La gestion des cantons par Arduino !!

Sur les conseils de Cleon, j'ouvre donc un sujet pour parler de mon projet de réalisation d'une gestion automatisée des cantons par une carte Arduino !!
Le projet est déjà bien avancé car mes tests sont déjà assez concluants sur ma petite plaque de tests de 6 cantons en boucle. (voir le sujet de mon réseau dans ma signature, page 15, je crois... il y a quelques petites vidéos).
Le principe de base est le même que beaucoup d'autres systèmes, je n'invente rien, je le mets en application sur un Arduino, histoire d'informatiser le concept et le rendre plus souple !!
Le gros avantage tient dans le fait qu'avec une seule carte électronique, couplée à un arduino MEGA, je vais piloter jusqu'à 12 cantons, en complète autonomie, avec ralentissement et accélération progressive, gestion des feux (rouge, jaune, vert), réglage de la vitesse de roulement normale, et quelques autres petites choses...
Au départ, j'avais opté pour une seule zone de détection par canton (détection faite par consommation de courant) mais je suis vite arrivé au problème récurrent qui est l'arrêt des machines trop loin du signal !!
J'ai donc décidé de couper mes cantons en deux zones : une zone normale et une zone d'arrêt. C'est nettement mieux mais, suivant la loco, et suivant sa vitesse lorsqu'elle arrive sur la zone d'arrêt, celle-ci s'arrête plus ou moins proche du signal (voir le dépasse...)
Quelque soit le réglage de temps que je mettais, pas moyen d'avoir des machines qui viennent toutes au pied du feu !! (problème déjà rencontré par certains d'entre vous...)
J'en suis donc à l'étape : découpage en 3 zones (ça ne fait jamais qu'un fil de + par canton) : une zone normale, une zone d'arrêt et entre les deux, une zone de mesure ! C'est là que l'arduino va pouvoir nous offrir les joies de l'informatique !! Cette zone de mesure (tout comme la zone d'arrêt) aura la même longueur sur chaque canton. De cette manière, lorsqu'une machine va franchir cette zone, mon petit arduino va pouvoir calculer la vitesse de cette loco, et calculer, de ce fait, le temps nécessaire à l'arrêt dans la zone d'arrêt (qui a aussi la même longueur) !!
Et normalement, le résultat va être que n'importe quelle machine, n'importe quel convoi, viendra s'arrêter pile devant le feu !! (enfin j'espère)
La carte est prête, le programme aussi (à part quelques petits réglages) et je lance donc les tests de ce sytème demain !!
Voici la carte (pour 6 cantons, pour 12, il y aurait une rangée supplémentaire en bas):

Détails :(rien de copliqué, quelques transistors, diodes et résistances...):


Demain matin, je branche tout ça sur mon réseau test, je vérifie le programme, et si tout fonctionne (ahahah) je vous mettrai une vidéo (avec explications je pense...)
Voilà, voilà...

J'aime beaucoup le "quelques transistors".....

Vivement la suite.

Très beau projet. Il faut absolument en parler sur Locoduino (voir ma signature...) !

Pas compliqué pour un gars qui si connais,mais pour moi,quelques transistors,quelques résistances,quelques comdos et quelques fils,oulala!!!!!
Oui,je suis déjà

Salut,

Projet intéressant pour ceux qui restent en analogique.
J'ai un réseau de club qui pourrait en bénéficier.
Je peux te donner un coup de main pour faire le schéma sur Kicad et dessiner un PCB.
On pourra ensuite lancer un appel pour la gravure...
A+

Bonjour Michael,

Bravo pour cette réalisation !

Ne voyant pas d'autres composants que des transistors, diodes, résistances et condos sur ta carte, je suppose que l'interface entre ta carte et l'Arduino Mega est parallèle. Dans ce cas, considérant les 54 E/S du Mega et les 12 cantons de ton réseau, tu as 4 E/S à disposition par canton (4 * 12 = 48). Est-ce bien le cas et cela te suffit-il ?

Je serais intéressé par voir, pour un canton, le schéma de ta carte, même manuscrit. Il me semble en avoir aperçu des bribes "sous" ta carte. C'est en effet toujours enrichissant de voir comment d'autres ont réalisé les interfaces de puissance et la détection.

Merci et bonne suite.

Tu es trop modeste lorsque tu dis que tu n'inventes rien et que tu mets juste les principes connus en applications. Ta "zone de mesure" est une chose à ma connaissance inédite sur un BAL analogique.

Mais peut-être que tu t'embêtes bien pour pas grand chose, car même avec juste 2 zones, on arrive à faire s'arrêter les trains à une faible distance du signal, même si cette distance varie selon les trains, ce n'est pas irréaliste : Dans la réalité, les trains ne s'arrêtent pas forcément juste au pied du signal. La distance peut varier d'une dizaine de m à une cinquantaine de m, c'est à l'appréciation du conducteur.

Papa : C'est toujours plus compliqué qu'on ne le pense au départ !! (même quand on s'y connait...)
SuperN : Merci pour ton aide, je te ferai signe si besoin est...
SavignyExpress : Tout juste ! 1 entrée analogique pour le positionnement et 3 sorties digitales pour les feux, sans oublier la sortie PWM (sur la Mega, tu as 54 E/S digitales et 16 analogiques). je prends 10 minutes ce soir pour faire un petit schéma pas trop moche et je le scanne demain matin pour vous montrer l'électronique que j'ai réalisé !
DMARRION : Modeste, peut-être, dans tous les cas, j'essaye d'amener ma touche personnelle à un problème que connaissent tous les modélistes ferroviaires qui aiment être au plus prêt de la réalité !!
Je sais bien que tous les trains ne s'arrêtent pas forcément au même endroit, je ne prétends pas arriver jusque là, mais réussir à les faire stopper à 5 cm du feu environ serait déjà génial !! (pour toutes les locos, pour n'importe quel convoi !!)

Bon, j'ai bien raccordé tout comme il faut ! Voilà ce que ça donne:

Bon, le système fonctionne parfaitement au niveau sécurité et relais des cantons. Par contre, au niveau de l'arrêt, malgré mon calcul de vitesse qui soit dit en passant, m'a fait rire, car on est toujours surpris de voir la vitesse de nos petits trains remise à l'échelle, je n'arrive pas encore au résultat voulu... Je vais devoir peaufiner mes calculs !
D'ailleurs, je soumets le problème : Dans ma zone de mesure (longueur identique sur chaque canton) je calcule la vitesse du train qui y passe grâce au rapport distance/temps. Ce calcul est juste. Je prends ensuite ce résultat, et calcule quel serait le temps de parcours à la même vitesse pour la longueur de la zone d'arrêt (25cm). Et je demande à mon petit Arduino de faire ralentir le train de la vitesse de Ralenti jusqu'à l'arrêt sur un temps égal à ce que je viens de calculer. Eh ben, malgré des temps qui sont différents pour chaque loco, l'arrêt ne se fait pas vraiment au même endroit... Ca me laisse perplexe...

Le fonctionnement de nos petites bêtes est tout sauf linéaire, en particulier à basse vitesse.
Un moteur électrique a une vitesse de rotation à peu près proportionnelle à la tension d'alimentation, mais dès que la tension est faible et donc la vitesse aussi, les frottements deviennent prépondérant et faussent tout, surtout avec des engrenages, des vis sans fin, des cardans, des bielles....

Salut,
Je m'attendais un peu à cette difficulté car  l'inertie du convoi cree une forçe contre électromotrice développée au niveau du moteur lors du ralentissement, ce qui fausse peut être ton calcul.
Cela dit, je ne sais pas comment le modifier...
Par contre j'avais envisagé de faire trois zones aussi, la deuxième pour ralentir jusqu'à la vitesse minimale et la détection d'entrée sur la troisième zone déclenche l'arrêt immédiat. Si tu fais une troisième zone de 10 centimetres devant le feu on devrait approcher du résultat souhaité .
A+
Yves

C'est ce que j'avais fait, mais je trouvais cela moche,....enfin, pas terrible!

@Nicozea57 : Ce que tu constates ne m'étonne pas : L'Arduino calcule le temps de décroissance de "ralenti" à zéro en fonction de la vitesse, c'est une (bonne) chose, mais ce n'est pas suffisant pour obtenir une précision d'horloger puisque certaines locos avancent avec 2,5 V à la voie quand d'autres sont arrêtées avec 4V.
A part un asservissement réel de la vitesse avec contrôle en tout point du canton (ou au moins sur les derniers 30 cm) en temps réel par radar, je ne vois pas comment tu pourrais obtenir ce résultat.

@SuperN et CleoN :
Au lieu de déclencher un arrêt immédiat sur 10 cm, il suffit de déclencher un arrêt rapide mais néanmoins progressif sur 30cm, et pour peu que le train aborde cette zone assez lentement grâce à la décélération dans la partie précédente, visuellement ça passe bien. Sur mon BAL, c'est ce que j'ai fait avec seulement 2 zones et je trouve le résultat sympa.

Salut Michael,
Bon eh bien il ne te reste plus qu'à essayer!
Courage
A+
Yves

C'est ce que j'avais fait DMARRION ! Mais, avec un temps fixe pour toutes les locos, dans les 30cm, certaines s'arrêtent bien, d'autres trop loin du signal, d'autres dépassent...

Ben je n'ai pas ce problème... Peut-être tout simplement que tu as choisi un temps de décroissance "vitesse ralentie vers arrêt" trop long.

Si la courbe de décélération est douce dans la première zone (vitesse max vers vitesse ralentie), et que la vitesse ralentie n'est pas trop élevée (compromis à trouver pour que les locos les plus véloces ne roulent pas trop vite mais que celles avec les plus mauvais ralentis ne "plantent" pas), tu pourras te permettre de régler une tempo assez courte pour le processus d'arrêt sans que ce soit choquant visuellement.

Voici une vidéo qui montre le résultat avec 3 trains différents :
- 1 UM de BB9400 Lima avec 6 voitures voyageurs
- 1 BB 66000 Piko avec train de marchandises
- 1 A1A A1A 68000 Mabar avec rame de minéraliers
Ces 3 modèles de loco ont des caractéristiques très différentes en termes de vitesse max et de ralenti, pourtant j'obtiens l'arrêt pratiquement toujours au même endroit (juste au niveau des fils d'alimentation de la zone d'arrêt).
Sur la 1° séquence, on voit nettement la décélération douce dès le passage de l'avertissement, puis la phase d'arrêt complet assez rapide mais néanmoins pas brutale.

Il me semble que ce dit CleoN explique la difficulté à avoir des décélérations identiques sur toutes les locos. Les différences de conception mécaniques jouent beaucoup.
j'avais le même soucis en numérique avec le le logiciel Traincontroller. Enorme différence par exemple entre la CC72000 Minitrix et la BB26000 Piko. la piko s'arrêtant plus de 20 cm trop loin.
Et ce, pour des réglages de bases identiques au niveau des CV des décodeurs.
C'est pourquoi le logiciel permet de créer des courbes de vitesses pour chaque loco et de régler finement la décélération. Chaque loco a donc un profil propre qui permet d'uniformiser les vitesses et les distances d'accélération et décélération
Une autre approche est un réglage des CVs différents pour chaque loco et tu arrives à peu près au même résultat mais c'est hyper long à faire car tu dois jouer sur la compensation de charge, le type de moteur etc.

Donc conclusion, il est très difficile d'obtenir des comportements identiques du fait que chaque loco réagit différemment en faible vitesse en fonction de sa conception mécanique, du couple, de l'inertie et des frottements qui rentrent en jeu.
Soit tu peux intervenir sur le contrôle de ces paramètres (cas du numérique avec le réglage des CV ou l'élaboration de courbes de vitesses proposées par les logiciels de gestion de réseau), soit tu es obligé de tricher pour obtenir une "moyenne" acceptable pour l'ensemble des machines comme le propose Dmarrion.

Tout ce que vous dites est vrai ! Mais...
Après quelques essais, j'ai trouvé un petit calcul mathématiques qui donne des résultats corrects.
Je pars du fait que si le temps mesuré dans la zone de mesure est long (pour une même consigne de ralenti) alors la loco est une loco "lente", si le temps est court, c'est une "rapide". De ce fait, la loco "lente" devra avoir + de temps pour s'arrêter, la "rapide" - de temps.
Après quelques tâtonnements sur la formule, j'ai un résultat qui me convient pour mes 4 machines (il faut que j'en teste d'autres).
Il faudrait aussi que je me fasse un circuit d'essai avec des cantons d'une longueur "normale" !!
Sinon, le système marche bien. J'ai mis en place aussi un système qui permet de "forcer" l’arrêt d'un train sur un canton en simulant la présence sur le canton suivant. Une fois le train arrêté, il suffit d'initialiser afin de la faire repartir. (Je voulais ce système pour pouvoir gérer une gare qui serait à l'intérieur des cantons)
Le système assure la sécurité également si une loco vient à ne plus capter le courant, le canton derrière celui où elle s'est arrêtée sera au rouge, tant qu'elle ne sera pas repartie ou jusqu'à qu'une intervention humaine donne le feu vert par une initialisation.
Pour ce qui est des wagons, je n'ai pas encore testé, mais "normalement" si un wagon consommant du courant reste sur un canton, les suivants restent à l'arrêt.
Voici un schéma "brouillon" de l'électronique pour un canton:


Chaque zone du canton est couplé à un transistor suivi d'un pont diviseur puis l'entrée analogique, qui voit donc son signal varier suivant le transistor passant, c'est à dire suivant la zone active.
Je vous poste une petite vidéo dès qu'elle sera chargée dans YouTube.

Voilà la petite vidéo (on voit pas bien les feux à cause du contre jour...)

Bonjour Michael,

Merci pour le schéma.

L'idée du multiplexage analogique de l'état d'occupation des 3 zones du canton est excellente. Cela ne marche que si une zone à la fois est occupée mai c'est ce qui doit se passer dans un canton.

Le choix des résistances de 1K ne te garantit pas que les tensions sont uniformément espacées. Ce n'est peut-être pas un problème dans ton application, mais si tu as besoin de plus que 3 valeurs de tension distinctes, il peut s'avérer nécessaire de choisir les résistances de manière à espacer uniformément les tensions.

Sur mon blog, j'ai publié une feuille Excel / Libre Office Calc qui permet de calculer ces résistances pour multiplexer des boutons poussoir sur une entrée analogique. Le câblage est similaire aux transistors qui configurent le diviseur de tensions de ton montage. Voir ici: https://savignyexpress.wordpress.com/2013/11/18/connecter-plusieurs-boutons-poussoir-a-un-microcontroleur/.

Enfin, si j'ai bien compris ton montage:

• la diode entre le 12V et le collecteur du transistor PWM est une diode de roue libre;
  
• la détection est assurée parallèlement au PWM par le 12V et le courant de détection est limité par les résistances de base des 3 transistors;
  
• pour une version digitale, les 3 transistors pourraient être remplacés chacun par le phototransistor d'un optocoupleur.
  

Bonne suite et bonne fin de semaine.

SavignyExpress a écrit:

L'idée du multiplexage analogique de l'état d'occupation des 3 zones du canton est excellente. Cela ne marche que si une zone à la fois est occupée mai c'est ce qui doit se passer dans un canton.

En fait, les zones sont dans l'ordre de passage, et l'ordre de câblage des collecteurs correspond. Ce qui fait, que par exemple, si un train comporte des wagons consommateurs de courant, c'est toujours la zone de la loco qui sera prioritaire, même si les 3 zones sont détectées... Du coup on sait exactement où se trouve la loco, et on sait quand sortent les wagons...

Salut à tous,

Cela fait 12 PWM et 12 entrées analogiques... on a donc encore de la place pour piloter des feux?
Je pense qu'il faudra prévoir un petit multiplexage pour les cantons de gare.
Je reste à ta disposition pour faire une schéma sur le logiciel KiCad, ce qui permettrait de faire une implantation propre et un cuivre pour ceux qui en voudront.

Cordialement,
Yves

Très bonne idée le multiplexage analogique: cela ne coûte presque rien de rajouter des zones de détection.

@SUPERN : Il y a encore de la place, l'arduino MEGA est basé sur le microcontrôleur ATMEGA 2560 très bien doté en entrées/sorties.
54 digital IO
16 Analogique
8 PWM
4 lignes séries
etc...

Inconvénient majeur pour le bricoleur du dimanche que je suis, impossible de souder un tel composant à  la main : 100 pins espacées de 0.5mm !
Obligé donc de monter une carte du commerce sur une autre carte électronique personnelle.

La MEGA compte 14 sorties digitales qu'on peut utiliser en PWM !
Sur la carte, tous les pins sont accessibles via des petites bornes enfichables....
Je ne suis pas fan de soudure, et pourtant j'ai réussi à faire ma carte pour 6 cantons...

Bonsoir,

Oui oui je sais tout cela, mon "?" était pour savoir si Nicozea57 prévoyait bien l'allumage des feux.

A+
Yves

Oui ! On les voit sur la vidéo...(mal, mais ils y sont)