Indietro

Gestire un cappio in digitale con il "fai da te"

(a cura di Mauro MENINI)

La presenza di un cappio, o anello di ritorno, è uno dei classici problemi elettrici che si incontrano nella realizzazione di un tracciato e/o di un plastico ferroviario, tanto più se alimentato in digitale.
Ricordiamo con un'immagine il motivo del potenziale cortocircuito che si viene a creare.

L'anello che si forma va sezionato in entrambe le rotaie, pochi centimetri dopo il deviatoio, così da avere la maggior lunghezza possibile del tratto sezionato. Ricordiamo infatti che possono circolare nel cappio solo convogli di lunghezza inferiore alla lunghezza del tratto sezionato in modo che non si possa creare ponte elettrico tra i due sezionamenti (loco già sul sezionamento in uscita e ultimo carro ancora sul sezionamento in entrata).

Questa guida è rivolta a chi ama complicarsi un po' la vita, ma visto che si tratta di un hobby, quale miglior soddisfazione per aver mosso le mani in un campo ostico ottenendo al fine un risultato!
Quindi, invece di usare i comodi ma costosi moduli commerciali che variano la polarità del tratto sezionato quali Lenz LK200 o Littfinski KSM-SG e simili, in questa sede propongo l'utilizzo di due sensori ottici a raggi infrarossi (IR) che comandano alcuni relè. Si tratta di componenti a basso costo per lo più dedicati a chi smanetta con Arduino, di facile reperibilità online. Questa proposta è rivolta a chi voglia realizzare da sé questa piccola soluzione elettrica, con poche nozioni di elettronica e usando componenti semplici ma affidabili. Importante che il cappio sia in una zona nascosta o, se a vista, sia comunque possibile mimetizzare la presenza dei sensori.

N.B.: condizione indispensabile è che il deviatoio che dà origine al cappio sia mosso da un motore, dotato di fine corsa e almeno uno switch (motori tipo Tortoise, Tillig, MTB, Cobalt, Fulgurex).

Illustriamo cosa ci serve per un singolo cappio:
1) due moduli sensori a raggi infrarossi per Arduino.

2) due relè funzionanti a 5 volt per Arduino, in particolare quelli equipaggiati di ponticelli per scegliere se attivarli con segnale alto o basso (attenzione, non tutti ne sono provvisti!).

Nell'esempio seguente, il relè 1 si attiva con segnale ALTO, gli altri 3 con segnale BASSO.

3) due relè bistabili a 12 volt a doppi contatti (DPDT).

4) Dando per scontata la presenza di un alimentatore a 12 volt in corrente continua, occorrerà un eventuale convertitore di tensione a 5 volt per alimentare i relè per Arduino e i sensori IR.

5) un po' di fili elettrici colorati di sezione ridotta, tipo 0,5mm, viste le basse tensioni presenti, capicorda e cavetti di collegamento per Arduino (materiale in genere già presente nelle dotazioni di un qualsiasi fermodellista).

Analizziamo le caratteristiche dei sensori IR: hanno tre contatti, due di alimentazione a 5V (GND e VCC) e uno per segnalare l'eventuale attivazione (OUT). Ci sono poi due led SMD, uno che segnala l'alimentazione attiva e l'altro l'attivazione del segnale.
Quando i raggi infrarossi emessi dal trasmittente raggiungono il led ricevente, il modulo si attiva e accende il led SMD "presenza ostacolo" e invia un segnale alto tramite l'uscita OUT (+5V).
Il led trasmittente emette dei raggi infrarossi che, in assenza di ostacoli, non sollecitano il led ricevente seppur vicino. Occorre la presenza di un ostacolo che rifletta questi raggi verso il led ricevente perché questo si attivi segnalando l'evento.
C'è una vite a croce per regolare la distanza (e quindi la sensibilità) del rilevamento, che può essere stabilito da 1-2 cm fino a diverse decine di cm di distanza. La rilevazione di un ostacolo, in questa configurazione, dà quindi un segnale positivo, alto, di +5V sull'uscita OUT e accensione del relativo led.
Vedremo poi come, utilizzando il led trasmittente staccato e rivolto direttamente verso il ricevente, ci sia una costante attivazione del segnale alto, con "led ostacolo" sempre acceso. In questo caso l'ostacolo interromperà l'attivazione e sarà segnalato da un segnale basso di 0 volt e "led ostacolo" spento.

Questi sensori possono funzionare così come sono, in modalità riflesso, se posti ad altezza opportuna e poco al di fuori della sagoma a norme NEM; così disposti, sfruttano il riflesso delle fiancate dei rotabili che passano a poca distanza per segnalarne la presenza con un segnale alto.
Possono però essere ancora più affidabili se posti come una vera e propria barriera ottica; per fare questo basta staccare il led trasmittente e porlo a breve distanza rivolto verso il ricevente, ricollegandolo al modulo con due fili elettrici. In questo secondo caso il passaggio del convoglio interromperà la barriera segnalando con un segnale basso la presenza del treno.

Se si sceglie la modalità a barriera ottica, si consiglia di disporla diagonalmente al binario in modo da evitare possibili errori e/o ripetuti on-off dovuti agli spazi vuoti tra un vagone e l'altro.

In questa discussione ci sono alcuni riferimenti utili:

Modifica all'impianto elettrico di un modulo con automatismi semplici - Fonte www.scalatt.it/forum

Torniamo al nostro cappio e facciamo qualche ragionamento. Consideriamo il cappio percorribile in entrambe le direzioni così da non preoccuparci della posizione iniziale del deviatoio.

Il convoglio in arrivo, se trova il deviatoio in corretto tracciato percorre il cappio in senso antiorario (C-A-B), se lo trova in deviata lo percorre in senso orario (C-B-A).
La barriera ottica A, quando segnala la presenza del convoglio, pone il deviatoio in corretto tracciato e la polarità del tratto sezionato in fase con il percorso A-C.
La barriera ottica B, quando segnala la presenza del convoglio, pone il deviatoio in deviata e la polarità del tratto sezionato in fase con il percorso B-C.

Va da sé che un convoglio in arrivo, qualunque direzione prenda in base alla posizione del deviatoio, attiverà una prima barriera ottica che non varierà lo stato del deviatoio e la polarità; sarà invece l'attivazione della seconda barriera ottica, in uscita, che varierà la posizione degli aghi del deviatoio e la polarità del tratto sezionato. Di fatto, i convogli in arrivo percorreranno il cappio in sequenza, una volta in senso orario e una volta in senso antiorario, salvo un vostro azionamento diretto sul deviatoio.

Esempio: il deviatoio è posto in corretto tracciato e il convoglio proveniente da C va verso A.
L'attivazione della barriera A conferma la posizione del deviatoio e la conseguente polarizzazione. Il convoglio prosegue in senso antiorario verso B. L'attivazione della barriera B pone il deviatoio in deviata e inverte la polarità perché sia in fase con il tracciato B-C. Il convoglio esce dal cappio.
Il convoglio successivo farà il percorso inverso (C-B-A-C).

In questa soluzione ricordo che sarà la posizione del deviatoio a stabilire la conseguente polarità del tratto sezionato interno al cappio, così da evitare errori e cortocircuiti. Non sarà necessaria nessuna azione da parte del giocatore, svolgendosi il tutto in forma automatica.

Vediamo ora l'architettura della soluzione e i collegamenti tra i singoli componenti.
Iniziamo sistemando i due sensori a pochi centimetri dai sezionamenti del cappio (punti A e B) nella modalità che più ci aggrada, in riflesso o, con l'opportuna modifica, a barriera ottica.
A breve distanza disporremo la coppia di relè monostabili a 5V.
Colleghiamo il polo positivo dell'alimentazione a 5V ai contatti VCC e il negativo ai contatti GND sia dei sensori che dei relè.
Colleghiamo le uscite OUT dei sensori ai contatti IN1 e IN2 dei relè.
Ricordo che in modalità "riflesso" i ponticelli dei relè dovranno collegare COM e HIGH, in modalità "barriera" dovranno collegare COM e LOW.

I relè a 5V presentano ciascuno tre contatti con morsetti a vite:
- il contatto centrale è il polo Comune;
- il contatto unito da una linea continua al Comune è il Normalmente Chiuso (NC), cioè sempre collegato al Comune quando il relè è a riposo;
- l'altro contatto, che presenta una linea che si interrompe, è il Normalmente Aperto (NA), che si collega al Comune solo se il relè è attivato.
Ora vedremo come utilizzare la chiusura dei contatti normalmente aperti (NA) dei relè a 5V per azionare il motore del deviatoio che dà origine al cappio.

Illustreremo le situazioni in base a due diversi motori in quanto non tutti funzionano allo stesso modo e non tutti hanno due switch.
Iniziamo con il motore lento Tortoise di Circuitron, a mio avviso uno dei motori più affidabili presenti sul mercato; ricordo che funziona in corrente continua, con inversione di polarità nei due contatti appositi (MOTOR) e presenta due switch.
Lo schema dei collegamenti per far funzionare questo motore prevede l'uso di un primo relè bistabile a 2 vie proprio per eseguire l'inversione di polarità richiesta.
Ai poli comuni dei relè a 5V arriverà il polo positivo dei 12V DC e i contatti NA andranno collegati al SET e al RESET del relè bistabile (contatti 1 e 2). Polo negativo dei 12V DC ai contatti 15 e 16 del relè bistabile.
I due poli dell'alimentazione a 12V andranno, in posizioni invertite, ai contatti del bistabile (polo positivo a 6 e 9, polo negativo a 8 e 11), mentre le uscite comuni del bistabile (contatti 4 e 13) andranno ai contatti del motore (1 e 8 nello schema del motore). Saranno questi ultimi due contatti sul motore che si dovranno eventualmente invertire nel caso ci sia un iniziale funzionamento inverso rispetto al tipo di rilevamento.

Stabilite le connessioni per l'azionamento del motore del deviatoio da cui origina il cappio, passiamo al passo successivo, ovvero lo schema della gestione della polarità del tratto sezionato del cappio e la polarizzazione del cuore del deviatoio che dà origine al cappio.
Il motore Tortoise, come detto, ha due switch; ne useremo uno per la semplice gestione della polarizzazione del cuore del deviatoio. Il comune del primo switch (contatto 2) andrà collegato al cuore del deviatoio, mentre ai contatti 3 e 4 andranno i poli del bus DCC di trazione collegati in modo opportuno.
Il secondo switch invece comanderà un secondo relè bistabile dedicato alla gestione della polarità del tratto sezionato del cappio. Al comune di questo secondo switch (contatto 5) sarà collegato il polo positivo dell'alimentazione a 12V DC, mentre i contatti 6 e 7 saranno collegati col il SET e il RESET del relè bistabile. Polo negativo del 12V DC ai contatti 15 e 16 del relè. I poli comuni del relè bistabile (contatti 4 e 13) saranno collegati alle due rotaie del tratto sezionato, mentre agli altri poli saranno collegati in senso inverso i poli del bus DCC di trazione (un polo ai contatti 8 e 11 e l'altro polo ai contatti 6 e 9).

Se tutto è stato fatto correttamente, un convoglio impegnerà il cappio in una delle due direzioni a seconda della posizione degli aghi del deviatoio; l'attivazione del primo modulo sensore sarà ininfluente sullo stato del deviatoio e della polarità del cappio. L'attivazione del modulo sensore in uscita dal cappio disporrà correttamente il deviatoio e questo metterà in fase la polarità del cappio con il binario in uscita. Nessun cortocircuito, nessun rallentamento, nessun intervento perché tutto si svolge in modo automatico.

Lo stesso schema si può usare con altri due motori lenti che possono funzionare con l'inversione di polarità e che avendo doppio switch, possono replicare quanto visto con il motore Tortoise.
Parliamo del motore Tillig e dei motori MTB più performanti (MP4, MP5 e MP10).

Usando invece un motore MTB più semplice, l'articolo MP1, dotato di un solo switch e che funziona con tre collegamenti rispetto ai due collegamenti dei motori a inversione di polarità, possiamo procedere usando il relè bistabile sia per azionare il motore che per polarizzare il cuore del deviatoio.
Il motore in questione necessita di un polo comune positivo a 12V DC e due collegamenti alternativi al polo negativo dei 12V DC. Possiamo quindi usare una parte del relè bistabile per il motore: al comune del relè (contatto 4) va il negativo dei 12V DC, e i due contatti 6 e 8 vanno alle due posizioni di attivazione del motore (poz1 e poz2). L'altra parte del relè bistabile, che rimane libera, si può usare per polarizzare il cuore del deviatoio come indicato in precedenza.
Ovviamente rimangono invariati i collegamenti tra i relè a 5V e il relè bistabile.

Lo switch del motore MP1 si collegherà al secondo relè bistabile per gestire la polarità del tratto sezionato del cappio esattamente come indicato per il motore Tortoise.

L'uso di motori a bobine per il deviatoio che dà origine al cappio, come i Peco e gli Hornby, non è consigliato per questo tipo di soluzione in quanto il prolungato rilevamento dei sensori, tanto più prolungato quanto più è lungo il convoglio in transito, rischierebbe di creare surriscaldamento delle bobine. Sarebbe necessario adottare soluzioni un po' più complesse e non credo ne valga la pena. Meglio quindi motori lenti con finecorsa e almeno uno switch, così da replicare quanto illustrato fino ad ora.

In conclusione si è cercato di illustrare un modo di gestire la criticità di un cappio in digitale senza bisogno dell'intervento del giocatore o di moduli relativamente costosi e, per alcuni, addirittura sconsigliabili per i numerosi micro-cortocircuiti dannosi per la pulizia e la durata di armamento e assali delle loco. Avrete la certezza che la polarità sarà sempre conseguente alla posizione del deviatoio, anche all'avvio di una sessione di gioco.
Oltre all'orgoglio di aver realizzato in proprio un certo tipo di soluzione, ci sarà sempre la possibilità di intervenire in caso di malfunzionamento, avendone chiara conoscenza.

Buon lavoro e, soprattutto, buon divertimento!

L'autore Mauro MENINI, è a disposizione per domande, curiosità, informazioni e chiarimenti nella DISCUSSIONE FORUM GAS TT

P.S.
Una indicazione, giusto per completezza, dei prezzi della vostra borsa della spesa su un sito di e-commerce, aggiornamento a fine agosto 2024.

Indietro

Copyright 2009 - - Webmaster A. ALTROCCHI - Web Designer G. TREBBI

Il sito ScalaTT.it utilizza cookie solamente nel forum. I cookie sono esclusivamente utilizzati, nel rispetto della Legge sulla Protezione dei dati (RGPD) - 2018, per un migliore utilizzo del forum. Qui trovate le regole a cui ci atteniamo Cookie Policy Sito ScalaTT e Forum GAS TT. Il sito ScalaTT.it non ha scopo di lucro, non è una testata giornalistica e viene aggiornato senza alcuna periodicità fissa (pertanto non può considerarsi un prodotto editoriale - legge n. 62 del 7/3/2001). Immagini e testi sono coperti da diritti e possono essere utilizzati solo se autorizzati.