Elektor 6/99

Il semblerait que les domaines de l’élec-tronique et du modélisme ferroviaireaient de nombreux « atomes crochus »l’un avec l’autre. L’électronique ne ces-sant de se miniaturiser, il est possible,aujourd’hui, de doter une locomotive,un aiguillage, voire un signal, d’unecertaine intelligence. Les fabricants lesplus connus, Märklin y compris, ontpris ce train en marche. Nous en avonsparlé dans l’article du mois dernier.L’inconvénient des systèmes vendustout faits dans le commerce est qu’ilscoûtent (relativement) cher. Notre sys-tème EDiTS à réaliser soi-même futl’un des premiers à montrer qu’il exis-tait une alternative meilleur marché.L’intérêt d’une réalisation personnelled’un tel système est qu’il est transpa-rent et, partant, qu’il peut être utiliséavec des systèmes du commerce : leslocomotives dotées d’un décodeur delocomotive de Märklin ou qui soit com-patible avec lui, peuvent ainsi êtrecombinées directement avec EDiTS.

L’utilisateur a ainsi toute liberté deconstituer son réseau ferroviairecomme il l’entend.EDiTS Pro n’est en fait rien de plusqu’une évolution (nécessaire) qui rem-place les composants du systèmesEDiTS quelque peu dépassés technolo-giquement, à commencer par l’unité decommande.Nous avons attaché une importanceprimordiale à une compatibilité avec lessystèmes existants. Ceci signifie que lesinvestissements consentis par les utili-sateurs actuels d’EDiTS –tels que ampli-ficateur de puissance (booster), répon-deurs et décodeurs d’aiguillage et delocomotive– gardent leur valeur. Onpeut également utiliser des produitsexistants d’origine Märklin et Lenz. Endeux mots, la liberté.L’une des nouvelles caractéristiques deEDiTS Pro est l’intégration dans l’unitéde commande d’une interface vers lePC. Si vous disposez d’un réseau ferro-viaire et que vous envisagiez de régler

Le système de com-mande de réseau fer-

roviaire EDiTS a, denombreuses années

durant, fait fureurauprès de nos lec-

teurs intéressés par lemodélisme ferroviaire

à commande numé-rique. Il nous a cepen-dant semblé qu’il étaittemps de moderniser

ce système datantd’une bonne dizaine

d’années. Nous com-mençons par l’unité

de commande. Par leremplacement de cemaillon important le

système de com-mande numérique de

réseau ferroviaireretrouve une nouvellejeunesse. De plus, lePC s’attribue, à partir

de maintenant, unrôle proéminent etouvre la voie à de

nombreuses applica-tions inédites.

32

projet : ing. S. van de Vries

pilotage par PC d’un réseau ferroviaire

1ère partie : le matériel

JEUX, MODÉLISME, BRICOLAGE

EDiTS Pro

(Photo du premier prototype)

la circulation des convois par le biais del’écran de votre ordinateur, vous enaurez la possibilité.Le logiciel tournant sous Windows quifait de vous un « chef de réseau » seradescrit dans le détail dans l’article dumois prochain. L’article de ce mois-cise limitera à la description de l’unitéde commande et du régulateurmanuel.

L E S C H É M A S Y N O P T I Q U ELa figure 1 vous propose le synoptiquedu système de pilotage pour réseauferroviaire. Les 2 lignes verticales quidivisent l’illustration en deux repré-sentent la voie ferrée. Les composantsqui se trouvent à gauche de la voie fer-rée servent à la commande du réseauferroviaire. Dans sa version autonome,cette partie du système pourra com-

33Elektor 6/99

tamponrépondeurs

microcontrôleur

opto-coupleurRS-232

booster

décodeurde

locomotive

régulateur

8 régulateursau maximum

Märklin C80, C81, C90,Lenz ou super-décodeurde locomotivepar exemple

Märklin ou Lenzpar exemple

980085 - 2 - 11

tamponrépondeurs

microcontrôleur

opto-coupleurRS-232

booster

unité derépondeur

détecteurde train

décodeurd'aiguillageou de signal

décodeurde

locomotive

régulateur

commande logicielledu PC

8 régulateursau maximum Märklin S88

ou Lenzpar exemple

Märklin k83/84ou Lenzpar exemple

Märklin C80, C81, C90,Lenz ou super-décodeurde locomotivepar exemple

Märklin ou Lenzpar exemple

980085 - 2 - 12

21Figure 1. Synoptique de l’ap-proche la plus sommaire per-mettant un pilotage numériqued’un réseau ferroviaire.

Figure 2. Le synoptique d’unecommande de réseau ferro-viaire numérique basée surnotre nouvelle unité de com-mande. On retrouve ici toutesles fonctions indispensables.

X1

4MHz

R1

1M5

C2

22p

C3

22p

C7

100n

K4

K2

K5

8x 47k1

2 3 4 5 6 7 8 9

R3

8x 47k1

2 3 4 5 6 7 8 9

R4

K7

C10

C11C12

C9

C4

K6

MAX232

R1OUT

R2OUT

T1OUT

T2OUT

IC3

T1IN

T2IN

R1IN

R2IN

C1–

C1+

C2+

C2–

11

12

10

13

14

15

16V+

V-

7

89

3

1

4

5

2

6

K8

9

8

1

IC2d

R5

4k7

1 21

IC2a

3 41

IC2b

11 101

IC2e

5 61

IC2c

13121

IC2f

R2

10

0k

C1

100n

S1

RESET

7805

IC4

C8

22µ 25V

C5

2200µ 25V

K1D3

D1

D4

D2

5V 5V

5V5V

5V

5V

5VC4, C9...C12 = 47µ / 25V

IC2

14

7

C6

100n

IC2 = 74HCT04

4x 1N4001

5V

980085 - 2 - 13

MC68HC705B16

PD0/AN0

PD1/AN1

PD2/AN2

PD3/AN3

PD4/AN4

PD5/AN5

PD6/AN6

PD7/AN7

RESET

TCAP1

TCAP2

TCMP1

TCMP2

IC1

OSC1 OSC2

VPP6

PLMA

PLMB

VPP1

SCLK

PA0

PA1

PA2

PA3

PA4

PA5

PA6

PA7

PB0

PB1

PB2

PB3

PB4

PB5

PB6

PB7

PC0

PC1

PC2

PC3

PC4

PC5

PC6

PC7

VRH

IRQ

TDO

RDI

VRL

10

41

31

30

29

28

27

26

25

24

39

38

37

36

35

34

33

32

49

48

47

46

45

44

43

42

14

13

12

11

16 17

18

15

19

22

23

20

21

40

51

52

50

9

5

8

4

3

2

1

7

3

Figure 3. L’électronique del’unité de commande. L’utilisa-tion d’un microcontrôleur puis-sant permet de réaliser un mon-tage étonnamment compact.

porter un maximum de 8 régulateurs,le système de pilotage à microcontrô-leur et le booster (amplificateur). Leditamplificateur applique les signaux decommande numériques aux rails. Il estpossible, avec une technique trèssimple, de piloter jusqu’à 8 locomotivesindépendamment l’une de l’autre.L’électronique qui se trouve de l’autrecôté des rails est celle du décodeur delocomotive. Il faut, si l’on veut que leslocomotives puissent être en mesurede réagir aux signaux de commande,que celles-ci soient dotées d’un mini-mum d’intelligence : le décodeur delocomotive. Il existe 2 approches pos-sibles : utiliser une locomotive dotée enusine d’un décodeur adéquat, soitdoter une locomotive existante d’undécodeur de fabrication-maison. EDITSPro s’accommode, en ce qui concerne

les matériels de chez Märklin, desdécodeurs C80, C81, C90 (qui utilisentl’ancien format de Motorola), les déco-deurs delta et les décodeurs reconnais-sant le nouveau format de Motorola(les 60901, 60902, C95, C95/2). Onpourra également utiliser les déco-deurs de chez Lenz et tout autre déco-deur compatible Märklin. L’auteur s’esten outre attaqué à ce qu’il a appelé unsuper-décodeur de locomotive. Cesuper-décodeur supportera un certainnombre de nouvelles fonctions trèsintéressantes. Il fera appel au nouveauformat de Motorola . Il n’est pas excluque nous revenions à ce super-déco-deur de locomotive dans l’un des pro-chains articles consacrés à EDiTS Pro.Un décodeur de locomotive utilisantl’ancien format de Motorola permet dejouer sur le sens de circulation d’unelocomotive et sur sa vitesse. On dis-pose en outre d’une fonction addition-

nelle telle qu’allumage de l’éclairageintérieur, activation du sifflet, voiredécouplage des wagons.

M A I SC E N ’ E S T P A S T O U TIl est possible de faire encore plus com-plet, comme l’illustre le synoptique dela figure 2. Le bloc encadré, qui com-porte les tampons pour les répondeurs,le microcontrôleur et l’interface sérielle,constitue le coeur du système. Cetteunité de commande communique avecl’utilisateur par le biais d’un maximumde 8 régulateurs analogiques et d’uneliaison sérielle optionnelle avec un PC.Cette dernière caractéristique ouvregrande la porte à l’adjonction d’unenouvelle dimension au réseau ferro-

viaire concerné. On a besoin, pour réa-liser la commande par PC d’un réseauferroviaire, de certaines informationsen provenance de la voie ferrée. Unordinateur ne pourra régler le trafic surun réseau que s’il sait où se trouventles convois. Attention : seules les posi-tions des trains sont prises en comptepour assurer le déroulement correct de

34 Elektor 6/99

Liste des composants de l’interfacede l’amplificateur de puissance

Résistances :R1 = 12 kΩ

Semi-conducteurs :D1 = diode zener 8V2/400 mWD2 = LEDD3 = 1N4148

Divers :S1 = bouton-poussoir à contact

reposK1 = embase DIN à 5 contacts

encartableRe1 = relais 12 VS2 = bouton-poussoir à contact

travail

K1

2

3

1

5

4

Re1

12V

D3

1N4148D2

D1

8V2

S1

S2

R1

12

k

980085 - 2 - 14

1 2 3 4

K8 sur la platine

Figure 4. Cette interface toutesimple rend les signaux de sor-tie de booster de l’unité de com-mande compatibles avec lebooster pour EDiTS.

Figure 5. Cet adaptateur permetde connecter les répondeursEDiTS à l’embase à 6 contacts(aux normes Märklin) prévue àcette intention sur l’unité decommande.

4

2

31

54

980085 - 2 - 15

vers K7 de la platine

vers répondeurs EDiTS

5

K1

10

11

12

13

14

15

1

2

3

4

5

6

7

8

9

S1F0

S2F1

S3F2

S4F3

S5F4

S6TURN

P1

10k

R1

1k

980085 - 2 - 16

régulateur manuel

broche 1:

broche 2:

broche 3:

broche 4:

broche 5:

broche 6:

broche 7:

broche 8:

broche13:

broche14:

broche15:

vers K4 broche 1

vers K4 broche 2

vers K4 broche 3

vers K4 broche 4

vers K4 broche 5

vers K4 broche 6

vers K4 broche 7

vers K2 broche 1...8 (8 régulateurs au maximum)

vers K5 broche 1...8 (8 régulateurs au maximum)

GND (par exemple, broche 9 de K5)

+ 5V (par exemple, broche 10 de K5)

embase DB15:

6

Figure 6. Schéma durégulateur manuel. Ilse résume à un poten-tiomètre, à 6 interrup-teurs et à un pont decâblage.

Liste des composants de la com-mande manuelle

Résistances :R1 = 1 kΩP1 = 10 kΩ

Divers :S1 à S6 = bouton-poussoir à contact

travailK1 = embase sub-D femelle à

15 contacts

la circulation. Les positions desaiguillages et des signaux ne sont pasinterrogées. Il est bien entendu pos-sible de piloter lesdites fonctions parlogiciel, approche pour laquelle EDiTSPro a, cela va de soi, été configuré.

D É C O D A G E S U RM E S U R EOn a besoin, en présence d’une com-mande de réseau ferroviaire numé-rique, d’un certain nombre de déco-deurs en vue de régler la circulation desconvois. On aimerait bien pouvoir télé-commander, outre les locomotives vom-brissantes, également les aiguillages, lesportiques de signaux, les unités de désa-couplage et bien d’autres fonctionsencore. Les wagons eux-mêmes peu-vent posséder des fonctions, l’éclairageintérieur par exemple, que l’on appré-cierait de pouvoir commander à dis-tance. Il est en outre « vital » de savoiroù se trouvent les différentes locomo-tives. Des modules spécialisés, appelésrépondeurs, signalent le passage d’untrain et transmettent cette information

à l’unité de commande.

U N M I C R O C O N T R Ô L E U R ,U N S E U LNous vous proposons, en figure 3, leschéma de l’unité de commande nou-velle mouture. Elle n’appelle en faitque fort peu de commentaires. Sescaractéristiques : compacité et numéri-sation totale. Les bits et les octets sedonnent rendez-vous au coeur de ceprojet, un MC68HC705B16. Ce micro-contrôleur de chez Motorola possède8 entrées analogiques (AN0 à AN7),3 ports d’Entrées/Sorties (I/O) à 8 bits,une ligne sérielle et un oscillateur inté-gré. Que peut-on demander de mieuxpour la présente application ? Unquartz, X1, une paire de condensateursC2 et C3, et une résistance, R1, serventà réaliser l’oscillateur qui travaille à4 MHz. La communication avec le PCse fait par le biais d’une interface RS-232. Ceci explique la présence de IC3,un MAX232, chargé de donner auxsignaux TTL les potentiels permettantleur utilisation par l’interface RS-232 et

vice-versa. Le PC est connecté, au tra-vers de l’un de ses ports sériels libres,COM1 à COM4, à l’embase K6. Lescondensateurs C4 et C9 à C11 conver-tissent une simple tension continue de5 V pour disposer des niveaux de ten-sion requis par cette fonction.L’embase K8 constitue une seconde sor-tie sérielle. On y retrouve 4 signaux : lesignal du booster sous la forme doublede niveaux RS-232 et TTL, la tensiond’alimentation et la masse. Les signauximpulsionnels vont au booster, amplifi-cateur qui les applique ensuite aux rails.Nous avons développé une interfacede booster à l’intention de l’amplifica-teur de puissance d’EDiTS dont lafigure 4 donne l’électronique. Ce circuitajoute aux signaux de base une fonc-tion marche/arrêt. Dès l’activation dubooster, par fermeture brève de l’inter-rupteur S3, la LED D1 s’allume et lerelais se ferme. L’information en prove-nance du contrôleur est dirigée vers lebooster. Une action sur S4 provoquel’ouverture du relais de sorte que lebooster se trouve déconnecté de l’unité

35Elektor 6/99

Liste des composants de l’unité decommande

Résistances :R1 = 1MΩ5R2 = 100 kΩR3,R4 = réseau SIL de 8 résistances

de 47 kΩR5 = 4kΩ7

Condensateurs :C1 = 100 nFC2,C3 = 22 pFC4,C9 à C12 = 47 µF/25 V radialC5 = 2 200 µF/25 V radialC6,C7 = 100 nFC8 = 22 µF/25 V radial

Semi-conducteurs :D1 à D4 = 1N4001IC1 = MC68HC705B16

(EPS 986518-1)IC2 = 74HCT04IC3 = MAX232 (Maxim)IC4 = 7805

Divers :X1 = quartz 4 MHzS1 = interrupteur unipolaire à

contact travailK1 = embase SIL à 2 contactsK2,K4 = embase SIL à 1 rangée de

8 contactsK5 = embase SIL à 1 rangée de

10 contactsK6 = embase SIL à 1 rangée de

3 contactsK7 = embase SIL à 1 rangée de

6 contactsK8 = embase SIL à 1 rangée de

4 contacts

980085-1(C) ELEKTOR

B1 B2

B3B4

C1

C2

C3

C4

C5

C6

C7

C8

C9

C10

C11

C12

D1

D2

D3

D4

IC1

IC2 IC3

IC4

K1

K2

K4

K5

K6

K7

K8

R1

R2

R3

R4

R5

S1

X1

980085-1

980085-1(C) ELEKTOR

7

Figure 7. Dessin des pistes etsérigraphie de l’implantation descomposants de la platine del’unité de commande.

de commande. En cas d’activation de laprotection de court-circuit du booster,le relais décolle automatiquement.Nous n’allons pas, dans le présentarticle, nous attarder au booster pourEDiTS, cet amplificateur chargé deconvertir les signaux numériques enune tension dont l’excursion va de + à–15 V, sachant que nous vous propose-ront une version réactualisée du boos-ter pour EDiTS dans le prochainnuméro. Notre intention future est depouvoir utiliser également le boosterde chez Märklin. Les signaux TTL pré-sent sur l’embase K8 sont spécialementprévus à l’intention de ce dernier.Les lignes du port A (PA0 à PA7) ser-vent à la communication avec lesrépondeurs. Cette communication sefait par le biais d’un liaison à 6 conduc-teurs, approche conforme à celle utili-sée par Märklin. Il est également pos-sible d’utiliser les répondeurs prévus àl’origine pour EDiTS, leur connexion sefaisant cependant par l’intermédiaired’un câble d’adaptation. L’interface à5 fils des répondeurs pour EDiTSpourra être combinée à une connexionà 6 fils selon la technique illustrée enfigure 5. Si l’on utilise simultanémentdes répondeurs prévus pour EDiTS etdes répondeurs Märklin, on intercalerales décodeurs à 6 fils de Märklin entreles répondeurs pour EDiTS et l’em-base K7 de l’unité de commande.Les ports B, C et D, servent tous 3 à lacommunication avec les 8 régulateursmanuels. Il nous paraît judicieux, avantd’aller plus avant à ce sujet, de nousintéresser aux régulateurs manuels

dont la figure 6 donne le schéma.Chaque régulateur comporte un cer-tain nombre de composants, à savoirun potentiomètre de 10 kΩ et quelquesinterrupteurs. Le potentiomètre sert àjouer sur la vitesse du convoi. Lecontrôleur devant pouvoir interroger8 régulateurs différents, ses 8 entréesanalogiques sont utilisées. Les extrémi-tés « chaudes » et « froides » des poten-tiomètres (VCC et GND) sont respecti-vement interconnectées entre elles,seuls leurs curseurs attaquent chacunleur propre entrée analogique auniveau du contrôleur.Chaque régulateur manuel comporte,outre le potentiomètre, 6 touches defonction et un pont de câblage. 2 destouches de fonction servent tant pourl’ancien format Motorola que pour lenouveau, demi-tour et F0. F0 est unefonction indépendante du sens de cir-culation servant dans la plupart des casà la mise en fonction ou non des lan-ternes avant. Les 4 touches de fonctionrestantes, F1 à F4, ne peuvent être uti-lisée qu’avec le super-décodeur delocomotive et les autres décodeurs delocomotive reconnaissant le nouveauformat de Motorola.Il faut implanter un pont de câblagesur le connecteur si l’on veut choisir ceformat. Par l’implantation de ce pontde câblage on signifie l’utilisation du« nouveau » format de Motorola. Il estpossible, par le biais de cette adjonc-tion, de faire circuler simultanémentsur le réseau et des locomotives requé-rant le nouveau format et des locomo-tives travaillant avec l’ancien format.

Le positionnement du pont de câblagesur l’embase, entre ses broche 7 et 8,permet d’économiser une ligne desorte que l’on peut connecter les régu-lateurs manuels au système à l’aided’un morceau de câble plat à10 conducteurs.Tous les interrupteurs sont reliés auxentrées correspondantes du port C. Laconnexion qui leur est communeattaque le port B, de sorte que l’on aune interrogation cyclique de tous lesrégulateurs manuels. On pourra, si l’onsait dès le départ que l’on n’utiliserajamais que l’ancien format de Moto-rola, faire fi de ces interrupteurs defonction, F1 à F4.

M I S E S U R C U I V R ENous vous proposons en figure 7 ledessin des pistes et la sérigraphie del’implantation des composants del’unité de commande. La simplicité duschéma se reflète dans la compacité dela platine. Il suffit d’un peu de soinpour être assuré de réussir ce projet. Lafigure 8 montre comment utiliser lessignaux présents sur les embases pourétablir les liaisons vers les différentssous-ensembles constitutifs du réseauferroviaire numérique.Après en avoir terminé avec l’aspectmatériel de l’unité de commande, ilnous reste à vous donner rendez-vous,dans le prochain numéro, où nousnous intéresserons au logiciel tournantsous Windows et à l’indispensablebooster pour EDiTS.

(980085-2)

36 Elektor 6/99

R5

101112131415 12345678 9

R1

101112131415 12345678 9

K2

1

2

3

4

5

6

7

8

K4

1

2

3

4

5

6

7

8

K5

1 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

R6

101112131415 12345678 9

R2

101112131415 12345678 9

R7

101112131415 12345678 9

R3

101112131415 12345678 9

R8

101112131415 12345678 9

R4

101112131415 12345678 9

12345678910111213 141516171819202122232425

RS232

K6

1 32

980085 - 2 - 17

8

Figure 8. Câblage de l’unitéde commande. Aucun risquede problème si l’on tientcompte des informationsfournies.