Добрый день.

Есть много форумов, посвященных моделированию ЖД. Проблема в том, что сейчас все управление переводится на цифровое, а среди моделистов профессиональных электронщиков мало.

Поэтому у меня есть несколько конкретных вопросов, которые хотелось бы задать именно на этом форуме, где находятся профессионалы-электронщики.


Итак... Начнем с самого начала. Дано: макет ЖД в виде рельсового полотна под управлением "цифры", т.н. DCC. Если кратко, то это что-то вроде ШИМ сигнала с амплитудой +- 18 вольт. Т.е. переменный ток, только не по синусоиде а четкими прямоугольными импульсами. Чуть подробнее тут www.oscale.net/en/dcc.

Для автоматизации различных элементов используются т.н. аксессуарные декодеры. Вот о них и хочется поговорить.

Первая часть любого подобного устройства - схема питания. Питание берется по традиции с рельс, преобразовывая тот самый цифровой сигнал. Питать будем микроконтроллер. Без разницы какой... Надо получить стабильные 5В.

Типовая схема во вложении. При проектировании и изготовлении особое внимание делается на максимальную миниатюризацию. Желательно подобрать параметры схемы так, чтобы она занимала как можно меньше места.

Вопросы:
1) В качестве диодного моста используются диоды Шотки. Например 15MQ040. Сушествуют ли бюджетные мосты-сборки, чтобы не вставлять четыре отдельных корпуса? Или не заморачиваться?
2) В качестве стабилизатора питания выступает LM78L05. Есть ли разница, в каком корпусе брать элемент? Вопрос не праздный, учитывая то, что потенциально элемент может сильно греться.
3) В приложенной схеме использовано 4 конденсатора. Я так понимаю - для устранения помех по питанию. В то же время, в других источниках оставляют только два конденсатора. Насколько в данной схеме оправдано применение 4-х конденсаторов и можно ли их число сократить? Что думаете по номиналам конденсаторов? Можно ли подобрать номиналы электролитов так, чтобы реально детали занимали как можно меньше места? Посоветуйте.

Заранее спасибо.

Андрей.

Ответы на все ваши вопросы зависят от параметров нагрузки. Конкретно от требуемого тока и допустимого уровня пульсаций

Ну раз там стоит 78L05, то до 100мА. (0.5Вт все устройство)
Решение простое, но очень неэффективное в смысле энергетики. КПД процентов 25-30...
С2,С3 можно заменить керамикой в 1 мкФ. А вот С1... если там не синус, а таки прямоугольник, то можно намного меньше емкость. Только ток нужно ограничить, а то и малая емкость все полезные сигналы на шине подавит (я по ссылке не смог понять какова частота этого биполярного кода).
Диоды Шоттки - тут баловство, ничем не оправдано их применение, можно простой SMD мостик.
Где этот Транссиб строится? Если бы на Украине - наклепал бы вам этих игрушек и им подобных на всю старшую группу. Если только это не два любителя на весь континент.

Уважаемый XVR!

Помогите мне ответить на Ваш вопрос. Я не знаю, как правильно посчитать.

Если отталкиваться от стрелочного декодера, то в качестве нагрузки выступают
а) сама схема декодера
б) какое-то количество светодиодов, подключенных, впрочем, непосредственно к выводам МК
в) микросервомашинка или соленоид для перевода стрелки.

Сколько все это будет потреблять я не знаю. Думаю, что в "пике" не более 1А. Это когда одновременно срабатывает соленоид и горят огни светофоров. Самих светофоров стандартно три, причем исходим из того, что на каждом по 3 светодиода.

Если в качестве "ядра" брать плату ардуино, то я так и не нашел, сколько она потребляет. Вот ссылка на описание платы. Кстати, в описании есть один интересный момент:

Судя по схеме, если использовать эту плату, то блок питания можно упростить до диодного моста с 1-2-мя конденсаторами?

Если USB, то сразу ограничение 500 мА. Большее ограничение - это контроллер мега. Вроде максимум 200 мА по пинам питания. В работе на 16 МГц, без подключенной нагрузки это устройство явно не потребляет более 15 мА. Потребление Меги зависит от режима и частоты, ток можно обнаружить в даташите

Не знаю, что у вас там за рельсы, но у меня в детстве была модель ЖД PICO. Там был локомотив на 12В, питалось все это от батареек. Так вот, при движении локомотива по рельсам, естественно, кратковременно нарушался контакт м/у рельсами и колесами. Тяговый двигатель - индуктивная нагрузка, посему по пальцам, держащим провода на клеммах батарейки, в такие моменты лупило очень неслабо. На двигателе был смонтирован искрогасящий конденсатор, но все равно выбросы очень чувствовались. Так вот, этот ваш блок питания и вся электроника проработают до первого такого выброса. И диод для его гашения тут не годится, поскольку провода к клеммам могут быть подсоединены как угодно (а вдруг захочется двигаться не вперед, а назад). Вот о чем надо думать в первую очередь ...

USB только для программирования контроллера. Потом автономное питание от рельс и никакой связи с компом. Просто мне понравилась платка - отличный готовый под любую задачу модуль.



К сожалению, не все так просто. Дело в том, что я начал очень издалека, поэтому все и кажется таким простым.

Вот дополнительная информация о DCC .

Диоды Шотки применяются в силу относительной высокочастотности сигнала.

Что касается Трансиба, то DCC - общемировой стандарт цифрового управления сейчас... 8-) Поэтому хочешь или нет, но отталкиваться только от него. Сначала блок питания. Потом сам декодер. Затем исполнительные устройства...

Это копейки (по сравнению с остальным)
Это уже что то. Если брать по 20ма на светодиод, то получится ~180ма (3 светофора по 3 светодиода)
А вот это и определит энергопотребление.
Ок, 1А. Падение на стабилизаторе - 18-5=13В, на 1А - 13Ватт. Он у вас испарится Нужно отделять питание соленоида, тогда будет ~4W (возьмем 100ма на остальную электронику). Испарится, хотя и не сразу Вам нужен импульсный источник питания. Или отделять ВСЮ более менее потребляющую нагрузку и запитывать ее без стабилизатора (все тепло бкдет рассеиваться на гасящих резисторах)
Там по сути одна ATMega, т.ч. он потребляет ровно столько, сколько потребляет ATMega (это в DS на ATMegу)

Суньте ее сразу в розетку, что бы не мучилась Там стоит тот же 78L05, и он так же испарится от 1А нагрузки

Извините, если что не так скажу (не хочу обидеть), но вы очень давно не интересовались текущим состоянием дел в ЖД моделизме. Сейчас используется цифровое управление локомотивами и стрелками. Самому локомотиву все равно куда ехать - он получает команды от пульта управления в цифровом виде. При этом, по одним и тем же рельсам может ездить хоть десять составов и каждым можно управлять индивидуально - направление, скорость и т.д. Локомотивы по ходу движения включают белые прожектора и фары, сзади красный фонарик, работает освещение в вагонах и кабинах машиниста. Особо продвинутые модели сами поднимают-опускают пантографы на крыше и открывают-закрывают двери вагонов.

Все в цифре. Изменились двигатели и схемы управления ими. Ну и т.д. Рассказывать могу долго. 8-) И что характерно, в каждом локомотиве, в каждом вагоне (к примеру пассажирском, чтобы свет включить) стоит декодер на МК и все работает. Не сгорает.



Хорошо. Вот схема абстрактного аксессуарного декодера. Он собран на другом МК, но за основу взять можно.

Тогда получаем, что энергию для исполнительных устройств берем сразу после диодного моста, так? А через 78L05 пускаем только то, что надо для питания самого МК?

Чистая правда, это было более четверти века назад Та дорога до сих пор лежит в кладовке. Я и не говорю, что я спец в моделизме. Но высказать свое предупреждение просто обязан. Мало ли что ...

Anri777 Неужели на современной РЖД повсеместно АВРки? Так вот куда они все делись.
Посмотрите на тот МК, который "работает в каждом локомотиве". На основе чего он сделал и как питается. Его разработчик прошел ваш путь, возможно это сократит вам разаработку.
Я не понял как идёт сигнал? В реальной дороге. Между рельсами?

Именно так

Вопрос по схеме (сообщение №9). Какие габариты есть сейчас и какие хочется? Сколько и каких каналов управления нужно? Если управлять только светом в вагоне (т.е. это 1 малопотребляющий канал) - то можно очень миниатюрно. А вообще действительно интересно глянуть осциллографом что делается на рельсах во время движения поезда (в смысле амплитуды выбросов и их длительности, если таковые будут, а они наверняка будут). Может имеет смысл делать несколько разных? Там, где мощьная нагрузка целесообразно применить импульсный стабилизатор. Чтобы запрограммировать МК нужно знать формат команд. Он где-то есть?

А как задается код (адрес) конкретного паровозика?

Идея "поезда смерти" уже витает в воздухе.
Да. Как с защитой этой системы?

Прочитал. Можно перепрограммировать и адрес и настройки.

Коллеги! Отвечаю сразу всем...

То, что хочу сделать - это продвинутый стрелочный декодер. Который должен умещаться под декоративной насыпью.

У меня сейчас нет достаточного места для сборки стационарного макета. Я хочу взять рельсы с декоративной насыпью типа GeoLine и собирать на полу временные путевые схемы для покатушек (покатался и разобрал). Для оживления такого "недомакета" в районе стрелок хочу поставить светофоры (либо врезать просто светодиоды в пластик декоративной насыпи) и моторизовать привод стрелок.

Причем светофорную сигнализацию сделать ПРАВИЛЬНО, с учетом данных о занятости путей. Ни один из существующих декодеров не обладает такой функциональностью и такими габаритами. Габариты - вещь определяющая, так как для сборно-разборного хозяйства крайне важно, чтобы небыло лишних пучков проводов, ведущих к внешним "мозгам".

Теперь по реализации... Берем плату arduino nano v5 и добавляем туда:
1) схему питания
2) датчики тока
3) пару ключей на транзисторах для привода стрелки.

Собственно, я и начал тему с обсуждения схемы питания. Чтобы понять что необходимо и достаточно. Ибо места крайне мало. Там зазор таков, что и сантиметра не будет.

Дальше - для нормальной работы светофорной сигнализации необходимо знать - есть ли поезд на путях или нет. Тут надо задействовать токовые датчики - это одна из сложных тем, над которыми я думаю...

Вот что-то типа того.

Если честно, то DCC для управления макетом как корове седло. Для управления локомотивами - самое то. А вот управлять светофорами, элементами пейзажа и стрелками, излишне. В принципе, вам достаточно одного самопального блока вывода дискретных сигналов и блока ввода дискретных сигналов и комп все сможет на макете зауправлять.

А точно по теме топика: пофиг какой стоит мост - главное чтобы тянул нагрузку. Если нагрузка маленькая - светофор , то подойдут любые диоды , скажем 1n4147 или полумостики BAV99. 78l05 можно взять в корпусе sot89. 5 вольтовый стабилизатор используется только для питания процессора. Ток целевой нагрузки через него не проходит. На электролитах экономить не стоит. Если очень габариты жмут - возмите чиповые электролиты, хотя на 25 вольт особого выигрыша по размерам перед алюминиевыми не получится.



Вы меня опередили немного. С током так. Я наличие локомотива на участке определял токовым трансформатором. На 10 ферритовом кольце наматывал две обмотки по 50 витков. Через одну питался участок рельсов, вторая усиливалась усилителем, дальше диодик и конденсатор. Пороговым элементом был затвор полевого транзистора. У меня это работало с дорогой Pico. Но особой разницы с теперешними локомотивами не будет. Когда локомотив стоит или едет на участке , в цепи его питания появляется помеха, которую усиливаем. Собственно и все.


ИМХО светофоры к стрелкам трудно привязать. Выходные, да. А входной на удалении. Проходные вообще песня, он в стороне отвсего. Но у них, да , важно наличие локомотива определять. Я бы сказал так, что остро стоит проблема определить КАКОЙ локомотив находится на этом участке.

Посмотрел arduino nano v5. Показалась очень большой. Можно меньше придумать для таких целей. Что касается наличия поезда. На железной дороге все устроено так: После каждого светофора один пролет на одной рельсе не подключен к остальным и служит датчиком прохода поезда. Перегон считается занятым если было зафиксировано прохождение поездом светофора, а свободным становится после прохождения следующего светофора. Если рельсы представляют из себя разные проводники, то вероятно датчик прийдется делать оптическим и маскировать под что-то.

Оживились , детишки!
В те давнии времена, когда я играл, был такой фрагмент рельсов с одним выводом. Типа, паровоз колесом замыкал рельс на него. Вот вам и датчик входа -выхода на участок пути.

Не заморачиваться. Мосты обычно существенно дороже, чем отдельные диоды, а параметры хуже. Если уж совсем места нет и бюджет позволяет, тогда уж мост.

Товарищи! Вопрос не обсуждается даже в принципе. Занятым блок-участок считается всегда, когда на нем стоит или едет хоть одна единица подвижного состава.

Поэтому никаких замыканий рельс паровозиком и никаких оптических датчиков. Только один вариант есть - датчик тока или вариации на тему.



Спасибо. А вот такой вопрос - у платы своя "кренка" на 5 вольт, но уж больно дохленькая она. А у меня после диодного моста получается 19 вольт напряжение. Чем бы минимальным и разумным снизить хотя бы вдвое? Я уж не говорю о вольтах так 6-ти.... 8-)

И еще - частота сигнала DCC довольно большая. Поэтому и рекомендуют ставить диоды Шотки. Насколько это оправдано и что будет, если поставить обычные выпрямительные диоды?

Стабилитроном (последовательно) достаточной мощности
7KHz это не очень большая. Обычные Fast (или Ultra Fast) диоды подойдут.
Будут греться

Сделать датчик тока не так уж и сложно. Но давайте представим себе ситуацию с несколькими перегонами подряд друг за другом. Гдето едет, где-то стоит. Теоретически если измерять ток перед каждым перегоном, то вычисляя разницу между соседними датчиками можем судить есть там потребитель или нет. Но вот если соединить несколько перегонов в круг, а на практике наверняка в основном замкнутые круги, да еще и с ответвлениями в т.ч. круговыми, тогда задача похоже нерешаема.
Ну да. Если въехал, но не выехал, то конечно занят и не важно стоит или едет.

p.s. Вот подумалось, а может можно считать шпалы оптопарой? Тогда схему дороги можно заложить в память по количеству шпал и задавать точное положение поезда простой командой.

Вот такое есть уже с датчиками тока
http://www.santimir.net/digital-control/type-209-1/

Ну , незнаю. Помоему это из-за примитивности системы.Например, если единица стоит , то никакой датчик тока вам не поможет, тока не будет.
Помню, у меня была такая штука : напоминала поляризованное реле , к ней подключались два рельсовых контакта (входной и выходной)светофор ,и думаю , смежный участок пути.
Контакт второй справа.
А вообще, DCC -фигня, я бы подумал заменить прямоугольники синусом и пустить видео по рельсам.

Да, но такой формат сильно упрощает обработку. Конечно прикольней было бы сделать чтото типа RS485 и модулировать несущую. А совсем уж хорошо это на TR24A или типа того. Установить маркеры в виде ИК светодиодов в нужных местах и программировать по радио что делать если увидит следующий маркер.

Будет. DCC декодер тоже что то потребляет, даже если сам паровоз стоит

Что посоветуете, если предельный ток потребления МК невелик, думаю, что десятки мА, а напряжение желательо снизить с 18В до 10-6В?



Примитивность обманчива. Локомотив даже если не едет, то что-то потребляет. Хотя бы тот же декодер, как писали выше. А если оторвался вагончик на перегоне, то в каждом вагончике вставляется резистор между колесами.

BZX85-C8V2

1,3 Вт точно хватит? Не будет ли сильно греться? Дело в том, что теплоотвода не будет совсем...

Мощность, рассеиваемая стабилитроном будет 8,2*0,05=0,41 Вт. Проблем быть не должно. Выводы по возможности длиннее оставте или поставте последовательно два BZX85-C4V7. В данном конкретном случае практика критерий истины. Пробуйте.

В итоге вся цепь - выпрямитель, балластный стабилитрон и стабилизатор всегда будут рассеивать одну и ту же мощность. Что в лоб, что по лбу. При отсутствии теплоотвода и потреблении 50 mA - где-то 0.75W. Это довольно много. Альтернатива - импульсный стабилизатор, ширпотребная MC34063. И по первичке сразу раза в три уменьшится потребление, и стабилизатор будет холодный.

Вы где такие токи насчитали? От стабилизатора питается только процессор. Нагрузка идет просто чрез мост.

-------------------------------
Что посоветуете, если предельный ток потребления МК невелик, думаю, что десятки мА, а напряжение желательо снизить с 18В до 10-6В?
-------------------------------

Собственно процессор, разумеется, в реальности жрет меньше (меньше десятка mA), но тогда несерьезно говорить о сколько-нибудь существенной тепловой нагрузке на 78L05, и не потребовался бы балласт на ее входе. А если там еще какие-то исполнительные элементы, хоть бы светодиоды - 50 mA вполне реально.



Да это как бы понятно. Потребление нагрузки никуда не денется.

Ток взят от фонаря. Было сказано "десятки миллиампер". Ни вашим-ни нашим = 50 мА. А на MC34063 действительно реально сделать стабилизатор до 0,75 А в малом габарите. Даже наверно было бы разумно и моторчик от него питать.

Пластмассовыми?
Или сейчас все железные?
Потребление моторчика и чегонибудь в вагончике -две большие разницы.

Будет

Разумно, но там другое напряжение.

Те контроллеры, что видел, сделаны на пиках. Ест все это добро до 15 мА, собственно вопрос по 78L05 этим и закрывается.

Определять занятость пути проблема нерешенная. Вагоны ничего не потребляют и колеса пластмассовые. Если по-простому - только по наличию локомотива. Теоретически можно скажем немного модифицировать оптический метод - отслеживать наличие тени вагона или локомотива над фотодиодом. Весь макет сверху освещать импульсно инфракрасными светодиодами. Вообще говоря, это могло бы немного напряженность снять - несколько датчиков могли бы весь блок участок охватить.

Колеса с завода пластмассовые. Да. Но не везде. Дело в том, что сейчас в каждом пассажирском вагоне должен быть предусмотрен свет. И не просто свет, а произвольное включение-выключение. Иногда делается не просто свет, а включается режим имитации пассажиров - произвольное включение света в разных купе и в туалетах, свет в тамбуре и в купе разного "оттенка" 8-) и т.д.

Поэтому часть вагонов уже имеет токосъем с завода. Те же, кто не имеют, могут быть "проабгрейжены" путем перестановки колпары на колпару с токосъемом.

В ряде случаев для нормального токосъема используется металлический обод колеса. Иногда надо извращаться хитрее.

Вы вот эту ссылку видели? Там же как-то уже решена проблема определения наличия поезда именно токовыми датчиками.

http://www.santimir.net/digital-control/type-209-1/

Там некий клон, похоже, схемы, фрагмент которой в аттаче.

Весьма интересная схема. Я ее не понял. ТАм трехпозиционный джампер, он должен быть поставлен в положение замыкания контактов 1 и 2. (Положение 2-3 для подключения датчика холла.)

Так вот - выход с диодного моста по схеме просто закорочен. Это как так? Почему? И при этом, это реальная работающая схема. Лично я впервые с таким встречаюсь.

А что на входе?
Думаю, просто, это ограничитель напряжения на леде оптрона.

На входе DCC сигнал. Условно можно считать за переменку, только не синусом, а прямоугольником и амплитуда 20 вольт.

Вы бы схему включения этого модуля нарисовали: рельсы , подключение DCC, резистором -паровозик...
А так это кофейно-гущевое гадание в крещенский вечерок.

Получается просто защитный диод против выбросов, (от индуктивной нагрузки)