziale dove sono dichiarate le variabili di ambiente, poi la parte eseguibile dove inizialmente (setup) il programma cerca sul bus I2C se ci sono schede, una volta memorizzati gli indirizzi viene inviato lo stato iniziale dei pin a RocRail. A questo punto ciclicamente viene letto lo stato dei pin e confrontato con lo stato precedente, se questo è cambiato (dopo aver campionato tre volte lo stato a distanza di 10 mS) viene inviato un messaggio a RocRail. Il software ha poi un periodo di debouncing settabile tramite la variabile “interval” (1sec) per evitare sfarfallamenti.

Non c’ è bisogno di installare librerie esterne o di terze parti (a parte la libreria Wired per gestire I2C che fa parte dell’ambiente standard dell’ IDE), il codice è veramente semplice e parla da sé.

La scheda di default invia i dati con indirizzo bus 1 (modificabile cambiando il valore della variabile bus_addr), i pin residenti su Arduino sono numerati da 1 a 14 secondo la tabella seguente.

Address	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
Arduino Pin	A1	A2	A3	D12	D9	D8	D7	D6	D5	D4	D3	D2	D10	D11

La sequenza dei pin può essere cambiata a piacimento variando l’ ordine dei pin nel codice alla riga:

int sense[num_sensors] = {A1, A2, A3, 12, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 10, 11};

A seguire saranno conteggiati i pin delle schede satellite, se presenti: se ad esempio ci sono 2 schede connesse, scheda A con indirizzo 57 (dec) e scheda B con indirizzo 60, ai pin della scheda A verranno assegnati indirizzi da 15 a22 e quelli della scheda B da 23 a 30. Lo stato dei pin è normalmente alto (+5V).

La connessione ad un sensore esterno, ad esempio un rivelatore di corrente, è semplice:

Allo stesso modo avviene la connessione ai pin delle schede satellite.

Il messaggio inviato a RocRail è conforme al protocollo seguito dalla centrale Marklin CS2 consultabile qui, esso è composto da 13 bytes ed ha la seguente struttura:

Prio

Command

Resp.

Hash

DLC

Byte0

Byte 1

Byte 2

Byte 3

Byte 4

Byte 5

Byte 6

Byte 7

2+2bit

8 bit

1 bit

16 bit

4 bit

8 bit

8 bit

8 bit

8 bit

8 bit

8 bit

8 bit

8 bit

tx_msg0/tx_msg1

tx_msg2

tx_msg3

tx_msg4

tx_msg5

tx_msg6

tx_msg7

tx_msg8

tx_msg9

tx_msg10

tx_msg11

tx_msg12

num bytes

bus number

num_sensor

sens_value

0

35

59

121

8

0

1

0

X

0

X

0

0

La configurazione della centrale in RocRail è anch’ essa semplice. Dalla schermata  in cui si configura la centrale:

Occorre aggiungere una centrale del tipo MCS2 la cui configurazione è indicata in figura:

Ricordate di selezionare il tipo di comunicazione “Serial” e baudrate 500000. Nel campo “Interface ID” va indicato un nome che poi va riferito nella configurazione dei sensori, è importante inoltre indicare correttamente la porta di comunicazione “Device” (COM per Windows, /dev/ttyXXX per i sistemi Linux) cui è connesso Arduino.

Questo il link per scaricare l'ultima release dello sketch che include queste nuove funzioni:
- risposta alla richiesta dello stato dei sensori "start of the day"
- il Led 13 acceso indica la corretta connessione di schede satelliti I2C

A presto!