Progetto decoder DCC programmabile per scambi

By Ettore Abate (18 novembre 2003)
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Il seguente progetto (hardware&software) può essere realizzato liberamente, ma non può essere commercializzato in nessun modo, salvo diversa indicazione da parte dell'ideatore. Per ulteriori informazioni utilizzate il seguente indirizzo e-mail
 
Foto Prototipi Funzionati
 
Premessa sul progetto
Il decoder così come vi viene proposto nasce da una combinazione di esigenze personali e precise scelte costruttive atte da una parte al contenimento dei costi e dall'altra ad una razionalizzazione dell'impianto elettrico del plastico.
 
Funzionamento Circuito.
La basetta ospita in pratica due decoder per scambi a bobina, quindi due pic e due stadi finali di potenza permettendo così di risparmiarsi tutti i componenti che risulterebbero doppi dopo l'unione di due distinti accessori. Quindi si economizzano i condensatori di scarica, tutto il circuito di ricarica rapida, un quarzo,un 7805 e il fotoaccoppiatore oltre ad una serie di altri componenti di minore interesse. Per una mia personale esigenza ho inoltre eliminato da bordo scheda il raddrizzatore a diodi scegliendo invece di realizzarne uno solo da piazzare nei pressi del trasformatore. Se si dispone come me di un trasformatore di grossa potenza il vantaggio di disporre di un cablaggio (già esteso nel mio caso) che passa per tutto il plastico in continua da la possibilità di ampliare l'uso del DCC ad una serie infinita di usi dall'accensione dell'illuminazione nelle casette all'alimentazione di accessori dedicati.
In pratica da tutti i circuiti che ho piazzato e piazzerò sul plastico ho eliminato il ponte a diodi con un piccolo risparmio sia in termini di costi che di cablaggi.
Chi si trovasse ad aggiungere questo decoder ad un impianto già avviato e cablato in alternata può comunque aggiungere il ponte a diodi da 2A eliminando il morsetto e saldando al posto dello stesso i reofori del positivo e del negativo come mostrato in figura e posizionando un mammuth sui due reofori liberi.
Il decoder in sè funziona secondo le norme NRMA e deriva dalla fusione di due progetti di altrettanti mostri del digitale fai da te che sono Mike Bolton e Lars Lundgren quindi non c'è nulla di personale se non il circuito stampato e un lieve cambiamento al sorgente per modificare l'ordine delle porte di uscita (anche se l'originale resta comunque compatibile).
Il pic impiegato è il diffusissimo 16F84 (anche 16F84A) che non mi sembra sia piu contemplato nel sito a causa del passaggio ad un integrato di classe superiore.
Derivando da un progetto del MERG ne mantiene le caratteristiche di base.
E' quindi optoisolato e necessita di una tensione esterna (questa volta in continua) per l'alimentazione delle bobine.
Ho eliminato la parte dedicata alla lettura delle CV del decoder perchè a causa della presenza di due pic mi avrebbero imposto complicate procedure per isolare un pic dall'altro in fase di lettura, manovre che mi sono sembrate fuori luogo e che ho quindi accantonato.
Puntando ad una semplicità costruttiva spinta al massimo ho quindi deciso di rinunciare a tale possibilità anche in considerazione della scarsa frequenza con cui si debba cambiare o leggere l'indirizzo di un decoder per scambi (se fosse una loco sarebbe stato diverso...).
Montato il decoder con tutti i componenti è arrivata l'ora dei pic e dei finali di potenza.
Per i pic una volta caricato il sorgente (rispondono a questo punto all'indirizzo ZERO) ne si prende uno e lo si piazza sul decoder nello zoccolo vicino al quarzo (nel topografico sarebbe U2) ci si collega alla centralina o al binario di programmazione si dà tensione (rispettate la polarità), si cambiano le CV e quindi l'indirizzo a seconda dell proprie esigenze.
 
Finali di potenza

ULN "impilati"
 
Per quanto riguarda i finali di potenza ho usato degli ULN 2803 che altro non sono che dei transistor darlington che possono essere parallelizati al contrario del MERG che usa dei mosfet serie logic (piena commutazione a 5 Volt sul gate) abbastanza costosetti. Per me che uso le bobine Peco ne occorrono 4 per ogni pic ma con bobine meno assetate ne potrebbero bastare 2 o 3.
La sperimentazione va comunque condotta partendo da 4 e sottraendo ULN fino ad ottenere comunque una certa affidabilità.
Ricordate che se durante le prove si brucia anche uno solo dei transistor contenuti in uno degli ULN la tensione fluisce nella bobina non temete la corrente è limitata e non (può bruciarla) impedendo però la ricarica dei condensatori e il circuito di scarica cessa di funzionare fino alla rimozione del finale fuso.
Li monto impilandoli letteralmente uno sull'altro saldando poi i vari pin per evitare falsi contatti.
Con un trasformatore da 18V in alternata (che va poi raddrizzata) muovo due bobine Peco contemporaneamente con una discreta forza. Sconsiglio di superare tale tensione per non danneggiare il 7805 e quindi i pic.
Ho condotto esperimenti con trasformatori a partire da una tensione di 14 Volt AC e già riuscivo comunque a far commutare le bobine. Inoltre se si rinuncia al led (segnala l'accensione) e se si ha a disposizione un trasformatore da 14/16 volt AC si può anche eliminare il piccolo dissipatore sull'integrato regolatore.
 
Programamzione CV
Ora descriverò la trafila per caricare un nuovo indirizzo nel pic del decoder. Innanzitutto le CV destinate ad immagazzinare l'indirizzo sono due e piu precisamente la 513 e la 521.
La 513 contiene i bit bassi dell'indirizzo (sei) e la 521 i bit alti (tre) dell' indirizzo che in totale ne raggiunge 9 in pratica il decoder risponde ad un comando della centralina in binario unendo i valori delle due CV formando quindi il proprio indirizzo .
Per programmare il decoder ad un determinato indirizzo si devono inserire quindi due distinti numeri che messi di seguito e trasformati in codice binario diano il numero in decimale desiderato.Badate non è una somma ma una trascrizione di due numeri secondo l'ordine di CV.

Ecco un esempio di come si può procedere:
Volendo inserire nel pic l'indirizzo decimale 150 sono costretto a usare tutte e due le CV a causa della lunghezza del dato. Se non siete pratici di calcoli binari potete usare la calcolatrice scentifica che trovate in windows. Digitate 150 e poi spuntate il pulsante bin (binario) e il numero si trasformerà in una serie di uno e di zero e piu precisamente 10010110. Ora contando da destra considerate i primi 6 numeri che sono 010110 e questo è il valore in binario della CV513. Visto che il numero originale non arrivava a 9 bit ci rimangono da considerare i restanti bit che sono 10 e che sono il valore in binario di CV 521

CV521 = 10
CV513 = 010110

Tornate ora alla calcolatrice e digitate in binario la prima cifra di sei bit (CV513) eliminando lo zero a sinistra (i numeri binari si leggono da destra) che diventa 10110 e lo si trasforma in decimale. La CV 513 quindi corrisponde al numero decimale 22.
Stesso ragionamento per CV521 trasformiamo il codice binario 10 in decimale e otteniamo 2.
L'ordine di trascrizione nel pic non ha nessuna importanza quindi scrivere una CV prima dell'altra non ci dà problemi come pure il cambiamento di una sola di entrambe, naturalmente va riconsiderato l' indirizzo precedente solo se entrambe le cv sono diverse da quelle già caricate.
Questa procedura descritta vale per il caricamento delle CV con il software del TMW per la programmazione con centraline commerciali fare riferimento al manuale del produttore.
Terminata la fase di inserimento si scollega il segnale DCC, si toglie tensione e anche il pic. Si inserisce il secondo sempre nello zoccolo precedente e si ripete la trafila.
A questo punto abbiamo i due pic che rispondono a due indirizzi differenti ed in pratica è come se fossero due decoder tradizionali separati.
Ricordate inoltre che se collegherete il decoder con tutti e due i pic montati al binario di programmazione andrete a scrivere la stessa cosa in entrambe . La procedura potrebbe essere utile per sveltire i cambiamenti dei tempi di commutazione (CV515/518) ma nel caso dell'indirizzo creeremmo solamente dei cloni!!!!
Naturalmente sulla scheda si può anche inserire un solo pic purchè venga montato in corrispondenza dello zoccolo di programmazione e cablarla sul plastico in attesa di futuri e sempre possibili ampliamenti.
 
NOTA
Per evitare scocciature non potendo leggere le CV degli integrati siglo tutti i pic che infilo nei decoder con un pezzo di nastro carta o ritaglio di etichetta autoadesiva che piazzo sul dorso del chip. Sopra ci metto come primo numero l'indirizzo poi la durata di attivazione e infine la versione del file caricato che può essere una lettera o una sigla.
Sembra una scocciatura ma credetemi il tempo passa e se si usano sistemi DCC casalinghi senza tastiera in un attimo ci si scorda di tutto.
Ricapitolando una sigla d'esempio è: 3/100/bob1 che tradotto significa indirizzo 3 tempo di attivazione 100ms che il decoder a cui è destinato è per scambi a bobina e la versione del software è la 1.
 
Test
Il decoder è stato testato, tre esemplari stanno funzionando da alcuni mesi senza manifestare alcun tipo di problema.
Come azionamento uso principalmente un encoder (tipo quello che si trova sul sito del Merg) e un sinottico a levette ma di tanto in tanto accendo il pc e con il TMW133 mi faccio degli instradamenti automatici.
Non è stato testato seriamente con nessun sistema DCC commerciale.
 
Schema Elettrico Decoder
 

Schema Elettrico funzionante
 

PCB Decoder lato componenti
 

PCB Decoder lato rame
 
Tabella CV del Decoder
Manuale CV supportate dal decoder.
 
Elenco componenti
Resistenze
  • R1 = 1K 1/4W;
  • R2 = 680 1/4W;
  • R3= 470 1/2W;
  • R4 = 1,2 1W:
  • R5 = 1K 1/4W;
Condensatori
  • C1 = C2 = 100nF 100v (elettrolitico);
  • C3 = C8 = 2200uF 36V (elettrolitico);
  • C4 = 100uF 36V (elettrolitico);
  • C5 = 10mF 36V (elettrolitico);
  • C6 = C7 = 22nF;
Integrati
  • REG1 = 7805;
  • U1 = 6N136;
  • U2 = U4 = PIC16F84;
  • U3 = U4 = ULN2803 (moltiplicare per 4);
Diodi
  • D1 = D5 = 1N4007;
  • D2 = 1N5402 O BY255;
  • D3 = 1N4148;
  • LED1 = led Rosso;
  • POnte raddrizzatore da 2A (vedi testo)
Transistors
  • Q2 = TIP41C;
  • Q3 = BC107 O BC337/40;
Quarzo
  • X1 = 8MHZ;
Varie
  • M1 = M3 = M5 = MORS PASSO 5.O8;
  • M2 = M4 = MORS PASSO 2.54;
  • H4 = DISSIPATORE TO220;
  • 4 Zoccoli 18 Pin;
  • 1 Zoccolo 8 Pin.
 
Inserimento Software nel Pic16F84
Per quanto riguarda il caricamento del software nel PIC vai qui.
 
Download:
I siti degli autori dei progetti originali Mike Bolton e Lars Lundgren
Software da inserire nel PIC16F84


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