Le matériel
Les différentes positions des trains proviennent des cellules photo-électrique placées sous les voies. Ce montage est placé sous le caisson et seule la cellule passe à travers et se loge entre les rails. Cette carte est simple et nécessite peu de composants : (quelques résistances, 2 transistors, une cellule photo-électrique et un potentiomètre. Ce dernier sert à l’ajustage du niveau de détection (fort utile quand on se déplace en exposition !)
Les cellules sont multiplexées par une carte multiplexeur. La carte multiplexeur permet de limiter le nombre d’entrées utilisées sur la carte d’entrées / sorties. Actuellement, nous utilisons 42 cellules photo-électriques qui utiliseraient donc 42 entrées. Grâce à ce multiplexage, il y a un bus de 8 bits de données et 2 lignes de commande soit 10 au total. Avec ce montage, on peut gérer jusqu’à 32 entrées pour 10 lignes utilisées seulement. Pour gérer le réseau complet, nous avons rajouté une deuxième carte multiplexeur. Les 2 lignes de commande pilotent un démultiplexeur 2 vers 4, qui permet de sélectionner un registre parmi 4. Ces registres sont le reflet de chaque entrée et quand le PC veut connaître l’état d’une entrée, il interroge le démultiplexeur qui lui adresse les états de 8 cellules consécutives.
Le multiplexeur envoie les informations vers des cartes d’E/S placées dans le PC. Ces mêmes cartes servent aussi pour commander toutes les sorties utiles à notre réseau. C’est l’interface entre l’ordinateur et le monde extérieur. Cette carte est capable de piloter 24 entrées ou sorties par bloc de 8 (sauf 1 bloc qui peut être coupé en 2). Elle est au format ISA et s’insère dans un connecteur sur la carte mère du PC. Son adressage est compris entre 300H et 31FH; ce qui permet d’avoir plusieurs cartes dans le même PC. Actuellement, nous en utilisons 2 mais une troisième sera peut être nécessaire pour les extensions. Nous avons isolé le bus PC par des buffers et un système de décodage d’adresses permet de sélectionner mon PIO (périphérique entrée / sortie). En sortie de carte, nous avons aussi bufférisé les signaux car le PIO ne peut délivrer de fort courant.
Le PC commande donc plusieurs cartes ayant chacune un rôle bien précis :
- la carte convertisseur numérique/analogique. Cette carte, très simple, permet de convertir la valeur numérique (ex: 10010000) de la tension à appliquer au canton en valeur analogique (ex: 10 Volts). Cette tension sera ensuite appliquée à l’entrée du démultiplexeur pour être acheminée vers le canton désiré.
- la carte démultiplexeur. Elle permet de dispatcher la tension venant du convertisseur numérique / analogique vers les cantons. Quand elle est entièrement montée, elle peut gérer jusqu’à 48 cantons. Le principe est d’utiliser des démultiplexeurs 4 vers 16 (1 monté mais 3 possibles) qui attaquent des drivers pour interfacer le 5V avec le 12 voire 14V qui alimente les trains, via des inverseurs de niveau. Les résistances servent de pull-up pour les drivers. Il ne reste plus qu’à acheminer la tension au bon endroit grâce aux switchs analogiques.
- la carte puissance. Composé de 8 voies, elle est le dernier étage avant les rails et le train. Elle se décompose en 2 parties qui sont:
- l’étage de puissance lui-même. Il reçoit la tension analogique depuis le convertisseur via les « interrupteurs » et doit conserver cette tension de référence et amplifier le courant pour piloter la locomotive. Cette tension est mémorisée et isolée de la puissance par un ampli-opérationnel. Ce dernier attaque 2 transistors montés en Darlington. La tension est ensuite envoyée sur les contacts d’un relais avant d’être acheminée sur les voies de roulement.
- le sens du train. Celui-ci est donné directement par les cartes d’entrées / sorties qui pilote des transistors en commutation. Ces derniers alimentent les bobines des relais décrits ci-dessus, protégés par des diodes de roue libre.
Lors d’une extension de notre réseau, il suffit de refaire les cartes nécessaires et de modifier le programme pour prendre en compte les modifications. Pour le suivi des déplacements des trains, nous avons placé des diodes électroluminescentes de couleur verte pour un sens et rouge pour l’autre. Les cellules de détection sont visualisées par des LED jaunes. Le réseau est aussi dessiné sur une plaque de contre-plaqué peint en blanc. L’ensemble représente donc le TCO.
Le logiciel
Tout d’abord, le réseau ferroviaire est découpé en plusieurs tronçons appelés cantons. Les cantons sont équipés de détecteurs de présence train en début et en fin. Ces détecteurs sont des cellules photo-électriques qui détectent un train par occultation de la lumière, ce qui permet d’utiliser tout type de trains. Chaque canton est piloté en sens et vitesse, ce qui nous donne la possibilité de gérer plusieurs trains indépendamment les uns des autres (vitesses différentes et/ou sens différents). La maquette actuelle comporte 21 cantons, 42 cellules photoélectriques et 15 aiguillages. Tout cet automatisme est géré par une électronique interfacée avec un ordinateur PC et le programme écrit en langage C, tourne sous DOS. Le logiciel pilote directement les adresses des entrées / sorties du PC de manière à gagner du temps pour suivre toutes les actions en cours.
Les fonctionnalités du logiciel sont :
- la possibilité de gérer jusqu’à 5 trains (il n’y a pas de limite physique, c’est le nombre de cantons qui nous limitent) en sens et en vitesse.
- le système gère les itinéraires en empêchant les collisions. On peut aussi interdire certains cantons, ce qui obligera l’ordinateur à calculer une autre route. Dans l’impossibilité de trouver une voie libre, le train s’arrêtera.
- la gestion des aiguillages, activés automatiquement de façon réaliste (aiguillages à moteur).
- la possibilité de passer en mode « manuel » pour manœuvrer.
- autotest des cantons, aiguillages et cellules photo-électriques.