Gare du réseau de Jappy: électronique

Ce sujet décrit la partie électronique de la gare du réseau de Jappy.

Liens vers les autres sujets en relation

• Principes généraux et câblage des voies
  
• La programmation du microcontrôleur
  

Journal des modifications

• 2013.05.06: Création du sujet spécifique à l'électronique.
  

Technologie
Même s'il devrait être possible de réaliser une matrice de diodes, je propose une solution à microcontrôleur (famille AVR). Le choix entre une carte développée spécifiquement ou un Arduino est encore ouvert.

Des cartes périphériques commandant des relais pour contrôler la distribution des alimentations tractions sur les zones d'aiguillage, les zones d'arrêt et les feux.

Pour la commande des aiguillages, il y aura certainement 2 sorties par aiguillage avec relais qui produiront chacune une impulsion plutôt que de se fier aux contacts de fins de course. Le microcontrôleur enclenchera les aiguillages d'un itinéraire l'un après l'autre, ce qui réduira le courant à fournir par l'alimentation.

Le multiplexage des sorties se fera très certainement à l'aide du registre à décalage à sortie de puissance TPIC6B596, simple à mettre en oeuvre, cascadable et dont le câblage est plus simple que le Charlieplexing.

Pour lire l'état des poussoirs, je pense utiliser l'astuce du clavier analogique. Les poussoirs changent la configuration d'un réseau de résistances pour varier le coefficient d'un diviseur de tension. La tension résultante est ensuite lue à l'aide d'un convertisseur A/D.

Les poussoirs des voies seront regroupés sur une entrée analogique, ceux des 2 extrémités sur une autre entrée analogique. Ainsi, il sera possible de presser 2 poussoirs à la fois, un poussoir voie, un poussoir extrémité (gauche ou droite).

Il me faudra donc un Atmega8 au moins.

Schémas électroniques
J'ai décidé d'apprendre à utiliser le logiciel Kicad pour ce projet !!! Voici donc une première version des schémas. Ils vont certainement évoluer...


Il m'a semblé qu'un Arduino n'était pas forcément nécessaire. Le 1er schéma montre le circuit basé sur un Atmega8. Les 2 groupes de résistances à droite du microcontrôleur implante 2 claviers "analogiques". Le 1er groupe de 5 résistances sera reliés aux 5 poussoirs des voies d'entrée/sortie de la gare. Chaque poussoir sera relié à la masse. Le 2ème groupe de 6 résistances sera reliés aux 6 poussoirs de voies de gare, voies 1 à 5 et voies de la zone de manoeuvre / rotonde.

Ces 2 groupes de résistances sont reliés chacun à une entrée analogique de l'Atmega8 et mes tests sur breadboard montrent que cela fonctionne bien. J'ai une feuille de tableur (créée avec LibreOffice mais compatible Excel) pour calculer les résistances de manière à ce que les tensions générées soient régulièrement espacées. Je peux l'envoyer par MP si quelqu'un est intéressé.

Les 3 connecteurs SERIAL_OUT, SERIAL_CLK et OUT_CLK permettent de contrôler une chaîne de registres à décalage auxquels les relais seront reliés. J'ai préféré un développement maison plutôt que le shield_mux car il faut de toute manière prévoir des transistors pour interfacer les circuits logiques et les relais.

Ce second schéma montre un groupe de 16 relais avec 2 registres à décalage 75HC595. Chaque sortie du registre décalage aboutit sur une résistance, une LED à faible consommation (2 mA) pour indiquer l'état de la sortie et aider à la mise au point; ainsi qu'un transistor. On n'oublie pas la diode de roue libre.

Dans Kicad, ce schéma se compose d'un schéma principal.


Qui se décompose en 2 sous-schémas contenant effectivement les relais.


Il faudra bien sûr répliquer cela en fonction du nombre de relais nécessaire. Les entrées SERIAL_CLK et OUT_CLK de tous les registres à décalage seront connectées en parallèle.

L'alimentation est 12V continu, mais cela peut être adapté.

Les composants de la carte à 16 relais ont été placés et connectés avec Kicad. En vue de l'utilisation d'une carte à pastilles (permet une plus grande densité) j'ai détourné à cet effet l'éditeur de circuit imprimé de Kicad. Le 1er essai de placement montre que les 16 relais, les 2 registres à décalage et les autres composantes tiennent sur une carte de 160 * 100 mm, plutôt une bonne nouvelle. Pour gagner de la place, je conserve les connexions des contacts des relais de part et d'autre de chacun d'eux. Les connexions correspondront à des fils entre pastilles plutôt qu'à des pistes de cuivre sur un circuit imprimé. Une fois les connexions terminées, cela donne ceci.


Kicad permet de visualiser en 3D à quoi ressemblera la carte. N'ayant pas l'image 3D des relais, j'ai remplacé par des boîtiers de CI 16 pattes car c'est la surface occupée par les relais. Telle quelle, la carte est générique. Lors de son utilisation, il faudra connecter les contacts des relais situés de part et d'autre de chacun d'eux en fonction du rôle du relais (voir plus bas pour les différents cas d'utilisation).


Il manque encore les interfaces avec les cantons adjacents.


Je rééditerai ce post au fur et à mesure de la progression du développement.

SavignyExpress a écrit:

Kicad permet de visualiser en 3D à quoi ressemblera la carte. N'ayant pas l'image 3D des relais, j'ai remplacé par des boîtiers de CI 16 pattes car c'est la surface occupée par les relais. Telle quelle, la carte est générique. Lors de son utilisation, il faudra connecter les contacts des relais situés de part et d'autre de chacun d'eux en fonction du rôle du relais (voir plus bas pour les différents cas d'utilisation).

Il y a des librairies de relais pour Kicad: http://smisioto.no-ip.org/elettronica/kicad/kicad-en.htm. Tu trouveras peut-être ton bonheur là-dedans...

patrick a écrit:

Il y a des librairies de relais pour Kicad: http://smisioto.no-ip.org/elettronica/kicad/kicad-en.htm. Tu trouveras peut-être ton bonheur là-dedans...

Bonsoir Patrick,

Merci pour cette suggestion. Je n'ai pas beaucoup cherché lorsque j'avais créé cette vue 3D, mais je jetterai un oeil sur le lien que tu proposes.

Bonsoir à tous,

Les travaux de réalisation avancent à grand pas. Jappy et moi-même avons passé à la soudure des 3 cartes à relais qui seront utilisées pour la gare de son réseau.


La 1ère carte est terminée.


Le 1er test de fonctionnement est concluant. Chaque relais est successivement activé / désactivé.



Bon début de semaine.

C'est beau !!!!
En tout cas merci, pour ces différents forum sur l'arduino… j'ai changé mon fusil d'épaule et j'ai opté pour cette solution (HC595 et HC 165) avec des uln 2803 (au lieu du multiplexeur 4051) .

Maintenant comment on fait pour choisir le relais que l'on souhaite activer ??
(J'ai posé cette question sur prog du micro)

mistigris a écrit:

C'est beau !!!!
En tout cas merci, pour ces différents forum sur l'arduino… j'ai changé mon fusil d'épaule et j'ai opté pour cette solution (HC595 et HC 165) avec des uln 2803 (au lieu du multiplexeur 4051) .

Maintenant comment on fait pour choisir le relais que l'on souhaite activer ??
(J'ai posé cette question sur prog du micro)

Merci pour le compliment et je suis content que les liens sur l'Arduino t'aient permis de te lancer avec succès.

Pour la commande de chaque relais, j'ai répondu dans le sujet https://le-forum-du-n.1fr1.net/t17874-gare-du-reseau-de-jappy-programmation#341294 où tu as posé ta question.

Bonnes réalisations.

Bonsoir,

pourquoi vous ne raccordez pas les 74HC595 à l'interface série synchrone MISO, MOSI et SCK.

C'est bien plus simple et plus rapide

Cordialement

gfaoplus a écrit:

pourquoi vous ne raccordez pas les 74HC595 à l'interface série synchrone MISO, MOSI et SCK.

C'est bien plus simple et plus rapide

Bonsoir Gfaoplus,

Merci pour cette suggestion à laquelle je réfléchis aussi!

Dans cette configuration, le microcontrôleur serait maître et les 74HC595 esclaves. C'est une situation différente de celle lorsque l'on programme le microcontrôleur via l'ISP. Je me suis posé dès lors posé la question s'il ne fallait pas prendre quelques précautions pour protéger le programmateur et le microcontrôleur, par exemple avec des résistances séries de 10 K sur les lignes SCK et MOSI qui seraient alors communes aux 2 modes, mais une fois en entrée (programmation), une fois en sortie (commande des 74HC595).

Les notes d'application des AVR mentionnent des résistances série entre le microcontrôleur et le circuit commandé.

Heu... Tu peux développer pour les débutant ?
J ai vu une prog via Spi en maître ? Est ce cela ?
(Ou l on charge la bibliothèque Spi puis on déclare arduino en maître).
Quel serait le réel avantage ? En ce qui me concerne je cherche le plus simplement et efficacement possible à :
Recevoir et interpréter des données High or Low en identifiant facilement chaque source. Bref des interrupteurs avec des noms simples ( genre À,b etc)
Ceci dit je suis curieux quand même

Bonjour Savigny,

Pour le développement, j'utilise une carte Mikroelectronica ; des 74HC4053 permettent de commuter les lignes MISO, MOSI et SCK.
Si tu le souhaites adresses moi un message privé et en retour je t'envoie le schéma.

Tu peux aussi utiliser des 74HC594 ; mes cartes prévoient les deux composants avec un strap.

Je te donne l'adresse de mon site : https://sites.google.com/site/gpmfao/

Les dessins des cartes figurent dans la rubrique électronique

A la dispo de Mistigris et Savigny pour échanger toutes les infos qui leur seraient utiles

Impressionnant!!!
En ce qui me concerne je veux éviter l utilisation d 'un ordi. En utilisant l Arduino je fais déjà une entorse à mon projet initial. Je suis sur un "concept autonome non programmable". Ceci dit c est impressionnant et intéressant.

Bonjour à tous,

Avec Jappy, nous avons terminé et testé les 3 cartes à relais il y a une dizaine de jours. Les opérations à venir sont:

• Réalisation de la carte processeur, pour l'instant en prototype sur une breadboard !
  
• Affectation des relais aux aiguillages et zones de voies.
  
• Terminer le développement du programme.
  
• Implantation dans le réseau de Jappy.
  

Bon début de semaine.

Bonsoir à tous
Merci encore à SavignyExpress c'est vrai que cela avance bien et qu'il est très compétent, si vous avez des questions je vous le recommande, l'électronique c'est son truc.

Bonjour SavignyExpress

Le TPIC6B596 m'a l'air très intéressant. Pour mon futur TCO, j'ai quantité de LED à allumer et je me demandais justement comment m'y prendre sans répliquer les µC. Je crois que j'ai la réponse

jlb a écrit:

Le TPIC6B596 m'a l'air très intéressant. Pour mon futur TCO, j'ai quantité de LED à allumer et je me demandais justement comment m'y prendre sans répliquer les µC. Je crois que j'ai la réponse

Le TPIC6B596 a des sorties de puissance qui ne sont peut-être pas nécessaires pour allumer des LEDs qui ne consomment que 10 mA chacune. Tu peux alors te contenter de HC595 dont le principe et le pinout sont identiques.

Pour les 3 cartes de la gare de Jappy, j'ai préféré utiliser des 595 et des transistors, car le TPICB596 m'aurait obligé à commander les composants chez 2 fournisseurs. Le fournisseur qui vend les 596 n'a pas de relais avantageux, celui qui a les relais ne vend que des 595 !

Effectivement c'est une autre option. Merci SavignyExpress !

SavignyExpress,

As tu essayé de chaîner 2 cartes de registres à décalage + relais avec une certaine longueur de fils entre les deux ? Si oui, comment se passe la transmission de données série du registre entre les deux ?

jlb a écrit:

As tu essayé de chaîner 2 cartes de registres à décalage + relais avec une certaine longueur de fils entre les deux ? Si oui, comment se passe la transmission de données série du registre entre les deux ?

Bonsoir Jlb,

J'ai actuellement 3 cartes semblables chaînées entre elles. Entre chaque carte, les fils font une dizaine de cm et cela fonctionne bien. Il n'y a pas de régénération des signaux d'une carte à l'autre, mais j'imagine que si on utilisait des fils plus longs, il faudrait le prévoir avec quelques transistors en sortie.

Merci SavignyExpress,

C'est donc suffisamment robuste pour être un peu dispersé. Je pensais utiliser ces composants pour piloter les LED du TCO (600 x 200 mm). Ça permettrait de minimiser la longueur de fils totale.

Bonjour à tous,

Reprise des travaux sur la gare du réseau de Jappy avec la carte à microcontrôleur Atmega8.

Le schéma.



L'implantation des composants & les connexions sur une carte à pastilles. La carte fait environ 50 * 60 mm.




L'aperçu 3D de la carte:



Reste à vérifier le tout, puis à souder...

Bonne fin de semaine à tous.

bonjour à tous,
grace à vos descriptions, j'ai enfin mis en service mon Arduino UNO

 _ avec une carte installée dans le TCO
     _ pour l'acquisition des inters via 2 x 74LS165
     _ la commande des LED via un 74LS595 et un 74LS06
     _ et deux interfaces RS422 75174, derrière le 74L595 pour envoyer les signaux série et PWM sur une carte distante

 _ avec une carte distante
    _ pour la commande des relais d'aiguillage via 2 x 74LS595 et des ULN2003
    _ la commande de sens des deux alims PWM sont prises sur deux sorties d'un des 74LS595
    _ et une carte à L298 pour les 2 alims PWM

la commande des aiguillages est répartie dans le temps pour tenir compte des temps de charge des condos de commande

bon amusement

Bonsoir à tous,

Toutes les cartes sont terminées. La dernière en date était la carte microcontrôleur dont voici le schéma.



Cette carte est alimentée en 12 V continu, elle comporte donc un régulateur 78L05 pour alimenter le microcontrôleur.   Le microcontrôleur est un Atmega8. S'il s'avérait que sa mémoire est insuffisante, je pourrais le remplacer par un Atmega168 ou un Atmega328 dont les pinouts sont compatibles. L'oscillateur interne est utilisé, donc pas besoin de quartz. La fréquence est de 1 MHz, pas nécessaire d'aller plus vite, mais ce serait possible de monter à 8 MHz ou plus avec un quartz.

Afin de voir si le programme n'est pas planté, une led est intégrée à la carte.

Les chaînes de résistance permettent de connecter 2 rangées de 6 poussoirs pour les voies de gare ainsi que pour les voies d'entrée et le mode manoeuvre. Grâce à l'astuce du clavier analogique, il suffit d'une entrée du microcontrôleur pour lire 1 parmi 6 poussoirs. Jlb a très bien décrit ce principe sur son blog: http://modelleisenbahn.triskell.org/spip.php?article59. Quant à moi, j'ai créé une feuille Excel pour calculer les résistances d'un telle chaîne de manière à obtenir des tensions uniformément réparties. Sa description est sur mon blog: http://savignyexpress.wordpress.com/2013/11/18/connecter-plusieurs-boutons-poussoir-a-un-microcontroleur/.

3 sorties du microcontrôleur correspondent aux 3 signaux de contrôle des registres à décalage des cartes relais. La fonction C correspondante est décrite ici: https://le-forum-du-n.1fr1.net/t17874-gare-du-reseau-de-jappy-programmation.

La carte comporte encore 4 entrées qui permettront de connaître l'état des cantons adjacents et de détecter le passage des trains à l'entrée.

Enfin, un bouton poussoir permettra d'effacer la dernière configuration sauvegardée dans l'EEPROM.

J'ai utilisé Kicad comme aide pour placer les composants sur une plaque à pastille et documenter les liaisons à faire au verso.



La carte une fois terminée.



On distingue les résistances au premier plan auxquelles les poussoirs sont reliés à l'aide de câbles plats. Tout à droite, les 3 bits de contrôle des registres à décalage des cartes relais.

Une astuce au passage pour se prémunir des inversions de polarité avec le connecteur d'alimentation. Réaliser un connecteur à 3 pins et décentrer le + et le -. Ainsi, si un tel connecteur est tourné, le courant ne passe pas !

Pour tester le tout, j'ai réalisé un TCO temporaire à l'aide de contacteurs Märklin d'occasion.




Maintenant que le développement du matériel est terminé, il ne reste plus qu'à poursuivre la programmation...

Bonjour SavignyExpress

Chouette réalisation !

Si je ne me trompe pas, tu as mis un connecteur ICSP, chose que je ne fais pas car je suis toujours ric-rac sur les I/O disponibles. Mais c'est une bonne idée

Quels connecteurs utilises-tu ?

Bonjour Jlb,

Voici les signaux du connecteur ICSP que j'ai utilisé (tiré de http://perhof.wordpress.com/tag/icsp/). C'est normalisé pour les programmateurs "in circuit" des AVR.



D'habitude, j'utilise un connecteur en ligne non normalisé dont les signaux sont: GND, VCC, SCK, MISO, MOSI, RESET. Cela offre l'avantage de ne pas croiser les fils car l'ordre de SCK, MISO, MOSI est le même que sur le boîtier du microcontrôleur. Pour cette réalisation, j'ai préféré utiliser un connecteur standard car peut-être que dans le futur, quelqu'un d'autre que moi reprogrammera ce microcontrôleur.

Cela étant, il est possible, moyennant certaines précautions, d'utiliser les pattes de programmation comme entrées/sorties. Mais avec un boîtier à 28 pattes, je n'ai pas ce problème ici.

Bon dimanche, meilleures salutations.

Bonsoir Savigny

Merci pour les infos.

Concernant les connecteurs, je parlais également des connecteurs autres que l'ICSP.

Bonne fin de WE