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!

Segnale a portale in scala N di Alex LaTorre

Di seguito un breve video del bellissimo segnale a portale in scala N realizzato da Alessandro LaTorre in alpacca fotoincisa, con led a tre colori molto realistici. Il segnale è stato poi verniciato e leggermente invecchiato e sporcato. Buona visione.

Rocrail e Raspberry Pi - Script per display

Nel precedente articolo abbiamo impostato le funzionalità di base per far funzionare un display LCD con la Raspberry Pi. A questo punto abbiamo bisogno di un "qualcosa" che ottenga informazioni da Rocrail e lo visualizzi correttamente sul display, Inoltre dovrà monitorare lo stato dei pulsanti ed alla pressione di uno di essi impostare le azioni di conseguenza.
Naturalmente lo script è scritto in Phyton, linguaggio multipiattaforma e di facile apprendimento. A questo punto è sufficiente scaricare lo script e copiarlo in una directory a scelta, io consiglio 

\home\pi\scripts

Di seguito il link per scaricare lo script. Il listato è liberamente scaricabile e modificabile a patto di riportare sempre il banner iniziale e di riportare sempre la fonte se linkato in altri siti WEB. Nella stessa cartella dello script andranno copiati anche due moduli delle librerie Adafruit scaricati precedentemente e pi esattamente i due moduli con i seguenti nomi

Adafruit_CharLCDPlate.py
Adafruit_I2C.py

Il codice sorgente è disponibile su GitHub

RocPiLCD    Repository completo

rocpilcd.py   Sorgente Python

rocpilcd        Script per init.d

All'interno del repository di GitHub troverete anche numerosi script per la gestione della RocPi

Una volta scaricato il tutto copiate lo script rocpilcd in /etc/init.d e aggiornate gli script di avvio con

sudo chmod 755 /etc/init.d/roccontrol

sudo update-rc.d rocpilcdl defaults

Lo script verrà avviato in automatico al boot del sistema operativo. 

CONSIDERAZIONI SULLO SCRIPT

Il programma Python è in grado di leggere lo stato di tensione ai binari e stato della modalità automatica, ovviamente è possibile integrare queste informazioni con le innumerevoli messe a disposizione del server mediante lo Scripting RCP (Rocrail Client Protocol), per maggiori informazioni fare riferimento al Wrapper, contenente tutti i riferimenti sl protocollo. 

Sulla shield sono presenti anche 5 pulsanti, attualmente vengono utilizzati i primi 3 per ,nell'ordine, abilitare o disabilitare la tensione ai binari, abilitare o disabilitare la modalità automatica, Freno di emergenza (EBREAK).

Ovviamente questa è una base di partenza e il tutto può essere ampliato a piacimento. Di seguito il codice sorgente ed un breve video sul risultato finale

Buon divertimento!

Rocrail e Raspberry PI - Display per il funzionamento

Ora che abbiamo impostato il server Rocrail sulla nostra Raspberry Pi come facciamo a sapere lo stato del server non avendo nessun monitor collegato?

La soluzione potrebbe essere utilizzare una delle numerose shield da collegare alla porta GPIO della RPi. Un valido esempio potrebbe essere quello progettato e commercializzato dalla ditta Futura Elettronica, acquistabile a questa pagina ad un prezzo davvero contenuto. Alla stessa pagina ' disponibile il manuale come download, nel quale è disponibile comunque lo schema elettrico della shield per chi volesse realizzarlo in proprio. Il manuale è scaricabile a questo link . In foto una shield compatibile per la la Rpi.

Shield LCD per raspberry Pi

Una volta installata fisicamente la shield occorre effettuare una serie di operazione software per rendere disponibili tutte le funzionalità.
Nativamente sulla distro Raspbian la comunicazione I2c, necessaria per dialogare con il display, è disabilitata di default, quindi la prima operazione da compiere è la sua abilitazione.
Innanzitutto aggiorniamo il repository

sudo apt-get update

Aggiorniamo anche tutti i pacchetti installati

sudo apt-get upgrade

Togliere il modulo I2c dalla blacklist commentando la riga contenente i2c-bcm2708 anteponendo il simbolo di cancelletto #. 

sudo nano /etc/modprobe.d/raspi-blacklist.conf

Salvare la modifica con CTRL+O e una volta confermato il nome dell file uscire da nano con CTRL+O.
A questo punto riavviare per "liberare" i moduli precedentemente abilitati.

A questo punto verifichiame se le funzionalità I2C possono essere attivate sulla nostra RocPi.Per caricare manualmente il modulo I2C digitare:

modprobe i2c-dev

Per verificare se il modulo è stato caricato correttamente 

lsmod

Alla fine dell'elenco dovrebbe apparire il modulo i2c_bcm2708
Sicuri che le funzionalità possono essere caricate, scarichiamo ora il modulo dalla memoria con il comando

modprobe -r i2c-dev

Ovviamente risulta scomodo ogni volta caricare manualmente il modulo ad ogni avvio.Per caricare in automatico il modulo al boot modificare l'apposito file di configurazione.

sudo nano /etc/modules

ed aggiungere una nuova riga al file che contiene i2c-dev, notare che non è necessario il riavvio per caricare il modulo. Salvare e uscire da nano come al solito.

Installiamo ora i tools I2c necessari per il buon funzionamento del sottosistema hardware

apt-get install i2c-tools

aggiunger il proprio utente al gruppo I2C

adduser pi i2c

Possiamo a questo punto verificare se a livello hardware la nostra shield LCD viene vista dalla RocPi.
lanciamo il comando

i2cdetect -y 1 per le RasPi rev 2

i2cdetect -y 0 per le RasPi rev 1

Dovremmo vedere un output simile a questo, dove viene visualizzato l'indirizzo della periferica I2C.

Le librerie Python di supporto 

Il display LCD verrà pilotato da un apposito script scritto in Python. Per il buon funzionamento del display è necessario scaricare le librerie di supporto sviluppate da Adafruit e messe a dispoosizione per il libero download da GitHub. Grazie al software Git preinstallato nella RocPI l'operazione di download risulta veramente semplice. Innanzitutto creare cartella di supporto LCD

mkdir /home/pi/LCD

Scaricare le librerie di supporto Adafruit in Phyton con esempi di programmazione.

git clone https://github.com/adafruit/Adafruit-Raspberry-Pi-Python-Code.git

Una volta terminata la procedura di download avremo nella cartella precedentemente creata la copia esatta del repository di Git sulla nostra RocpI

Installiamo ora le librerie per gestione del protocollo I2C con linguaggio Phyton

sudo apt-get install python-smbus

Le operazioni sono terminate! se vogliamo provare il display possiamo lanciare uno script di prova.

cd /home/pi/LCD/Adafruit-Raspberry-Pi-Python-Code/Adafruit_CharLCDPlate

python LCDtest.py 

Attenzione a scrivere correttamente le lettere maiuscole e minuscole. Buon divertimento!

Rocrail e Raspberry Pi - Configuriamo Rocrail Server

Ci siamo lasciati con una Raspberry Pi pronta all'utilizzo con Raspbian e Rocrail Server installati.

La directory di installazione di Rocrail è /opt/rocrail. Alla prima installazione noterete che non è presente nessun plan.xml e nemmeno il file rocrail.ini. Questi file vengono creati in automatico all'avvio se non vengono trovati, quindi lanciamo il server per farglieli creare:

cd /opt/rocrail 

sudo ./rocrail

Dovrebbe apparire l'output standard (notate anche il numero di versione e la data di build). Per terminare il server premere CTRL+C. Ricontrollate la directory e troverete i file mancanti.
Come ogni server nel mondo Linux è preferibile lanciare l'applicazione come demone ovvero come esecuzione on background vediamo come procedere:

Innanzitutto copiamo il demone nella cartella di systema di Linux (attenzione alle maiuscole e minuscole)

sudo cp /home/pi/rrsources/sources/rocrail/package/rocraild /etc/init.d/

sudo cp /home/pi/rrsources/sources/rocrail/package/rocraild.sh /opt/rocrail/

Quindi rendiamo eseguibili i file sopra citati ed aggiorniamo la lista dei demoni da avviare al boot.

sudo su
chmod 755 /etc/init.d/rocraild
chmod 755 /opt/rocrail/rocraild.sh

update-rc.d rocraild defaults

Se abbiamo già una cartella con il file di progetto già pronto possiamo impostare la directory di lavoro nel file "rocraild" appena copiato, basta modificare la variabile WORKING_DIR all'interno del file stesso. Il demone può essere avviato con il comando

sudo service rocraild start

Sostituire start con stop per fermare il demone. A questo punto avete il vostro sistema operativo. Per le configurazioni del server potrete utilizzare Rocview in esecuzione su un altro PC per accedere a in modalità grafica al file di configurazione.

E' tutto!