Détecteur de Position Absolue Différentielle (DPAD)

[Dominique]

Bonjour à tous,

Lors de nos réflexions sur les périphériques des satellites V2, nous avions envisagé un nouveau type de détecteur décrit par Geoff Bunza sur le blog MRH :
SMA23 – A New DCC & DC Car & Loco Detector – Differential Absolute Position Detector (DAPD)

Il s'agit d'utiliser 2 capteurs de lumière (des photo-transistors pour la lumière naturelle). L'un est placé à coté de la voie (donc éclairé en permanence) et l'autre au milieu de la voie (donc occulté au passage d'un train). Un comparateur (un ampli OP) des sorties de ces 2 détecteurs va donc délivrer un signal binaire qui représente les états occulté et libre d'un point précis du réseau.

Jean-Luc m'avait confectionné quelques circuits imprimés qui dormaient dans un tiroir jusqu'à ce que je décide de les mettre en oeuvre sur mon réseau pour détecter les trains en bout de quai dans chaque gare devant les signaux.

Je viens de monter une paire de ces détecteurs sur mon réseau et je suis surpris par les performances et la simplicité de ces détecteurs qui ont moultes qualités :

• ultra discrets : l'équivalent d'une led blanche de 3mm à fleur entre les rails et sur le plan de voie à coté,
• aucune modification du matériel roulant : pas d'aimant comme pour les ILS et capteurs à effet Hall
• juste un trou de 3mm à peine visible, même en N
• électronique très simple : 1 ampli op et 6 résistances

Voià ce que ça donne sur 2 voies en bout de quai :



Et le schéma du détecteur double :



Le cicruit imprimé (4,8 x 2,2 cm). En voici 4 vus recto et verso :



J'ai utilisé des photo-transistors PT 204-6C



et un double ampli op MCP6002, 5 résistances 10K et 2 résistances 4,7K.

Les photo-transistors sont enfoncés dans les trous préparés sous le plan de voie.



Les deux sorties, le +5V et le Gnd sont connectés sur les entrées détecteurs ponctuels d'un satellite V1.

J'ai ajouté la gestion de 2 signaux (carrés ou sémaphores) comme le décrit l'article La carte Satellite V1

Et ce satellite envoie de beaux messages Can lorsqu'un engin passe au dessus du détecteur situé sur la voie : occupation ou libération, le sens Pair ou Impair qui situe ce détecteur dans une zone et le numéro de zone. Ces données sont exploitées par le gestionnaire pour arrêter le train en gare, exactement en bout de quai devant le signal carré ou stop.

Je décrirai la suite des détails matériels et logiciels dans mon Projet

[bobyAndCo]

Merci Dominique pour ce partage,

C’est effectivement une solution astucieuse de détection. Il fallait y penser.

Est-ce que tu mettrais les Gerber en partage, je souhaiterais faire des tests ?

Si d’autres sont intéressés, ils peuvent me contacter pour commandes de composants et de cartes groupées et chercher ainsi à réduire les couts.

Ah dernière remarque. Sur ton schéma, il n’y a qu’un qu’une photo résistance de représentée (enfin deux car le circuit est double). Je suppose que les deux autres se positionnent entre SEN1C et SEN1E et SEN2C et SEN2E, non ?

Merci par avance pour tes réponses.

Christophe

[Dominique]

Ok je vais tacher de retrouver les Gerber (ils sont peut-être encore dans le Mac de Jean-Luc et combinés à d’autres circuits), sinon je les refais, ce qui sera sans doute le plus simple, mais il me faudra quelques jours.

Oui sur le schéma les deux photo détecteurs sont les capteurs de référence à mettre à côté des voies et les pins Sense... sont pour les deux photo détecteurs a mettre au milieu des vols. Sur le circuit imprimé les quatre photo détecteurs sont externes
à bientôt !

[bobyAndCo]

Si tu ne trouves pas les Gerber, ce n'est pas trop grave, je peux aussi les refaire. Mais je ne sais pas faire la bande de découpe qui permet de diviser un PCB de 10X10 en plusieurs petites cartes !!!

[msport]

Bonjour à tous,

des gerbers vite faits (j'espère pas trop mal faits) A vérifier avec gerbview (ou similaire). Schéma en pdf.
Il y a les v-cut pour les séparer en 12 sur plaque100X100 mm. Prêts à faire chez JLCPCB. (5 pour 1.66€, + port éco à 5.17€, éviter DHL !)
J'espère que l'absence de marquage stimulera votre créativité.

https://www.dropbox.com/s/r1g5fjmxdxqsyz9/bunza-BRD_2020-12-02.zip?dl=0

il faut envoyer le zip complet.

[Dominique]

Bonjour à tous,

des gerbers vite faits (j'espère pas trop mal faits) A vérifier avec gerbview (ou similaire). Schéma en pdf.

En fait LED1 et LED2 sont des phototransistors (ça ressemble à des leds) mais il doivent être montés par dessous le plan de voie comme les 2 autres et surtout pas sur le circuit imprimé. Donc il faut les retrouver sur le connecteur JP1 (dans mon montage JP1 comporte 8 pattes dont 4 au +5V.

Erreur induite par Geoff dans sa page. Donc copie à revoir 

Il est aussi nécessaire de faire une sérigraphie pour repérer les phototransistors référence et ceux qui sont dans la voie (une paire et une autre paire) pour faciliter l'installation quand on a la tête sous le réseau, ainsi que le les +5V, Sortie 1, Sortie 2 et GND. J'ai évité les connecteurs et soudé des fils, c'est plus fiable. 4 vis de fixation c'est trop à mon avis, 2 suffisent (c'est pas visitable sous le réseau).

Il m'en reste 4 si vous voulez faire un essai rapide (envoi poste)

J'ai commandé les PT 204-6C EVL chez Reichelt (https://www.reichelt.de) : cher mais rapide !
Phototransistor, NPN, 400...1100nm, 70°, THT-3mm

Geoff a fait une version cms qui se glisse sous la voie au dessus du plan de voies mais ce n'est pas pratique à installer et à cohabiter avec le balastage. Le mieux est de passer par dessous le plan de voie dans des trous comme j'ai fait.

[bobyAndCo]

Dominique, tu confirmes ce que je pensais. Du coup Michel, ce que tu as dessiné n’est pas bon !

Personnellement je préfère les connecteurs aux soudures et que j'aime bien le design de la carte Locoduino, mais bon les gouts et les couleurs.

Je veux bien prendre en charge la réalisation des cartes, il doit y en avoir à tout casser pour 20 à 22 € avec le port et si on arrive à en faire 120 (10X12) comme les a dessinés Michel, ça revient à 18 centimes d’€ la carte.

Pour les phototransistors, je pensais mettre des TEPT4400, 0,48€ chez RS

https://fr.rs-online.com/web/p/phototransistors/7000776/

Pour les comparateurs LM2903N, chez RS toujours à 0,86€

https://fr.rs-online.com/web/p/comparateurs/7968032/

L’intérêt pour moi de commander chez RS, c’est que j’ai un compte tout d’abord et que je ne paye pas le port.

Avec les autres composants, on doit finir à 2,00€ à tout casser.

Sur cette base, je veux bien centraliser les achats (cartes et composants) et dispatcher à ceux qui en souhaitent.

[Dominique]

Après, il faut savoir ce qu’on en fait. Moi j’ai utilisé des satellites V1 de retour d’Orleans car je voulais les interfacer a mon bus Can. Un détecteur double est donc branché sur les entrées det1 et det2 qui fournissent le +5 et le GND.

J’aurais pu utiliser la détection de consommation mais j’en ai déjà par ailleurs.

Par contre les sorties signaux sont utilisées pour ... 2 signaux.

J’ai 2 gares avec 2 voies dans chaque sens donc ça fait juste 4 détecteurs doubles et 4 satellites. Les satellites et les détecteurs sont fixés sous le plan de voie, au plus près pour un câblage court. Pour le bus Can, pas de soucis.
J’ai un peu simplifié le logiciel satellite, n’ayant pas besoin de toutes les fonctions, pour ce cas particulier et pour l’adapter à mon gestionnaire.

Évidemment je devrais positionner les signaux en tenant compte des distances /temps de freinage des locos à partir de la détection, en jouant sur le CV#4 et la vitesse déjà réduite en gare pour éviter un arrêt brutal disgracieux.

[savignyexpress]

Bonjour à tous,

Merci pour le partage de cette solution de détection.

Je réfléchis à l'amélioration du fonctionnement de la ligne à crémaillère de mon 1er réseau N. Elle fonctionne actuellement à l'aide de diodes anti-retour aux 2 extrémités et un 555 en astable qui commande un relais d'inversion de sens (source: le site ptitrain.com, j'y vais j'y retourne). Obtenir des vitesses acceptables en montée et en descente est très difficile avec ce système car c'est le même réglage de l'alimentation traction analogique pour les 2 sens de marche.

Le nouveau système que je prévois devrait avoir les spécifications suivantes:

• Montage à microcontrôleur, sinon je n'en parlerais pas ici. 
• Alimentation traction PWM avec des consignes différente pour la montée et la descente.
• 2 détections du train à chaque extrémité afin de gérer accélération / décélération et arrêt.

La détection optique me semble la meilleure option pour ce projet. Comme il s'agira d'un système complètement indépendant dédié à la voie à crémaillère, je pense relier les diviseurs de tension constitués des phototransistors et résistances, directement sur les entrées ADC du microcontrôleur. Enfin, l'éclairage du réseau étant assez uniforme, un seul phototransistor de référence devrait suffire. Cela me ferait donc 5 entrées analogiques, la référence et les 2 * 2 détecteurs, un Atmega8 au-moins est donc nécessaire, il dispose de 6 entrées sur le multiplexeur en amont du convertisseur AD.

Je démarrerai probablement un fil spécifique à ce projet lorsque mes réflexions seront plus abouties.

Bonne journée et meilleures salutations.
Marc-Henri

[Dominique]

Bonjour à tous,

Hier j’ai installé 4 de ces détecteurs doubles sur mon réseau et j’avoue que ça n’a pas marché du premier coup.

Je pense à la sensibilité des photo-transistors, au niveau de lumière et à la position relative des photo-transistors. Parfois on a l’impression qu’ils fonctionnent a l’envers ou qu’ils ne détectent rien.

Il faut dire que nous sommes dans l’analogique côté photo-transistor et le passage en numérique se fait par saturation de l’ampli vers le haut (5v) ou vers le bas (0v).

L’avantage c’est qu’il est facile de faire des trous de 3mm (juste entre 2 traverses en N), de les reboucher si ça ne va pas et d’en faire d’autres ailleurs.
En plus j’en a 2 dans la gare cachée donc il faut installer un système d’éclairage.
Pour mettre au point, ces capteurs sont branchés sur un carte satellite qui envoie un message Can à chaque changement d’état et j’ai fait un moniteur Can simple qui décide et affiche les messages en clair car je n’ai pas de Mac/PC  sur mon réseau. Ça aussi je le décrirai prochainement. Il est très important de se faire des outils pour la mise au point.

Je vais noter tout ce que j’investigue et je reviendrai avec tous les détails plus tard.

[Dominique]

Finalement ce n'est pas sorcier : il faut simplement s'assurer que les 2 phototransistors reçoivent à peu près la même quantité de lumière sans train qui passe car les résistances 10K / 4,7K sont faites pour déséquilibrer les mesures à lumière égale (sortie haute de l'AOP). Et quand le train passe, le phototransistors au milieu des rails conduit moins ce qui déséquilibre les mesures dans l'autre sens et l'AOP passe en sortie basse.

Pour ce faire, j'ai agrandi les trous par en dessous pour que chaque phototransistor affleure le plan de voie de la même hauteur.

Dans les tunnels, il faut poser une source de lumière qui se résume à une led rouge en série avec 330Ω reliée au 5V. La led est scotchée au dessus des phototransistors.

[Dominique]

voici un exemple d'éclairage des phototransistors en gare cachée :

[Tony04]

Bonjour à tous,

je viens de tester ce détecteur avec un LM358 ainsi qu'avec un LM324 et il semblerait que le fonctionnement soit parfaitement identique dans les 2 cas.
Je ne l'ai pas essayé dans les mêmes conditions que toi Dominique (en gare cachée sans lumière) mais dans ce cas je mettrai des émetteurs et récepteurs IR en barrière, bien plus simple à faire.

Je n'ai pas beaucoup d'expérience en ampli OP mais leur fonctionnement est très proche, du coup qu'en penses la communauté Locoduino avant que je ne fasse faire les PCB ?

Merci pour vos retour et bonne fin de semaine festive.

Cordialement
Antoine

[msport]

Bonjour Antoine,
je pense que pour ce type d'application (quasi courant continu et excursion de tension importante) il n'y a pas de différence de comportement entre les deux AOP. Le choix se fera sur le besoin de deux ou quatre comparateurs.

[Tony04]

On est bien d'accord Michel,

je viens de faire des essais dans 3 conditions différentes et le fonctionnement est parfait y compris avec le soleil rasant, la preuve: https://www.youtube.com/watch?v=rGAhV8SBlo0&feature=youtu.be

Ampli OP = LM358. Le photo-transistor de référence se trouve en haut des rails, la led rouge n'est qu'une led de test.

Produit adopté, merci à toi Dominique pour le partage.

Cordialement
Antoine