Elektor 6/99
Il semblerait que les domaines de l’élec-tronique et du modélisme ferroviaireaient de nombreux « atomes crochus »l’un avec l’autre. L’électronique ne ces-sant de se miniaturiser, il est possible,aujourd’hui, de doter une locomotive,un aiguillage, voire un signal, d’unecertaine intelligence. Les fabricants lesplus connus, Märklin y compris, ontpris ce train en marche. Nous en avonsparlé dans l’article du mois dernier.L’inconvénient des systèmes vendustout faits dans le commerce est qu’ilscoûtent (relativement) cher. Notre sys-tème EDiTS à réaliser soi-même futl’un des premiers à montrer qu’il exis-tait une alternative meilleur marché.L’intérêt d’une réalisation personnelled’un tel système est qu’il est transpa-rent et, partant, qu’il peut être utiliséavec des systèmes du commerce : leslocomotives dotées d’un décodeur delocomotive de Märklin ou qui soit com-patible avec lui, peuvent ainsi êtrecombinées directement avec EDiTS.
L’utilisateur a ainsi toute liberté deconstituer son réseau ferroviairecomme il l’entend.EDiTS Pro n’est en fait rien de plusqu’une évolution (nécessaire) qui rem-place les composants du systèmesEDiTS quelque peu dépassés technolo-giquement, à commencer par l’unité decommande.Nous avons attaché une importanceprimordiale à une compatibilité avec lessystèmes existants. Ceci signifie que lesinvestissements consentis par les utili-sateurs actuels d’EDiTS –tels que ampli-ficateur de puissance (booster), répon-deurs et décodeurs d’aiguillage et delocomotive– gardent leur valeur. Onpeut également utiliser des produitsexistants d’origine Märklin et Lenz. Endeux mots, la liberté.L’une des nouvelles caractéristiques deEDiTS Pro est l’intégration dans l’unitéde commande d’une interface vers lePC. Si vous disposez d’un réseau ferro-viaire et que vous envisagiez de régler
Le système de com-mande de réseau fer-
roviaire EDiTS a, denombreuses années
durant, fait fureurauprès de nos lec-
teurs intéressés par lemodélisme ferroviaire
à commande numé-rique. Il nous a cepen-dant semblé qu’il étaittemps de moderniser
ce système datantd’une bonne dizaine
d’années. Nous com-mençons par l’unité
de commande. Par leremplacement de cemaillon important le
système de com-mande numérique de
réseau ferroviaireretrouve une nouvellejeunesse. De plus, lePC s’attribue, à partir
de maintenant, unrôle proéminent etouvre la voie à de
nombreuses applica-tions inédites.
32
projet : ing. S. van de Vries
pilotage par PC d’un réseau ferroviaire
1ère partie : le matériel
JEUX, MODÉLISME, BRICOLAGE
EDiTS Pro
(Photo du premier prototype)
la circulation des convois par le biais del’écran de votre ordinateur, vous enaurez la possibilité.Le logiciel tournant sous Windows quifait de vous un « chef de réseau » seradescrit dans le détail dans l’article dumois prochain. L’article de ce mois-cise limitera à la description de l’unitéde commande et du régulateurmanuel.
L E S C H É M A S Y N O P T I Q U ELa figure 1 vous propose le synoptiquedu système de pilotage pour réseauferroviaire. Les 2 lignes verticales quidivisent l’illustration en deux repré-sentent la voie ferrée. Les composantsqui se trouvent à gauche de la voie fer-rée servent à la commande du réseauferroviaire. Dans sa version autonome,cette partie du système pourra com-
33Elektor 6/99
tamponrépondeurs
microcontrôleur
opto-coupleurRS-232
booster
décodeurde
locomotive
régulateur
8 régulateursau maximum
Märklin C80, C81, C90,Lenz ou super-décodeurde locomotivepar exemple
Märklin ou Lenzpar exemple
980085 - 2 - 11
tamponrépondeurs
microcontrôleur
opto-coupleurRS-232
booster
unité derépondeur
détecteurde train
décodeurd'aiguillageou de signal
décodeurde
locomotive
régulateur
commande logicielledu PC
8 régulateursau maximum Märklin S88
ou Lenzpar exemple
Märklin k83/84ou Lenzpar exemple
Märklin C80, C81, C90,Lenz ou super-décodeurde locomotivepar exemple
Märklin ou Lenzpar exemple
980085 - 2 - 12
21Figure 1. Synoptique de l’ap-proche la plus sommaire per-mettant un pilotage numériqued’un réseau ferroviaire.
Figure 2. Le synoptique d’unecommande de réseau ferro-viaire numérique basée surnotre nouvelle unité de com-mande. On retrouve ici toutesles fonctions indispensables.
X1
4MHz
R1
1M5
C2
22p
C3
22p
C7
100n
K4
K2
K5
8x 47k1
2 3 4 5 6 7 8 9
R3
8x 47k1
2 3 4 5 6 7 8 9
R4
K7
C10
C11C12
C9
C4
K6
MAX232
R1OUT
R2OUT
T1OUT
T2OUT
IC3
T1IN
T2IN
R1IN
R2IN
C1–
C1+
C2+
C2–
11
12
10
13
14
15
16V+
V-
7
89
3
1
4
5
2
6
K8
9
8
1
IC2d
R5
4k7
1 21
IC2a
3 41
IC2b
11 101
IC2e
5 61
IC2c
13121
IC2f
R2
10
0k
C1
100n
S1
RESET
7805
IC4
C8
22µ 25V
C5
2200µ 25V
K1D3
D1
D4
D2
5V 5V
5V5V
5V
5V
5VC4, C9...C12 = 47µ / 25V
IC2
14
7
C6
100n
IC2 = 74HCT04
4x 1N4001
5V
980085 - 2 - 13
MC68HC705B16
PD0/AN0
PD1/AN1
PD2/AN2
PD3/AN3
PD4/AN4
PD5/AN5
PD6/AN6
PD7/AN7
RESET
TCAP1
TCAP2
TCMP1
TCMP2
IC1
OSC1 OSC2
VPP6
PLMA
PLMB
VPP1
SCLK
PA0
PA1
PA2
PA3
PA4
PA5
PA6
PA7
PB0
PB1
PB2
PB3
PB4
PB5
PB6
PB7
PC0
PC1
PC2
PC3
PC4
PC5
PC6
PC7
VRH
IRQ
TDO
RDI
VRL
10
41
31
30
29
28
27
26
25
24
39
38
37
36
35
34
33
32
49
48
47
46
45
44
43
42
14
13
12
11
16 17
18
15
19
22
23
20
21
40
51
52
50
9
5
8
4
3
2
1
7
3
Figure 3. L’électronique del’unité de commande. L’utilisa-tion d’un microcontrôleur puis-sant permet de réaliser un mon-tage étonnamment compact.
porter un maximum de 8 régulateurs,le système de pilotage à microcontrô-leur et le booster (amplificateur). Leditamplificateur applique les signaux decommande numériques aux rails. Il estpossible, avec une technique trèssimple, de piloter jusqu’à 8 locomotivesindépendamment l’une de l’autre.L’électronique qui se trouve de l’autrecôté des rails est celle du décodeur delocomotive. Il faut, si l’on veut que leslocomotives puissent être en mesurede réagir aux signaux de commande,que celles-ci soient dotées d’un mini-mum d’intelligence : le décodeur delocomotive. Il existe 2 approches pos-sibles : utiliser une locomotive dotée enusine d’un décodeur adéquat, soitdoter une locomotive existante d’undécodeur de fabrication-maison. EDITSPro s’accommode, en ce qui concerne
les matériels de chez Märklin, desdécodeurs C80, C81, C90 (qui utilisentl’ancien format de Motorola), les déco-deurs delta et les décodeurs reconnais-sant le nouveau format de Motorola(les 60901, 60902, C95, C95/2). Onpourra également utiliser les déco-deurs de chez Lenz et tout autre déco-deur compatible Märklin. L’auteur s’esten outre attaqué à ce qu’il a appelé unsuper-décodeur de locomotive. Cesuper-décodeur supportera un certainnombre de nouvelles fonctions trèsintéressantes. Il fera appel au nouveauformat de Motorola . Il n’est pas excluque nous revenions à ce super-déco-deur de locomotive dans l’un des pro-chains articles consacrés à EDiTS Pro.Un décodeur de locomotive utilisantl’ancien format de Motorola permet dejouer sur le sens de circulation d’unelocomotive et sur sa vitesse. On dis-pose en outre d’une fonction addition-
nelle telle qu’allumage de l’éclairageintérieur, activation du sifflet, voiredécouplage des wagons.
M A I SC E N ’ E S T P A S T O U TIl est possible de faire encore plus com-plet, comme l’illustre le synoptique dela figure 2. Le bloc encadré, qui com-porte les tampons pour les répondeurs,le microcontrôleur et l’interface sérielle,constitue le coeur du système. Cetteunité de commande communique avecl’utilisateur par le biais d’un maximumde 8 régulateurs analogiques et d’uneliaison sérielle optionnelle avec un PC.Cette dernière caractéristique ouvregrande la porte à l’adjonction d’unenouvelle dimension au réseau ferro-
viaire concerné. On a besoin, pour réa-liser la commande par PC d’un réseauferroviaire, de certaines informationsen provenance de la voie ferrée. Unordinateur ne pourra régler le trafic surun réseau que s’il sait où se trouventles convois. Attention : seules les posi-tions des trains sont prises en comptepour assurer le déroulement correct de
34 Elektor 6/99
Liste des composants de l’interfacede l’amplificateur de puissance
Résistances :R1 = 12 kΩ
Semi-conducteurs :D1 = diode zener 8V2/400 mWD2 = LEDD3 = 1N4148
Divers :S1 = bouton-poussoir à contact
reposK1 = embase DIN à 5 contacts
encartableRe1 = relais 12 VS2 = bouton-poussoir à contact
travail
K1
2
3
1
5
4
Re1
12V
D3
1N4148D2
D1
8V2
S1
S2
R1
12
k
980085 - 2 - 14
1 2 3 4
K8 sur la platine
Figure 4. Cette interface toutesimple rend les signaux de sor-tie de booster de l’unité de com-mande compatibles avec lebooster pour EDiTS.
Figure 5. Cet adaptateur permetde connecter les répondeursEDiTS à l’embase à 6 contacts(aux normes Märklin) prévue àcette intention sur l’unité decommande.
4
2
31
54
980085 - 2 - 15
vers K7 de la platine
vers répondeurs EDiTS
5
K1
10
11
12
13
14
15
1
2
3
4
5
6
7
8
9
S1F0
S2F1
S3F2
S4F3
S5F4
S6TURN
P1
10k
R1
1k
980085 - 2 - 16
régulateur manuel
broche 1:
broche 2:
broche 3:
broche 4:
broche 5:
broche 6:
broche 7:
broche 8:
broche13:
broche14:
broche15:
vers K4 broche 1
vers K4 broche 2
vers K4 broche 3
vers K4 broche 4
vers K4 broche 5
vers K4 broche 6
vers K4 broche 7
vers K2 broche 1...8 (8 régulateurs au maximum)
vers K5 broche 1...8 (8 régulateurs au maximum)
GND (par exemple, broche 9 de K5)
+ 5V (par exemple, broche 10 de K5)
embase DB15:
6
Figure 6. Schéma durégulateur manuel. Ilse résume à un poten-tiomètre, à 6 interrup-teurs et à un pont decâblage.
Liste des composants de la com-mande manuelle
Résistances :R1 = 1 kΩP1 = 10 kΩ
Divers :S1 à S6 = bouton-poussoir à contact
travailK1 = embase sub-D femelle à
15 contacts
la circulation. Les positions desaiguillages et des signaux ne sont pasinterrogées. Il est bien entendu pos-sible de piloter lesdites fonctions parlogiciel, approche pour laquelle EDiTSPro a, cela va de soi, été configuré.
D É C O D A G E S U RM E S U R EOn a besoin, en présence d’une com-mande de réseau ferroviaire numé-rique, d’un certain nombre de déco-deurs en vue de régler la circulation desconvois. On aimerait bien pouvoir télé-commander, outre les locomotives vom-brissantes, également les aiguillages, lesportiques de signaux, les unités de désa-couplage et bien d’autres fonctionsencore. Les wagons eux-mêmes peu-vent posséder des fonctions, l’éclairageintérieur par exemple, que l’on appré-cierait de pouvoir commander à dis-tance. Il est en outre « vital » de savoiroù se trouvent les différentes locomo-tives. Des modules spécialisés, appelésrépondeurs, signalent le passage d’untrain et transmettent cette information
à l’unité de commande.
U N M I C R O C O N T R Ô L E U R ,U N S E U LNous vous proposons, en figure 3, leschéma de l’unité de commande nou-velle mouture. Elle n’appelle en faitque fort peu de commentaires. Sescaractéristiques : compacité et numéri-sation totale. Les bits et les octets sedonnent rendez-vous au coeur de ceprojet, un MC68HC705B16. Ce micro-contrôleur de chez Motorola possède8 entrées analogiques (AN0 à AN7),3 ports d’Entrées/Sorties (I/O) à 8 bits,une ligne sérielle et un oscillateur inté-gré. Que peut-on demander de mieuxpour la présente application ? Unquartz, X1, une paire de condensateursC2 et C3, et une résistance, R1, serventà réaliser l’oscillateur qui travaille à4 MHz. La communication avec le PCse fait par le biais d’une interface RS-232. Ceci explique la présence de IC3,un MAX232, chargé de donner auxsignaux TTL les potentiels permettantleur utilisation par l’interface RS-232 et
vice-versa. Le PC est connecté, au tra-vers de l’un de ses ports sériels libres,COM1 à COM4, à l’embase K6. Lescondensateurs C4 et C9 à C11 conver-tissent une simple tension continue de5 V pour disposer des niveaux de ten-sion requis par cette fonction.L’embase K8 constitue une seconde sor-tie sérielle. On y retrouve 4 signaux : lesignal du booster sous la forme doublede niveaux RS-232 et TTL, la tensiond’alimentation et la masse. Les signauximpulsionnels vont au booster, amplifi-cateur qui les applique ensuite aux rails.Nous avons développé une interfacede booster à l’intention de l’amplifica-teur de puissance d’EDiTS dont lafigure 4 donne l’électronique. Ce circuitajoute aux signaux de base une fonc-tion marche/arrêt. Dès l’activation dubooster, par fermeture brève de l’inter-rupteur S3, la LED D1 s’allume et lerelais se ferme. L’information en prove-nance du contrôleur est dirigée vers lebooster. Une action sur S4 provoquel’ouverture du relais de sorte que lebooster se trouve déconnecté de l’unité
35Elektor 6/99
Liste des composants de l’unité decommande
Résistances :R1 = 1MΩ5R2 = 100 kΩR3,R4 = réseau SIL de 8 résistances
de 47 kΩR5 = 4kΩ7
Condensateurs :C1 = 100 nFC2,C3 = 22 pFC4,C9 à C12 = 47 µF/25 V radialC5 = 2 200 µF/25 V radialC6,C7 = 100 nFC8 = 22 µF/25 V radial
Semi-conducteurs :D1 à D4 = 1N4001IC1 = MC68HC705B16
(EPS 986518-1)IC2 = 74HCT04IC3 = MAX232 (Maxim)IC4 = 7805
Divers :X1 = quartz 4 MHzS1 = interrupteur unipolaire à
contact travailK1 = embase SIL à 2 contactsK2,K4 = embase SIL à 1 rangée de
8 contactsK5 = embase SIL à 1 rangée de
10 contactsK6 = embase SIL à 1 rangée de
3 contactsK7 = embase SIL à 1 rangée de
6 contactsK8 = embase SIL à 1 rangée de
4 contacts
980085-1(C) ELEKTOR
B1 B2
B3B4
C1
C2
C3
C4
C5
C6
C7
C8
C9
C10
C11
C12
D1
D2
D3
D4
IC1
IC2 IC3
IC4
K1
K2
K4
K5
K6
K7
K8
R1
R2
R3
R4
R5
S1
X1
980085-1
980085-1(C) ELEKTOR
7
Figure 7. Dessin des pistes etsérigraphie de l’implantation descomposants de la platine del’unité de commande.
de commande. En cas d’activation de laprotection de court-circuit du booster,le relais décolle automatiquement.Nous n’allons pas, dans le présentarticle, nous attarder au booster pourEDiTS, cet amplificateur chargé deconvertir les signaux numériques enune tension dont l’excursion va de + à–15 V, sachant que nous vous propose-ront une version réactualisée du boos-ter pour EDiTS dans le prochainnuméro. Notre intention future est depouvoir utiliser également le boosterde chez Märklin. Les signaux TTL pré-sent sur l’embase K8 sont spécialementprévus à l’intention de ce dernier.Les lignes du port A (PA0 à PA7) ser-vent à la communication avec lesrépondeurs. Cette communication sefait par le biais d’un liaison à 6 conduc-teurs, approche conforme à celle utili-sée par Märklin. Il est également pos-sible d’utiliser les répondeurs prévus àl’origine pour EDiTS, leur connexion sefaisant cependant par l’intermédiaired’un câble d’adaptation. L’interface à5 fils des répondeurs pour EDiTSpourra être combinée à une connexionà 6 fils selon la technique illustrée enfigure 5. Si l’on utilise simultanémentdes répondeurs prévus pour EDiTS etdes répondeurs Märklin, on intercalerales décodeurs à 6 fils de Märklin entreles répondeurs pour EDiTS et l’em-base K7 de l’unité de commande.Les ports B, C et D, servent tous 3 à lacommunication avec les 8 régulateursmanuels. Il nous paraît judicieux, avantd’aller plus avant à ce sujet, de nousintéresser aux régulateurs manuels
dont la figure 6 donne le schéma.Chaque régulateur comporte un cer-tain nombre de composants, à savoirun potentiomètre de 10 kΩ et quelquesinterrupteurs. Le potentiomètre sert àjouer sur la vitesse du convoi. Lecontrôleur devant pouvoir interroger8 régulateurs différents, ses 8 entréesanalogiques sont utilisées. Les extrémi-tés « chaudes » et « froides » des poten-tiomètres (VCC et GND) sont respecti-vement interconnectées entre elles,seuls leurs curseurs attaquent chacunleur propre entrée analogique auniveau du contrôleur.Chaque régulateur manuel comporte,outre le potentiomètre, 6 touches defonction et un pont de câblage. 2 destouches de fonction servent tant pourl’ancien format Motorola que pour lenouveau, demi-tour et F0. F0 est unefonction indépendante du sens de cir-culation servant dans la plupart des casà la mise en fonction ou non des lan-ternes avant. Les 4 touches de fonctionrestantes, F1 à F4, ne peuvent être uti-lisée qu’avec le super-décodeur delocomotive et les autres décodeurs delocomotive reconnaissant le nouveauformat de Motorola.Il faut implanter un pont de câblagesur le connecteur si l’on veut choisir ceformat. Par l’implantation de ce pontde câblage on signifie l’utilisation du« nouveau » format de Motorola. Il estpossible, par le biais de cette adjonc-tion, de faire circuler simultanémentsur le réseau et des locomotives requé-rant le nouveau format et des locomo-tives travaillant avec l’ancien format.
Le positionnement du pont de câblagesur l’embase, entre ses broche 7 et 8,permet d’économiser une ligne desorte que l’on peut connecter les régu-lateurs manuels au système à l’aided’un morceau de câble plat à10 conducteurs.Tous les interrupteurs sont reliés auxentrées correspondantes du port C. Laconnexion qui leur est communeattaque le port B, de sorte que l’on aune interrogation cyclique de tous lesrégulateurs manuels. On pourra, si l’onsait dès le départ que l’on n’utiliserajamais que l’ancien format de Moto-rola, faire fi de ces interrupteurs defonction, F1 à F4.
M I S E S U R C U I V R ENous vous proposons en figure 7 ledessin des pistes et la sérigraphie del’implantation des composants del’unité de commande. La simplicité duschéma se reflète dans la compacité dela platine. Il suffit d’un peu de soinpour être assuré de réussir ce projet. Lafigure 8 montre comment utiliser lessignaux présents sur les embases pourétablir les liaisons vers les différentssous-ensembles constitutifs du réseauferroviaire numérique.Après en avoir terminé avec l’aspectmatériel de l’unité de commande, ilnous reste à vous donner rendez-vous,dans le prochain numéro, où nousnous intéresserons au logiciel tournantsous Windows et à l’indispensablebooster pour EDiTS.
(980085-2)
36 Elektor 6/99
R5
101112131415 12345678 9
R1
101112131415 12345678 9
K2
1
2
3
4
5
6
7
8
K4
1
2
3
4
5
6
7
8
K5
1 0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
R6
101112131415 12345678 9
R2
101112131415 12345678 9
R7
101112131415 12345678 9
R3
101112131415 12345678 9
R8
101112131415 12345678 9
R4
101112131415 12345678 9
12345678910111213 141516171819202122232425
RS232
K6
1 32
980085 - 2 - 17
8
Figure 8. Câblage de l’unitéde commande. Aucun risquede problème si l’on tientcompte des informationsfournies.