Modulo 8 uscite per accessori elettromagnetici

Il modulo ad 8 uscite per articoli elettromagnetici si basa sempre sul chip PCF8574 utilizzato in questo caso per pilotare uno stadio di potenza formato da un transistor TIP in configurazione Darlington.
Di seguito lo schema elettrico. Per chi ne avesse bisogno sono disponibili i file Eagle anche se si tratta di una versione beta, quando avrò terminato il testing i files verranno rilasciati con licenza GPL.

Lo schema è abbastanza semplice e si può notare come integri già una CDU (Capcitor Discharge Unit) con funzione anche di protezione per le bobine dei motori

La scheda ha tre morsettiere, la prima serve naturalmente per collegare i motori, la seconda serve per il collegamento del bus, e la terza per il collegamento dell'alimentazione di attivazione dei motori.

Per dimensionare la resistenza di base Rb ho ipotizzato una corrente di collettore Ic pari a 4A, quindi ricavo il valore di Ib tramite la formula:

Ib=3*Ic/Hfe

Il TIP121 ha un  Hfe pari a 1000 quindi:

Ib=3*4/1000=0,012 A

Per calcolare Rb

Rb=(Vdd-Vbe)/Ib

Essendo il transistor in configurazione Darlington la caduta di tensione tra Base ed emettitore Vbe è pari a circa 1,4V quindi:

Rb=(5-1,4)/0,012=360 Ohm

Il PCB è sviluppato a singola faccia per semplificare la realizzazione e presenta gli inevitabili ponticelli.

Lato rame

Lato componenti

La realizzazione non presenta difficoltà particolari, montate i componenti in ordine di altezza per meglio maneggiare la scheda. Questo è il risultato finale

Interfaccia DCC per Arduino

Come primo passo per utilizzare Arduino con il DCC si rende necessaria la realizzazione di uno shield di interfaccia per poter permettere ad Arduino di interpretare correttamente i pacchetti provenienti dal bus DCC.

La cosa è abbastanza semplice e il tutto si riduce nello schema molto semplice riportato qui sotto.

Si può notare come il bus DCC sia disaccoppiato da Arduino mediante un photocoupler il quale trasferisce il segnale sul pin 2 mediante due resistori di pull-up.

Questa interfaccia presenta anche una morsettiera a 5 poli per il collegamento dei moduli I/O mediante il DAC-BUS.

I tre jumper inseriscono o meno i resistori di bilanciamento del bus, da inserire qualora sia presente più di un modulo di espansione o in presenza di problemi di comunicazione

Per lo sviluppo del PCB ho scelto la soluzione "shield", ovverosia un fattore di forma standard con i connettori a pettine per innestare la scheda direttamente sui connettori di Arduino.

Ecco il PCB a doppia faccia

LATO SALDATURA - BOTTOM

LATO COMPONENTI - TOP

SERIGRAFIA

Il montaggio della scheda non presenta nessun tipo di difficoltà trattandosi di componenti semplici e ben distanziati tra loro. Vi consiglio prima di procedere con la saldatura di prepararvi tutti i componenti

Procedere prima con i ponticelli di passaggio tra le due facce, poi i componenti passivi (diodi - resistenze), qini lo zoccolo per l'integrato, i pettini e per ultimi i componenti più voluminosi come i morestti e il portafusibile.
Alla fine del montaggio questo è il risultato:

Qui la scheda accoppiata correttamente con Arduino. Fate attenzione al morsetto di ingresso del segnale DCC, potrebbe interferire con lo schermo della porta USB di Arduino, vi consiglio di interporre un pezzo di nastro isolante.

Per testarne il funzionamento, all'interno del pacchetto MRWWA, (ne ho parlato nell'articolo precedente) è contenuto uno sketch chiamato DCC Tester. Caricatelo in Arduino, aprite il monitor seriale e se il risultato è quello della foto siete sulla buona strada! Quelli che vedete sono i pacchetti DCC riconosciuti da Arduino.

Se volete il PDF del PCB, lista componenti e altre informazioni scrivetemi pure a stefagnani at gmail.com (sostituite at con @) sarò lieto di rispondervi!

DCC e Arduino

Parte del fascino che ha il fermodellismo è indubbiamento legato ,oltre che al collezionismo, anche alla realizzazione e gestione del plastico. Buona parte della costruzione di un plastico è dedicata alla realizzazione dell'impianto elettrico.

Il digitale ha poi aperto nuovi orizzonti e prospettive alla gestione dell'esercizio ferroviario nei nostri "micromondi".

Esiste un progetto in rete chiamato MRWWA (Model Railroading With Arduino) che si prefigge di fornire una sorta di Framework per lo sviluppo di applicazioni basate sul protocollo di comunicazione DCC, quindi contiene tutte quelle funzioni necessarie per gestire al meglio le informazioni provenienti dal bus DCC.

Scheda Arduino UNO

 
Il punto di partenza che vorrei realizzare è semplicemente adattare una scheda Arduino che funga da decoder DCC per pilotare accessori elettromagnetici quali motori per deviatoi, relè ausiliari ecc. ecc.
Non mi addentro per ora nel comando dei rotabili mediante questo sistema per una serie di motivazioni, primo fra tutti è che ci sono già dispositivi che svolgono questa funzione egregiamente. Tuttavia è vero che ci sono in commercio anche decoder per accessori ad un costo ancora accettabile ovvero circa 35€ per comandare 4 deviatoi.

Allora quale è il senso di questo progetto?

Sostanzialmente la possbilità di gestire numerosi uscite per pilotare qualsiasi cosa dal bus DCC e la possibilità di gestire ingressi e di creare logiche programmate per interagire con le uscite.
Questo apre nuovi orizzonti per le automazioni che altrimenti sarebbero difficili da realizzare. Di seguito elenco i punti di forza di questo progetto

• Modularità: gli I/O saranno di tipo distribuito, collegati tra loro da un bus di segnale. Il master sarà una scheds Arduino opportunamente programmata.
• Economia: stimo un costo di circa 1 euro per uscita e circa 0,5€ per ingresso più il costo della scheda Arduino (circa 20€)
• Versatilità: Possibilità di realizzare logiche di funzionamento anche complesse per far interagire ingressi con uscite, ad esempio una versatile gestione degli itinerari (anche con consensi esterni come nella realtà) senza ricorrere a tediose e chiuse matrici di diodi hardware. 
• Indirizzamento: raccolgo uno stato per dirottarlo in più modi, ad esempio aquisisco lo stato di un deviatoio e gestisco più uscite indirizzate ad un sinottico, ad un modulo S88 per la retroazione, a relè per la polarizzazione del cuore ecc. ecc., il tutto con un unico contatto proveniente dal deviatoio.

Insomma le potenzialità ci sono e il progetto è già partito, buona parte del software è già stato sviluppato, sono in cantiere la realizzazione dei primi moduli per il comando di accessori elettromagnetici fino a 4A, un modulo ingressi ed un modulo pilotaggio per LED.

Modulo 8 Ingressi

Modulo 8 uscite per accessori elettromagnetici

A presto!

Digitalizzare la Mehano E444R

Innanzitutto vorrei premettere che per questa digitalizzazione mi sono ispirato all'ottimo articolo pubblicato a questo indirizzo: http://www.haltiner-online.ch/index.php/e444r-tartaruga-xmpr1-der-fs

Come decoder la scelta è ricaduta sull'ottimo Khuen N045 con spina NEM 651

Detto questo procedo allo smontaggio della loco in questione.
Innanzitutto vanno rimossi i due paraurti rossi tirandoli verso il basso. Per una maggiore manovrabilità consiglio anche di smontare i ganci Arnold inseriti ad incastro nel carrello.

Rimuovendo il sottocassa si mette a nudo quello che sarà il futuro alloggiamento dl nuovo decoder. Si nota abbastanza chiaramente la schedina che permette il funzionamento in analogico. Questa schedina andrà rimossa dissaldandola dal PCB.

Sottocassa da rimuovere

Schedina analogica

Per un lavoro più agevole consiglio il completo smontaggio del PCB. Si inizia rimuovendo la carrozzeria facendo leva nei due incastri trasparenti (si possono notare nelle foto sopra in corrispondenza dei due resistori SMD).

Il telaio

Si procede con la rimzione dei carrelli, operazione che si esegue sfilando verso l'alto le due fasce elastiche nere. Con un cacciavite si fa leva per liberare gli incastri e i carrelli si sfilano senza problemi.

Una volta liberato il PCB svitando le due viti di fissaggio si procede alla dissaldatura della scheda analogica.

Schedina analogica rimossa.

La foto sottostante mostra una visione d'insieme del telaio completamente smontato. Naturalmente ai fini della digitalizzazione non è necessario smontare il motore Mashima.

A questo punto si può procedere alla saldatura del nuovo decoder, io ho utilizzato un Khuen N045 con pinetta NEM direttamente saldata sulle piazzole. Per questa operazione si tenga conto che il PIN 1 del decoder deve corrispondere con la piazzola pi prossima al resistore di limitazione di LED delle luci e il PIN 6 è quello più prossimo al numero di codice stampigliato sul PCB.
A protezione del decoder consiglio di infilarlo in uno spezzone di guaina termoretrattile.

Un'ultima operazione da compiere. Si rende necessario invertire la polarità dei due LED lato SX, prendendo come riferimento la foto sopra. Per l'inversione si procede facendo un segno di riferimento con un pennarello sul led e sul PCB, quindi con una trecciola si procede a dissaldare i terminali dei due led, si estraggono e si reinseriscono ruotati di 180°.

A questo punto si rimonta il tutto facendo attenzione al corretto contatto di terminali con le spazzole del motore Mashima. Quindi si procede con le normali procedure di programmazione.
Nel caso di specie ho solo modificato il valore della CV#29 per l'impostazione a 128 step, il default si è rivelato soddisfacente per le prime prove di funzionamento.

Infine un piccolo video con le prove luci e circolabilità

Digitalizzare la Taurus Hobbytrain

Digitalizzare questo rotabile dovo dire che è molto semplice in quanto è predisposto per l'installazione di un decoder a norme NEM 561. Ricordo che le norme NEM sono liberamente consultabili e scaricabili dal sito FIMF all'indirizzo http://www.interrail.it/FIMF/index.php?option=com_content&view=article&id=15&Itemid=32

L'apertura della cassa non presenta particolari dfficoltà, è sufficiente far leva con un cacciavite di precisione nel punto indicato in foto, quindi lasciando il cacciavite in posizione utilizzarne un'altro nel lato opposto per poter sollevare la cassa dal telaio.

A cassa aperta si può notare la presa nem con inserito il jumper per il funzionamento in analogico. a questo punto non bisogna fare altro che sfilare il jumper ed inserire il decoder.

Il jumper da rimuovere

 Il pin 1 è sempre riconoscibile perchè ha un segno (in funzione del produttore) sia sul decoder che sul PCB del rotabile.  Nel nostro caso sul PCB è chiaramente indicato con la cifra 1

Se montate decoder Khuen (ma potrebbe essere un difetto comune anche ad altre marche di decoder) dovrete eliminare il piccolo condensatore SMD fisibile nella foto sotto all'interno del cerchio rosso. Questa operazone a dire il vero non è obbligatoria, ma se non lo fate sarete obbligati a impostare la CV#9 ad 1.
La CV#9 serve per impostare la frequenza PWM di pilotaggio del motore. Di default (CV#9=0) la frequenza risulta essere di 15,6 Khz, troppo elevata per questo condensatore, il risultato sarà che dopo pochi centimetri di moto il decoder Khuen rileverà un corto circuito ai poli del motore facendo lampeggiare tutte le luci.
Impostandola invece ad un valore pari ad 1 si riduce la frequenza PWM a 120 Hz e tutto torna normale a parte una marcata rumorosità del motore soprattutto al minimo.

Il condensatore incriminato

Chiarito questo aspetto si impostano nel'ordine le seguenti CV

CV#1  -->>
Indirizzo loco, di default è 3, da cambiare a seconda dei casi

CV#2  -->>
Voltaggio minimo, è il voltaggio minimo corrispondente allo step 1 della velocità, nel mio caso impostata a 14

CV#5 -->>
Voltaggio massimo, è il voltaggio corrispondente allo step massimo del vostro controller. attraverso questa CV si decide quale è la velocità massima della loco. Non essendo un amante dei missili ho impostato il valore a 90

CV#6 -->>
Voltaggio medio. Valore non obbligatorio serve per addolcire un po la curva. Lasciandolo a 0 la curva sarà lineare. Queste ultime tre CV possono essere sostituite con una speed table in funzione di come viene impostata la CV#29 (vedi avanti). Impostata a 50

CV#3
Accelerazione. Rampa di accelerazione. Impostata a 10

CV#4
Decelerazione. Rampa i decelerazione. Impostata a 10. Attenzione a questa impostazione soprattutto se siete abituati all'analogico, esagerando con i valori la loco si fermerà molto dopo che avrete posizionate il Jog del controllo in "folle"!

CV#29 -->>
La CV più importante, attraverso la quale si impostano le principali funzionalità del decoder. Attraverso questa CV si decide: Il verso di marcia, gli step di velocità,il funzionamento in analogico,se seguire la curva di tensione o la speed table ed infine se utilizzare gli indirizzi corti o lunghi. In questa CV bisogna prestare attenzione particolarmente agli step di velocità, che dovranno corrispondere anche sulla centrale, il difetto più evidente quando questa corrispondenza manca è l'impossibilità di pilotare le luci.

Con queste impostazioni sarete in grado di muovere i primi centmetri con la loco in digitale, ma le possibilità di personalizzazione non finiscono qui. Una attenta lettura dl manuale del decoder vi aprirà nuovi mondi!