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Centrale DCC accessoire







La CENTRALE DCC ACCESSOIRE
Le rôle de la centrale DCC accessoire est de générer la trame DCC nécessaire à la commande des accessoires.

Pour limiter la puissance délivrée par le booster qui peut être importante lors de la commande des aiguillages, il est préférable de séparer le circuit des accessoires de celui des locomotives, en réalisant un circuit indépendant qui ne nécessite que 2 fils.

Nous allons décrire une centrale DCC accessoire qui permet :
• De commander directement 510 décodeurs d'accessoire (Permet par exemple la commande de : 2040 aiguillages, 4080 commandes de lumière ...),
• De donner l'heure grâce à un module DS1307,
• De programmer l'heure du module DS1307,
• De jouer des sons grâce à un module DF Player (69195 pistes son, sont disponibles dans une limite de 32 Go),
• De jouer des sons directement par 10 boutons-poussoirs programmable,
• La commande directe du niveau du volume,
• La commande directe d'un passage à la piste précédente ou suivante,
• La programmation de 500 itinéraires avec une profondeur pour chaque itinéraire de 30 aiguilles, (le nombre de décodeur est limité à 255),
• La commande des itinéraires programmés,
• La commande individuelle de 16 sorties à collecteur ouvert.

• La visualisation par LEDs de l'état de fonctionnement de la centrale DCC :
     • Led Verte : Génération d'une trame DCC,
     • Led Orange : Sélection série 1 boutons-poussoirs,
     • Led Jaune : Sélection série 2 boutons-poussoirs,
     • Led Rouge : En relation avec le DS1307 clignote à la fréquence des secondes.
     
DESCRIPTION de la CENTRALE DCC ACCESSOIRE
Partie commande.
La centrale se compose de :
Un clavier alphanumérique 16 touches pour la commande des décodeurs d'accessoires, la programmation et la commande des modules DS1307 et DF Player, la commande des sorties à collecteur ouvert,
Un écran LCD 4 lignes et 20 colonnes pour visualiser les ordres donnés,
18 boutons-poussoirs :
     • 10 pour la commande directe de son (2 séries disponibles),
     • 2 pour le volume,
     • 2 pour la commande de piste,
     • 4 pour les menus.
4 leds :
     • Led Verte : Génération d'une trame DCC,
     • Led Orange : Sélection série 1 boutons-poussoirs et série 3,
     • Led Jaune : Sélection série 2 boutons-poussoirs et série 3,
     • Led Rouge : En relation avec le DS1307 clignote à la fréquence des secondes.

centrale dcc accessoire
Centrale DCC ACCESSOIRE

Partie électronique.
La centrale utilise :
• Un Arduino Méga,
• Un booster L298,
• Un module DS1307,
• Un module DF Player,
• Une mémoire eeprom 24LC512,
• 2 Circuits intégrés ULN 2804,
• D'un buzzer.

La centrale DCC Accessoire est articulée autour de l'Arduino méga et du booster à base de L298.

arduino mega
                                            
l298
                                                                                       Arduino méga                                                                                                                                                               L298
La PARTIE ÉLECTRONIQUE de la CENTRALE DCC ACCESSOIRE
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,
• 1 module DS 1307 pour l'horloge,
• 1 module DF Player pour le son,
• 2 ULN 2804 pour les sorties à collecteur ouvert,

Un buzzer.

18 boutons-poussoirs :
     • Des boutons-poussoirs BP 1 à BP 10 pour jouer directement 10 sons différents,
     • Un bouton-poussoir BP 11 pour Augmenter le volume,
     • Un bouton-poussoir BP 12 pour Diminuer le volume,
     • Un bouton-poussoir BP 13 pour Jouer la piste suivante,
     • Un bouton-poussoir BP 14 pour Jouer la piste précédente,
     • Des boutons-poussoirs BP 15 à BP 18 pour les menus.

4 leds :
     • Led Verte : Génération d'une trame DCC,
     • Led Orange : Sélection série 1 boutons-poussoirs et série 3,
     • Led Jaune : Sélection série 2 boutons-poussoirs et série 3,
     • Led Rouge : En relation avec le DS1307 clignote à la fréquence des secondes.

• 1 résistances pour limiter le courant :
    • R1 à R4 = 680 Ω (Led),
    • R5 et R6 = 1 KΩ (Liaison série module DF Player),
    • 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),

Câblage côté ARDUINO.
Le schéma côté ARDUINO MEGA est un peu plus compliqué que la centrale locomotive 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.

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 du DF PLAYER
La centrale DCC est équipée d'un module DF Player qui permet de jouer une grande quantité de son préenregistrés sur une carte SD.
Le module est commandé via une sortie série de l'arduino méga (TX1 et RX1).

Sur le schéma le DF Player est relié à l'arduino méga, mais pour éviter un effet de pompage sur l'écran LCD due à la consommation du module, il est préférable de brancher le DF Player sur une source d'alimentation externe.

La sortie s'effectue par un haut-parleur situé dans la centrale ou par la sortie ligne externe disponible en face arrière de la centrale.

cablage du df player avec l'arduino mega
Câblage du DF Player avec l'Arduino Méga

Câblage des ULN 2804
Le circuit ULN 2804 est constitué de huit transistors darlington NPN dans un même boitier.

L'ULN 2804 en technologie CMOS peut être alimenté entre 3 et 15 volts (max 30 volts).
Les sorties à transistor sont capable de supporter une tension de 50v avec une intensité en continue de 500mA (600mA en pointe) pour les 8 sorties simultanément.

Les 16 sorties des deux ULN 2804 sont disponibles en face arrière de la centrale.

uln 2804
ULN 2804
Puissance dissipée.
Lorsque l'on utilise des transistors, il y a toujours des chutes de tension lorsqu'ils conduisent (Collecteur-émetteur) et ce d'autant plus que l'intensité qui circule est importante.
Il faut dans ce cas veiller à ce que la dissipation thermique ne dépasse pas les possibilités du circuit intégré. La documentation du fabricant indique la dissipation maximale autorisée. Celle-ci peut être différente en fonction du fabricant.

Exemple : 
Pour :
100 mA la chute de tension est de 1 v : Cela correspond à 0,1 * 1 = 0,1w,
350 mA la chute de tension est de 1,5 v : Cela correspond à 0,350 * 1,5 = 0,525w.

Pour comparaison j'utilise des ULN 2804 avec une dissipation maximale de :
1 watt pour 1 sortie darlington,
2,25 watts pour les 8 sorties darlington.

Utilisation de l'ULN 2804
Les sorties à transistors peuvent servir par exemple à :
• L'allumage de led,
• L'utilisation de relais,
• ....

pilotage led avec uln 2804
Pilotage d'une led avec ULN 2804

Les diodes internes situées entre le collecteur et la broche 10 (Comm) permettent de piloter une charge inductive (relais) sans l'ajout supplémentaire de diode externe de protection.
Dans le cas d'utilisation de charge inductive la broche 10 (Comm) est à relier au Plus (+) de l'alimentation.

Pour pouvoir l'utiliser à la demande il est utile de réaliser une sortie externe de la broche 10 (Comm) sur la centrale.

commande relais avec diode externe
                                         
commande relais avec diode uln 2804
                                                       
Commande d'un relais avec diode externe
                                                               
Commande d'un relais avec diode ULN 2804

cablage uln 2804 a l'arduino mega
Câblage ULN 2804 à l'Arduino Méga
Câblage des Leds et du buzzer
Les Leds sont utilisées pour indiquer :
• L'état de fonctionnement de la centrale DCC :
     • R1 et Led Verte : Génération d'une trame DCC,
     • R3 et Led Orange : Sélection série 1 boutons-poussoirs et série 3,
     • R2 et Led Jaune : Sélection série 2 boutons-poussoirs et série 3,
     • R4 et Led Rouge : En relation avec le DS1307 clignote à la fréquence des secondes.

Le buzzer attire l'attention lors d'une commande erronée ou pour renforcer une indication présente sur l'écran LCD.

cablage des leds a l'arduino mega
Câblage des leds à l'Arduino Méga

Câblage de la mémoire EEprom
Pour enregistrer les 500 itinéraires possibles avec une profondeur pour chacun de 30 aiguilles, la taille de la mémoire de l'arduino méga est insuffisante.
Il est nécessaire d'utiliser une mémoire eeprom 24LC512 de plus grande capacité.
• Cette mémoire en boitier 8 broches possède une capacité de : 64 Ko,
• Elle se raccorde sur le bus I2C.

Les composants branchés sur le bus I2C le sont en parallèles. Pour s'adresser à un composant en particulier ils possèdent chacun une adresse différente. L'Adresse de la mémoire 24LC512 est composée de 7 bits, dont une partie est fixe et une autre est réglable.
L'utilisateur peut régler l'adresse en plaçant les broches A0, A1, A2 du composant au potentiel Vcc (+) ou Vss (-).
• Broches A0 ou A1 ou A2 reliées au Vcc (+) cela représente un 1,
• Broches A0 ou A1 ou A2 reliées au Vss (-) cela représente un 0,

L'adresse du composant sur la centrale DCC est réglée sur : 1010 000.

adresse 24lc512
Adresse 24LC512

La broche WP (Write Protect) permet d'autoriser ou d'interdire l'écriture dans la mémoire :
• La broche WP est reliée au Vcc (+) l'écriture est impossible (La lecture reste possible),
• La broche WP est reliée au Vss (-) l'écriture est possible.

cablage de la memoire 24lc512
Câblage de la mémoire 24LC512
Câblage du module DS 1307
La centrale DCC est équipée d'un module DS 1307 qui permet d'indiquer l'heure sur l'écran LCD.
Le module est commandé via le bus I2C et doit donc posséder une adresse sur le bus.

Le circuit DS 1307 possède une adresse fixe : 1101000.
L'utilisateur devra tenir compte de cette particularité pour régler sur des adresses différentes les autres composants pour éviter un conflit sur le bus I2C.

La centrale indique :
• Le jour de la semaine,
• La date,
• L'heure.

cablage du module ds 1307
Câblage du module DS 1307

Câblage des boutons-poussoirs
Les boutons-poussoirs permettent de commander en partie la centrale DCC accessoire, ils se branchent :
• D'un côté aux broches de l'arduino méga,
• De l'autre côté à la masse de l'arduino méga.

18 boutons-poussoirs :
     • BP 1 à BP 10 pour jouer directement 10 sons différents (2 séries disponibles),
     • BP 11 pour Augmenter le volume,
     • BP 12 pour Diminuer le volume,
     • BP 13 pour Jouer la piste suivante,
     • BP 14 pour Jouer la piste précédente,
     • BP 15 à BP 18 pour les menus.

cablage des boutons poussoirs a l'arduino mega
Câblage des boutons-poussoirs

repartition des boutons poussoirs
Répartition des boutons-poussoirs
Face arrière de la centrale DCC
Une partie des composants ont besoin d'une sortie en face arrière il s'agit :
• De l'alimentation de l'Arduino Méga,
• Des signaux SDCC,
• De l'alimentation du booster (18v),
• Des 16 sorties des deux ULN 2804,
• De la broche 10 (Comm) des ULN 2804,
• Des sorties ligne du DF Player.

face arriere de la centrale dcc accessoire
Sorties disponibles en face arrière

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

Sdcc (broche 51 de l'ARDUINO MÉGA)
• Aux broches IN1 et IN4 du BOOSTER,

Sdcc2 (broche 53 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 avec, de préférence une protection électrique contre les courts-circuits, 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 à la consommation de l'accessoire qui consomme le plus.


cablage sortie booster
Câblage du booster pour la sortie : Alimentation de la voie
cablage general du booster
Câblage général du booster

Le PROGRAMME
Téléchargement du programme de la CENTRALE DCC ACCESSOIRE 
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Le fonctionnement du logiciel nécessite de télécharger et installer les bibliothèques :
LiquidCrystalFast.h,
• Keypad,
• Eeprom,
• Wire.