Un pannello di controllo per scambi per sistemi Xpressnet© con Arduino Nano

Facendo seguito all' articolo in cui ho descritto come pilorare gli scambi con Arduino Nano in un sistema basato sul protocollo Xpressnet©, ho sviluppato il progetto descritto in questo articolo che permette di realizzare un quadro comandi per scambi motorizzati dotati di decoder DCC per accessori.
Il progetto è semplice, esso si basa su quanto già descritto nell' articolo precedente:

il circuito permette di azionare gli scambi con indirizzo da 1 a 30 con una coppia di pulsanti normalmente aperti. La connessione dei pulsanti ai connettori P4 e P5 o P6 permetterà di individuare l' indirizzo dello scambio e la modalità di azionamento, dritto o deviato.
I connettori P5 e P6 rappresentano i comando per dritto (P5 - Straight) e deviato (P6 - Diverged) e ogni contatto è relativo alla prima, seconda e terza decina. Il connettore P4 invece conta le unità.

Con un esempio facciamo prima: per comandare lo scambio 7 dritto, collego il pulsante fra il primo contatto del connettore P5 - Straight (dritto) e il settimo contatto del connettore delle decine, per comandare lo scambio 14 deviato, collego il pulsante fra il secondo contatto del connettore P6 - Diverged (deviato) e il quarto contatto del connettore delle decine, infine per comandare lo scambio 20 in dritto collego il pulsante fra il pin 2 di P5 e il pin 10 di P4... credo adesso sia chiaro.

Il progetto utilizza un Arduino Nano, data la semplicità del codice, esso è facilmente applicabile ad Arduino Uno o meglio ancora (vista la quantità di pin) Arduino Mega, con più pin a disposizione il numero di scambi da comandare può aumentare considerevolmente.
Come negli altri progetti inerenti all' interfaccia Xpressnet© ho fatto uso delle librerie di Philipp Gahtow (http://pgahtow.de) al quale vanno i miei ringraziamenti e che possono essere scaricate a questo indirizzo 

http://sourceforge.net/projects/pgahtow/files/Arduino%20%28v1.0%29%20libaries/XpressNet.zip

Se non già installata installare anche la libreria Keypad disponibile nel gestore librerie standard di Arduino.

Nel codice l' indirizzo della periferica Xpressnet è codificato in una definizione fissa:

#define XNetAddress 29 //Adress on XpressNet bus

che ha valore 29, se si hanno altre periferiche con lo stesso indirizzo sul bus Xnet, questo valore va cambiato.

Lo scketch ha commentate le righe per la seriale di servizio usate per il debug.

Decommentare queste righe se necessario per avere una visualizzazione sul terminale seriale.

Se si desidera utilizzare il debug sulla seriale di servizio è necessario dotarsi di un adattare Seriale USB con chip FTDI o similari da collegare ai pin 11 e 12

In questo caso i dispositivi comandabili diventano 24 e non piu' 30.

Il funzionamento dello sketch è molto semplice, in effetti c' è la scansione continua di due tastiere associate ai pin dei connettori P4-P5 e P4-P6, viene rilevata la pressione di un tasto ed inviato un comndo di attivazione/disattivazione dello scambio associato al pulsante premuto.
Lo schema ha  un pulsante collegato al pin A0 per usi futuri, così come il bus I2C (display ?) e due pin A6 e A7 che possono essere associati (nello sketch) ad itinerari precablati.

Per scaricare lo sketch in Arduino è necessario rimuoverlo dalla scheda in quanto la seriale di default è collegata al MAX485 il quale non permette di effettuare regolarmente il download.

Anche per questo progetto ho realizzato un PCB dall'ormai mio consueto fornitore cinese, le piastre sono arrivate in 4 settimane e sono di ottima qualità.

Di seguito una foto del prototipo che ho montato. La versione del PCB che vedete è antecedente allo schema postato ma funzionalmente non ha alcuna differenza.

Il circuito montato e cablato con Arduino Nano

A presto!

Di seguito i link per la realizzazione del progetto

Download skecth per Arduino

Per chi fosse interessato ai files gerber per la realizzazione del PCB ne faccia richiesta tramite il modulo di contatto del blog in Home Page, riceverete un link ai files necessari.

Decoder basic per motori a solenoide con Arduino Nano

Una volta descritto come impartire i comandi per gli scambi nell' articolo precedente, è ora di capire come attuare il comando vero o proprio, ovvero muovere gli aghi degli scambi.
Di seguito è descritto un progetto per pilotare 4 motori a solenoide che utilizza Arduino Nano e un circuito a scarica capacitiva. Lo schema è derivato dagli innumerevoli circuiti che si trovano in rete, mentre lo sketch prende spunto dall'ottimo articolo pubblicato sul sito lucadentella.it ed utilizza le librerie NMRA.
Il decoder ha funzioni minime per pilotare i motori, dal punto di vista della configurazione ha soltanto un parametro: l'indirizzo base del decoder. In pratica il decoder riceve il comando dalla centrale DCC e attiva l' uscita corrispondente all'indirizzo indicato dal comando. Altre funzioni e configurazioni per adesso non sono previste.
Lo schema elettrico è il seguente:

Lo schema è molto intuitivo, il segnale DCC in ingresso sul connettore X2 viene inviato ad Arduino sul pin D2 tramite un foto-accoppiatore 6N137. Per il funzionamento del decoder è necessaria una tensione esterna che può essere alternata dal valore di 12-13V AC, o anche continua di almeno 15V (connettore X1). L' alimentazione a 5V per Arduino  viene fornita da un IC stabilizzatore.
Per ogni motore poi è prevista una coppia di MOSFET IRL540 che hanno la caratteristica di poter essere pilotati da tensioni di gate di valore 0-5V. I motori sono alimentati da un circuito a scarica capacitiva, esso è composto dalla resistenza R7 da 220ohm 5W e dalla coppia di condensatori da 2200uF che provvedono a fornire l' energia necessaria per muovere l' ago. Una volta scaricati, i condensatori impiegano circa 8-10 secondi per tornare alla piena carica e quindi pronti per ricevere un nuovo comando.
Lo sketch è molto semplice,  come ho accennato è derivato dall'ottimo articolo pubblicato da Luca Dentella, cui vanno i miei ringraziamenti, che spiega come realizzare un semplice decoder accessori per pilotare un LED. Inoltre è illustrato molto chiaramente il metodo di indirizzamento MADA/PADA; un'ottima spiegazione è anche riportata nella wiki del noto software Rocrail© di Robert Versluis (link).

Al link sottostante è possibile scaricare lo sketch de decoder al cui interno sono inseriti commenti per rendere il codice comprensibile e modificabile a piacimento.

Il decoder ha un solo parametro di configurazione che è l' indirizzo base, (MADA - Module Accessory Decoder Address) ovvero l' indirizzo comune per le 4 porte del decoder. Tale indirizzo è calcolato con le formule:

addr = (# - 1) / 4 + 1 

port = (# - 1) modulo 4 + 1

dove # è il numero indicante lo switch. Ad esempio lo switch 11: avrà indirizzo 3,5 e porta  3; prendendo le sole parti intere: indirizzo base 3, porta 3

Di seguito una tabella esplicativa:

Switch Number	Indirizzo Base del decoder (MADA)	Porta
1	1	1
2	1	2
3	1	3
4	1	4
5	2	1
6	2	2
7	2	3
8	2	4
9	3	1
10	3	2
11	3	3
12	3	4
13	4	1
14	4	2
15	4	3
16	4	4

L' indirizzo di default del decoder è 1, ovvero il decoder pilota nativamente gli scambi con indirizzo da 1 a 4. Per cambiare indirizzo base basta premere il pulsante S1, il led di al pin 13 di Arduino Nano (quello montato sulla board di Arduino) lampeggierà

ad indicare che il decoder aspetta di conoscere l' indirizzo base, a questo punto basta inviare un comando scambi con indirizzo base pari al valore desiderato per memorizzare il nuovo indirizzo nella EEPROM di Arduino. Se l' operazione è andata a buon fine il led 13 si spegnerà. Al riavvio il decoder avrà il nuovo indirizzo base.
Collegando il cavo usb ad Arduino Nano e visualizzando il monitor all' interno dell' IDE, il decoder fornisce all' accensione i parametri di configurazione:

La data e l'ora indicate sono quelle del caricamento del file dall'IDE, per gli switch gestiti dal decoder vengono indicati gli indirizzi e i pin di riferimento su Arduino.
Per questo decoder ho disegnato anche un PCB dalle dimensioni 100x63mm a 2 layer:

che ho successivamente ordinato ad un' azienda di Hong Kong. Le schede sono arrivate in 20-25 giorni e la qualità è veramente elevata. In basso a destra ho previsto un connettore (JP1) con le uscite del bus I2C per future connessioni di pulsanti e/o interruttore per la gestione manuale o degli itinerari.

Di seguito le foto del prototipo montato:

Download Sketch per Arduino

Download schemi elettrici e elenco componenti

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