Animations pour modélisme v2

Les fonctions du module MAM2

Ceci est le fruit d'une rencontre entre Xavier et Philippe d'où ont germés les idées pour développer ensemble ce module inédit.

MAM2 est une évolution du module MAM1 avec l'ajout d'une interface SPI pour communiquer avec les modules RFID.
Ce montage permet de créer des animations lumineuses, mécaniques et sonores en fonction d'une commande envoyée par un actionneur. Cet actionneur peut être un bouton, la sortie d'un capteur, une commande USB, une commande d'accessoire DCC ou une commande Infrarouge. A la détection d'un changement d'état ou d'un ordre d'exécution, un processus d'animation préprogrammé se déclenche. Un bus I2C permet d'ajouter facilement des extensions d'entrées/sorties ainsi qu'un afficheur LCD. Un composant MP3 permet de lire des fichiers MP3 contenu sur une carte micro-SD et de les diffuser sur haut-parleurs.

En fonction de la configuration qui sera téléchargé dans le microprocesseur et selon le câblage qui lui est associé, ce module gère les différentes situations suivantes :

  • Automatisation d'un passage à niveau de type SAL0, SAL2B, SAL2 ou SAL4 avec gestion des barrières, sonneries et clignotement des feux, commandés par une détection de train ou par DCC.
  • Commandes de 8 servomoteurs ou solénoïdes pour contrôler des aiguillages avec décodeur DCC intégré, plus des annonces vocales commandées par USB, en DCC (accessoire), boutons ou par détection de train.
  • Animations jour / nuit avec simulation d'éclairage et sons de cloches pour église ou chapelle, etc...
  • Annonces vocales en gare commandées par RFID et en DCC (accessoire).
  • Sonorisation, animation mécanique et lumineuses de maquette sur demande. (bouton)
  • D'autres animations à inventer ...
Tous les accessoires peuvent être panachés sur cette carte puisque tout est paramétrable. On peut mélanger des commandes d'aiguillages à solénoïde avec des commandes par servomoteurs, des LED, etc... dans la limite de 8 sorties.

Les entrées/sorties de ce module peuvent rayonner à plus de 1m de distance et de 5 à 10m pour l'I2C avec:
  • Bus USB (RxTx) pour le monitoring et l'envoi de commandes vers le module (+ lecture des CV accessoires)
  • Bus I2C, pour affichage LCD, et accroissant les possibilités du module grâce à l'ajout de cartes d'extension pour quelques Euros
  • Bus SPI pour interfacer les modules RFID et bien d'autres encore...
  • Bus DCC avec décodeur d'accessoires intégré gérant 250 CV et 2048 adresses DCC disponibles
  • 8 sorties de puissance pour piloter des moteurs pas-à-pas, des servomoteurs, des solénoïdes, des LEDs, des feux, des relais, etc...
  • Sorties son pour haut-parleurs et aussi vers un ampli de sonorisation externe
  • Entrées 4 détecteurs, 10 boutons ou keypad 16 boutons.
  • Des borniers pour l'alimentation du module et de ses accessoires avec du +5V/500mA disponible



Le module MAM2 RFID opérationnel

Ce module de 86,5 x 100 mm, qui n'est donc pas plus grand que 2 cartes bancaires, intègre un microprocesseur Arduino Nano associé avec un générateur de son DFPlayer. Les sons sont enregistrés en MP3 sur une SD-card intégrée avec le générateur vocal. De nombreux connecteurs permettent plusieurs configurations en fonction du câblage des composants et du logiciel spécifique qui sera téléchargé dans l'Arduino. Suivant le câblage choisit, des fonctions peuvent être exploitées ou ignorées. Plusieurs implantions de différents types de régulateur de tension sont possibles en fonction des besoins. L'alimentation du module peut se faire avec un connecteur Jack (J11) ou sur un bornier (J12) à partir d'une alimentation en courant continu comprise entre 7 et 19 Volts / 1A. Une autre option permet une alimentation directe par le signal DCC (J10) à condition d'avoir une consommation modeste pour éviter la surchauffe du régulateur. Une sortie +5 Volts / 500mA est disponible pour alimenter des modules périphériques. Une LED verte s'allume dès que le module est sous tension. Indépendamment, une autre LED jaune s'allume pour indiquer la présence du DCC. La documentation est en cours d'écriture. Pour apprécier toutes les possibilités offertes par ce module, reportez vous à la documentation téléchargeable ici. (2MB)

Les logiciels qui gèrent toutes ces fonctions sont téléchargeables en bas de cette page.


Les entrées et les sorties du module MAM2

Ce module comporte une multitude de connecteurs décrit ci-dessous :

  • J1 à J8 sorties de puissance destinées à des servomoteurs, relais ou LEDs. (+5V ou +12V sélectionné par JP9)
  • J10 bornier d'entrée signal DCC isolé par un opto-coupleur
  • J11 entrée pour alimentation 7..12V/1A (fiche Jack)
  • J12 bornier d'entrée pour alimentation +7..12V/1A
  • J13 bornier de masse (GND)
  • J14 bornier de sortie +5V issu du régulateur U1 pour alimenter éventuellement les appareils connectés sur J1..J8
  • J15 bornier d'entrée/sortie pour bus I2C
  • J16 bornier d'entrée de détection de trains
  • J17 bornier d'entrée AUX pour des boutons
  • J18 bornier de sortie SON vers un Haut-parleur et vers un ampli stéréo
  • J19 bornier d'entrée test pour le DFplayer, situé au dos du module
  • J20 bornier de sortie SON vers un ampli stéréo, situé au dos du module
  • J24 bornier d'entrée/sortie pour bus SPI


Circuit imprimé et schéma de MAM2

          

Voici le plan dessiné avec le logiciel gratuit KiCad (avec lequel est réalisé le circuit imprimé ci-dessus)

Les sorties J1 à J8 sont des transistors Darlington (U6) qui agissent comme des interrupteurs en commutant les sorties vers la masse avec un maximum de 500 mA chacune. Elles sont protégées par une diode en inverse permettant de commander des relais sous une tension externe qui peut atteindre 24V. Evidement l'utilisation simultanée de toutes les sorties au maximum de leur intensité conduirait le circuit U6 vers une surchauffe destructrice, à condition d'avoir une alimentation suffisamment puissante ! Cependant les appareils qui seront commandés par ce module ont des consommations électriques très raisonnables inférieure à 100 mA.

En remplaçant U6 par un réseau de 8 résistances indépendantes de 1 kOhms, ce module peut piloter jusqu'à 8 servomoteurs ou des modules de puissance pour solénoïdes ou des LEDs, etc..., selon les besoins et connectés directement sur les sorties J1 à J8.


Caractéristiques techniques de l'Arduino Nano :

Micro contrôleurATmega328P, 8-bit RISC
Tension de fonctionnement5V
Tension d'alimentation recommandée7 à 12V
Tension d'alimentation extrême6 à 20 V
Courant max sur sortie 3,3 V généré par le chip USB50 mA
Courant max par broches E/S40 mA (200 mA maximum pour la somme des E/S)
Entrées/sorties numériques14 dont 6 disposent d'une sortie PWM
Entrées analogiques8 channels 10-bit (5 volts maxi)
Timers3 dont 2 de 8 bits et 1 de 16 bits
Mémoire FLASH 32 KB dont 2 KB reservé pour le bootloader
Mémoire SRAM 2 KB dont 0.5 KB réquisitionné par la pile (stack)
Mémoire EEPROM 1 KB
Fréquence horloge 16 MHz
Dimensions 43x17 mm

Arduino Nano possède des interfaces de communication de type série TTL (0-5V), bus I2C ou TWI, bus SPI (Serial Peripheral Interface), 6 sorties PWM (Pulse Width Modulation).
Il dispose d'interruptions dont 2 entrées d'interruptions externes rapides câblées en hardware.

Une attention particulière doit être utilisée pour interfacer les modules alimentés en +3.3V.

 PC 22/02/2020    

1) MAM-PN ou MAM-BP

Ce module MAM1 a été câblé pour gérer un passage à niveau (PN) ou une animation sur un réseau commandée par des boutons poussoirs (BP). Il affiche les informations qu'il contient sur le moniteur de l'IDE Arduino et de façon succincte sur un afficheur LCD. Il actionne des servomoteurs, allume des LEDs et diffuse des sons ou des messages sonores. Ceux-ci sont commandés par des Boutons, par USB, par la détection de trains ou par la réception de commandes DCC accessoire. Toutes les actions sont paramétrées dans des CV qui sont mémorisés dans l'EEPROM du Nano sous le contrôle de l'utilisateur. Le mouvement des servomoteurs et des solénoïdes est paramétrable, les LEDs s'illuminent selon leur programmation détaillée dans les CV et le module diffuse des annonces sonores personnalisées dont les éléments MP3 sont pré-enregistrés dans la micro-carte SD qui l'accompagne. Entièrement paramétrable avec des CVs et des adresses DCC, ce module autonome fonctionne à la demande.

Voici le montage réalisé pour tester le logiciel qui est contenu dans l'Arduino Nano. Seuls les composants nécessaires pour cette application sont installés sur le module.


Le module MAM-BP avant intégration sur le réseau.
Le module MAM-PN utilise les mêmes composants.

Le logiciel MAM-BP pour programmer le Nano est disponible ici. Lisez bien la doc avant de commencer.

Le logiciel MAM-PN pour programmer le Nano est disponible ici. Lisez bien la doc avant de commencer.

Bientôt sortira le logiciel sur PC "MAM_config" qui permet de paramètrer les CV très facilement avec la liaison USB.

 PC 05/04/2020 - Mise à jour 20/01/2021    

2) MAM-RFID + annonces en gare

Ce module MAM2 a été câblé pour lire un détecteur RFID et afficher les informations qu'il contient sur le moniteur de l'IDE Arduino et de façon succincte sur un afficheur LCD. Ensuite il diffuse une annonce sonore personnalisée dont les éléments MP3 sont pré-enregistrés dans la micro-carte SD qui l'accompagne. Cette annonce contient l'origine et la destination du train, le type de train, son numéro et la voie sur laquelle il est destiné, plus les commentaires habituels en gare.

Entièrement paramétrable avec des CV et des adresses DCC, ce module autonome fonctionne à chaque détection de passage d'un train vers la gare. Chaque train est équipé d'un tag RFID individuel autocollant placé sous la loco.

Voici le montage réalisé pour tester le logiciel qui est contenu dans l'Arduino Nano. Seuls les composants nécessaires pour cette application sont installés sur le module.


Le module MAM-RFID avant intégration sur le réseau

Actuellement en fonction sur 2 réseaux DCC, le logiciel qui gère toutes ces fonctions est en test et vérification.

 PC 09/07/2020