Un palmare multi loco per sistemi Xpressnet con Arduino Mega

Il progetto descritto di seguito riguarda un palmare per sistemi digitali che utilizzano il protocollo Lenz Xpressnet© tipico dei sistemi Roco, basato su Arduino Mega.
L’ idea parte dall’esigenza dei poter avere sottomano il controllo di più loco, ciascuna con la classica manopola dedicata. Tutti i palmari infatti hanno un solo potenziometro o encoder, e per poter controllare più loco occorre sempre scorrere un menù o cambiare indirizzo. Questo palmare invece mette a disposizione tre manopole dedicate e 4 tasti per ogni loco per i controlli essenziali della marcia (cambio di indirizzo, velocità, stop loco, cambio direzione, luci) in maniera diretta, i comandi cioè sono sempre disponibili. E' possibile inoltre leggere le CV del decoder.
Il progetto prevede come anticipato l’utilizzo un Arduino Mega (ho usato un clone cinese con interfaccia seriale/USB basata sul chip CH340) a causa dell’elevato numero di I/O richiesti e per eventuali espansioni future, una tastiera 4x4, un display LCD a 4 righe e 20 colonne con interfaccia I2C, tre encoder rotativi e un semplice circuito di interfaccia per il bus RS485 per connettersi al bus Xpressnet©.
Il software è molto semplice e intuitivo, esso utilizza le librerie messe a disposizione di Philipp Gahtow sul suo sito internet http://pgahtow.de al quale rinnovo i ringraziamenti per il supporto. Lo sketch può essere facilmente modificato per aggiungere altre funzioni, inserire altri encoder etc. Le funzioni della libreria di Philipp sono di facile comprensione una volta lette le direttive del protocollo.
Lo schema dei collegamenti è il seguente:

Lo schema dell’interfaccia con il busRS485 si basa sul chip MAX485 (o equivalente), anch’ esso molto comune in rete, è indicato nella figura seguente:

Il circuito fornisce l’alimentazione ad Arduino e al display sfruttando la tensione +12V messa a disposizione dal bus Xpressnet©, i pin TX/RX vanno connessi all’ interfaccia seriale 1 di Arduino, il pin EN che abilita/disabilita la trasmissione al pin 25.
Le connessioni con la tastiera e con gli encoder sono indicate all’ interno dello sketch. 
Il codice come anticipato è molto semplice, dopo la parte di inizializzazione, il loop principale prevede ciclicamente le seguenti operazioni:

I tasti del tastierino 4x4 sono organizzati in modo che ogni colonna numerica è relativa a ciascuna delle tre loco controllate dal palmare, mentre le righe rispettivamente controllano l’indirizzo della loco (prime due righe), la direzione (terza riga) e le luci (quarta riga). Il tasto “A” agisce come Stop di emergenza togliendo tensione ai binari, con il tatìsto "D" si entra in Service Mode per la lettura delle CV:

Gli encoder regolano la velocità della loco, premendo la manopola a mo’ di pulsante (tutti gli encoder hanno la funzione “push-button”) la velocità passa istantaneamente a 0.

Allo start-up il display visualizza la scritta di benvenuto e la data/ora della compilazione del file caricato su Arduino, un modo per tener traccia della versione sw caricata. Successivamente vengono visualizzate le info delle loco controllate:

Per ogni loco sono visualizzate le seguenti info: indirizzo, direzione, stato delle luci e velocità. Sulla parte desta sono indicati gli step attualmente in uso e in basso lo stato di alimentazione dei binari.
Il palmare utilizza di default la modalità a 28 step, tuttavia allo start-up tenendo premuto il tasto “D” è possibile cambiare gli step, il software infatti visualizza la schermata seguente:

Agendo sui tasti “A” e “B” si possono scegliere le seguenti modalità:

0  – 14 step

1  – 27 step

2  – 28 step (default)

3  – 128 step

Una volta scelto il numero di step con cui operare, premendo il tasto “D” il palmare va nella modalità operativa. La scelta degli step non è memorizzata in EEPROM.
Il palmare permette anche la lettura delle CV se connesso alle centrali dotate di tale funzione (purtroppo il Lokmaus/Multimaus non forniscono feedback). Premendo il tasto “D” si entra in Service Mode:

Agendo sul encoder 1, si potrà scegliere la CV da leggere e premendo la manopola a mo’ di pulsante verrà visualizzato il valore della CV:

Una volta terminate le operazioni di lettura, premendo il tasto “D” si ritorna alla modalità operativa.
Ecco l' elenco dei componenti:
-  Arduino Mega (per il prototipo è stato usato un clone)
-  Display LCD 20x4 con interfaccia I2C come questo
-  Keypad 4x4  link
-  Encoder rotativo KY-040 link

Per l 'interfaccia con il bus Xpressnet, i componenti da assemblare sono i seguenti:
- Connettore RJ-12
- circuito integratro MAX485 o equivamente
- circuito integrato LM7805  (case TO220)
- 2 condensatori 100uF 25V
- 1 diodo 1N4004 o equivalente

Queste alcune foto della realizzazione del prototipo:

Aggiornamento 19/03/2019

Antonino ha aggiornato il suo palmare con una comodissima funzione per la scrittura delle CV, trasformando di fatto il palamre TriLok in una completa stazione DCC! Cliccate sul link qui sotto per leggere il post corrispondente.

Aggiornamento con funzione scrittura CV

Sketch Arduino palmare multiloco v1.2 19.03.2019 

Schema elettrico interfaccia XpressNET

File Fritzing collegamento componenti

A presto!

  

Motorizzazione FS E402B DelPrado

Tempo fa un editore di nome DelPrado mise ion commercio una collana chiamata "Locomotive del mondo", composta da 100 locomotive statiche in scala N 1:160. Tra le locomtive proposte spiccano quelle italiane, tra le quali troviamo anche la E402B in livrea di origine, la cassa devo dire appare ben fatta a parte i pantografi che delgi ATR90 FS hanno ben poco, e sono terribilmente grossolani.

L'idea è quella di fornire una degna motorizzazione a questa loco per poterla finalmente vederla sfrecciare nel mio plastico.

Innanzitutto occorre procurarsi la cassa DePrado reperibile sul mercato dell'usato, reperibile anche all'estero.

Aperta la confezione ho rimosso la loco dalla base espositiva mediante una vitina sul fondo, quindi ho separato la cassa dal telaio folle, sempre mediante due viti poste sul fondo. A questo punto non rimane che fresare completamente tutto l'interno mediante un minitrapano ed una fresetta, per fare in modo che il telaio alloggi perfettamente nella cassa.

Come motorizzazione ho scelto una BR120 su base Minitrix, ma va beniussimo anche Fleishmann. Lavorando di fresa e lima per rastremare le estremità il telaio calza perfettamente nella cassa.
Dal telaio folle Delprado vanno recuperate le fiancate dei carrelli avendo cura di non romperle nella rimozione.

Dal telaio motorizzato separare i due carrelli, con l'occasione procedere anche ad una accurata pulizia. L'obbiettivo è quello di rimuovere le fiancate originali e predisporre la sede per l'incollaggio delle fiancate precedentemente rimosse.

fare attenzione a posizionare correttamente le boccole, anche se al vero il carrello ha un passo leggermente diverso dall'originale ma alla vista non si nota. Prestate attenzione perchè le fiancate DelPrado vanno accorciate in quanto altrimenti interferiscono con la cassa causando spiacevoli deragliamenti dovuti ad una non corretta rotazione del carrello stesso.

Visto il buon dettaglio ho preferito lasciare la cassa in livrea di origine così come esce dalla confezione, tuttavia i pantografi sono veramente inguardabili, per questo mi sono procurato l'ottimo kit Lineamodel riproducente una coppia di pantografi ATR90, realizzato in fotoincisione di alpacca.

Il kit si presenta abbastanza semplice ma date le dimensioni ad alcuni potrebbe fare un pò di timore.

Per prima cosa occorre saldare la vite dii fissaggio M1 sulla base. a seguire si assemblano i bracci inferiori e superiori del pantografo, quindi la base porta-strisciante.

 

a questo punto il pantografo va dipinto in Rosso Segnale ed applicato lo strisciante non verniciato.

Ed ecco il modello finito pronto per essere utilizzato, avanti con i commenti!

Modello terminato con pantografi Lineamodel

Fari accesi sui binari prima di rimuovere i pantografi originali

Sessione Rocrail

Piccolo video dimostrativo di una breve sessione di circolazione in modalità automatica con Rocrail, con gestione dei segnali luminosi e degli itinerari

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!

Arduino, Loconet e Feedback

La flessibilità del sistema di sviluppo di Arduino ormai è arcinota, anche in campo fermodellistico con l'avvento dei sistemi digitali, le  possibilià date da queste piccole schedine sono pressochè infinite. I miei esperimenti questa volta si sono rivolti verso il bus Loconet, ormai uno standard defacto per l'interconnessione di sistemi per la gestione di un plastico di medio/grandi dimensioni.

Il bus Loconet

Il bus Loconet fu sviluppato inizialmente da Digitrax. Loconet è un'architettura di rete basata su CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect), similare per funzionamento fisico alla classica Ethernet.

Carrier Sense significa che ogni nodo connesso alla rete riesce a leggere il pacchetto in transito sulla rete stessa, ogni nodo riesce a stabilire se la rete è occupata o meno. Multiple access significa che ogni nodo può generare o ricevere pacchetti, quindi niente polling o master/slave.

Collision Detect significa che quando due nodi tentano di strasmettere allo stesso tempo creando una collisione possono risolvere la situazione in autonomia ritrasmettendo i pacchetti.

Loconet è ottimizzata per avere meno di una collisione ogni 300 messaggi al 100% di sfruttamento della rete, meno di quanto Ethernet permetta.

I collegamenti al bus avvengono mediante spine e cavi RJ12  medante lo schema sottostante

Come si può osservare i segnali trasportati dal cavo sono ridondanti e speculari. I segnali di Rail Sync trasportano il segnale DCC ognuno in opposizione di fase all'altro. per eventuali dispositivi che lo necessitassero, ad esempio i booster.In questo caso si parla di bus Loconet-B Se questo segnale non è necesario su questi pin e' possibile trasportare una tensione di alimentazione per alimentare i dispositivi, tipicamente 12VDC. In questo caso si parla di Loconet-T.

(fonte http://www.dccwiki.com)

Arduino e Loconet

In nostro soccorso vengono in soccorso di nuovo le librerie MRWWA scaricabili e consultabili all'indirizzo  https://github.com/mrrwa, le quali contengono un intero framework per gestire al meglio la rete Loconet. L'idea è quella di realizzare una scheda ad 8 ingressi da utilizzare come feedback o altro da collegare al bus. La scelta è caduta su Arduino Nano, data la compattezza e la relativa economicità. Per maggiori informazioni consultare la scheda a questo indirizzo. https://www.arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardNano. Volutamente questa versione non contiene nessun tipo di sensore, che dovrà essere implementato esternamente. In futuro sicuramente prevederò però una scheda con già i sensori integrati.

Innanzitutto occorre realizzare una piccola interfaccia per poter permettere al nostro Arduino di leggere e trasmettere i segnali disponibili su bus Loconet. Di seguito lo schema elettrico della scheda.

Da notare la presenza di un jumper per selezionare l'alimentazione da bus Loconet oppure esterna mediante i morsetti. In questo caso si raccomanda di utilizzare tensioni di alimentazione compatibili con la scheda Arduino Micro quindi da 7 a 12V DC.

AGGIORNAMENTO:

Ho realizzato una nuova board con una sezione di alimentazione stabilizzata per l'alimentazione d Arduino in modo da non stressare in modo anomalo il suo stabilizzatore interno.

Di seguito il PCB, come si può notare abbastanza compatto.

Una volta terminato il montaggio questo dovrebbe essere il risultato finale.

ATTENZIONE 

Giustamente mi è stato fatto notare che la il NANO in foto è inserito al contrario di come dovrebbe essere. In effetti la foto è riferita alla primissima versione del PCB quando venivano usati gli ingressi analogici. Appena possibile verrà pubblicata la foto corretta. In ogni caso se avete la board con revisione 2.0 o superiore LA PORTA USB DEL NANO DEVE ESSERE ORIENTATA VERSO IL BORDO DEL PCB.

Si ringrazia per il testing e per la realizzazione del prototipo di interfaccia Pietro Russo e Alessandro B.

Si ringrazia inoltre Atonino (Antogar) per lo sviluppo dello Sketch da caricare su Arduino.

Di seguito i link per scaricare i files:

Schema elettrico  formato EAGLE  Download VERSIONE 4.0
PCB  formato EAGLE Download VERSIONE 4.0

Sketch da caricare in Arduino  Download VERSIONE 4.0

Un breve video per dimostrare il funzionamento sia su PC che collegata ad una Intellibox.

A presto!