Blog – modeltrain

20 octobre 2021

Le cablage du réseau

Il consiste à faire les connections électriques entre les moteurs d’aiguillage, les relais, la centrale DCC et l’alimentation des aiguillages.
Mais aussi les liaisons entre les cantons, les modules de détection, la centrale DCC et l’alimentation 5 volts.

Pour effectuer le cablage de façon confortable, J’ai positionné le chassis du réseau verticalement sur 2 tréteaux.
On peut ainsi être assis et faire face au dessous du réseau.
Pas besoin de se contorsionner sous le réseau pour faire des soudures périlleuses.

Avant de débuter, il faut définir les besoins en fils électriques et leur différentes sections.
J’ai commandé mes fils électriques au comptoir du cable.

Tous les fils sont en Fil électrique H05VK cuivre souple:
Le BUS DCC qui alimente les voies est en section de 1 mm² (0.32€ le m):
10 m en rouge
10 m en noir

Les fils des aiguillages sont en section 0,75 mm² (0.26€ le m):
10 m en violet Alimentation +18V
20 m en blanc bobine aiguillage droit
20 m en gris bobine aiguillage dévié
20 m en bleu Alimentation 18V masse

Les fils des cantons sont en section 0,5 mm² (0.22€ le m):
20 m en rouge feeder DCC
20 m en noir feeder DCC
10 m en orange Alimentation +5V
20 m en marron Alimentation 5V masse et coeur aiguillage
20 m en bleu signal détection

J’ai commencé par cabler les platines relais de commande d’aiguillages à la carte arduino MEGA.
Les platines sont opto-isolées électriquement de l’arduino.

Voici le schéma des platines relais:

Il faut enlever le jumper entre VCC et JD-VCC.
Connecter le +5V de l’arduino, mais ne pas connecter le GND arduino.
Connecter les 24 pins de commande de l’arduino (12 aiguillages, 24 bobines). Elles sont actives au niveau bas.
Connecter l’alimentation 5V séparée à JD-VCC et à GND.

J’ai ensuite cablé chaque aiguillage selon le schéma suivant:

J’ai du souder une diode aux bornes de chaque bobines pour éviter les parasites néfastes à la liaison USB entre le PC JMRI et la base station DCC++.

Lorsqu’on alimente une bobine et que l’on interrompt son alimentation, une surtension apparait à ses bornes.
La surtension se transforme en arc électrique au niveau des contacts et des parasites sont émis.
Lors de mes premiers tests, ces parasites plantaient le programme JMRI.

Pour remédier à cela il faut ajouter une diode (dite de roue libre) aux bornes des bobines.
A la coupure de l’alimentation, le courant inverse généré par la bobine peut se décharger dans la diode.

Pour une commande ON/OFF d’un solénoïde, une diode de redressement quelqonque fait l’affaire.
Il suffit que sa tension inverse soit plus grande que la tension d’alimentation et que son courant direct max soit plus grand que le courant dans la bobine.
Le tout avec un bon facteur de sécurité.
J’ai mis des 6A10 (6A, 1000V), ça coûte 1€ les 10… (sur Ebay)

Pour alimenter les bobines, j’utilise une alimentation de laptop 18V DC 4A.

Concernant l’alimentation du coeur des aiguillages, c’est l’inverseur PL13 PECO (monté sur chaque aiguillage) qui connecte l’une ou l’autre des bornes feeder DCC.

Pour connecter les feeders DCC soudés à chaque élément de voie aux fils du Bus DCC, j’ai utilisé des connecteurs rapides de ce type:

Pour finir, j’ai cablé les 5 détecteurs 4 voies aux 20 cantons:

les 20 signaux de détection sont connectés à l’arduino MEGA de la base station DCC++ via un circuit imprimé fait maison qui regroupe des connecteurs à vis.

24 septembre 202124 septembre 2021

Module de détection pour canton DCC

Pour détecter la présence d’un train dans un canton, on utilise un circuit électronique qui détecte une consommation de courant dans cette zone.
Les circuits classiques de détection de consommation de courant font appel à des diodes, mais ils ont 2 inconvénients:
La chute de tension de 0,7V inhérente à l’emploi de diodes et l’exposition de celles-ci en cas de court circuit.

J’ai préféré opter pour la détection par induction qui utilise un petit transfo torique.

Le principe est de prélever une boucle du fil du circuit DCC qui alimente le canton et de l’enrouler autour du transfo.
Le circuit est donc parfaitement isolé du DCC.
J’ai utilisé le célèbre circuit de Paisley qui a fait ses preuves.

Le passage de courant DCC dans le canton va générer un courant induit dans le transfo qui va être amplifié par un transistor.
Le signal est ensuite mis en forme par un circuit LM556 qui transmet l’information à l’arduino.
Les transfos AS-103 sont disponibles chez Radio-Spares.

J’obtiens une sensibilité de 0,7 mA pour un circuit DCC de 15V (détection d’une résistance de 21,3 K Ohm dans le canton).

J’ai réalisé un circuit imprimé simple face de 100 mm x 50 mm qui regroupe 4 circuits de détection indépendants.
Il s’alimente en 5V et les sorties sont au niveau bas pour une détection et au niveau haut en l’absence de détection.

Ci-joint les fichiers au format Eagle, ainsi que les fichiers Gerber pour la fabrication.

Detection-4-cantons Télécharger

Si vous voulez faire fabriquer le circuit imprimé je vous recommande JLCPCB qui fait un travail soigné à des prix canons.

8 septembre 2021

La Base Station DCC++

A l’origine, DCC++ est un projet open-source de l’américain Gregg E. Berman.
Il utilise un micro-controlleur arduino pour générer des signaux de commande DCC.
Ces commandes DCC sont utilisées pour contrôler les décodeurs DCC des locomotives et les accessoires du réseau.
DCC++ permet de réaliser à moindre côut une centrale DCC compatible avec les logiciels de gestion de réseau JMRI et ROCRAIL.
Le site Locoduino a décrit plusieurs articles en français consacrés à DCC++ et une bibliothèque arduino DCCpp lui a été dédiée.

C’est sur la base de ces articles que j’ai réalisé ma centrale.
Il y a plusieurs façons possibles de réaliser une centrale DCC++.
J’ai choisi d’utiliser un arduino MEGA car il comporte un grand nombre d’entrées/sorties.
J’ai en effet 12 aiguillages donc 24 bobines à commander et 20 cantons à détecter (la présence d’un train).
DCC++ peut gérer en effet des sensors sur les entrées de l’arduino et communiquer leur état au PC qui héberge JMRI.

A la base DCC++ utilise une carte amplificatrice « shield moteur » de 2 Ampères à enficher sur l’arduino, ce qui simplifie le cablage.
J’ai choisi cependant d’utiliser des cartes moteurs LMD18200 un peu plus puissantes, 3 Ampères, à module indépendant.
Il en faut 2, une pour la voie principale et une pour la voie de programmation des décodeurs de locomotives.
Il faut également 2 petites cartes MAX471 qui détectent la consommation de courant et les court-circuits.
Ces circuits semblent en fin de vie et ceux que l’on trouve aujourd’hui sur internet sont souvent défectueux.
On lui préfère maintenant le MAX472 son frère qui ne se trouve pas hélas sous forme de module.
L’alimentation fait appel à un bloc 15V 5A, alimentation de PC laptop classique.
J’ai fixé ces différents éléments sur une planche de contreplaqué de 5 mm d’épaisseur qui prend place sous le réseau.

Pour la partie logiciel, j’ai téléchargé dans l’arduino MEGA la bibliothèque DCCpp de Locoduino.
L’arduino une fois chargé avec son programme est capable de recevoir des commandes à l’intention des locomotives ainsi que des commandes d’aiguillage.
De même, il est capable d’indiquer si un canton est occupé car il est relié à des modules détecteurs que j’ai réalisé également.
Toutes ces informations transitent par sa prise USB qui est relié au PC qui héberge le logiciel JMRI.
Le logiciel reçoit des commandes de l’opérateur, par exemple des commandes de direction et de vitesse de locomotive ou des commandes d’aiguillage.
Le logiciel transmet alors ces commandes à l’arduino DCC++ qui les exécute en les envoyant sur la voie.

L’arduino MEGA n’est pa capable de commander directement les bobines des moteurs d’aiguillage.
Il est relié à 24 relais qui commandent les bobines des 12 aiguillages (2 bobines par aiguillage).
J’ai utilisé pour cela 3 modules bon marché de cartes 8 relais qui se trouvent facilement sur Ebay.
Pour faciliter le cablage, je les ai fixés sous le réseau près de la base station.

Pour définir l’état d’un aiguillage, normalement JMRI positionne une sortie « pin » de l’arduino à 0 ou à 1 (état bas ou haut) pour l’état droit ou dévié.
Or pour commander un aiguillage à 2 solénoïdes il faut 2 pins.
Pour que DCCpp puisse commander directement 2 pins, (1 pin par relais) il a fallu que je modifie un peu le programme de base, en l’occurence le fichier Outputs.cpp. J’ai pu ainsi réserver les 24 pins 14 à 37 à la commande d’aiguillages.
Aiguillage 1: pins 14 et 15, Aiguillage 2: pins 16 et 17, etc…
Je fournis ici le source de ce fichier modifié.

Outputs Télécharger

1 septembre 20213 septembre 2021

Pose de la voie

Pour une bonne isolation phonique, la voie est posée sur une semelle en dépron de 3mm d’épaisseur et de 33 mm de largeur.
Les bords sont biseautés avec du papier de verre pour imiter le remblai.
La semelle est peinte en marron (acrylique) avant la pose des voies.
La semelle sera ensuite recouverte de ballast.
Comme j’ai imprimé sur plusieurs feuilles A4 le plan du réseau,
j’ai pu reproduire le traçé en me servant de papier cuisson comme papier calque.
J’ai pu ainsi procéder à la découpe de toutes les semelles en dépron.

Le réseau étant constitué de 2 bouces imbriquées, il y a 2 rampes principales en jaune et bleu sur le plan.
Il y a aussi en rose la rampe qui va à la gare supérieure.
La rampe intérieure jaune monte de A vers B.
La rampe extérieure bleue monte de C vers D.
La rampe supérieure rose monte de D vers E.

J’ ai découpé avec une scie sauteuse les rampes qui font 45 mm de largeur
dans une planche de contreplaqué de 5 mm d’épaisseur.

Pour le calcul des hauteurs de rampe, j’ai utilisé un tableur.
J’ai mesuré la longueur des rampes sur le plan et la hauteur à atteindre.
Le tableur a calculé ensuite la hauteur de la cale à insérer tous les 10 cm.
Les rampes extérieure et intérieure font moins de 2,3% ce qui est sans problème.
La rampe vers la gare supérieur fait elle 4% c’est la limite qu’il faut éviter de dépasser.

Pour l’utilisation ultérieure de la signalisation et l’exploitation avec le logiciel JMRI,
j’ai décidé de diviser le réseau en un certain nombre de cantons.
Il faut prévoir d’intercaler une éclisse isolante (PECO SL-311) d’un coté de la voie entre chaque canton.

Sur le schéma, chaque zone colorée représente un canton. Il y en a 20 en tout.

Pour chaque aiguillage, il faut également isoler le coeur de l’aiguille avec 2 éclisses isolantes.
C’est important de prévoir tout cela à l’avance et il vaut mieux faire un shéma avant de commencer la pose de la voie.
J’ai commencé par fixer la voie sur la partie plate.
Je pose d’abord les aiguillages (et leur moteur) que je relie ensuite par la voie flexible.
J’ai collé la semelle dépron avec de la colle blanche souple Flexiplé commandée chez Rougier & Plé.
Elle est plus économique que la colle Anita Décor souvent préconisée.

Ensuite, j’ai peint la voie et les aiguillages avant de les fixer.
J’ai utilisé de la peinture Humbrol diluée à l’essence F.
Les rails au Humbrol 113 (rouille mat) en épargnant les extrémités et les contacts électriques.
Les traverses avec une couche de 29 + une couche à sec de 84 et un jus dilué de 70.

Chaque tronçon de rail (canton) doit être alimenté individuellement par le « bus DCC ».
Ne pas croire que les éclisses (PECO SL-310) entre chaque rail suffisent à laisser passer le courant.

J’ai choisi les couleurs de fils électriques rouge et noir pour chaque pôle DCC.
Il en va de même pour les aiguillages qui en plus ont le coeur alimenté spécialement par un switch PECO PL-13 collé sur chaque moteur PL-10E.
Le coeur de l’aiguille est en effet alimenté tantôt par un pôle DCC tantôt par l’autre pôle DCC selon la position de l’aiguillage.
J’ai donc soudé à l’étain 3 fils de 0,5 mm² (environ 30 cm de long) sur chaque aiguillage: un rouge un noir et un marron pour le coeur.
Mais Il faut prévoir avant soudure l’emplacement du passage des fils et pointer puis percer leur passage. J’ai utilisé un forêt à bois de 4 mm.
Pour le passage de la tige de commande de l’aiguillage, j’ai perçé un trou de 8mm avec un forêt à bois.
Mais j’ai préalablement découpé avec un emporte-pièce de 8mm la semelle en dépron pour éviter de déchiqueter le dépron en perçant.

Une astuce, pour aligner correctement le moteur d’aiguillage sous le plateau:
Marquer sur le dépron et le contreplaqué l’axe de déplacement de la commande d’aiguillage.
Percer le plateau avec un petit forêt (1mm) 2 trous de part et d’autre de l’aiguillage sur cet axe.
Sous le plateau, repérer les 2 trous et tracer l’axe passant par les 2 trous.
C’est sur cet axe qu’il faut aligner la fixation du moteur à l’aide du support PECO PL-9.

Une fois les trous effectués les aiguillages sont collés en place avec la colle Flexiplé.
Juste avant le collage, il convient d’introduire les éclisses isolantes et métal aux extrémités de l’aiguillage selon le plan des coupures.
Les coupons de voie flexible sont coupés ensuite aux bonnes dimensions pour relier les aiguillages.
J’ai utilisé une pince coupante spécialement prévue à cet effet: la Xuron 2175B, bien pratique.

Comme on doit souder également les fils de 0,5 mm² d’alimentation il faut repérer sur la semelle en dépron leur emplacement et percer à 4mm.
Pour maintenir en place la voie pendant le collage (Flexiplé), j’utilise des poids répartis tous les 15 cm environ.
J’utilise aussi des clous PECO ST-280 que je pointe sur les traverses.

J’ai aussi effectué la découpe à la scie sauteuse pour encastrer la future plaque tournante (PECO NB-55).

L’étape suivante a été la découpe et le collage des cales des rampes.
Pour une transition en douceur, il a fallu auparavant émincer le début des rampes par rabotage sous le contreplaqué. Plutôt fastidieux…
J’ai utilisé des tasseaux de 30 x 8 mm pour les cales. Collage à la colle blanche à bois, répartition de poids pour faire pression pendant le collage.

La pose de la voie sur les rampes a été ensuite effectuée comme décrit précédemment.

Pour obtenir au final ce résultat.

A ce stade, le dessous du réseau ressemble à ça:

29 août 2021

Le chassis du réseau

Il est construit en contreplaqué de 10 mm d’épaisseur.
C’est une construcion en caissons pour avoir une meilleure rigidité de l’ensemble.

La hauteur des flancs est de 15 cm.

2 planches extérieures de 1400 x 150 mm
2 planches extérieures de 800 x 150 mm
2 planches intérieures de 800 x 150 mm
1 planche intérieure 1380 x 150 mm

J’ai fait une série de trous de 32mm de diamètre avec une scie cloche pour prévoir le passage des fils électriques du cablage.

L’ensemble des planches est assemblé par collage à la colle à bois et vissage.

Les pieds ont une hauteur de 1m et une section de 45 x 45 mm.

Ils seront fixés plus tard, une fois la voie posée et le cablage effectué.

Une planche de contreplaqué de 5 mm d’épaisseur de 1400 x 820 mm est fixée par vis sur le chassis.

J’ai acheté une deuxième planche aux mêmes dimensions dans laquelle seront découpées les rampes du réseau.

22 août 202128 août 2021

Les choix technologiques

Une fois le traçé défini, il faut choisir la façon dont on va exploiter le réseau. Soit on opte pour une alimentation du réseau en analogique soit on choisit le DCC digital.
Sans hésitation, j’ai choisi le DCC quand j’ai découvert qu’on pouvait fabriquer une base station DCC++ avec un Arduino. Étant passionné d’électronique et d’informatique cela m’intéressait beaucoup de réaliser ce type d’alimentation. Il y a un site français incontournable pour l’arduino au service du modélisme ferroviaire : locoduino.

Un Arduino est une petite carte électronique qui comprend un microprocesseur capable de traiter plein de tâches diverses sur une multitude de composants électroniques. Il comprend des entrées/sorties auxquelles on connecte toute sorte de capteurs et d’actionneurs.

On peut commander des lumières led, détecter une présence dans une zone du réseau, actionner des servos moteurs, commander des animations sonores etc…
Un Arduino peut faire plein de choses utiles sur un réseau de trainminiature. L’avantage, c’est qu’il est très bon marché. Pour quelques euros on peut se procurer un Arduino sur eBay ou Aliexpress.

Il est donc possible de réaliser une commande DCC avec un Arduino pour une trentaine d’euros alors que les commandes DCC du commerce coûtent plutôt cher.
Les avantages du DCC par rapport à une commande analogique sont nombreux :
Possibilité de commander plusieurs locomotives indépendamment en même temps.
Possibilité de contrôle du réseau a partir d’un PC. Il existe des logiciels gratuits pour faire cela, comme JMRI ou RocRail.

Le contrôle du réseau par un PC présente pas mal d’avantages: A l’écran, d’un simple clic de souris on peut basculer un aiguillage. Plus besoin de TCO (Tableau de Contrôle Optique). On peut visualiser en temps réel un canton occupé par un convoi. On peut commander une locomotive à l’aide d’un smartphone. On peut programmer des itinéraires automatiques. etc…

Bref beaucoup d’atouts qui m’ont poussé à faire ce choix.
J’ai choisi d’utiliser le logiciel JMRI pour le contrôle de mon réseau. Ce logiciel open-source écrit en Java a beacoup de succès aux Etats-Unis. Il permet de programmer facilement les décodeurs DCC installés dans les locomotives avec DecoderPro. Le contrôle du réseau se fait depuis le panneau de contrôle PanelPro. Il reconnait nativement les centrales Arduino DCC++. RocRail est bien aussi, mais je préfere JMRI.

21 août 202123 août 2021

Le traçé du réseau

Il s’agit d’un petit réseau car je n’ai pas beaucoup de place à lui consacrer.
Les dimensions: 1m40 de long et 82cm de large.
C’est trop petit pour du HO. Le HOe (voie étroite de l’échelle HO) est un bon compromis entre le HO et le N.
J’ai choisi la voie étroite également pour sa connotation poétique.
La voie a un écartement de 9mm (comme le N) et permet des courbes serrées.

Je me suis pas mal documenter sur internet pour choisir le traçé que j’allais adopter.
Je me suis finalement inspiré du traçé initial d’un célèbre réseau américain, le « Gorre and Daphetid Railroad » de John Allen.

C’est un traçé valloné constitué à la base de 2 ovales imbriqués.

Pour dessiner mon traçé, j’ai utilisé le logiciel SCARM qui permet de planifier la modélisation.
Ce logiciel fonctionne avec Windows, il existe une version freeware gratuite et une version payante (40$).
J’ai utilisé la version freeware qui permet déja de faire pas mal de choses (limite de 100 éléments de voie).
Il permet notamment une vue en 3D du réseau.

Le plan du réseau sans la plaque tournante du dépôt.

Il y a une desserte de gare supérieure, un dépot avec sa plaque tournante et 2 dessertes annexes.

La modélisation permet de définir ses besoins pour la voie. J’ai imprimé le traçé à l’échelle 1/1 en plusieurs feuilles A4 assemblées avec du scotch. J’ai pu ainsi définir mes longueurs en voie flexible PECO. J’ai commandé 15 rails SL400 de 914mmm et 12 aiguillages.

Plan du réseau sans la plaque tournante du dépôt

J’ai passé ma commande chez Hattons directement en Angleterre car c’est moins cher qu’en France. J’ai commandé aussi des moteurs d’aiguillages à solénoïde (solenoid point motor) de marque PECO qui sont très économiques.

A noter qu’il existe un autre logiciel de saisie de traçé: XTrackCAD.
Je ne l’ai pas utilisé car je ne le connaissais pas, mais il a plusieurs avantages, il est gratuit (open-source) et disponible pour Windows Mac et Linux.
Il permet l’exportation du dessin des voies vers le logiciel JMRI grace au module XtrackCADReader.