Automatismo per un passaggio a livello

[Edgardo_Rosatti]

Carissimi amici, è da tempo che mi balena in testa l'idea di realizzare un passaggio a livello funzionante.
Qualcosa ho fatto in passato in scala N usando un sistema con motore demoltiplicato che funzionava benino e c'è qualcosa nel sito scala tt a riguardo. Tuttavia mi piacerebbe poter provare a gestire un pl nel modulare sul mio modulo.

Il meccanismo ed il pl stesso sono in fase di studio e spero tanto di poterli portare a Novegro, ma purtroppo si viene a creare una condizine un po' particolare, in quanto automatizzare un pl in un modulare implica il coinvolgimento di altri partecipanti che dovrebbero installare dei sensori sul loro modulo.

Questo consentirebbe al sistema pl di abbassare le sbarre per tempo prima del sopraggiungere di un treno e di farle rialzare in modo realistico.

A tal proposito ho studiato una logica basata su dei deviatori comandati da dei sensori che andrebbero installati sui moduili, prima e dopo il pl ed a una distanza sufficiente per garantire al meccanismo che aziona le sbarre per non avere tempi morti.

Questo è lo schema molto teorico della mia idea:

Schema teorico sensori PL:


Il nostro impianto ha 2 binari di circolazione e su ogniuno di essi andrebbero installati dei sensori (2) prima e 2 dopo il PL.
Questi sensori comandano dei deviatori; da S1 a S4 nello schema.
Il loro funzionamento dovrebbe essere del tipo "passo-passo", cioè il deviatore si sposta cambiando il suo stato quando un treno passa sopra il sensore.

In questo modo, se applichiamo una tensione su A, questa si ritrova su B solo quando un treno è nella zona sensibile (PL) e la tensione può a questo punto essere inviata al meccanismo che muoverà le sbarre.

Non so se sono riuscito a spiegarmi. E' solo uno schema teorico che potrebbe funzionare sfruttando le condotte non utilizzate del bus per permettere al meccanismo di essere comandato.

Nel frattempo io provo a fare il PL in fotoincisione e a studiare il modo di movimentare le sbarre. Con Arduino ho una mezza idea su come fare usando dei servi e pian piano qualcosa sta nascendo.

Tuttavia, l'impianto andrebbe scomposto per studiare bene i vari meccanismi che ne permetterebbero il suo regolare funzionamento.

Ovviamente qualsiasi critica e suggerimento da parte vostra non potrà che essere di aiuto

Ciao
Edgardo

[Edimau]

Una semplice considerazione al volo.
Il sensore prima del PL potrebbe andre bene sul modulo precedente al tuo, il convoglio ci passa sopra e fa iniziare ad abbassare le sbarre che si chiudono pima che arrivi il treno.
Per il sensore di rialzo, può bastarti il modulo accanto ? Devi considerare che prima che le sbarre si rialzino deve essere passato "Tutto" il treno, e se lo vuoi ancora più realistico la coda dovrebbe essere ad una distanza pari ad una carrozza quando inizia il movimento di apertura.

Maurizio

P.S.

Edgardo, di Elettronica non ne capisco un tubo, le mie sono solo considerazioni chiamiamole "visive"

[roy67]

Edgardo, se può interessare, anni fa avevo creato un circuito per comando PL su linea a doppio binario, utlizzando un C/MOS.

Servo 4 reed sotto i binari (2 per benario) ed il circuito gestisce chiusura ed apertura, rispettando anche eventuali tempi per incrocio convogli.

Trattasi di un circuito molto semplice. Cerco gli schemi nella confusione che ho. ma li avevo già postati in un altro forum.. Quindi li ho nel Pc.. da qualche parte.

P.S. Maurizio: I reed di comando del sistema di blocco è installato sotto 'ulimo carro/carrozza. Quindi il problema si pone solo per la distanza di chiusura.

[Marshall61]

Ottima idea Edgardo! Mi sembra di ricordardare che, dalla parte sinistra della stazione, ci sia il modulo di Claudio, almeno da quella parte si potrebbe inserire i reeds e tenere presente che la composizione rimarrebbe chiusa e quindi fattibile in qualsiasi manifestazione in quanto il modulo è stato donato al Gruppo.
Nella parte destra bisogna tenere presente che chi inserirà i reeds dovrà necessariamente presenziare a tutte le manifestazioni del Gruppo pena l'impossibilità di funzionamento del PL.......

Ciao, Carlo

[MrPatato76]

Mi sembra un ottima idea!!
Una sola considerazione: la posizione dei reed di chiusura del passaggio deve essere calcolata anche in funzione del convoglio più lungo ammissibile visto che i magneti di azionamento saranno posti sul carro in coda....

[Edimau]

Edgardo, se può interessare, anni fa avevo creato un circuito per comando PL su linea a doppio binario, utlizzando un C/MOS.

Servo 4 reed sotto i binari (2 per benario) ed il circuito gestisce chiusura ed apertura, rispettando anche eventuali tempi per incrocio convogli.

Trattasi di un circuito molto semplice. Cerco gli schemi nella confusione che ho. ma li avevo già postati in un altro forum.. Quindi li ho nel Pc.. da qualche parte.

P.S. Maurizio: I reed di comando del sistema di blocco è installato sotto 'ulimo carro/carrozza. Quindi il problema si pone solo per la distanza di chiusura.

Roberto, se usi il reed per alzare o abbassare le sbarre, il problema lunghezza rimane. Se non in chiusura, in apertura, a meno che il sensore sia in grado di riconoscere se passa la testa o la coda. Questo è quello che credo, poi...voi siete sicuramente più tecnici di me e le soluzioni le vedete meglio.

Maurizio

[Riccardo]

Grande idea Edgardo,
per un realismo sempre più perfeTTo

[roy67]

Roberto, se usi il reed per alzare o abbassare le sbarre, il problema lunghezza rimane. Se non in chiusura, in apertura, a meno che il sensore sia in grado di riconoscere se passa la testa o la coda. Questo è quello che credo, poi...voi siete sicuramente più tecnici di me e le soluzioni le vedete meglio.

Maurizio

Essendo i magneti di eccitazione del reed installati sotto l'ultimo carro (norma modulare GASTT), va da se che verrà riconosciuta solo la fine convoglio, quindi la "coda". Di conseguenza questi reed possono essere installati a 10 cm dal PL. I reed di chiusura sbarre, invece vogliono ad una distanza pari alla lunghezza massima di 2 convogli. Questo per dare il tempo alle sbarre di scendere prima che il treno arrivi ad occupare il PL.

Ed: Ho trovato gli schemi. Li sistemo e li posto.

[roy67]

Eccomi con un paio di schemi del mio circuito.

Questo circuito ha funzionato per anni sul mio vecchio plastico, smantellato negli anni '90.

Posto gli schemi di principio, poi metterò una più approfondita spiegazione, magari in apposita discussione.

Posizione dei reed e connessioni al PCB.
Immagine:

208,18 KB

Schema elettrico di funzionamento.
Immagine:

160,92 KB

Il circuito si avvale di 4 porte logiche, che pilotano 2 circuiti logici di tipo "OR".

Solo quando tutte quattro le porte saranno in stato "0" avremo l'uscita di pilotaggio.
Se un convoglio transita su uno dei reed rossi, metterà la relativa porta in stato 1, facendo chiudere le sbarre.
Se un altro convoglio attiva, in senso opposto, il reed rosso, il primo convoglio, anche se ha dato il segnale di apertura, le sbarre rimarranno chiuse fino a che il secondo convoglio non avrà dato l'Ok.

[Edgardo_Rosatti]

Innanzitutto vi ringrazio tutti per i suggerimenti in merito. Anzi direi proprio che lo spirito che vedo è veramente inimitabile. E questo è quello che abbiamo bisogno nel GAS TT

Inizialmente avevo pensato ad altri tipi di sensori, per es. delle fotoresistenze, ma dal momento che abbiamo i magneti sotto l'ultimo carro che fungono già da attuatori per il blocco elettrico tramite i reed, non vedo impedimenti per sfruttarli anche per questo automatismo. Il tutto installando solo 4 reed in più.
Come giustamente detto, andranno posizionati un po' prima del punto di comando e tenendo conto anche della lunghezza media di un convoglio, proprio perchè i magneti si trovano in coda.

Per il meccanismo vero e proprio del PL sto provando ad usare 2 servi miniatura molto piccoli del tipo lineare gestiti da una semplice Arduino Uno, in quanto con questa scheda posso comandare anche i semafori stradali e gestire comodamente le tempistiche degli eventi sfruttando gli ingressi della scheda stessa.

Questo meccanismo serve solo a muovere le sbarre e ad accendere e spegnere i semafori stradali, ma non a gestire la logica in oggetto.
Per la logica sarei propenso ad utilizzare una scheda a parte che dica ad Arduino quando alzare o abbassare le sbarre tipo quella consigliata da Roy sulla base dei discorsi fatti.

In questi giorni sto facendo fare la mia prima lastrina in fotoincisione per iniziare a realizzare le sbarre in scala tt e passerà ancora qualche tempo prima di avere il meccanismo funzionante.
Francamente, essendo la mia prima esperienza in questo campo non so ancora cosa ne verrà fuori, fino a quando non avrò il meccanismo operativo non sarà possibile sviluppare la ligica nella sua pratica.

Nel frattempo sto scrivendo un programma che gestirà il movimento delle sbarre temporaneamente in modo manuale tramite bluetooth e android, ma è solo il primo passo verso uno sviluppo che consenta al sistema di essere completamente automatico.

Edgardo

PS: Roy, ho visto lo schema e sarebbe ottimo per gestire la logica del PL. Tempo fa ne feci uno in grado di gestire i sensori che posto qui:

Lettura sensori:

45,88 KB

Errata/Corrige: "come nel riquadro verde" = "come ner riquadro viola".
IC1 è un comune NAND

[roy67]

Infatti Ed, Il circuito che ho postato è solo per gestire il segnale di attivazione, che potrà benissimo essere un segnale per l'ingresso di arduino.

Nel mio caso pilotava un relè in scambio, che invertiva la polarità al motore delle sbarre. La sezione relè l'ho omessa proprio pensando che traffichi con arduino, quindi generare un segnale per tale apparecchio.
L'uscita regge circa 500 mA, ma, utilizzando un altro tipo di transistor, si può tranquillamente arrivare anche a 1 ampere.

Preparo tutti gli altri schemi ed apro un apposita discussione, in modo che tutti coloro che vogliano costruirselo, in qualsiasi scala, lo trovino facilmente.

[Edgardo_Rosatti]

Va bene Roy, io intanto ti ringrazio per l'aiuto ed i suggerimenti sempre utili. Poi quando riuscirò a movimentare le sbarre posterò il lavoro.
I lucidi della lastrina del pl me li consegnano la prossima settimana e poi dovrò darli a chi fa le lastre in alpacca. Presumo che vi vorrà acora un po' di tempo, quindi per ora rimango in attesa aspettando pazientemente il service.

Ciao
Edgardo

[Edimau]

Una domanda, ma i motori quante aperture e chiusure possono sopportare in successione?
Chiedo questo perchè il modulare è a doppio binario e potrebbe crearsi un'effetto rimbalzo. Ovvero passa un convoglio sul binario pari, prima chiude e poi riapre, a un secondo di distanza sul binario dispari un convoglio richiude dopo poco riapre. Adesso non so quanto possano essere distanziati uno dall'altro i convogli, ma questo effetto per via del doppio binario potrebbe essere frequente.

Maurizio

[roy67]

Una domanda, ma i motori quante aperture e chiusure possono sopportare in successione?

Miliardi....

Pensa al motorino dello sterzo di un automobile radiocomandata.. Quante sterzate ed aggiustamenti consecutivi vengono fatti in un giro di pista?
Ed in 10 giri?

I motori che ha intenzione di usare Edgardo sono gli stessi.
Considerando anche che, a Novegro, saranno esposti circa 30 moduli, di conseguenza i convogli saranno intervallati ogni circa 10 mt.

[roy67]

Eccomi con un paio di schemi del mio circuito.

Questo circuito ha funzionato per anni sul mio vecchio plastico, smantellato negli anni '90.

Posto gli schemi di principio, poi metterò una più approfondita spiegazione, magari in apposita discussione.

Posizione dei reed e connessioni al PCB.
Immagine:

208,18 KB

Schema elettrico di funzionamento.
Immagine:

160,92 KB

Il circuito si avvale di 4 porte logiche, che pilotano 2 circuiti logici di tipo "OR".

Solo quando tutte quattro le porte saranno in stato "0" avremo l'uscita di pilotaggio.
Se un convoglio transita su uno dei reed rossi, metterà la relativa porta in stato 1, facendo chiudere le sbarre.
Se un altro convoglio attiva, in senso opposto, il reed rosso, il primo convoglio, anche se ha dato il segnale di apertura, le sbarre rimarranno chiuse fino a che il secondo convoglio non avrà dato l'Ok.

Mi autocito per segnalare che il circuito in questione funzionerebbe al rovescio, se utilizzato per pilotare arduino.
Infatti fu concepito per pilotare un relè in scambio, con la funzione di invertitore di plarità per il motore.

Per pilotare arduino serve un C-MOS 4081 (anziché 4071) dotato di 4 porte AND (anziché OR) ed un transistor NPN (anziché PNP).
Inoltre c'è una resistenza in più.

Chiedo scusa per l'errore.

[Edgardo_Rosatti]

Giusto Roy, il gioco sta proprio nel fare in modo che il sistema dei sensori postati nel primo messaggio diano un tempo sufficiente per far abbassare le sbarre senza che si creino antiestetici sali/scendi.
E se nel frattempo qualche altro treno entra nella "zona sensibile", il sistema dovrà tenere le sbarre abbassate.
Poi potrà anche succedere che un nuovo treno sopraggiunga mentre le sbarre si rialzano e qui probabilmente avverrà che esse si fermeranno a mezz'aria per abbassarsi di nuovo.
Questo perchè il modulare in sè non è come una vera linea ferroviaria, cioè ha una frequenza di passaggio treni molto più alta.
Probabilmente il calcolo sta nel rappotro lunghezza modulare vs numero treni in circolazione.
Per ora l'importante è che la logica capisca quando un treno è nella "zona sensibile" e che faccia il suo lavoro.

Le prove che sto facendo sono ancora molto empiriche; ho approntato una bredboard collegata a un Arduino UNO, un paio di led rossi classici, 4 pulsanti n/a ed un micro servo lineare giusto per iniziare a scrivere un piccolo programma in grado di sequenziare gli eventi.
Gli eventi sono: lettura ciclica dei 4 sensori che se è vera da inizio alla sequenza di attivazione del PL, con prima l'accensione dei semafori e successivamente l'azionamento del servo per abbassare le sbarre.
La lettura dei sensori continua tramite "interrupt" e quando rileva che il treno è fuori dalla "zona sensibile" ripete i comandi al contrario, cioè alza le sbarre e spegne i semafori.
Il tutto è temporizzato, ma per funzionare bene ci serve una interfaccia e dobbiamo sfruttare la caratteristica degli "interrupt" di Arduino.
Gli "interrupt" sono di fondamentale importanza, perche ci consentono di interrompere una funzione eseguita da Arduino per permettergli di farne un'altra, altrimenti, mentre Arduino per es. alza le sbarre non è in grado di leggere i sensori in quanto impegnato a fare altro.
Praticamente l'"interrupt" è un segnale asincrono di richiesta di attenzione da parte di un sensore.

Francamente non so ancora cosa ne verrà fuori, ma confido molto nella sperimentazione e della vostra collaborazione, quindi rimango disponibile e aspetto con interesse le idee che avete. Per ora posto una foto della berdboard di Arduino coi dispositivi.

Prototipo:

103,77 KB

In basso il servomotore lineare molto micro da collegare al leveraggio del PL.
In futuro i servi saranno 2, uno per sbarra del PL.

Ciao
Edgardo

[roy67]

Ottima spiegazione Ed.

Sto lavorando all'interfaccia. Senza modificare troppo quella che ho già fatto (per risparmiarmi i tempi di ricalcolo dei componenti ) Cioè utilizzando le porte logiche OR. Solo perché è funzionante e collaudato, quindi mi risparmio tempi di ristudio e ricalcolo.

Una sola domanda, a questo punto. Gli interrupt che vuole arduino, per dare priorità ad un segnale, fondamentalmente, saranno segnali elettrici.
Di che tipo?
Ovvero che voltaggio massimo dovranno avere (supponendo sempre un tensione CC)?

Questo perchè l'interfaccia darà solo 2 tipi di segnale, in CC negativo o positivo, di tensione a nostro scrupolo e scelta.

Ovviamente sto lavorando per un uscita positiva che attivi il PL, che commuta in negativo per la disattivazione... Ma ad Arduino.. Piace questa cosa o "vuole" altro?

La generazione dell'interrupt potrà essere parallela al segnale di attivazione.

Tutto questo perché, se servono 2 distinti segnali CC, lascio il microrelè in scambio

[Edgardo_Rosatti]

Ciao Roy,
Arduino Uno ha solo 2 porte di I/O su 14 che constentono di sfuttare l'interrupt. Nella modalità INPUT del suo micro sono la numero 2 e la numero 3.
Il livello logico da applicare su queste porte che sono digitali è 0 Volt per un livello logico 0 e 5 Volt per un livello logico 1, il tutto in CC, tipo un classico TTL.
Usando uno schema esterno basta dare 5 Volt su queste porte a patto che la massa della scheda esterna sia collegata in comune con quella di Arduino.

L'attivazione e/o il controllo dell'interrupt avviene via software tramite comandi appositi tipo attachInterrupt() che ci consente di dire
ad Arduino che vogliamo usare l'interrupt sulla porta 2 e/o 3.
Successivamente si associa un evento che sarà gestito tramite una procedura scritta a parte richiamabile sempre tramite software e che renderà asincrono il funzionamento del programma e della lettura degli stati logici delle porte 2 e 3.

Francamente, questa funzione non ho ancora mai provato ad usarla, ma dai manuali e dai tutorial scritti da chi ha fatto queste prove prima di me ne viene garantito il funzionamento.

Spero di essermi spiegato Roy
Eventualmente dammi un po' di tempo per iniziare a fare la meccanica, così poi possiamo vedere come impostare al meglio i sensori.

Ciao
Edgardo

[roy67]

Sei stato chiarissimo Ed.

Quindi, riassumendo, servono due uscite logiche (una per pilotare l'aperture ed una per la chiusura), da 5 Vcc, che arrivino dalla stessa alimentazione di arduino.

Uhm..... Credo che la cosa migliore sia installare il relè in scambio, che commuti le uscite da 5 Vcc. Non so se i C-MOS lavorano a tensioni così basse. Inoltre c'è da rivedere tutte le resistenze.

Serve anche a me del tempo. Devo per forza costruire un muletto di prova e fare test.

[Edgardo_Rosatti]

Va bene Roy, prendiamoci tutto il tempo che serve e intanto grazie per l'aiuto

Tieni presente che potremmo usare anche solo un ingresso di Arduino con interrupt, cioè associando per es. a 0 l'innalzamenro delle sbarre e a 1 l'abbassamento.
Poi è sempre il software a fare la differenza.

Se non sbaglio i CMOS hanno valori logici relativamente variabili e possono essere alimentati fino a un massimo di 18 Volt. In questo caso lo 0 e l'1 assumono valori molto diversi e sono più tolleranti rispetto ad un TTL. Tuttavia basta usare un relè di scambio come dici o anche solo un transistor che invii una tensione a 5 Volt sulla porta di Arduino.
In questo modo l'interfaccia può essere alimentata a 12 volt e Arduino a 5 usando 2 alimentatori indipendenti.

[roy67]

Infatti. I C/MOS posso lavorare, in alcuni casi, fino a 20 Vcc.

Penso che la cosa migliore sia utilizare un relè in scambio. Poi, ai suoi capi, possiamo collegare tutto ciò che vogliamo:

- Poli positivo e negativo di arduino, con uscita "0/1" per il pilotaggio ad un ingresso.
- Polo positivo di arduino con 2 uscite "1".
- 0 e 12 Vcc per l'inversione di polarità per un motorino elettrico

Insomma, un solo schema, un solo circuito, mille modi di utilizzarlo. In questo modo, tutti gli amici che vorranno automatizzare i loro PL, potranno sfruttare il circuito, così com'è.

[Edgardo_Rosatti]

Sono pienamente daccordo Roy,
la lastrina che sto provando a fare per la parte meccanica è proprio anche per chi del GAS TT la volesse provare e si fa quel che si può.
Poi la parte elettrica può essere realizzata usando tante idee. A me non costa nulla provarci anche con Arduino che tralaltro mi diverte molto e mi appassiona.
E non è detto che debba per forza essere l'unica soluzione.

Per l'impossibile ci proviamo e per i miracoli ci stiamo attrezzando

ciao
Edgardo

[roy67]

Ecco uno schema di massima, non definitivo e, soprattutto, non collaudato.

Questo schema deriva dallo schema che postai 4 anni fa in un altro forum.
Mentre lo ricopiavo (purtroppo i file originali sono andati persi), mi sono accorto di un errore.
Ma l'errore è presente anche sul foglio, fatto a biro, dello schema che feci negli anni '90.
Allora ero fresco di scuola, oggi, in me, parla l'esperienza... Quindi non so se effettivamente fu un mio errore di copiatura, oppure se vi fosse qualche motivo specifico che mi portò a fare lo schema (ed il circuito) in quel modo.

In linea di massima lo schema è questo:

Immagine:

203,81 KB

Al più presto preparo un muletto di test e, dopo averlo collaudato, aprirò un apposita discussione, costruendo un circuito per Edgardo.

Mi raccomando, a tutti:
<font color="red">Il circuito non è collaudato!!!!!</font id="red">

[Edgardo_Rosatti]

Se i miei ricordi di algebra booleiana non sono sbagliati, lo schema usa 3 porte OR che eseguono una semplice comparazione binaria.
Se almeno uno o entrambi gli ingressi delle porte è vero, allora l'uscita sarà alta, altrimenti l'uscita sarà bassa solo se gli ingressi sono falsi.

Quindi, in condizioni di riposo il relè collegato all'uscita dovrebbe essere diseccitato e solo quando almeno uno dei reed porta alto gli ingressi OR, questo si eccita per comandare il motore del PL.

I pulsanti di reset riportano il circuito a riposo indipendentemente dal suo stato.

Sarebbe interessante disegnare anche i reed, in quanto con i soli morsetti è più difficile capirne il funzionamento.
Io ci provo, poi correggetemi se sbaglio:
Collegando i morsetti 1 con 3 o 2 con 4 il relè si eccita (treno dentro la zona sensibilie);
Collegando i morsetti 1 con A o 3 con B il relè si diseccita (treno fuori la zona sensibile).

Non capisco se C1 + la R da 22K ed il diodo tengono alti o bassi gli ingressi 2 di IC1A e 12 di IC1B [:I]
Però in qualsiasi caso si avrebbe al limite un funzionamento invertito, che è pur sempre corretto.

Funziona proporio come lo schema che ho postato poco sopra con sfondo grigio e chè è già collaudato.
Solo che il mio è più dispendioso perchè usa 2 chip e 4 relè.

Credo che questo sia uno schema molto pratico ed economico, più soluzioni si trovano e meglio è.
Bella Roy!

Ciao
Edgardo

[roy67]

Nello schema, 1, 2, 3 e 4 sono le uscite di alimentazione dei Reed, mentre A e B sono gli ingressi, da collegare come in questo schema:

Immagine:

209,92 KB

Che, fondamentalmente creano questa situazione:

Immagine:

239,09 KB

Ci hai preso. Hai individuato il corretto funzionamento.
La resistenza ed il diodo in basso, fungono da filtro.
Essendo un circuito che funziona solo quendo tutti gli ingressi si trovano "bassi", ovvero a "0", la bobina del relè emette una conduzione, con un rilevante assorbimento (circa 40 mA, ma per le porte logiche è abominevole). Ciò potrebbe falsare lo stato negativo degli ingressi, creando, appunto, un falso "1".