Avagy betekintés a digitálisan vezérelt modellvasút világába. Ismertetésre kerül egy alap rendszer, amivel egy kisebb házi terepasztal mozdonyainak vezérlését oldhatjuk meg. DCC - Digital Command Control

Betekintés a digitálisan vezérelt modellvasút világába

A cikkről egy pár szó elöljáróban. Magam nem vagyok nagy guru DCC ügyben, de azt tapasztalom a fórumon, hogy többeket érdekel a dolog. Magyar nyelvű összefoglalót azonban nem találtam a témában kezdők részére. Sokat gondolkodtam a cikk megírásán, mert végülis az itt bemutatandó hardvereket nem én fejlesztettem ki, és nem szándékozom mások munkáját ellopni, egyszerűen csak ismertetem ezeket. Mindig megadva az eredeti fellelési helyet is.

Ha valaki bele szeretne vágni az építésbe, akkor alapvető PIC programozási képességgel kell rendelkeznie, továbbá modell méretétől függően SM (felületszerelt) alkatrészekből való építkezést is el kell sajátítania. A cikk inkább elméleti, mivel kész nyáktervek nem szerepelnek benne, de aki csinált már legalább egy villogót magától terv alapján, annak menni fog ezekhez is a nyáktervezés.
A szövegben zárójelben leírom a különböző részegységek neveit angolul, ugyanis ezekre keresve jóval több információt találunk a weben, mintha magyarul tennénk ezt meg.

Hasonlítsuk össze a jó öreg analóg rendszerrel:

Analóg rendszer esetén egy összefüggő (szakaszokkal el nem választott) vágányon csak egyféle vezérlés oldható meg. Tehát vagy csak egy mozdony üzemel egy szakaszon, vagy mehet több is, de akkor mind azonos sebességgel, és ugynabban az irányban. Természetesen a modellek különbözőek, tehát sebességbeli eltérések előfordulhatnak. A vezérlés a vágány két sínszálára kapcsolt feszültség nagyságával, és polaritásával történik.

Ezzel szemben a digitális rendszerben egy vágányon teszőleges számú járművünk közlekedhet ,amerre csak akarjuk. Továbbá mivel a digit rendszerben a feszültség abszolut értéke közel állandó, így a vagonok, és a mozdony világítása egyszerűen megoldható. Akár álló helyzetben is. Előny még továbbá az is, hogy lassú menet esetén is a teljes feszültség jelen van a pályán, így az a szennyeződéseken jobban átüt, kevésbé akadozik az energiaellátás. Persze azért törekedjünk a lehetőségekhez képest tiszta pályát biztosítani drága modelljeink számára.

Különbség még, hogy analóg renszer esetén azonos polaritás esetén mindegy ,hogy hogyan helyezzük a modellünket a sínre, ugyanarra fog elindulni. Digitális rendszer esetén az előre jelre a mozdony az eleje felé indul el, függetlenül attól, hogy merre áll a sínen.

Nagyobb terepasztal esetén analóg rendszerben a kitérők vezérléséhez jelentős mennyiségű vezetéket kell elvezetnünk. Míg DCC-vel, akár a vágányzat szolgálhat a jel eljuttatására mindenhová az asztalon; kb. úgy képzelhetjük ezt el, mint a PC-ben a busz-rendszert. Sorban ráfűzhetünk mindent. Így egyszerűsödik a kábelezés. Bár ennek tényleg csak nagy asztaloknál van jelentősége.

Először is minden egységbe, amit irányítani szeretnénk, szükséges egy dekóder, ami a digitális jeleket veszi, és ennek megfelelően vezérli az adott berendezést. Ezek lehetnek különféle járművek, ekkor mobil dekóderekról (vagy említik őket locodecoder néven is) beszélünk. Vagy lehetnek helyhez kötöttek, ekkor kiegészítő funkció dekódereknek hívják őket (accessory decoder).



Szükséges még egy központ, ami előállítja a szükséges vezérlőjelet (command station).

Kell még egy erősítő, ami ezt a jelet felerősíti (booster).

És természetesen egy tápegység, ami mindezt ellátja energiával.


További kiegészítők lehetnek különálló kézivezérlők, amik a központhoz csatlakoznak. Léteznek PC interfészek is, ekkor a számítógépen futó proggamal irányíthatjuk az egész asztalunk minden funkcióját.

Jelen pillanatban csak egy alap rendszer kerül ismertetésre, csak a mozdonyokra koncentrálva. Otthoni hobby terepasztal esetén ugyanis sajnos nem valószínű, hogy akkora asztalt tudnánk építeni, amit csak számítógéppel látnánk át. És ne feledkezzünk meg az egész lényegéről: ez egy remek játék, miért is engednénk át az irányítást a kezünkből egy gépnek, mikor végre mi is vezethetünk egy mozdonyt!

Ha az elhatározás megszületett, eldönthetjük, hogy kereskedelmi termékekből építjük-e meg rendszerünket, vagy saját magunk készítjük el. Csak hogy fokozzam az építési vágyat, megemlíteném, hogy egy gyári digitális startkészlet min. 40000 Ft. Ebből 1 mozdonyt, pár vagont, vezérlőt, erősítőt, és egy dilikörre elegendő vágányt kapunk.



Pár szó még a DCC adatátviteléről; akit nem érdekel ez a része, nyugodtan továbbléphet az építésre.


Mivel digitális rendszerről van szó, elégséges csak nullákat és egyeseket átvinnünk. A síneken változó polaritású négyszög feszültség van, a polaritás váltások közötti idő kódolja az 1-eseket, és 0-ákat (egyben ez a jel szolgál egyenirányítás után tápfeszültségként is, ezért kell erősíteni). Ez a váltakozás kb 8-9000 Hz frekvenciával történik.
A DCC szabványban részletesen le van írva a jel átvitelének minden jellemzője (Standard S-9.1). Egy másik dokumentum pedig az átviteli protokollal foglalkozik (Standard S-9.2). Ezeket a nemzetközi modellvasút szövetség oldaláról lehet letölteni: http://www.nmra.org/standards/DCC/standards_rps/DCCStds.html

Ezeket röviden összefoglalva: az "1" jel két db 58 us-os félperiódusból áll, összesen 116 us időtartamban, míg a "0" két db 100 us-os félperiódusból áll. (A képek a http://www.awrr.com/dccintro1.html oldalról származnak)

Egy-egy jelsorozat (packet), amit a dekóderek feldolgoznak, a következőképpen néz ki:


A csomag egy bevezető jellel kezd (preamble), ez 14 db "1"-es, utána egy "0" startbit, majd a cím (address), megint egy "0"-ás startbit, utána az utasítás (instruction), azt követően egy startbit, majd a hibadetektáló bájt, és végül egy lezáró "1"-es bit. A hiba detektáló bájtot a cím és az instrukció byte-ok XOR logikai  kapcsolatával állítják elő. Ha a dekóder hibás adatot vesz, akkor azt figyelmen kívül hagyja.

A parancsközpont a mobildekódereknek szóló adatcsomagokat folyamatosan ismételve küldi, így ha egy-egy csomag mégis hibásan vagy egyáltalán nem érkezne meg, akkor is igen hamar jön a korrekció.

Minden dekódernek egyedi címe van; ez a cím, és több beállítási adat (configuration value, CV) a dekóderek EEPROM-jában van letárolva, amely megfelelő parancsközponttal programozható. Ezek a CV-k egy átlagos mozdony dekódernél a címet tárolják, továbbá az alap menetirányt, induló feszültséget, gyorsulást, lassulást, stb. Ezek is szabványosítva vannak, tehát pl. az 1. CV az mindig a dekóder címe. Továbbá reagálnak még a körüzenetekre is (broadcast address), mint pl. vészfék, ilyenkor minden megáll egy gombnyomásra.

Ezzel a 3 bájtos megoldással a mozdonydekóderek 28 sebességfokozatban vezérelhetőek mindkét irányban, és ezen kívül még különböző funkciók kapcsolhatóak be, pl. világítás.

1. Parancsközpont

Parancsközpontból létezik sokféle a neten; én a minidcc-t választottam, mivel minden alkatrész megvolt hozzá a fiókban, kivéve az erősítésre szolgáló IC-t. Az eredeti dokumentáció elérhető az oldalukról: http://www.minidcc.com/.  Mint az oldalon látható, itt egybe van építve egy boosterrel, ezt én külön készítettem el. Ajánlatos modulokból építkezni, ugyanis így minden részegységet ki tudunk próbálni, vagy később továbbfejleszteni. A vezérlő rajza erősítő nélkül (a képre kattintva egy új ablakban, nagyobb méretben látható):




 

Nyáktervet nem közlök, mivel nem tudom, hogy ki-milyen billentyűkhöz tud hozzájutni. Meg nálam előfordul, hogy le-le marad valami, amit rárakok utólag valahogy a nyákra, viszont a nyák tervet nem frissítem már, mivel csak 1db-ot építek. Itt pl. a bill. mátrix ellenállásai maradtak ki, amit fólacsík elvágás után SMD ellenállásokkal javítottam. A gombokat egy régi 101 gombos pc billenytűzetből szedtem ki. A MultiSIM-es rajzot közreadom, ha valaki használja ezt a progit nyáktervezésre, akkor nem kell berajzolnia.

minidcc-fixed.zip , komplett leirás és firmware

Ha ez elkészült, akkor célszerű PC-vel ellenőrizni, hogy jól működik-e. Ezt a ShowDCC nevű programmal tehetjük meg, ami a hangkártyán keresztül digitalizálja, és elemzi a központ által kiadott jelet. A program helpjében megtalálható kis interfészt kell csak elkészítenünk, ami védi a hangkártya bemenetét. Így már az erősített jelre is ráköthetjük akár. A rajzon a két dióda lehet pl. 1N4148, és nem muszáj a mikrofonbemenetre rakni, én a vonalbemenetre köttöttem.




Enélkül meg ne próbáljuk rákötni semmire (mármint nem audio cuccra) a bemenetet, ugyanis nagy valószínűséggel ki fogjuk nyírni! Én a ShowDCC-n kívül használok még sima hangrögzítő programot is, kis túlzással egy tárolós oszcilloszkópot varázsolhatunk a gépünkből a segítségével.

2. Erősítő

A következő lépés a booster. Először nem szükséges nagyon nagyot csinálni, 1-2 A elég 3-4 mozdonyhoz is. Továbbá minél nagyobb a booster, az esetleges zárlati áramok is annál nagyobbak lesznek. Ezért szoktak inkább több kisebbet építeni, és azonos jellel meghajtva ezeket, külön szakaszokat táplálnak meg velük. Így, mikor szakaszhatáron összezárja a vonat kereke a szakaszokat, nem lesz zárlat, mivel azonos fázisban dolgoznak.
Ezek közül választhatunk pl.: http://home.cogeco.ca/~rpaisley4/HBridge.html Én ezúttal is a fiókom tartalmához igazodva, a legalsó változatot építettem meg, de BD tranzisztorokkal. Mivel ezekben nincs védődióda, ezeket pótolni kellett külön. Amik persze a nyáktervől megint sikeresen lemaradtak, szóval itt is csak kapcs. rajz van.


booster-1A-fixed.zip

3. Tápegység

A táp nálam egy sima 16V-os dugasztáp. A parancsközpont viszont 5V-ról üzemel, így ide a szokásos 7805-ös kapcsolással állíthatjuk elő a tápfeszültséget. Ha ezek megvannak, összekötve őket ismét ellenőrizzük le ShowDCC-vel, hogy jó-e még a jelátvitel.

4. Dekóder

Következhet a legnehezebb rész, a dekóderek elkészítése. Ezekből is jópár fellelhető a neten, egy itteni fórumtársunktól kaptam egy linket, ami végül bevált: http://videopeli.szm.sk/
 A linkelt oldalon az Elektronika menü alatt megtalálni róla mindent. Kapcsolási rajzot, nyáktervet, és a beégetendő programot is.


Egy kis magyar leírás is van Joko jóvoltából:

Univerzális lokodekóder. Az első bekapcsoláskor a következő adatok állítódnak be.

- CV1   mozdonycím (3)
- CV2   elindulási feszültség (20)
- CV3   gyorsítás (1)
- CV4   fékezés (2)
- CV5   max. gyorsaság (200)
- CV9   PWM (3)
             000-2kHz, 001-1kHz, 010-500Hz, 011-250Hz, 100-125Hz, 101-62Hz, 110-31Hz, 111-15Hz
- CV19 összetett mozdonycím (0)
- CV29 bit 0 menetirány (0)
             bit 1 menetfokozat 14/28 (1)
- CV64 bit 0 világítás a menetirány szerint ki/be (1)
             bit 1 izzószimuláció ki/be (1)
             bit 2 késleltetés a menetirányváltásnál ki/be (0)
- CV65 induláskor több energiát ad a motorra (20)


Ha ezeket elkészítettük, akkor elindulhat az első próbamenet. A minidcc központ leirásában megkersve a programozási részt, kísérletezhetünk a nekünk tetsző gyorsulás és lassulás adatokkal. Mivel ez egy egyszerű rendszer, olvasni nem tudja a CV -ket, csak írni, ezért célszerű ezeket lejegyezni, hogy tudjuk, mit mire állítottunk.

Jelenleg saját parancsközpont fejlesztésén vagyok, ugyanis a billentyűs megoldás nem túl kényelmes. Mondjuk CV programozásra ideális lesz később is. Egy potméteres vezérlést készítek, lehet hogy kézivezérlők is lesznek. De ez még a jövő zenéje. addig is aki szeretne a témában még olvasgatni, annak az alábbi linkeket ajánlom:

Központok, különálló kézivezérlőkkel.
http://home.no.net/paolsen/mj/minibox/minibox_de.html
http://fremodcc.sourceforge.net/diy/fred/fred_e.html
http://www.tinet.org/~fmco/lokmaus_en.html


További lokodekóderek:
http://utenti.lycos.it/despx/index.html
http://www.dcc.terramail.pl/index.php
http://www.iup.physik.uni-bremen.de/~schroete/dcc-goes-z-080107/index.php?id=10&L=0
http://www.merg.org.uk/resources/dcc.htm

 

CV-táblázat:
http://www.loystoys.com/info/configuration-variables.html

 

Igen elvetemült emberke Z méretarányhoz készített házilag dekódert:
http://www.fremo.utwente.nl/selfmade_decoder/decopic.html

Sok sikert az építéshez, és kellemes vonatozást!