NanoL - jednoduchá a mocná centrála kompatibilní s LocoNet

NanoL - simple and powerful command station, compatible with LocoNet

Přehled

Velmi jednoduchá centrála, navržená speciálně pro potřeby klubových a modulových setkání. Centrála je trochu inspirovaná centrálou MiniBox. Centrála je založená na modernějších postupech, proto nabízí v mnoha ohledech větší komfort.

Základní parametry:

• 32 současně jedoucích lokomotiv (32 LocoNet slotů)
• Velmi přesné hodiny reálného/zrychleného času
• Možnost používání LocoNet-B (standardní LocoNet) a LocoNet-T (umožňuje připojení většího množství ovladačů)
• Možnost používání rozšiřujících modulů (například modul USB připojení)
• Vestavěný 2A booster umožňuje přímé připojení středního kolejiště
• Paměť pro 256 výhybek
• Výrazná orientace na cenu

Základní myšlenka je provozní centrála pro klubové, nebo modulové kolejiště, spíše většího rozsahu, které ovládá větší množství uživatelů s použitím základních ovladačů (velmi často bez displeje). Na takových kolejištích se většinou neprovádí servisní programování, ani se neovládá příliš velké množství příslušenství. Proto centrála vůbec nemá výstup pro programovací kolej. Naopak orientace na cenu umožňuje vlastnit v klubu několik centrál, použitelných pro testování, nebo při dělení layoutu a podobně.

Schéma

Na schématu jsou čtyři základní komponenty:

• Hlavní procesor
• Rozhraní kompatibilní s LocoNet
• Booster
• Napájení

Hlavní procesor

Hlavní procesor je poměrně zásadní. Centrála je založená na principu jednoho procesoru, který obsluhuje všechny sběrnice. Což je u časově definovaných sběrnic jako je DCC a LocoNet poměrně náročný proces. Proto je použit relativně výkonný procesor PIC16F15324. Naštěstí tento procesor spadá do kategorie levných a dá se koupit za pár korun. Kapacita paměti procesoru limituje počet dostupných slotů. Jinak na hlavním procesoru není nic zajímavého, jedná se o dnes poměrně běžný typ.

Rozhraní kompatibilní s LocoNet

Rozhraní kompatibilní s LocoNet je také celkem triviální. Jedná se jen o napěťové a impedanční přizpůsobení pomocí komparátoru LM311 a tranzistoru BC847C. Je to úplně základní zapojení bez žádné filtrace a dalších kouzel (tady se dá spolehnout na hardware hlavního procesoru). Protože se bavíme o centrále, potřebujeme ještě vyřešit napájení LocoNet kompatibilních zařízení a také zakončovač. Zakončovač je velmi základní zdroj proudu realizovaný tranzistory T1 a T2 a odpovídajícími odpory. Pro napájení ovladačů existují na desce dvě varianty. Vlastně lze osadit pouze jednu a tím ušetřit nějaké peníze. Já každopádně osazuji obě. Jednodušší je varianta typu LocoNet-T. V tomto případě se jedná pouze o rezistor R1, který omezuje maximální proud ze zdroje napětí 12V. Trochu komfortnější je varianta typu LocoNet-B. Tato varianta dodržuje obě polarity signálu RailSync. Aby byl signál dostupný i v čase, kdy není žádný signál v kolejích, musíme přidat další budič. Já použil budič typu TC4428, který lze koupit pod mnoha označeními (MAX3328, IDXF604,..). Ve schématu jsem jich pár vyjmenoval. K němu pak dvojice rezistorů R2 a R3 pro omezení maximálního proudu. Hodnota 27R odpovídá nejpřísnějšímu požadavku, který jsem našel, ale definice nemusí bát tak přesná. Klidně lze použít i menší hodnotu. Pokud se rozhodnete ušetřit a nepoužívat výstup typu LocoNet-B, stále můžete používat oba konektory na centrále. V takovém případě neoszujte budič IC7, kondenzátor C20 a rezistory R2 a R3. Naopak výstup z rezistoru R1 (strana ke konektorům) připojte na místa chybějících výstupů R2 a R3.

Booster

Vestavěný booster je založený na obvodu DRV8801. Což je levný DMOS integrovaný H můstek určený pro hračky. K němu je navíc připojen komparátor LM311 pro detekci přetížení a zkratu. Tato kombinace se již v minulosti osvědčila v centrále NanoY. Obvod DRV8801 je ve své kategorii nejlevnější, ale potřebuje externí SENSE rezistor R14.

Napájení

Napájení je vyřešeno velice primitivně. Pro provoz centrály potřebujeme 3 napájecí napětí. Zásadní je napájení kolejového výstupu. Toto napájení by mělo mít regulovatelné napětí. Je zatíženo celkem velkým proudem. Vzhledem k ceně jsem použil čínský modul s obvodem LM2596 (základní verze s jedním trimrem). Který se dá koupit i u nás na běžných smetištích typu drátek nebo láska kit. Cena modulu je paradoxně menší, než cena použitých součástek a množství padělků na trhu je velmi malé. Výstupní napětí z modulu je přímo použito pro napájení kolejového výstupu. Proto si nastavte požadované napětí v souladu s návodem k modulu.

Pro provoz LocoNet kompatibilního rozhraní je potřeba napájení +12V. Proudové zatížení není velké a není potřeba žádné regulace. Proto stačí běžný lineární stabilizátor typu 78M12. Vlastní elektronika pak pracuje s napájením +5V. Proud je zde ještě menší, takže stabilizátor typu 78L05 bohatě dostačuje. Centrála počítá s možností stejnosměrného i střídavého napájení. Proto je na vstupu usměrňovací můstek B10 a kondenzátor C5. Pokud budete centrálu napájet ze stejnosměrného zdroje, není nutné kondenzátor C5 osazovat. Jeho velikost i cena jsou nezanedbatelné.

Overview

Very simple command station. Designed especially for needs of club and module meetings. Command station is little inspired by MiniBox. Command station is based on more up to date principles, so it offers better comfort in many cases.

Basic parameters:

• 32 running locomotives at same time (32 LocoNet slots)
• Very accurate time for real clock/fast clock
• Possibility to use LocoNet-B (standard LocoNet) and LocoNet-T (allows to use more connected throttles)
• Possibility to use add on modules (for example USB module)
• build in 2A booster allows direct connection to medium size layout
• Memory for 256 turnouts
• Strong price orientation

Basic idea is command station for operational meetings especially for bigger size one. Especially for situations, when more users controlling locomotives using basic throttles (usually without display). It is not usual to perform service mode programming on meetings like this; it is not usual to control big amount of accessory. Command station is not equipped with programming track output. From the other hand - price orientation allows any club to own multiple of them for testing or splitting layout etc.

Schematic

Schematic consist of four basic components:

• Main processor
• LocoNet compatible interface
• Booster
• Power supply

Main processor

Main processor is one of crucial part. Command station is based on one processor principle. That one processor must be capable to manage all connected busses. That is little complicated in case of strong time defined busses such as DCC and LocoNet. Then powerful processor PIC16F15324 is used. Luckily this processor is from category of cheap one and have very low price. Capacity of RAM on processor limits amount of available slots. Other than that it is nothing interesting on main processor. It is very common type of processor on market.

LocoNet compatible interface

LocoNet compatible interface is as well very trivial. It is only voltage and impedance level shift using comparator LM311 and transistor BC847C. It is very generic connection, without any filtering or other magic (we can relay on main processor hardware here). As we are in role of master, we have to solve LocoNet compatible power and bus terminator. Bus terminator is very basic constant current source based on transistors T1, T2 and relevant resistors. It exist two possible variants for powering of throttles. It is possible to solder both or only one and then save some more costs. Simplified is variant called LocoNet-T. In this case we are talking about resistor R1 only. This resistor limits maximum current from 12V voltage source. Little more comfortable is LocoNet-B variant. This variant keeps both polarities of RailSync signal. To have signal available at time, when no DCC signal is in rails, we must add one more driver. I used bus driver TC4428 type (available with many variants, for example MAX3328, IDXF604, etc.). I named few of them in schematic. Followed by resistors R2 and R3 for maximum current limit. Value of 27R represent strongest limit I found, but definition must not be that strong. It is possible to use smaller value of them. Once you decide to cut some costs and not populate LocoNet-B interface, you can still have available both connectors on command station. In this case do not populate driver IC7, capacitor C20 and resistors R2 and R3. But you have to connect output from resistor R1 (side to connectors) to outputs of missing resistors R2 and R3.

Booster

Built-in booster is based on chip DRV8801. It is cheap DMOS integrated H-bridge designed for toys. On top is connected comparator LM311 for overload and short detection. This combination is proven from NanoY already. Chip DRV8801 is cheapest one in the category, but it need external SENSE resistor R14.

Power supply

Power supply is designed very primitive way. For running command station, we need 3 voltage levels. Crucial is track output voltage. It is recommended to have regulated voltage for this output. It is loaded by relative big current. Based on price, I used Chinese module with chip LM2596 (basic version, with one trimmer only). It is possible to buy it from local dealers like drátek or láska kit. Price of module is smaller than price of used components and amount of fake versions is small. Output voltage from module is directly used for track output. Then you have to set up voltage as described in module instructions.

For LocoNet compatible interface we need source of +12V. Current load is not big and it must not be regulated. Then I used usual linear stabilizer 78M12 type. Main electronic running on +5V power source. It use even smaller current, so stabilizer 78L05 is good enough. Command station is designed to be able consume DC or AC power. Then it have rectifier bridge B10 and capacitor C5 at input side. Once you will use DC source, you do not need to populate capacitor C5. This capacitor have significant size and price.

Stavba a oživení

Stavba nepřináší žádné záludnosti. Než s ní začnete, pozorně si přečtěte předchozí kapitoly a stanovte si, jakou variantu chcete postavit. Já stavbu vždy začínám osazením obvodu DRV8801. Důvod je celkem jednoduchý - jako jediný používá Thermal Pad a ty se lépe pájí na prázdné desce (při ručním pájení). Ostatní součástky osadíme celkem běžným způsobem Součástky nejsou na desce nikterak "na těsno". Procesor je možné nahrát až v osazené desce, proto jej osazuji rovnou. Snad jen připomínka, že modul zdroje má pokaždé malinko jinou velikost a tak počítejte s vhodnou délkou a pružností drátků. Já tyto moduly vždy osazuji těsně nad hlavní desku, aby se nedotýkaly.

Po osazení a připojení napájení stačí ověřit nastavení výstupního napětí na modulu. Dále pak je možné přímo nahrát program do procesoru a centrála je připravená k použití. Centrála nemá žádné další speciální nastavení.

Pokud plánujete používání některých rozšiřujících modulů, nejprve spusťte centrálu bez připojení těchto modulů. Tím si značně zjednodušíte hledání chyby.

Build

Build does not contain any treachery. Before you will begin, carefully read previous chapters and make decision, what variant you would like to build. I'm always starting build with soldering DRV8801. I have simple reason for it - it is only one chim on board with Thermal Pad and it is easier to solder it on empty board (with manual soldering). Then I'm soldering other components as usual. Components are not "so close" on board. Firmware for processor can be uploaded on finished board, then it can be soldered at any time. Do not forget, that power source modules coming with many variants and they have not same dimensions. Consider relevant length and elasticity of used connection wires. I'm never soldering modules directly touching main board. Always keeping some minimal distance between them.

When soldered, it is enough to validate output voltage provided by module. Then you can upload firmware to processor and command station is ready for use. Command station have no other special configuration.

Once you are planning use of some extension modules, check first command station without those modules. It simplify process of finding defects a little.

Použití

Centrála poměrně striktně naplňuje specifikaci LocoNet P1. To jest velmi starou, zveřejněnou na konci roku 1997. Pokud hledáte kompatibilní zařízení, tak odpovídající bude například Digitrax DB150 a tomu podobná. V případě, že používáte připojení k počítači prostřednictvím USB modulu na centrále, pak se jedná o rozhraní kompatibilní například s LocoBuffer, pracující s přenosovou rychlostí 57600 BPS.

Usage

Command station strictly follow requirements of LocoNet P1 specification. It mean very old one, presented at the end of year 1997. Once you are looking for compatible device, then for example Digitrax DB150 or similar will fit. Once you are using connection to computer with USB module on command station, then it is compatible for example with LocoBuffer. Working on speed 57600 BPS.