ISTITUTO TECNICO INDUSTRIALE E.MATTEI URBINO. Tesina d esame. Un telecomando per plastici ferroviari

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1 ISTITUTO TECNICO INDUSTRIALE E.MATTEI URBINO Ragazzoni Mattia 5^ A/EN Tesina d esame Un telecomando per plastici ferroviari Nel mondo del ferromodellismo capita spesso di dover gestire plastici piuttosto grandi e di doversi spostare quindi in diversi punti del tracciato per poter essere in grado di manovrare correttamente i modelli allontanandosi perciò dal banco di manovra. Questo radiocomando offre al ferromodellista la possibilità di gestire tutti i modelli consentendogli di allontanarsi dalla centralina avendo, però, il controllo dell intero plastico sul suo palmare. 1

2 Sommario Tesina d esame... 1 Sommario ) Premesse... 3 Specifiche progettuali ) Schemi a blocchi Schema generale... 4 Radiocomando... 4 Centralina... 5 Alimentatore modelli... 5 Schemi a blocchi di alcuni componenti fondamentali ) Pin out dei componenti utilizzati ) Schemi elettrici... 8 Scheda ADC... 8 Scheda DAC... 9 Scheda relè... 9 Alimentatore modelli ) Montaggio dei componenti, master Scheda ADC Scheda DAC Scheda relè Alimentatore modelli Scheda di espansione modulo RF ) Diagrammi temporali ) Bibliografia ESTRATTO 2

3 1) Premesse Nel ferromodellismo esistono due metodi distinti per la gestione dei plastici: il DCC e il sistema tradizionale. Il DCC (digital command control) è un sistema di gestione digitale che utilizza un opportuno protocollo per comunicare con i diversi modelli disposti su un tracciato utilizzando i binari stessi; su ogni modello è montato un decoder che pilota il motore in CC e gli ausiliari presenti sul modello. Il sistema tradizionale (o analalogico) è molto più semplice: i motori sono collegati direttamente alle rotaie e girano in funzione della tensione ricevuta. Solitamente iniziano a funzionare con una tensione di 3V (la tensione è variabile e dipende dalla consistenza del convoglio e dalla marca del modello) fino a raggiungere il massimo numero di giri (e conseguentemente la massima velocità) a 14V. L assorbimento dei modelli è solitamente contenuto entro 1A; l inversione di marcia viene eseguita invertendo la polarità della tensione applicata sui binari. In questa sede trattiamo solo i modelli pilotati con il sistema tradizionale. E bene aggiungere che, a causa delle perdite portate dai binari stessi e i collegamenti per portare l alimentazione dalla centralina ai binari (tutti quanti dotati di una resistenza interna) la velocità dei modelli è condizionata dalle condizioni del tracciato: in salita, ad esempio, il motore va sotto sforzo, aumenta l assorbimento; la caduta di tensione sui binari e i collegamenti aumenta e il treno rallenta. In discesa, invece, essendo il motore a frenare il convoglio si trova a d assorbire minore potenza e il treno accelera (in queste condizioni un modello potrebbe partire anche con una tensione di 1V). Questo significa che non occorre avere una precisione assoluta nella trasmissione del valore della tensione e che si possono compiere delle approssimazioni. Nella trasmissione/ricezione della velocità del convoglio. Altro problema risulta essere il passaggio dei convogli sui deviatoi (o scambi). In questi casi, infatti, i modelli più vecchi producono dei picchi di assorbimento che possono raggiungere anche i 3 4A e non devono far saltare la protezione dell alimentatore. Altra caratteristica che accomuna i modelli odierni risulta quella di possedere i motori con un volano che imprimono al modello una certa inerzia. Modelli di alcune ditte necessitano anche 30 cm per fermarsi (se si toglie alimentazione quando il modello è alla massima velocità). Per il momento tratteremo quindi solo il controllo dei modelli con sistema tradizionale alimentazione tra 0 e 14V circa e della possibilità di espandere il sistema per il controllo degli ausiliari. 3

4 Specifiche progettuali Formuliamo dunque le specifiche del progetto: comunicazione stabile e sicura con segnalamento in caso di radiocomando fuori portata; possibilità di controllare la centralina sia sul posto che a una distanza di 50 m; controllo dei modelli intensione; tensione compresa tra 0 14V, assorbimento 1A, con picchi fino 4A, inversione di marcia, simulazione dell inerzia del convoglio; blocco dell alimentatore in caso di corto circuito e possibilità di ripristino anche a distanza possibilità di future espansioni; Schema generale 2) Schemi a blocchi. Radiocomando (TX) Canale trasmissivo Centralina (RX) Alimentatore modelli Radiocomando Regolatore velocità (potenziometro) FIltro S/H, Multiplexer, ADC (integrati nel MCP3202) Intefaccia SPI (integrata nello z8) Modulo radio Interruttore per imporre la direzione di marcia/ stop emergenza Z8 segnalazioni luminose (LED) Pulsante per cercare la linea 4

5 Centralina Modulo radio Intefaccia SPI (integrata nello z8) DAC (MCP4922) Filtro attivo Alimentatore modelli Comando Relè (inversione di marcia) Z8 segnalazioni luminose (LED) Alimentatore modelli Rete 220 trasformatore abbassatore (220 15V) Ponte raddrizzatore Filtro capacitivo Centralina (RX) Buffer (LM358) Filtro RC pesante (simula l inerzia) con τ impostabile Amplificatore non invertente Transistor di potenza (BDW93C) Retroazione negativa Binari Scheda Relè Fusibile 5

6 Schemi a blocchi di alcuni componenti fondamentali ADC (MCP3202) DAC (MCP4922) Cip montato sul modulo radio (CYWUSB6935) Schema a blocchi interno dello Z8 6

7 3) Pin-out dei componenti utilizzati MCP3202 MCP4922 BDW93C Per il BDW39C: 1 = base, 2 = collettore, 3 = emettitore; LM358 LM324 7

8 BC547 connessioni modulo RF A lato le connessioni tipiche dello Z8 a 40 pin. Per il nostro progetto ricordiamo che abbiamo utilizzato schede di sviluppo con morsettiere in cui venivano riportate le uscite. 4) Schemi elettrici NB: nella trattazione degli schemi elettrici verranno riportati solo i principali ossia la scheda ADC, la scheda DAC, la scheda relè, l alimentatore. Scheda ADC 8

9 Scheda DAC Scheda relè 9

10 Alimentatore modelli Scheda ADC 5) Montaggio dei componenti, master 10

11 NB: le resistenze R1 ed R5 sono state sostituite da un poticello mentre i trimmer R2 ed R6 non sono stati montati. Questo perché occorre monitorizzare una tensione continua tra 0 e 3,3 mentre i componenti citati fungono da attenuatori (nel caso in cui la tensione da misurare superi i 3,3V. Scheda DAC Sia nella scheda ADC che nel DAC c è un ponticello da saldare (se non si vuol fare la doppia faccia) Scheda relè /*manca. È ancora da fare*/ Alimentatore modelli Componenti montati esterni: BDW93C (base collegata a B+, collettore a + 18V ed emettitore a Vt) Potenziometro da 10k (un terminale a 7,2V, l altro a massa e il centrale a Vin) nel caso di utilizzo senza centralina dell alimentatore Potenziometro da 47k (che funge da reostato) tra PA1 e PA2 11

12 Scheda di espansione modulo RF Il piedino numero 1 corrisponde a quello con il pad rettangolare come sulla board NB: tutti i master sono in scala 1:1 visti da sopra 6) Diagrammi temporali Spendiamo due parole sui diagrammi temporali riguardanti l SPI per il controllo del DAC, ADC e modulo RF; Riportiamo dunque i diagrammi temporali: DAC ADC 12

13 Modulo RF: lettura di un dato Modulo RF: scrittura di un dato Modulo RF: scrittura di N dati (finché che si fornisce il clock) 7) Bibliografia Per la stesura della tesi sono stati consultati i seguenti testi: Telecomunicazioni (volume B), Zanichelli editore; L elettronica Applicazioni, L elettronica Analogica, Tramontana editore, Tecnologia e disegno per la progettazione elettronica (volumi 1, 2, 3), Tramontana editore; Linguaggio C++, Pentrini editore; Imparare l elettronica partendo da Zero, Nuova Elettronica editore; Riviste nuova elettronica Datasheet dei vari componenti utilizzati Si ringraziano per la collaborazione Massimo Zandri, Francesco Renzini e Silvana Arduini. 13

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