Digitalni kutak

Digitalno upravljanje po sistemu “Sam svoj majstor”

7. rujna 2015.
/ / /
Comments Closed
Na tržištu postoji veliki broj gotovih rješenja namijenjenih digitalnom upravljanju modelima vlakova, kao i proizvođača koji ih proizvode. Međusobno se razlikuju po funkcionalnostima i protokolima koje podržavaju. Odabir konkretnog proizvoda često ovisi o zahtjevima koje kupac ima: što i kako želi upravljati, koliko uređaja želi kontrolirati, veličini makete, kompatibilnosti s uređajima koje već posjeduje i sl.. Cijene komponenti nisu male, tako da neka po četna konfiguracija može koštati 200, 300, pa i više EUR.
Kako nije riječ o malom izdatku, ljudi često posežu za alternativnim i pristupačnijim rješenjima, koja se baziraju na samogradnji. Na Internetu je moguće naći dosta ideja i projekata za izradu vlastite komandne stanice, pojačala, dekodera i slične opreme.
Kako bi dobili bolji uvid što se može postići takvim pristupom, detaljnije ćemo pogledati jednu samogradnju, koja je djelo autora ovog teksta.
Projekt se sastoji iz komponenti vlastite izrade:

  • komandne stanice u obliku PC software-a
  • pojačala snage
  • dekoder za skretnice

te gotovih komponenti:

  • software za generiranje DCC signala na serijskom portu, DDW (freeware)
  • software za programiranje dekodera, ProLok (freeware).
Dekoderi za lokomotive su kupljeni, iz razloga što na potrebnu količinu i njihovu kompleksnost u odnosu na dekodere za skretnice, nije imalo smisla trošiti vrijeme na njihov razvoj. U ovom slučaju su korišteni ESU LokPilot dekoderi.
Jedan od modela digitalnog upravljanja
PC komandna stanica
Ulogu komandne stanice ima Windows program razvijen u C#. Pomoću njega je moguće kontrolirati smjer, brzinu, funkcije lokomotive, te upravljati skretnicama. Trenutno je podržano istovremeno kontroliranje četiri lokomotive, iako je bez problema moguće dodati kontrolu većeg broja lokomotiva. Lokomotive se mogu kontrolirati preko sučelja programa, te preko standardnih USB game pad-ova. Korisnik osim toga ima mogućnost definiranja izgleda makete pomoću grafičkih simbola, što znatno pojednostavljuje kontrolu i upravljanje skretnicama.
Kada program treba poslati komandu lokomotivi ili skretnici, on šalje komandu putem SRCP protokola DDW programu, čija je glavna namjena da prima zahtjeve za upravljanje funkcijama dekodera, te da na serijskom portu računala generira DCC signal, koji preko pojačala dolazi na tračnicu. DDW je freeware program, koji se može naći na Internet-u ( http://home.snafu.de/mgrafe/ ). SRCP protokol je razvijen za potrebe programa koji žele koristi DDW funkcionalnost.
Za programiranje dekodera korišten je freeware program ProLok ( http://tt.borrmanns.de/prolok.html ), koji omogućava programiranje velikog broja dekodera preko serijskog porta i pojačala. Postoji mogućnost da se dekoderi programiraju korištenjem SRCP-a i DDW-a, što daje mogućnost da se u program za upravljanje ugradi i opcija za programiranje dekodera.
Program za upravljanje
Pojačalo
Pojačalo DCC signala je redizajnirana verzija pojačala s jednog drugog projekta ( http://members.home.nl/pamali/4A_booster/project3boosternl.htm ). Povod za redizajn je bila želja da se pojednostavi izvorna shema, te da se napravi kompaktniji uređaj. Baziran je na L298 čipu (integrirani H-bridge), koji omogućava kontinuiran izlaz od 3A, te posjeduje termalnu zaštitu za slučaj pregrijavanja. Također je ugrađena zaštita od kratkog spoja, koja je povezana sa DDW programom, koji u slučaju kratkog spoja isključuje napon na tračnicama. Ulaz u pojačalo se spaja na serijski port računala, gdje dobiva DCC signal koji generira DDW. Izlaz pojačala se spaja na tračnice. Svi potrebni dijelovi za izradu pojačala su dobavljivi kod nas, a ukupna vrijednost im je oko 100 Kn (u cijenu nije uključen ispravljač).
Pojačalo
Dekoder za skretnice
S obzirom da sam vlasnik velikog broja Trix-C pružnog materijala, kojeg čini i dosta motoriziranih skretnica, ispostavilo se da bi kupovina gotovih dekodera bila prevelika investicija. Stoga sam odlučio napraviti vlastiti dekoder za skretnice koji će podržati DCC standard, te biti dovoljno malih dimenzija da se može ugraditi u skretnicu. Dekoder je baziran na AVR mikroprocesoru (ATmega8), te ima firmware od 600 bajtova koji prepoznaje DCC. Ima 7 izlaza koji su nezavisno upravljivi, tako da se dekoder može koristiti i za kontrolu recimo pružne signalizacije. Rađen je u SMD tehnici, tako da cijeli dekoder ima dimenzije 18×30 mm. Napajanje dekodera, pa time i njegovih izlaza je riješeno putem DCC signala na tračnici, tako da nije potrebno dovoditi posebno napajanje za npr. motore skretnica, semafore, rasvjetu i sl., što značajno pojednostavljuje postavljanje tračnica.
Cijena dijelova potrebnih za izradu jednog dekodera je oko 50 Kn, dok gotovi dekoderi imaju cijenu od oko 20 EUR, što na količinu od, recimo, 10 dekodera daje vrlo značajnu uštedu.
Dekoder ugrađen u Trix C skretnicu
Rezultati i planovi
Rješenje je uspješno testirano u praksi, te se pokazalo kao vrlo upotrebljiva zamjena za puno skuplja rješenja. Testirano je na malim maketama, te na velikoj klupskoj maketi “Zabok”. Iako ima još dosta stvari koje bi se mogle unaprijediti u software-u i hardware-u, rješenje i u ovom obliku može pružiti puno novih mogućnosti i zadovoljstva u upravljanju maketama.
Što se tiče planova, planira se verzija pojačala koja će u sebi imaju integrirani generator DCC signala, tako da će se izbjeći korištenje DDW programa. Software će u tom slučaju komunicirati direktno s pojačalom preko serijskog porta. U software bi se pak dodale mogućnosti za upravljanje ostalim elementima makete poput pružne signalizacije i rasvjete, programiranje dekodera i slične stvari.
Ukoliko želite saznati više informacija o ovom rješenju, slobodno se javite na info@kzmz.hr. Autor će rado, u skladu s vlastitim mogućnostima, odgovoriti na sva Vaša pitanja.
Read More

Uvod u digitalno upravljanje modelima vlakova

7. rujna 2015.
/ / /
Comments Closed
Analogno upravljanje
Klasično upravljanje modelima vlakova, poznato još kao analogno, je u principu vrlo jednostavno: kretanje lokomotive se određuje naponom na tračnicama. Brzina kretanja lokomotive je u direktnoj vezi s brojem okretaja motora. Ako želimo da lokomotiva ide brže, moramo motoru dovesti veći napon kako bi se on brže okretao. Sličan princip je ukoliko želimo usporiti njezino kretanje. Ukoliko pak želimo okrenuti smjer vožnje, potrebno je zamijeniti polaritet napona na tračnicama, što će promijeniti smjer vrtnje motora. Ukoliko pogledamo jednostavne analogne sustave, vidjet ćemo da se sastoje iz dva glavna elementa: ispravljača, koji pretvara izmjenični napon od 220V u istosmjerni, te regulatora koji služi za određivanje željenog iznosa i polariteta napona koji će pokretati motor lokomotive.
Glavna prednost takvog načina upravljanja je vrlo jednostavna i jeftina izvedba, dok su glavne mane što nije moguće jednostavno na jednoj maketi upravljati nezavisno s više lokomotiva (pogotovo na istom kolosijeku), upravljati funkcijama pojedinih lokomotiva, te kompleksne instalacije kod većih maketa. Kako bi se ti problemi izbjegli, osmišljen je novi princip kontrole, digitalni.
Analogno upravljana lokomotiva
Digitalno upravljanje
Digitalno upravljanje ima malo zajedničkog s analognim: upravljanje se temelji na razmjeni komandi digitalnim putem. Tako, na primjer, ako želimo da lokomotiva promijeni brzinu, poslat ćemo joj komandu s informacijom kojom brzinom se treba kretati, što će elektronika u lokomotivi prepoznati i sama podesiti odgovarajuću brzinu vrtnje motora. Isto tako možemo poslati komandu jednoj lokomotivi da se kreće npr. naprijed brzinom od 5 km/h , a drugoj da se kreće unatrag brzinom od 15 km/h , što će lokomotive napraviti čak i ako se nalaze na istoj tračnici.
Digitalno upravljana lokomotiva
Kao što je vec rečeno, digitalno upravljanje je bazirano na principu razmjene komandi između elementa makete kojim želimo upravljati i upravljačke jedinice. Komande se prenose digitalno pomoću električnih impulsa koji se šalju preko tračnica. Osim za prijenos, ti isti električni impulsi služe i kao izvor napona iz kojeg se napaja elektronika, svjetla, motor lokomotive i ostalo. Ako pogledamo jednostavni digitalni sustav, možemo vidjeti da se on u osnovi sastoji iz tri cjeline:
Komandna stanica – Njezina je uloga generiranje digitalnog signala na osnovu komandi koje zadaje korisnik koji upravlja maketom. Nakon što utvrdi da pojedina lokomotiva treba izvršiti odredenu akciju, komandna stanica generira komandu koja je namijenjena toj lokomotivi, pretvara je u digitalni oblik, te na izlazu generira električne impulse koje šalje pojačalu. Neki modeli komandnih stanica omogućavaju povezivanje s osobnim računalima, što omogućava još naprednije mogućnosti kontroliranja modela. Isto tako je moguće naći komandne stanice koje već u sebi sadrže odgovarajuće pojačalo signala, što predstavlja praktičnije rješenje za manje makete.
lv101.gif (11848 bytes)Pojačalo (booster) – Električni impulsi koje generira komandna stanica obično nisu dovoljno jaki da se prenose tračnicama na veće udaljenosti, te da pružaju dovoljno struje svakoj lokomotivi, odnosno elementu makete koji je digitalno upravljan. Zato se koristi pojačalo koje signal iz komandne stanice pojačava i dovodi na tračnicu. Pojačala u sebi obično još imaju sustave za zaštitu od kratkog spoja, okretanje polariteta napona (autoreverse) na segmentima tračnica koje tvore loop-ove i slično.
Dekoder – Glavna uloga dekodera je da „osluškuje“ komande koje putuju tračnicom, te da prepozna i izvrši komande koje su namijenjene njemu, odnosno elementu modela u koju je ugrađen (npr. lokomotiva, skretnica, pružna signalizacija). Dekoder se sastoji od mikroprocesora (koji je u biti minijaturno računalo), te elektronike koja upravlja napajanjem, motorima, svjetlima i ostalim. Svaki dekoder ima svoju adresu, koju komandna stanica zna i koristi kada šalje komande. Stoga, kada komandna stanica želi poslati komandu određenom dekoderu, ona unutar same komande postavi adresu dekodera kome je ona namijenjena. Dekoder će reagirati samo na one komande koje su adresirane na njega. Dekoderi se rade u vrlo minijaturnim izvedbama kako bi se mogli ugraditi i u najmanje modele lokomotiva, pa često znaju biti dimenzija manjih i od poštanske marke.
Digitalno upravljanje pruža puno više mogućnosti i fleksibilnosti u odnosu na analogno, međutim to ima i svoju cijenu. Glavni nedostatak je što u startu digitalni sustav predstavlja dosta skuplje rješenje od analognog. Tako, na primjer, komandna stanica s integriranim/zasebnim booster-om može koštati i nekoliko stotina EUR-a. Tome treba još pridodati cijene dekodera koji se kreću od 20 EUR-a pa na više, ovisno u funkcionalnostima koje nude. Na sreću, postoji dosta “public domain“ digitalnih rješenja za upravljanje vlakovima, koja se uz malo poznavanja elektronike mogu napraviti u kućnoj radinosti za svega petinu cijene gotovih sustava, a koji često znaju nuditi i više fleksibilnosti i funkcionalnosti od gotovih sustava.
Drugi problem vezan za digitalne sustave je što zahtijevaju određeno poznavanje sustava kako bi se uspješno iskoristile sve mogućnosti. Tu nažalost nema prečice, vec jednostavno treba izdvojiti dovoljno vremena da se nauče stvari kao što su poznavanje funkcionalnosti dekodera, njegovo programiranje, rad se komandnim stanicama i slično, no stečeno znanje će se višestruko isplatiti dok uživate u radu sa svojom maketom.
Standardi
Kao što smo vidjeli, digitalni sustav se sastoji iz barem tri osnovne komponente. Kako bi se osiguralo jednoznačno i sigurno komuniciranje među njima, definirani su standardi koji određuju stvari poput formata i značenja komandi, ponašanje komponenti o odredenim uvjetima, generiranje i prijenos električnih signala i ostalo. Danas ne postoji samo jedan, vec nekoliko standarda. Razlog tome je što svaka veća kompanija nastoji progurati svoj standard, koji obično nije kompatibilan s drugima. Tako danas imamo MM standard iza kojeg stoji Märklin, Trix-ov Selectrix, Fleischmann-ov FMZ i još neke druge.
Međutim, postoji jedan standard iza kojeg ne stoji određeni proizvođač, a koji je trenutno najzastupljeniji. Standard se zove DCC, odnosno „Digital Command Control“. Inicijalno ga je zamislila tvrtka Lenz nakon prekida suradnje s Märklin-om, no nije ga zadržala za sebe već ga je dala u ruke neprofitabilne organizacije NMRA (National Model Railroad Association), koja je ustanovljenja još davne 1935. u SAD i glavna joj je svrha standardizacija velikog broja stvari vezanih za modele željeznica poput mehaničkih dimenzije/tolerancija za profile tračnica, kotače, dozvoljenih vrijednost napajanja lokomotiva i sličnog. NMRA kao takva vodi i brigu oko razvoja DCC standarda.
Glavna prednost DCC-a je što nije u vlasništvu niti jedne kompanije, što je dostupan za upotrebu svima, što automatski znači da postoji puno veća količina dobavljača opreme koja razumije DCC standard, te što se kontinuirano razvija ovisno o zahtjevima korisnika. Iz tih razloga velika većina ljudi za svoje makete uzima DCC kao prvi izbor.
Read More
Copyright © 2019 KZMZ. Designed by zagreb235.