Centrale DCC version 2









  
  


  






La CENTRALE DCC Version 2

Le rôle de la centrale DCC est de générer la trame DCC nécessaire à la commande des locomotives ou accessoires.

Nous allons décrire une centrale DCC plus complète que la première, qui a permis de se familiariser avec le protocole DCC. Cette centrale DCC version 2 permettra :
• De commander 127 locomotives,
• L'utilisation d'une commande de vitesse sur 28 pas,
• La programmation des variables de configuration (Cv) des décodeurs DCC (256),
• La commande de 28 fonctions des décodeurs DCC (si celui-ci le permet),
• De générer une trame d'arrêt d'urgence,
• De générer automatiquement une trame idle,
• La marche avant et arrière,
• La commande de la vitesse,
• La visualisation par LEDs de l'état de fonctionnement de la centrale DCC :
     • Led Verte : génération d'une trame locomotive,
     • Led Bleue : génération d'une trame fonction,
     • Led Jaune : génération d'une trame idle,
     • Led Rouge : génération d'une trame d'urgence,
     • L'allumage de toutes les leds lors de la programmation des Cv.
 
   Pour le sens de marche :
     • Led Verte : sens avant,
     • Led Jaune : sens arrière.

Pour générer toutes ces commandes, il n'est bien sûr pas possible d'utiliser des commutateurs, des interrupteurs,....en fonction du nombre de ces commandes.

C'est pourquoi la commande utilisera :
• Un clavier : pour la commande des locomotives, la programmation des Cv, la commande des fonctions des décodeurs,
• Un écran LCD 4 lignes et 20 colonnes, pour visualiser les ordres donnés,
5 interrupteurs pour la commande des 5 premières fonctions (en doublon avec le clavier),
Un interrupteur pour le sens de marche, 
Un interrupteur pour l'arrêt d'urgence,
Un potentiomètre pour le réglage de la vitesse avec visualisation du pas de vitesse sur l'écran LCD,

La centrale utilise :
• Une trame sur 3 octets pour la commande des locomotives,
• Une trame sur 3 ou 4 octets pour la commande des fonctions,
• Une trame sur 5 octets pour la programmation des variables de configuration (Cv). 

DESCRIPTION de la CENTRALE DCC Version 2
Partie commande.
La centrale se compose de :

Un clavier alphanumérique 16 touches,

Un écran LCD 4 lignes et 20 colonnes,

7 interrupteurs :
     • 5 interrupteurs pour la commande des fonctions (FL ou FO, F1, F2, F3, F4)
     • Un interrupteur pour le choix du sens de marche,
     • Un interrupteur pour générer une trame d'urgence.

6 leds :
     • Led Verte : génération d'une trame locomotive,
     • Led Bleue : génération d'une trame fonction,
     • Led Jaune : génération d'une trame idle,
     • Led Rouge : génération d'une trame d'urgence,
     
     • Led Verte : sens avant,
     • Led Jaune : sens arrière.

Un potentiomètre pour le réglage de la vitesse.

centrale dcc version 2
Centrale DCC Version 2


Partie électronique.

La centrale DCC est articulée autour d'un arduino méga et d'un booster à base de L298.

arduino mega
                                            
l298
                                                                                       Arduino méga                                                                                                                                                               L298

L'arduino méga permet grâce au programme enregistré de générer la trame DCC nécessaire à la commande des décodeurs des locomotives. Cela représente la partie commande.

signal dcc en sortie d'arduino
Signal DCC en sortie d'Arduino

Le signal en sortie de booster doit avoir une alternance positive et une alternance négative pour permettre la circulation des locomotives en sens avant ou en sens arrière.

Pour cela l'arduino fournit 2 signaux DCC identiques mais décalés de 180° au booster.

signaux dcc en sortie
Signaux DCC en sortie d'Arduino décalés de 180°
Le booster permet d'alimenter les moteurs des locomotives et représente la partie puissance.

Lorsque les deux circuits sont combinés ensemble, cela permet de transmettre la puissance modulée par le signal de commande.

signal dcc en sortie de booster
Signal DCC en sortie de booster

Le décodeur reçoit le signal DCC en sortie de booster et alimente le moteur de la locomotive par un signal PWM (Pulse Width Modulation) ou (Modulation de Largeur d'Impulsions (MLI).
Se reporter à la vidéo 

traitement du signal par le decodeur
Traitement du signal DCC par le décodeur

Tension moyenne FAIBLE

Tension MOYENNE

Tension moyenne HAUTE
La PARTIE ÉLECTRONIQUE de la CENTRALE DCC Version 2

Câblage côté arduino méga
cablage cote booster
Câblage côté booster

branchements centrale dcc version 2
Branchements centrale DCC version 2

potentiometre de reglage du contraste de l ecran lcd
Potentiomètre de réglage du contraste de l'écran LCD
Liste des composants

1 ARDUINO MEGA,

1 Afficheur LCD alphanumérique 4*20 en mode 4 bits,

1 clavier alphanumérique 4*4 (16 touches),

1 booster à base de L298,

7 interrupteurs :
     • Un interrupteur I1 pour la fonction FL ou F0,
     • Un interrupteur I2 pour la fonction F1,
     • Un interrupteur I3 pour la fonction F2,
     • Un interrupteur I4 pour la fonction F3,
     • Un interrupteur I5 pour la fonction F4,
     • Un interrupteur I6 pour le choix du sens de marche,
     • Un interrupteur I7 pour générer une trame d'urgence.

6 leds :
     • Led Verte : génération d'une trame locomotive,
     • Led Bleue : génération d'une trame fonction,
     • Led Jaune : génération d'une trame idle,
     • Led Rouge : génération d'une trame d'urgence,
     • Led Verte : sens avant,
     • Led Jaune : sens arrière.

• 8 résistances pour limiter le courant dans les LEDS.
    • R1 = 2.2 KΩ,
    • R2 à R6 = 150 Ω,
    • R7 = 10 KΩ (résistance variable pour le réglage du contraste de l'écran LCD),
    • R8 = 50 Ω (pour limiter le courant dans les leds de rétro-éclairage de l'écran LCD),

Un potentiomètre P (linéaire) de 100 KΩ pour le réglage de la vitesse.

Câblage côté ARDUINO.

Le schéma côté ARDUINO MEGA est un peu plus compliqué que la première centrale due à un nombre de composant plus important.

Nous détaillerons les différents branchements pour plus de clarté.

Si des modifications de ce câblage sont réalisées, ils doivent obligatoirement être pris en compte dans le programme sous peine de non-fonctionnement.

Câblage du clavier
8 connexions sont nécessaires pour relier le clavier avec l'arduino méga pour avoir accès à toutes les touches du clavier : 
• 4 pour les colonnes,
• 4 pour les lignes.

Connexion du clavier de gauche à droite : L1, L2, L3, L4, C1, C2, C3, C4.

Titre	cablage du clavier
Câblage du clavier
Câblage de l'écran alphanumérique
• L'écran alphanumérique est un écran 4 par 20 (4 lignes, 20 colonnes).
• Pour diminuer le nombre de broches à câbler, il est utilisé en mode 4 bits.
• Une résistance variable, R7 de 10 KΩ, est utilisée pour le réglage du contraste de l'écran LCD,
• Une résistance R8 de 50 Ω est utilisée pour limiter le courant dans les leds de rétro-éclairage de l'écran LCD,

Cablage ecran lcd
Câblage écran LCD

branchement ecran lcd a l'arduino
Câblage écran LCD à l'arduino méga

Câblage des Leds
Les Leds sont utilisées pour indiquer :
• L'état de fonctionnement de la centrale DCC :
     • R1 et Led Bleue : génération d'une trame fonction,
     • R2 et Led Verte : génération d'une trame locomotive,
     • R3 et Led Jaune : génération d'une trame idle,
     • R4 et Led Rouge : génération d'une trame d'urgence,

•  Le sens de marche sélectionné :
     • R5 et Led Verte : sens avant,
     • R6 et Led Jaune : sens arrière.
cablage des leds a l'arduino mega
Câblage des leds à l'arduino méga

Câblage du potentiomètre
Le potentiomètre permet le réglage du pas de vitesse, il se branche :
• D'un côté au +5v de l'arduino méga,
• De l'autre côté à la masse de l'arduino méga,
• La broche centrale à la borne A0 et utilise le convertisseur analogique-numérique de l'arduino méga .

Câblage du potentiomètre de vitesse
Câblage côté BOOSTER

Les deux signaux DCC (Sdcc et Sdcc2) générées par la centrale sont à relier aux broches :

Sdcc (broche 2 de l'ARDUINO MÉGA)
• Aux broches IN1 et IN4 du BOOSTER,

Sdcc2 (broche 3 de l'ARDUINO MÉGA)
• Aux broches IN2 et IN3 du BOOSTER,

Les broches ENA et ENB sont à relier au +5v présent sur la carte par un cavalier.

cablage broche booster
Câblage du booster pour signaux DCC

L'alimentation extérieure de 18 volts est à relier :
+18 volts à la broche VCC,
• Le 0 volt à la broche GND (Important : la masse de l'arduino est à relier impérativement à la broche GND du booster).

Nota
: L’amplitude du signal de commande numérique ne devra jamais dépasser ± 22V.

alimentation exterieure booster
Alimentation extérieure booster

La sortie du booster est à relier à la voie du réseau à alimenter :
• La sortie OUT1 est à relier à la sortie OUT4 pour le rail 1,
• La sortie OUT2 est à relier à la sortie OUT3 pour le rail 2.

Comme le L298 est un double pont en H, le fait de brancher les sorties en parallèle permet de doubler la puissance disponible.
• Un canal peut supporter 2A en continu et 3A en pointe.
• En parallèle on obtient 4A en continu et 6A en pointe.

Ne pas oublier que l'alimentation extérieure doit pouvoir supporter une intensité correspondant au nombre de locomotive que l'on souhaite faire circuler simultanément sur le réseau.


cablage sortie booster
Câblage du booster pour la sortie : Alimentation de la voie
Le PROGRAMME
Le programme est le coeur du système. C'est lui qui permet de donner vie à la centrale.

Le fait d'utiliser un clavier et la gestion d'un écran LCD complexifie le programme.

La programmation des fonctions et la possibilités de programmer les variables de configuration (Cv) des décodeurs le complexifie davantage.

Essayer de détailler le programme n'est pas possible ici mais il est en téléchargement.

Il faut noter qu'aucune interruption n'a été utilisée pour la réalisation du programme.

Téléchargement du programme de la CENTRALE DCC Version 2 
UTILISATION de la CENTRALE DCC Version 2
Pour utiliser la centrale DCC, il est nécessaire de réaliser un petit mode d'emploi.

En cas d'erreur dans la saisie des commandes, appuyer à tout moment sur la touche "Dièse, #" pour revenir au début.

Lors de la mise sous tension de la centrale dcc et après initialisation la centrale affiche sur l'écran LCD "En ATTENTE APPUI TOUCHE".

A partir de là plusieurs possibilités sont possibles :
1.
       • Appui sur la touche "A" pour sélectionner le numéro de la locomotive que l'on souhaite utiliser.
           • L'affichage indique "Choix MPJ et Choix VITESSE", afin de rappeler à l'utilisateur de modifier le réglage en fonction de la locomotive dont on va prendre le contrôle,
           • Entrer le numéro de la locomotive souhaitée,
           • Appuyer sur la touche "Etoile, *", pour prendre le contrôle de la locomotive, la LED verte s'allume indiquant qu'une trame locomotive est émise.
           • L'affichage indique ensuite le numéro de locomotive sélectionnée sous la forme "N Locomotive :   ",
           • L'affichage indique également le pas de vitesse en temps réel sous la forme "Vitesse :    ".
• La Led verte s'allume.

      A partir de là :
       • Utiliser le potentiomètre pour régler la vitesse de la locomotive, le pas de vitesse en cours est affiché sur l'écran LCD,
       • Utiliser l'interrupteur de sélection du sens de marche (visualiser le sens à l'aide des Leds correspondantes),
       • Utiliser l'interrupteur pour "Arrêt d'Urgence" pour arrêter les locomotives (la LED rouge d'urgence s'allume),
       • Utiliser les touches de fonctions, pour les activer ou les désactiver (l'utilisation du clavier pour les fonctions est possible),

2. 
     • Appui sur la touche "B" pour entrer dans la programmation des CV (La locomotive peut être en circuit ou sur voie de programmation).
          • La centrale indique "Atte Adresse de départ" : entrer l'adresse de la locomotive dont on souhaite modifier la variable de configuration (Cv), et appuyer sur "Étoile,*"
          • La centrale indique ensuite "Saisir la donnée" : entrer la valeur que l'on souhaite donner à la Cv à l'aide du clavier, et appuyer sur "Étoile,*"
          • La centrale indique ensuite "Numéro de la Cv" : entrer la valeur de la Cv à modifier à l'aide du clavier, et appuyer sur "Étoile,*"
          • La centrale indique ensuite "Programmation en cours", les 4 Leds de contrôle de la centrale s'allument simultanément,
          • Lorsque la programmation est réalisée la centrale indique "Programmation Effectuée", et revient à l'affichage "En ATTENTE APPUI TOUCHE".
          • Nota : La centrale affiche à chaque étape le numéro saisi sous la forme binaire.

3.
    • Appui sur la touche "D" pour entrer dans l'utilisation des fonctions des locomotives. (28 fonctions sont disponibles)
          • La centrale indique "Entrer le NUMÉRO de FONCTION" : entrer le numéro de fonction souhaité sous la forme :
          
          • Fonction FL ou F0 (Front Light, feu avant de la locomotive), appuyer sur:
              • 1 et appuyer sur "Étoile,*" pour activer la fonction, 
              • 0 et appuyer sur "Étoile,*" pour la désactiver.

          • Pour les autres fonctions la méthode est différente :
              • Entrer le numéro de la fonction suivi de 1 pour l'activer ou de 0 pour la désactiver et appuyer sur "Étoile,*", exemple :
                 • Pour la fonction 1 :
                     • 21 active la fonction 2,
                     • 20 désactive la fonction 2,
                 • Pour la fonction 20 :
                     • 201 active la fonction 20,
                     • 200 désactive la fonction 20,
• La Led bleue s'allume le temps de l'envoi de la trame de fonction.

Nota :
Certaines fonctions, notamment sur les décodeurs sonores, ont un comportement différents :
     • Soit l'effet est émis et s'arrête ensuite, comme par exemple un coup de klaxon,
     • Soit l'effet est émis en permanence, comme par exemple le son du compresseur.

Pour arrêter le son d'un effet permanent il faut désactiver la fonction correspondante. On peut ensuite réactiver la fonction pour rejouer l'effet.
Pour un son qui s'arrête seul, il n'est pas nécessaire de désactiver la fonction. Mais le décodeur a gardé en mémoire la fonction active et l'effet ne pourra être rejoué qu'une fois que la fonction aura été désactivée dans le décodeur. On peut ensuite la réactivée.

Si on joue plusieurs effets qui s'arrêtent d'eux-mêmes et que l'on ne les désactive pas au fur et à mesure, on risque d'oublier les effets utilisés.
C'est pourquoi une commande de remise à zéro (RAZ) de toutes les fonctions est présente sur la centrale (il faut agir dans le décodeur DCC de la locomotive).
Cette commande désactive toutes les fonctions sauf :
     FL : Front Light,
     F1, F2, F3, F4.
En effet ces fonctions étant commandées en double par les interrupteurs je n'ai pas jugé utile de les inclure.

Cette commande s'obtient par :
    • Appui sur la touche "D" pour entrer dans l'utilisation des fonctions des locomotives.
          • La centrale indique "Entrer le NUMÉRO de FONCTION" : entrer la commande de RAZ sous la forme :
          
          • Appuyer sur la touche "9" et appuyer sur "Étoile,*" pour obtenir la désactivation des fonctions.
4.
    • Lorsqu'une locomotive a été sélectionnée, le contrôle des fonctions FL ou F0, F1, F2, F3, F4, sont directement accessibles par les 5 interrupteurs de la centrale.
    • Il suffit de manoeuvrer l'interrupteur de la fonction désirée pour l'activer ou la désactiver.
    • Un point important, l'utilisation en combinaison des 5 interrupteurs et du clavier est possible.
    • Ainsi on peut activer une fonction en utilisant un interrupteur et la désactiver en utilisant le clavier ou inversement. (Dans ce cas l'interrupteur ne sera plus en bonne position pour une autre commande. Il suffit de le manoeuvrer pour pouvoir le réutiliser).

Nota :
• Lors de l'appui sur l'une des touches "A, B ou D" (La touche C est non utilisée pour le moment), la Led jaune s'allume. Elle indique qu'une trame idle est envoyée automatiquement en attendant la sélection de la fonction désirée,
• L'utilisation de l'interrupteur "d'Arrêt d'Urgence" empêche l'utilisation de toutes les autres fonctions de la centrale,
• Dans tous les cas si un nombre saisi n'est pas cohérent avec la fonction demandée, celui-ci est refusé.

centrale dcc version 2
Centrale DCC Version 2

VIDÉOS

Afin de montrer les détails de la CENTRALE DCC Version 2 (génération de la trame DCC, etc...) et son fonctionnement j'ai réalisé quelques vidéos qui j'espère vous seront utiles.
Les vidéos concernent :
1. Vue des trames DCC générées par l'arduino méga,
2. Vue des trames DCC à la sortie du booster,

3.
Présentation de la centrale DCC V2 

4.
 Fonctionnement de la centrale DCC V2 trame locomotive, 
5. Fonctionnement de la centrale DCC V2 trame locomotive avec moniteur série,

6.
 Fonctionnement de la centrale DCC V2 trame fonction,
7. Fonctionnement de la centrale DCC V2 trame clignotement fonction FL,
8. Fonctionnement de la centrale DCC V2 trame fonction avec moniteur série,

9. 
Fonctionnement de la centrale DCC V2 trame programmation Cv,
10. Fonctionnement de la centrale DCC V2 trame programmation Cv avec moniteur série, 

11.
Signal PWM en sortie de décodeur.