Voíšek-Písek-ModelovéModelové kolejišt ízené pomocí DCC a PC
Voíšek Jií
SPŠ a VOŠ Písek Karla apka 402, Písek
Prohlášení Prohlašuji, e jsem svou práci vypracoval samostatn, pouil jsem pouze podklady (Internetové stránky, SW atd.) uvedené v piloeném seznamu na konci práce. V ………… dne ………………… podpis: ……………………………
ANOTACE Zámrem práce je seznámit veejnost s touto moností ízení modelové eleznice.
Nikoli detailní popis principu innosti, který by byl pouhým pekladem norem. Má práce
spoívala ve studiu podklad a postavení funkního celku ze zakoupených komponent.
Testovací okruh, který bude prezentován se z skládá z základních komponent potebných pro
bezproblémovou innost. Práce bude pokraovat a k plné automatizaci provozu na kolejišti.
Výsledkem je pln funkní digitální modelové kolejišt, které se bude dále rozrstat o
další prvky a rozšiovat tak své monosti.
Klíová slova: Digital Command Control (DCC); Digitální signál; Dekodér; firma Lenz; Software TrainController od firmy Freiwald
OBSAH Strana Úvod 1. Teoretická ást……………………………………………………. 1
1.1. Historie………………………………………………………... 1 1.2. DCC – Obecn …………………………………………….. 1 1.3. Digitální signál …………………………………………….. 2
1.3.1. Kódování signálu ……………………………………… 2 1.3.2. Definice paket………………………………………… 2 1.3.3. Základní píkazy ……………………………………… 3
1.4. Hardware……………………………………………………… 4 1.5. Software………………………………………………………. 4
2. Praktická ást……………………………………………………... 5 2.1. Digitalizace kolejišt………………………………………….. 5 2.2. Programování…………………………………………………. 5 2.3. Závr………………………………………………………….. 5
1. Teoretická ást
1.1. Historie Od poátku se pouívala metoda „blokového ovládání“. Jednalo se v podstat o
napájecí zdroj a reostat, pípadn ovládací pult s vypínai. ím vtší naptí se do koleje
pouštlo, tím jela mašinka rychleji. Problém nastal, kdy jsme chtli ovládat více ne jednu
lokomotivu souasn. Muselo se pikroit ke galvanickému rozdlení kolejišt na nkolik
vypínatelných úsek a bylo tedy poteba nkolik napájecích zdroj.
V dnešní dob, kdy se stále více pouívají digitální technologie, se není emu divit, e
zasahují i do oblasti elezniních model. Firmou Lenz byl roku 1989 vyvinut dnes
nejrozšíenjší systém „Digital Command Control“ se zkratkou „DCC“. Za jeho rozšíení
vdíme pedevším asociaci elezniních model (NMRA), která ho pijala za svj standart.
Tato skutenost mu zárove otevírá dvee do budoucnosti.
Dnes je firma LENZ nejvtším výrobce DCC komponent. Nabízí dekodéry i celé
ídící stanice vetn všech potebných komponent pro manuální i poítaové ovládání
provozu.
1.2. DCC – Obecn DCC je zaloeno na hvzdicové topologii. To znamená, e vyuívá jednu ídící stanice
a skupinu dekodér, které jsou umístny po celém kolejišti. Nejdleitjší místo však mají v
lokomotivách.
ídící stanice vysílá kódovaný signál, který je ve výkonových zesilovaích
transformován na obdélníkové stídavé naptí, které napájí koleje. Na rozdíl od blokového
ízení jsou všechny koleje v kolejišti trvale napájeny. Signál v kolejích (obr. 1) má amplitudu 10-16V. Standardn však 14V. Mimo
penos dat se vyuívá i k napájení elektromotor a píslušenství vozidel. Z uvedeného popisu je zejmé, e lokomotiva, která není vybavena digitálním
dekodérem, není schopna provozu na kolejišti ízené pomocí DCC.
1.3. Digitální signál
1.3.1. Kódování signálu Logická jednika je definována jako perioda s trváním 116µs (obr. 2) Kadá plvlna
má definovanou délku 58µs. Tolerance asování u vysílací stanice je 55-61µs. Dekodéry musí
povaovat za platný bit interval o délce 52-64µs. V této toleranci je zahrnut i pokles strmosti
hran signálu vlivem indukností, záte všech dekodér a vzniklé zákmity. Centrála proto
musí taktovat vysílání s co nejvyšší pesností.
Logická nula (obr. 3) je kódována podobn, ale jsou pro ni nastaveny jiné meze. Délka
jedné plvlny je standardn 100µs. Druhá plvlna má toleranci délky 95- 9900µs, celá
perioda však nesmí být delší ne 12000µs. Dekodéry povaují za platný bit v intervalu 90-
10000µs.
1.3.2. Definice paket Pro penos informací je poteba urit jakým zpsobem se z jednotlivých bit bude
skládat píkaz (obr. 4). DCC uívá formát paketu skládajícího se z tchto ástí:
Záhlaví: Tvoí ho 10 bit logické jedniky.
Start bit: Nebo také oddlovací bit. Po ukonení záhlaví nebo mezi jednotlivými byte
je vkládána jedna logická nula. Tím je zarueno, e mimo záhlaví se nikde v bitovém toku
nevyskytne více ne 9 po sob následujících jedniek.
Adresový byte: definuje adresu dekodéru, kterému je uren paket. Adresa 0 je
pouívána pro spolené pakety, na které reagují všechny dekodéry.
Datový byte: 8 bit, nevyšší bit je penášen první. Význam byte je uren konkrétní
definicí píkazu, pro píjem paketu je nevýznamný.
Kontrolní byte: Slouí pro ovení správnosti penosu. Pi pohybu lokomotivy me
být vlivem oxidace, i ztráty kontaktu s kolejnicí paket poškozen. Kontrolní byte je vypoítán
jako výsledek logické operace „nonekvivalence“ všech byte.
Stop bit: Následuje za posledním datovým bytem, a indikuje ukonení penosu
paketu. Skládá se z jedné logické jedniky.
1.3.3. Základní píkazy Standard DCC pedepisuje i formát nkolika základních píkaz, aby byla zajištna
kompatibilita rzných výrobc alespo na nejniší úrovni. Jsou standardizovány napíklad
pakety pro základní ovládání lokodekodéru (jízdy), paket nulování (RESET), a neaktivní
paket (IDLE).
Ovládání lokodekodéru - Jízda
Paket slouí pro základní ovládání rychlosti a smru jízdy. Základní rozsah adres
lokodekodér je omezena na hodnoty 1 a 127.
Záhlaví Adresový byte Datový byte Kontrolní byte
1111111111 0aaaaaaa 01DUSSSS XOR
D = smr jízdy
U = ovládá pídavnou funkci
SSSS= nastavení rychlosti jízdy.
Základn je definováno 16 stup. 0, 2-15 jsou rychlostní stupn. Hodnota 1 je vyhrazena pro
nouzové zastavení.
Nulovací paket (RESET)
Paket slouí pro nulování dekodér a nastavení do poáteního stavu. Typicky se
vysílá po zapnutí napájení a zahájení provozu kolejišt. Adresový byte je platný pro
všechny dekodéry. Datový byte je nulový.
Neaktivní paket (IDLE)
Paket nepenáší ádné informace. Typicky se vysílá po zapnutí napájení a
nulovacím paketu, indikuje zahájení provozu. Rovn slouí pro prázdné vysílání tzv.
komunikaní refresh. Adresový byte je platný pro všechny dekodéry.
Záhlaví Adresový byte Datový byte Kontrolní byte
1111111111 00000000 00000000 00000000
1111111111 11111111 00000000 11111111
1.4. Hardware Základní sestava se skládá z ídící stanice, runího ovladae a lokomotivy vybavené
dekodérem. Sestrojit fungující celek není nijak sloité, kdy víme co k emu slouí. Pro
názornost pikládám blokové schéma digitálního kolejišt. (obr. 5).
ídící stanice (obr. 6, 7) je „mozek“ celého systému. Zde se vyhodnocují signály
z kolejišt a vytváí se nové signály. Vyplívá, e práv ona tvoí nejdleitjší ást celého
systému.
Runím ovladaem (obr. 8, 9) se ovládá ídící stanice a spolu s ní celé kolejišt.
Me být nahrazen poítaem i chytrým telefonem.
Dekodér (obr. 10, 11, 12) je pijíma, který dostává a vyhodnocuje píkazy z
centrály. Základními ástmi dekodéru jsou: usmrova, mikroprocesor a výkonové ovládání
motorku. Chod motorku je ovládán z mikroprocesoru, nezávisle na velikosti usmrnného
naptí. Mikroprocesor je ízen píkazy zakódovanými v napájecím signálu z kolejí. Mimo
vlastní motor lokomotivy dekodér me ovládat i pídavné spínae (tranzistory) - spínání
svtel, spáhel, kouového generátoru atd. Zakódované píkazy jsou adresovány vdy jen
jednomu dekodéru, ostatní dekodéry na daný píkaz nereagují. Pochopiteln s ohledem na
modelovou velikost se pouívá technologie SMD souástek.
1.5. Software Ovládat meme pomocí njakého runího ovladae, nebo pomocí poítae.
Samozejm za pedpokladu, e je v poítai nainstalován píslušný software. V našem
pípad TrainController od firmy Freiwald a virtuální ovlada, který firma Lenz dodává pi
zakoupení pevodníku mezi kolejištm a PC. Existuje mnoho freeware program. Bohuel
TrainController mezi n nepatí. Jako základ by se dal brát software dodávaný firmou Lenz.
S jeho pomocí jde ovládat pouze nkolik lokomotiv. Sloitjší programy, jako ji zmínný
TrainController, umí samozejm více. Napíklad ovládání výhybek, návstidel atd. a nejen
to. Zvládnou i pln automatizovaný provoz podle jízdních ád.
2. Praktická ást
2.1. Digitalizace kolejišt Po prostudování manuál jsem, v nich popsaným zpsobem, sestavil pln funkní
okruh (obr. 13) s jeho pomocí budu i nadále pokraovat ve studiu této tématiky. Digitalizace
kolejišt je prostá. Staí odstranit pvodní napájecí zdroj a veškeré odrušovací prvky
v kolejišti a lokomotivách, pipojit na vstup do kolejí ídící stanici a osadil lokomotivy
dekodéry. Ji se mi podailo osadit dekodérem nkolik lokomotiv (obr.14) a tím je pipravit
na provoz na digitálním kolejišti. První spuštní digitálního kolejišt se obejde bez
jakýchkoliv dalších prostedk.
2.2. Programování Programování lokomotivního dekodéru se prování jeho pipojením na tzv.
programovací kolej. Programovací kolej je ást kolejišt, na které se dají naprogramovat
všechny promnné (CV’s) v lokomotivním dekodéru. Mimo programovací kolej se dá
programovat také, ale jsme ji hodn omezeni. Promnných je okolo stovky. Napíklad
adresa, minimální rychlost, maximální rychlost, kivka zrychlení. Programujeme bu to
pomocí runího ovladae, i pomocí poítae se softwarem ureným k programování
lokomotivních dekodér (obr. 15). Podailo se mi lokomotivy naprogramovat tak, aby se
jejich vlastnosti co nejvíce blíili jejich reálným pedlohám.
2.3. Závr Na závr bych také poznamenat, e stavba digitálního kolejišt je o mnoho jednodušší
ne stavba klasického „analogového“ kolejišt. Bohuel je pi pouití DCC kolejišt více
náchylné na istotu kolejí.
Co se týe poruchovosti systému, tak jsem nezaznamenal ádný výrazný rozdíl. Pokud
nco nefunguje, tak jak má, je to ve vtšin pípad vinou obsluhy i špatného
naprogramování.
Obr.
Obr. 6 – ídící stanice od firmy Lenz
Obr. 7 – Doma sestavená ídící stanice
Obr. 8, 9 – Runí ovladae od firem Lenz a ROCO
Obr. 10, 11 – Dekodér od firmy Lenz a domácí výroby
Obr. 12 – Blokové schéma lokomotivního dekodéru
Obr. 13 – Testovací okruh
Obr. 14 – Digitalizovaná lokomotiva
Obr. 15 – Náhled okna Programu „CV-Edit“ ureného k programování lokomotivních
dekodér.
http://www.dcckoleje.kx.cz – Fotografie domácího hardwaru
http://www.nmra.org – Historie DCC
Pouitý software:
Software dodávaný firmou Lenz