Xbus TCO kompakt

Xbus TCO compact

V minulosti jsem vytvořil velké množství modifikací původního Xbus TCO od Paco Cañada (a původního ACE od Mike Boltona). Jednalo se v podstatě jen o drobné změny software. Postupem doby jsem došel k závěru, že nemá cenu udržovat takto staré zařízení a je na čase vytvořit nové. Pro staré TCO je dnes již prakticky nemožné sehnat obvod 4515, použitý procesor už je také s příplatkem za hledání v archivu a podobně.

Celkový koncept se mi nezdál tak špatný, proto jsem se mu příliš nevzdaloval. Obvod 4515 jsem nahradil pomocí dvou 74HC138 a procesor jsem nahradil za modernější PIC16F15323. Vím, že je tento procesor menší (má 14 vývodů namísto původních 20), ale zase mi umožnil vznik extra levné a extra kompaktní verze.

Snažil jsem se, aby změny, které jsem nejčastěji prováděl v kódu, bylo možné nastavit pomocí přepínačů. Proto jsem trochu zvětšil počet přepínačů z původních 7 na nových 10.

Matice pro spínače (nebo tlačítka) má velikost 14×5 prvků. To umožňuje ovládat buď 70 výhybek pomocí spínačů, nebo 35 výhybek pomocí (dvojice) tlačítek.

Režim ovládání pomocí spínačů, nebo tlačítek, lze změnit pomocí nastavovacích přepínačů.

I did a lot of variants for original Xbus TCO originally by Paco Cañada (previous ACE by Mike Bolton) in history. It was small changes in software only. I decided, it make no sense take a care about this old device and it is time to create brand new one. It is practically impossible to find used chip 4515 on market, used processor is as well available in museum shops only etc.

I guess, that overall concept is not that bad, then I keep main ideas. I was replaced chip 4515 by two 74HC138 and replaced processor to more modern PIC16F15323. I know this one is smaller (have 14 pins instead of 20 for old one). From the other hand, it allows me to create extra small and extra compact version.

I was try to have all options that I did for previous version available by configuration switches. I decided to increase number of switches from 7 to 10 then.

Used matrix for switches (or push buttons) have 14×5 nodes. It allows to control 70 turnouts by switches, or 35 turnouts by push buttons (pairs).

Configuration of control mode buttons and switches can be changed by configuration switch.

Ovládání pomocí spínačů

V tomto režimu TCO odesílá příkazy pro ovládání příslušenství na základě sepnutí/rozepnutí spínače. To je oblíbené, zejména pokud používáme jediný ovládací panel a žádný jiný ovladač neovládá stejnou výhybku. Pak poloha spínače přímo ukazuje polohu výhybky. Pro ovládání platí jednoduchá mnemotechnická pomůcka – sepnutý spínač představuje výhybku ve směru rovně (+), rozepnutý spínač představuje výhybku ve směru do odbočky (-).

Při ovládání pomocí spínačů používáme jeden spínač pro jednu výhybku, je tedy možné zapojit až 70 spínačů. Číslování spínačů je vždy podle označení „A“, tedy první sloupec „A1“ začíná adresou 1, další sloupec „A6“ začíná adresou 6, následující „A11“ začíná adresou 11. U sloupců, které mají dvojité označení (například „A36/B1“) platí označení „A“ (tedy adresa 36 v našem příkladu). Řádky se pak přičítají k této hodnotě. Jsou označené jako +0, +1, až +4. Nastavovací přepínače pro přidání adresy přidávají následující hodnoty: Přepínač s číslem 8 zvětší adresu o +70, přepínač s číslem 9 zvětší adresu o +140 a přepínač s číslem 10 zvětší adresu o +280. Zvětšení adres lze kombinovat, takže můžeme ovládat jakoukoli výhybku od adresy 1 až po adresu sloupce A66 + řádek +4 a k tomu konfigurace +70 +140 +280 = celkem tedy 560.

Poznámka: hovoříme o spínačích, tedy pouze sepnuto/rozepnuto. Není nutné používat přepínače. V případě, že přepínače vlastníte, pak použijete vždy jen jeden pól a druhý bude nevyužitý.

Control by switches

In this mode TCO send commands for accessory based on close/release of switch. This method is popular for cases, we have only one control board and no other controller can switch the turnout. Position of switch handle represent turnout position then. One small mnemotechnic hint exist for switches. Closed switch on schematic looks same straight as turnout in straight direction (+). Released switch look similar as turnout to diverge direction (-).

When controlling by switches, we are using one switch for one turnout. It is possible connect 70 switches then. Switches numbering use always "A" marking. It mean first column "A1" starting with address 1, next column "A6" starting with address 6, following "A11" starting with 11. Columns with double marking (for example "A36/B1") is valid number with "A" (it mean address 36 in our case). Rows are added to this value. They are marked +0, +1 to +4. Configuration switches for address increase adding following values: Configuration switch number 8 adding +70 to address, switch number 9 adding +140 to address and switch number 10 adding +280. Address addition can be combined. We can control any turnout starting from address 1 up to column A66 + row +4 and configuration add +70 +140 + 280 = in total 560.

Note: we are using term switch in meaning circuit closer. It mean closed/released. It is no necessary use change-over switches. Once you already owning change-over switches, you will use only one pole of them.

Ovládání pomocí tlačítek

V tomto režimu XbusTCO odesílá příkazy pro ovládání příslušenství na základě stisku tlačítka. To je vhodné pro případy, kdy jednu výhybku můžeme ovládat z několika míst. Například z ovládacího panelu a zároveň z počítače, nebo telefonu.

Pak pro každou výhybku potřebujeme dvě tlačítka (jedno pro volbu rovně (+), druhé pro volbu do odbočky (-)). Je tedy možné připojit 70 tlačítek, což stačí pro ovládání 35 výhybek. Číslování tlačítek se řídí značením „A“ pro směr rovně a „B“ pro směr do odbočky. Výhybku s adresou 1 tedy budeme ovládat tlačítky připojenými ke sloupci A1 a B1 (ze sloupců s dvojitým značením „A36/B1“ použijeme právě „B1“). Řádky se pak přičítají vždy stejným způsobem +0, +1 až +4 ke zvolenému sloupci. Nastavovací přepínače pro přidání adresy přidávají následující hodnoty: Přepínač s číslem 8 zvětší adresu o +35, přepínač s číslem 9 zvětší adresu o +70 a přepínač s číslem 10 zvětší adresu o +140. Zvětšení adres lze kombinovat, takže můžeme ovládat jakoukoli výhybku od adresy 1 až po adresu řádku A31 + sloupec +4 a k tomu konfigurace +35 +70 +140 = celkem tedy 280.

Control by push buttons

In this mode XbusTCO send accessory control commands based on button press. That is popular in cases, more than one controller can control one turnout. For example from control board and computer or smart phone.

We need two buttons for one turnout (one for straight direction (+), second for diverge direction (-)). It is possible to connect 70 buttons, that can control up to 35 turnouts. Turnout numbering is defined by "A" marks for straight direction and "B" marks for diverge direction. Turnout with address 1 will be controlled by buttons connected to columns A1 and B1 (for columns with double marking "A36/B1" will be used "B1"). Rows are added same way +0, +1 to +4 to desired column. Configuration switches for address increase adding following values: Configuration switch number 8 adding +35 to address, switch number 9 adding +70 to address and switch number 10 adding +140. Address addition can be combined. We can control any turnout starting from address 1 up to column A31 + row +4 and configuration add +35 +70 +140 = in total 280.

Připojení tlačítek nebo spínačů

Tlačítka, stejně jako spínače se připojují vždy s oddělovací diodou. Oddělovací dioda se připojuje tak, aby její katoda byla na straně sloupců a anoda byla na straně řádek (šipka ukazuje od „+1“ do „A6“). Nezáleží na tom, jestli je dioda před, nebo za spínačem (tlačítkem).

Kombinování výhybek

Je možné vytvářet různé kombinace, kdy například jedním spínačem potřebujeme ovládat dvě (nebo více) výhybky. Jednodušší varianta je, pokud obě výhybky mají společný řádek, nebo sloupec. Pak stačí použít dvě oddělovací diody a dát je na tu stranu, která není společná.

Například pro spínač, který ovládá výhybky 7 a 8. Společný je sloupec A6, rozdílný je řádek +1 a +2. Spínač tedy připojíme jedním vývodem ke sloupci A6, ke druhému vývodu připojíme katody dvou diod a jejich anody připojíme k řádkům +1 a +2.

Podobně například situace, kdy potřebujeme jedním tlačítkem přehodit výhybku 2 do směru rovně a zároveň výhybku 7 ve směru do odbočky. Pak je společný řádek +1 a rozdílný sloupec A1 a B6. Tlačítko tedy připojíme přímo k řádku +1, na jeho druhý pól dáme anody dvou diod a jejich katody pak připojíme do sloupců A1 a B6.

Složitější situace nastane, pokud potřebujeme současně ovládat výhybky, které nemají žádný společný pól. V takovém případě je možné použít místo spínačů optočleny. Optočlen má rovnou vlastnost diody a není jí nutné přidávat. Pro optočleny potřebujeme zajistit napájení na straně kde mají LED.

Connection of switches or buttons

Buttons, same as switches are always connected with separation diode. Separation diode polarity is, that cathode is on column side and anode is on row side (arrow pointing from "+1" to "A6"). It does not matter, diode is before, or after switch (button).

Turnout combinations

It is possible to create various combinations, where for example one switch will control two (or more) turnouts. Simplest variant is, when both turnouts have common column or row. In this case it is enough to use two separation diodes placed on the side, that differs.

For example switch controlling turnouts 7 and 8. It have common column A6 and different row +1 and +2. Switch is connected by one pin to column A6. Cathodes of two diodes are connected to second pin of switch. Anodes are connected to rows +1 and +2.

Very similar situation is, when we need to switch turnouts 2 straight and turnout 7 divert by one button. Then common is row +1 and different columns A1 and B6. Button is connected directly to row +1 then. Second pole of this button is connected to anodes of two diodes. Cathodes of diodes are connected to columns A1 and B6.

More complicated situation is, once we have to control two turnouts by one button, that have no common pole. In this case we can use optocouplers instead of switches. Optocoupler have property of diode, then no necessary to add more diodes. We need to prepare power for optocoupler side with LED.

Časování

Xbus TCO má dva režimy časování. Normální, pokud je ovládací přepínač 7 rozepnutý a rychlý, pokud je sepnutý v poloze „on“. Režimy se liší tím, jak dlouho Xbus TCO vysílá příkaz pro změnu polohy. Při normálním režimu je to zhruba 130 milisekund, při rychlém je to zhruba 32 milisekund. Po odeslání příkazu následuje stejně dlouhá stabilizační pauza. Na první pohled se může zdát, že se nejedná o nic zásadního, je však nutné si uvědomit, že v normálním režimu je na přehození výhybky nutných zhruba 260 milisekund, takže za jednu vteřinu je možné přehodit maximálně čtyři výhybky. Tedy pokud jedním tlačítkem máme ovládat čtyři výhybky, musíme jej držet déle než jednu sekundu. V případě rychlého režimu je to 16 výhybek za vteřinu, takže tlačítko stačí držet kratší dobu.

V případě, že máme některý ze starších modelů dekodérů, který přestavuje výhybky jen po dobu, po kterou je vysílán příkaz pro jejich přestavění, pak v rychlém režimu nemusí docházet k jejich spolehlivému přestavení. Naopak, pokud máme velké skupiny výhybek přehazovaných současně jedním tlačítkem, tak v pomalém režimu může docházet k tomu, že obsluha nebude držet tlačítko dostatečně dlouho, takže nedojde k přestavení všech výhybek.

Konfigurační přepínače

Konfigurační přepínače slouží k nastavení čtyř základních věcí. První je adresa Xbus TCO v síti XpressNet. Každý ovladač v síti XpressNet potřebuje svou vlastní adresu, aby mohl správně komunikovat. Adresy jsou možné v rozsahu 1-31. Adresu nastavíme tak, že přepneme do polohy ON takové přepínače, aby jejich součet dával požadovanou adresu. Jednotlivé přepínače mají váhy: 1, 2, 4, 8, 16.

Pokud není žádný přepínač přepnut do polohy on, je nastavena adresa 5.

Přepínač s číslem 6 slouží k přepínání režimu spínačů (rozepnutý), nebo tlačítek (sepnutý v poloze ON).

Přepínač s číslem 7 slouží k přepínání časování odesílání příkazů. Normální režim (rozepnutý) umožňuje odeslat zhruba 4 přestavení za vteřinu, nebo rychlý režim (zapnutý v poloze ON) umožňuje odeslat zhruba 16 přestavení za vteřinu.

Poslední tři přepínače s čísly 8, 9 a 10 slouží k „zvětšení“ základní adresy. Jejich hodnota se liší, podle toho, jestli je zapnut režim tlačítek, nebo spínačů. Následující tabulka ukazuje hodnoty, které se přičtou k základní adrese při sepnutém (on) přepínači. Hodnoty se sčítají a lze je libovolně kombinovat.

Timing

Xbus TCO have two timing modes. Normal (when configuration switch 7 is open) and fast (when configuration switch 7 is in "on" position). Difference between modes is, how long time Xbus TCO transmit command for turnout change. In normal mode it is about 130 millisecond, in fast mode it is about 32 millisecond. When command is transmitted, almost same time stabilization pause follows. first look can be, that it is nothing significant. It is crucial to be aware, that in normal mode we need for one turnout switch about 260 milliseconds, then we can switch maximum four turnouts in one second. It mean, once we have to control four turnouts by one button, we must hold it longer than one second. In fast mode we have 16 turnouts per one second, then button must be pressed for shorter time.

In case we have one of older decoders, that switching turnouts only for time they receiving command, then in fast mode turnout must not be switched correctly. From the other hand, once we have bigger groups of turnouts controlled by one button, it is possible, that in normal mode attendant will not push button for enough time, then not all turnouts will be switched.

Configuration switches

Configuration switches are designed to setup four basic options. First is Xbus TCO address in XpressNet network. Each controller in XpressNet network need to have its own unique address, to be able communicate properly. Address can be in range 1-31. Address is configured by putting ON those switches, to have sum of they value as desired address. Switches itself have values 1,2,4,8,16.

When no switch is in ON position, it mean address 5.

Configuration switch number 6 is for switching mode between switches (open) and push buttons (closed in position ON)

Configuration switch number 7 is for change of timing between normal and fast mode. Normal mode (open) allows send about 4 turnout changes per second; fast mode (closed ON) allows to send about 16 switching commands per second.

Last three configuration switches numbers 8, 9 and 10 are for "increase" of basic address. Their value differ by used mode for switches or buttons. Following table show values, that are added to basic address when switch is on. Values are adding and can be combined freely.

Hardware

Schéma zařízení je velmi jednoduché. V podstatě jen procesor a dvojice demultiplexerů 74HC138. Demultiplexery vytvářejí signál pro sloupce, zatímco řádky jsou přivedeny přímo na vstupy procesoru (to trochu omezuje maximální délku vodičů na cca 20 cm). První dva sloupce jsou využity pro konfigurační přepínače. Pak ještě integrovaný budič sběrnice XpressNet a to je vše. Zařízení je založeno na dobrém plošňáku. Plošňák pochopitelně musí obsahovat obrázek vláčku, bohužel tady na kompaktní verzi se vešel jen na spodní stranu. Gerber soubor je k dispozici ke stažení na konci stránky. Součástky jsou voleny tak, že je možné nechávat desku osadit v číně u JLC, ale BOM tabulky se mi nechtělo dělat. Co se týká software, je nejprve potřeba si postavit hardware a pak teprve řešit software. Pokud se někomu povede postavit hardware, dejte mi vědět a já vám software nějak pošlu.

Hardware

Device schematic is very simple. Basically it consist only from processor and pair of demultiplexers 74HC138. Demultiplexers create signal for columns and rows are connected directly to processor (that limit a little maximum length of wires to about 20 cm). First two columns are used for configuration switches. Next part is integrated XpressNet driver and that is all. Device is based on good PCB board. Board must of course contain train image. Unfortunately this compact version it take place on bottom only. Gerber file can be downloaded at bottom o page. Parts are selected that majority of them are available for assembly in china JLC, but I was to lazy to prepare BOM tables. The software can be uploaded to finished hardware. It mean, hardware has to be build first and then software question can be solved. Once someone will be able to build hardware, let me know and I will send you software somehow.