OpenDCC GBM16, Détecteur de présence rail / détecteur de présence BiDi

    Sur cette page le circuit du détecteur de présence est décrit en détail. Cette page n'est pas nécessaire pour l'utilisation, elle donne cependant à l'intéressé les tenants et aboutissants riches en explication.

Aperçu

    En interne dans GBM deux processeurs de types ATXMEGA128A1 sont installés: un processeur prend l'évaluation bidirectionnelles et la mesure du courant ('trackproc'), le second processeur communique avec le PC et et parallèlement avec la station centrale ('controlproc'). Les processeurs fonctionnent dans leurs différents domaines et communiquent les uns avec les autres via le coupleur rapide des données. Pour des contraintes de compacité, autant que possible, tous les composants sont des CMS.

    Les deux parties de circuit sont séparables l'un de l'autre et peuvent être connectées via un cable à 6 broches . Il est aussi possible de relier jusqu'à quatre trackproc à un controlproc.

Circuit processeur de rail (Track_Proc)

    Le processeur de rail Track_Proc est fixé sur le potentiel du rail, et évalue la consommation courante ou messages BiDi et envoie un résumé de l'évaluation au Control_proc.

    Chaque voie est analysée par un détecteur comprenant une résistance de 22 ohms et deux diodes de Schottky rapides anti-parallèles. Les diodes ont une tension directe nominale d'environ 0.45 V à 3 A. Les types possibles sont ici :
    • SSA33L, boîtier DO214AC (=SMA), 3A (Vishay)
    • SK 36A SMD, boîtier DO214AC (=SMA), 3A
    • SK 34A SMD, boîtier DO214AC (=SMA), 3A

    Les diodes peuvent débiter 3 A de courant soutenu, des tentatives de destruction avec un plus haut courant ont montré une très bonne tolérance contre les surintensités de courte durée (A savoir: avec le DCC Booster qui décroche au court-circuit à 4 A, rien ne se passait).

    La valeur de résistance de 22 ohms permet la mesure de très faibles courants de voie (par exemple à 15 V et 30kOhm il passe seulement 500uA qui crée une tension de 10mV ). ( Indication : 22 ohms causent une chute de tension de 660mV pour le courant nominal du BiDi (30 milliampères) (cette chute de tension est limitée par les diodes à 250mV) qui est au-dessus de la spécification.

    Railcom transmet les données en retour par une boucle de courant de 30mA. La tension maximale est d'environ 3V, donc la chute de tension le long de la boucle est d'environ is 2,5V. Dans les spécifications, cette chute a été divisée entre le détecteur (fut 55mV, est maintenant 200mV) et une chute pour les "legacy" détecteurs (1,4V). GBM16T combine les deux et a une chute de tension maximale de 350mV. (S'il vous plaît, voir aussi les instructions dans le forum, ces 22 ohms ont été changé pour ev. 5.6 ohms)
    Le signal du capteur est traité directement avec le convertisseurs A / D intégré du processeur de voie. L'utilisation d'une diode Schottky limite alors le signal de mesure dans une plage d'environ + / - 0,45 V à GND. En option, la référence du convertisseur A / D sera alimenté par un bloc de référence externes Analog Devices ADR380, mais la carte n'en est pas équipée en standard.
    Le processeur permet une mesure de (petites) tensions négatives jusqu'à 0.4V, La double alimentation n'est pas nécessaire. La mesure se fait en différentiel (mode signé) par rapport à la masse (GND). Pour éviter une trop grande charge des diodes de protection dans le processeur, des résistances de limitation sont inséres dans les transmissions de mesure.

    Ainsi la consomation est réduite , et l'alimentation est effectuée par le signal d'entrée DCC.

    Si le signal DCC manque, une tension de rechange peut être utilisée; Celle ci est entrée aux bornes X1-4 et X1-2. Pour un remplacement facile et pas cher de l'alimentation, le connecteur J40 USB peut être utilisé. Cependant, il faut noter que la masse de la TrackProc est liée au signal DCC, l'alimentation doit donc être flottante. Ici, aucune alimentation à l'ordinateur!

    Le Track_proc est équipé d'un DCC Acknowledge et d'un étage BiDi, il peut agir comme un décodeur DCC complet. En plus de la configuration via DCC peut également être transmis au détecteur global, de façon optionnelle également, des messages de détecteurs locaux.

    L'occupation des canaux est affichée avec LEDs locaux, ceux-ci sont alimentés par 1 milliampère de courant. Pour obtenir une luminosité agréable de 3mcd des LED avec une luminosité d'environ 50mcd/20mA sont à utiliser (par exemple, Osram L296).

    A des fins de développement, pour un meilleur suivi et pour le chargeur de boot, un accès USB opto-couplée est fourni via le circuit FTDI.

    Options des Trackproc (GBM16T)
    ACK Ce coupleur optique est utilisé en accès aléatoire pour la réception accélérée de BiDiB. La station centrale peut alors optimiser votre pile et les répétitions de commande.
    alimentation externe Elle permet de poursuivre la réception d' une détection de courant existante (no railcom), (en modeDebug-IF) bien que le signal DCC soit coupé.
    Instruction : Si ce n'est pas fait : le GBM16 fait "tenir"', c.-à-d. le Control_proc voit Track coupé et maintient simplement l'occupation. Ceci est automatique, on ne doit rien configurer ou changer. ( Il ne peut plus reconnaître des changements de l'état d'occupation en état coupé).
    Entrée - DCC le GBM16T a besoin seulement de DCC, l'émission RailCom est optionnelle et n'est pas actuellement pris en charge dans le SW.

Circuit du processeur de Control Control_proc

    Le processeur de commande est relié à la "terre" (soit à partir d'un PC ou par la masse du panneau de commande). Il accueille les données du track_proc, réduit celui-ci au cas par cas au protocole de feedback utilisé et communique celui-ci par USB, BiDiB, Xpressnet ou S88.
    Au Control_proc peuvent être connectés jusqu'à quatre track_proc, on peut ainsi géré, par exemple dans le domaine de la gare, jusqu'à 64 voies par GBM.

    Sur le processeur de contrôle 3 interfaces hôtes sont disponibles:
    • USB: Voir l'utilisation de FT232R pour se conformer à la correspondance de l'ID USB à utiliser.
    • Xpressnet: C' est une liaison semi-duplex sur la base RS485. Le GBM peut ici fonctionner en mode maître ou en mode esclave. Seulement en mode maître, la terminaison (TERM) est utilisée. A cet effet, un cavalier 2mm J72 est fourni.
    • BiDiB: Le câblage est conforme aux normes BiDiB. Il peut être effectué avec un câblage simple avec des câbles CAT5.
    • S88: Le câblage est conforme aux normes s88-N. Il peut être effectuée par un câblage simple avec des câbles CAT5. S88 et BiDiB sont une option qui utilise le même emplacement, vous ne pouvez équiper que l'une des deux interfaces.

    Interface S88:
    L'interface de S88 est réalisé par un D-FF (flip flop D): Les bits d'entrée sont échantillonés au moyen d'un flip-flop hardawre complémentaire, les bits de sortie sont créés en utilisant les signaux setet reset du flipflop. MAIS: S88 est "legacy"(héritage), Il a été enlevé dans la dernière vertsion de la carte. Si l'interface S88 devait échouer en cours de fonctionnement (par exemple, parce que l'hôte est à l'arrêt), ce qui est détecté en surveillant l'alimentation 5V sur le bus S88, Le controlproc éteint ensuite ses sorties.

    Timing:
    Le bus S88 d' OpenDCC GBM a un temps de montée de 20ns. Le temps de retard à la sortie T (pd clock_to_out,) est 4µs typiques, dans le pire des cas <10µs. La fréquence d'horloge admissible jusqu'à 50kHz (20µs période).

    Xpressnet, BiDiBus:
    Le BiDiBus et l'interface de Xpressnet est exporté avec le pilote 8-bits usuel en boîtier SO8. Il existe un grand nombre de puces RS485 compatibles avec 3,3 V d'alimentation. En ce qui concerne la vitesse nécessaire et le "slew rate" de sortie, veuillez tenir compte des notes sur www.bidib.org. (Pour XPressNet nous recommandons un bloc 250kBaud pour BiDiB un bloc 500k est nécessaire. Des blocs plus rapides sont possibles, mais le XPressNet ou BiDiBus doivent être proprement installés et être fermé.)

Alimentation des Processeurs

    L'ensemble du circuit fonctionne à 3,3 V, ce qui est obtenu par un régulateur à partir de tensions supérieures (c'est-à-dire, à partir de DCC, XPressNet, USB, etc.) Un LT3080 est utilisé en boîtier SOT223 comme régulateur de tension 3.3 V, peuvent être utilisés aussi un TO39 ou boîtier DPAK. Le LT3080 présente une très faible chute de tension de 1,2 V (qui est la chute de tension nécessaire à travers le régulateur) avec une large plage d'entrée.

    En remplacement le LM317 SOT223 peut également être utilisé. Bien que le LM317 soit très bon marché, il présente une chute de tension de 1.4V et nécessite également un courant de charge minimum. Ceci serait déjà limit en cas d'utilisation comme alimentation de remplacement 5V DC:
      - Diode de protection: 0,3V (une bonne Diode Schottky)
      - LM317: 1,4V
      - Reste effectivement pas de réserves afin de réguler le 3.3V.

    Comme d'autres alternatifs se proposen:
      - LT1117 et TLV1117 (1.1V dropout, mais seulement 1V dans le domaine jusqu'à 15V)

    Il est Important d'avoir un assez bon contrôle de l'alimentation, de sorte que les convertisseurs analogiques-numériques fonctionnent de manière stable.

Alimentation d'horloge

    Les ATXmega peuvent être utilisés avec l'oscillateur interne et aussi avec le quartz extérieur et la fréquence d'horloge réelle peut être obtenue au moyen d'une boucle à vérouillage de phase PLL. Le GBM utilise un quartz extérieur à 8 MHz, L'horloge interne, avec un facteur 4 au moyen du PLL, est à 32 MHz.. Si le cristal est absent, n' oscille pas ou le PLL n'est pas verrouillé , le logiciel passe automatiquement en mode d'urgence avec l'oscillateur RC interne. Alors, il n'est plus si exact, mes mesures montrent environ 2% d'erreur dans ce cas.