Un article publié dans le magazine LOKI de février 2023 (2/2023)
Texte et photos: Stefan Treier
Traduction Google, adaptation approximative Agent …IIm (pour l’occasion!) avec l’autorisation du magazine LOKI
Jean-Michel Mayor construit depuis 40 ans un réseau modulaire unique à l’échelle 1:22,5. LOKI a rendu visite à l’impressionnant chemin de fer miniature à l’occasion de l’exposition « Le Train des Fêtes », qui s’est déroulée du 28 décembre 2022 au 7 janvier 2023 à Villeneuve dans le canton de Vaud.
C’est dans une une ambiance morne avec beaucoup de pluie et un vent frais qu’arrive le rédacteur de LOKI à Villeneuve au bord du lac Léman un jour d’hiver entre Noël et le Nouvel An. Alors attrapez vite votre appareil photo et votre trépied et rendez-vous dans la salle chauffée du centre de sports et de loisirs de la Tronchenaz. Là où les fans encouragent généralement leurs équipes sportives, il y avait pour une fois de nombreux petits trains roulant allègrement sur les modules. Il y avait 125 modules, comme Jean-Michel Mayor, l’initiateur de Passion IIm, l’a fait savoir au rédacteur. Avec un clin d’œil il a ajouté que lui et ses camarades travaillaient déjà sur d’autres modules. Il doit y avoir une nouvelle gare où deux lignes se croisent, comme c’est le cas à Kerzers dans le Seeland bernois. Mais nous n’en sommes pas encore si loin.
Une pointe d’humour
Il y a plus de 40 ans, Jean-Michel Mayor commençait à construire les premiers modules de son train miniature à l’échelle 1:22,5. La première gare qu’il construit est celle du Very. Une gare traversante à quatre voies avec son propre dépôt de locomotives et sa grande plaque tournante. Des véhicules à vapeur et diesel de compagnies ferroviaires fictives sont utilisés sur le réseau Passion IIm. Il y a par exemple le TGV, le Tram du Gros de Vaud, le Jorat Express ou encore le RHB, le Régional de la Haute-Broye. Vous pouvez dire que M. Mayor et ses collègues abordent le sujet du modélisme ferroviaire avec une certaine pointe d’humour. Le visiteur attentif trouvera toujours des personnages de bande dessinée bien connus tels que Tintin et Milou, Dupont et Dupond ou Pettersson et Findus.
Comme le grand chemin de fer
Alors comme aujourd’hui, le système est contrôlé de manière analogique et, comme pour le grand chemin de fer, est exploité par un gestionnaire de gare avec des pupitres de commandes et des sections de block. Un système de sécurité sophistiqué garantit qu’une rencontre brutale de deux trains sur la voie ouverte puisse être évitée. Vers la fin de cette année, dans LOKI, nous aborderons en détail le concept d’exploitation particulier des modélistes ferroviaires romands.
Une touche d’Oberland bernois
Le réseau ferroviaire que Passion IIm a construit à Villeneuve cette année mesurait plus de 200 mètres. Les travaux de construction dans le centre sportif ont commencé le 26 décembre, avant que les premiers visiteurs puissent voir l’installation deux jours plus tard. Depuis plusieurs décennies, Passion IIm convie les gens à sa balade festive en train entre Noël et le Nouvel An. Les chemins de fer modulaires ne sont pas liés à un seul endroit, ils changent d’emplacement chaque année et essaient de prendre en compte une autre région de Suisse romande.
Cependant, il n’est pas toujours facile de trouver une salle adaptée. Ici à Villeneuve, ils ont pu présenter à nouveau le système complet. Le réseau comprenait au total cinq gares cette année, l’un des modules les plus marquants est certainement celui avec le pont en arc de plus de deux mètres et demi de long, dont l’original enjambe l’Aar près d’Interlaken et permet au Brünigbahn de traverser le cours d’eau.
Encore une fois
On ne sait pas encore où sera mis en place le réseau Passion IIm à la fin de l’année 2023, précise Jean-Michel Mayor. Cependant, LOKI vous tiendra au courant, car une visite à l’installation de Passion lIIm « änet dem Röstigraben » est fortement recommandée pour petits et grands.
Pratiquement tous les véhicules utilisés sur le réseau ont reçu une nouvelle livrée.La G 2×2/2 Les Cullayes avec le Jorat Express à l’entrée de la gare de Saleinaz.Le train venant en sens inverse, qui semble plutôt idiosyncrasique, attend déjà là pour continuer son voyage.
L’humour en fait partie : Dupont et Dupond semblent avoir un problème avec la dame.
Ce sont les nombreuses petites scènes à côté des rails qui rendent l’installation si attrayante.
Pettersson retrouvera-t-il son jeune chat effronté Findus dans la voiture Bernina ?
Jean-Michel Mayor et Stéphane Gremaud contrôlent le trafic en gare de Pasissy.Les signaux sur le réseau ne sont pas seulement décoratifs, ils influencent réellement la circulation des trains.Un TGV ne devait pas manquer au tracé Passion IIm. Ici ce n’est pas le train à grande vitesse, mais le Tram du Gros de Vaud.Le réseau se compose de 125 modules dont cinq gares de différentes tailles.Pour que les trains circulent en toute sécurité, toutes les gares doivent être desservies.Ouvrage inspiré du pont qui enjambe l’Aar près d’Interlaken Ouest.Pause pour la petite locomotive à vapeur du dépôt de la gare.
La dernière saison du de découverte du micro-contrôleur Arduino s’était terminée sur un bémol: A quoi bon mettre en oeuvre des cartes garnies de relais et autre composants pour transmettre l’état des blocks entre les gares, surtout si ces blocks et gares sont gérées par d’autres micro-contrôleurs et qu’il s’agit en fait d’une série de données binaires qui transitent par le câble 15 pôles de la norme du club Train-Passion!
La carte Mega supporte plusieurs ports de communication série. A priori, il serait donc possible de se coordonner avec les deux blocks voisins par ce moyen. Il s’agirait de communication point à point par deux fils qu’il faudrait programmer de cas en cas selon la configuration du réseau.
Sur le net, des solutions sont proposées basées sur le bus CAN (abréviation de Controller Area Network).
Le bus CAN est un bus système qui permet une transmission sérielle, et il est fréquemment utilisé dans l’industrie, notamment le domaine de l’automobile. Il permet de raccorder plusieurs équipements et unités de contrôle sur un seul bus ayant seulement deux lignes (CANH, CANL) sur des distances bien plus importantes que le bus I2C initialement envisagé.
Arduino et CAN: un peu de technique
module CAN MCP 2515
Au niveau du matériel, les cartes UNO, MEGA et certaines cartes NANO sont raccordées à des modules MCP 2515 et communiquent par l’interface SPI.
Pour la communications entre cartes arduino, il existe différentes librairies à inclure.
Grand avantage de l’utilisation de ce bus: Ce sont les modules MCP 2515 qui gèrent la communication, conflits et priorités.
Ainsi, Pour rester simple: après déclaration, la communication dans le programme du micro-contrôleur peut se résumer à:
Les messages sont émis sans destinataires.
Chaque utilisateur doit traiter les messages qui l’intéressent. Il est également possible de définir des filtres pour traiter au niveau du module CAN les messages à faire suivre jusqu’au micro-contrôleur (à mettre en oeuvre si le trafic sur le bus devenant important freinerait le travail du micro-contrôleur!)
Le protocole CAN transmet prioritairement les message des ID les plus petits.
Application au réseau modulaire
Compte-tenu de ces observations, les principes suivants sont retenus pour un projet de réseau modulaire.
Chaque entrée-sortie d’une gare porte un identifiant séparé, pour différencier une requête touchant l’une ou l’autre des possibilités.
Chaque block écoute ses deux gares voisines, ou plus précisément ses entrées-sorties.
Ainsi, sur l’exemple ci-dessous, le block 10 écoute les messages ayant pour entête l’ID 102 à sa gauche et 201 à sa droite.
La gare centrale écoute les messages d’état de ses blocks voisins pour vérifier les disponibilités. Lors de la configuration, il devra être précisé si le sens gauche-droite du block est entrant ou sortant pour la gare. Elle demandera une sortie sur sa gauche en libellant son message avec l’adresse 201 pour autant que le block 10 soit libre et que la gare de gauche ne soit pas saturée (mais ce sera encore validé par le block par l’adaptation de son état!). Par analogie avec le développement de block de Train-Passion, la saturation des gares sera communiquée par l’intermédiaire du block, pour éviter de devoir créer des interactions directes de gare à gare et multiplier les messages.
Pour tenir compte des priorités du protocole CAN, les ID des blocks communiquant leur état sont plus petits et ainsi prioritaires aux messages des gares qui communiquent essentiellement des commandes basées sur l’analyse d’états des blocks.
Le block communique son état à l’initialisation, à chaque changement et à la demande:
Libre, Réservé (demande sortie validée), Verrouillé (la composition est engagée sur le block) ou Manoeuvre (…quand ça ne se passe pas bien et qu’il faut prendre la main manuellement!)
sens de marche (1: de gauche à droite, 0: de droite à gauche)
saturation de la gare de gauche
saturation de la gare de droite
consigne de vitesse (ce dernier paramètre est un bonus de la communication numérique, il permet d’ajuster la consigne de vitesse du régulateur de la gare en entrée)
exemple: 10, 5, V,1,0,0,50
Le block 10 informe en 5 paramètres qu’il est verrouillé de gauche à droite, qu’aucune des deux gares n’est saturée et que la consigne de vitesse est 50.
Les commandes d’entrées-sorties sont les suivantes:
Demande de sortie: pour autant que le block soit libre et la gare voisine ne soit pas saturée. En retour le message du block indiquera qu’il est réservé sortant (après interprétation du paramètre sens du block) ce qui permet de valider un vert sortie.
Autorisation d’entrée: (vert entrée) quand le block est verrouillé entrant. Le block réactive la traction s’il l’avait coupée ou prend note du vert entrée.
Annulation: renonce à une sortie quand le block est réservé sortant. Le block devient libre.
Détection: sortant, le block devient verrouillé. Entrant, la traction est coupée s’il n’y a pas eu d’autorisation d’entrée. Cette option permet d’arrêter sur le block une composition en pousse.
Libération: Quand le block est verrouillé entrant et que la composition est à destination. Le block devient libre.
Avantage du numérique, il est aussi possible de joindre une consigne de vitesse à une demande de sortie, de même il est possible de contrôler la vitesse du block verrouillé (et donc sous contrôle du module traction du block) avec des commandes « + », »- » plutôt que de contacter, parfois laborieusement, l’opérateur à proximité du pupitre de block! Une commande « STOP » d’arrêt d’urgence en cas de problème coupe la traction sur le block et déclenche un passage en mode Manoeuvre du block. Il devra être verrouillé sur le pupitre pour revenir en fonctionnement normal ou libéré si la composition est retirée!
Raccordement à un réseau-tiers
Les cartes développée l’année dernière ne sont pas perdues!
Solution la plus simple: Une carte interface avec un micro-contrôleur dédié convertit les signaux de block du réseau tiers en message CAN et réciproquement. Il communique avec un ID de block.
La deuxième solution est de développer une block hybride, avec prise du réseau tiers d’un côté et communication CAN de l’autre.
De gare en gare:
Après un premier test de communication avec des messages élémentaires entre deux micro-contrôleurs, il est temps de mettre en pratique les principes présentés.
Le montage pour la mise en pratique
Dans un premier temps, le micro-contrôleur Uno est programmé en tant que Block. Les routines déjà développées (écran OLED, interface 4 boutons, objet traction) permet de développer rapidement le logiciel.
Le micro-contrôleur Mega est programmé pour générer les messages de la gare de départ et de destination.
Echange de messages avec anticipation du vert entréeEchange de messages avec arrêt en entrée
Dans un deuxième temps, le programme de la carte Mega est amélioré pour passer en structure objet.
Extrait des routines objet Block
La routine commande() convertit les requêtes en protocole CAN. Par simplification, les commandes sont accompagnées de la consigne de vitesse, mais elle ne sera pas toujours exploitée par le block.
La routine Analyse() convertit les messages CAN en état du Block, entrant ou sortant, et saturation distante. Particularité: la convention est prise que le sens de gauche à droite du block doit correspondre au sens entrant de la gare, autrement, il doit être corrigé en adaptant les informations reçues.
Ainsi, il y a 4 paramètres à la définition des objets blocks de la gare: son nom pour la communication interne, son identifiant CAN, l’identifiant CAN du block à écouter et l’éventuelle correction (0,si le sens G-D du block est entrant, 1 s’il faut le corriger)
Et maintenant:
Le programme de gestion de la gare à deux voies testé l’an dernier va être adapté au protocole CAN pour la gestion des entrée-sorties.
Après une première saison hivernale de découverte du micro-contrôleur Arduino, une deuxième saison d’application sur un réseau test « fermé » ou entièrement maîtrisé par le micro-contrôleur, il était temps d’envisager de travailler sur un réseau ouvert interfacé avec un système conventionnel de block. Le club Train-Passion a défini une norme très précise d’interface entre les gares et les blocks de lignes. Cette norme servira de base au test… mais, pour le plaisir, le réseau conventionnel y est remplacé par un deuxième micro-contrôleur qui gérera la pleine voie et un terminus.
Objectif 2022
Le réseau test est complété par une extension avec 3 zones d’arrêt en enfilade.
Ajout du côté existant d’une carte d’interface block qui analyse les signaux du câble de liaison 15 pôles à la norme du club Train-Passion et les transmet sur le bus I2C du micro-contrôleur 2021. L’idée d’utiliser le bus I2C avec un nombre limité de raccordements aux micro-contrôleur devrait permettre de s’adapter à d’autres normes de block par simple remplacement de l’interface. Mais la faible longueur tolérée du bus pourrait remettre en cause ce choix.
Côté extension, les entrées-sorties du « demi-block » sont directement traitées par le micro-contrôleur.
A noter que dans un monde purement numérique, les modules blocks pourraient probablement être remplacés par de la communication par le port série, mais l’objectif final est bien de tester l’interface avec le système de gestion conventionnel.
Test d’un moniteur I2C OLED
Affichage LCD 2×16 caractères
Lors de la dernière saison, un affichage LCD de 2×16 caractères complété par 4 boutons de navigation avaient été testés comme pupitre rudimentaire. Outre un graphisme limité, cet affichage et les 4 boutons de navigation mobilisaient 10 canaux du micro-contrôleur.
Ecran OLED 0.96′
La nouvelle saison de tests a commencé par la prise en main d’un écran de moins de 2.5 cm de large (128×64 pixels). Intégré au bus I2C, il ne mobilise plus que les 4 canaux nécessaires aux boutons de navigation. Sa librairie permet des graphismes plus élaborés, mais attention à ne pas multiplier les fontes, car elles occupent de la mémoire sur le micro-contrôleur. Malgré sa petite taille, l’écran reste très lisible. Au niveau de la programmation, les procédures graphiques doivent être bien séparées des autres procédures d’entrées-sorties… un bien pour une programmation plus structurée!
Sur ce test, la ligne du haut présente l’état des blocks de chaque côté de la gare et le mode d’utilisation de la gare, la zone du bas présente les 4 fonctions des boutons. L’affichage est complété au centre par un indicateur de vitesse, du sens de marche de la gare et d’itinéraire. Sur la photo, le block de gauche est réservé sortant avec un feu vert de sortie. Au passage sur le détecteur, le block deviendra verrouillé. Le block de droite est libre.
L’interface block en gare
Interface block en gare
Ce module est essentiellement composé de relais pour convertir les signaux de la liaison 15 pôles (0-12V) en signaux TTL pour le micro-contrôleur. De plus, les signaux provenant du block doivent être galvaniquement séparés de la gare. Pour limiter le nombre de raccordements entre le module et le micro-contrôleur, un module d’extension MCP 23017 (testé lors des épisodes précédents) rassemble les entrées-sorties de la carte. Un module ULN 2803A amplifie les signaux de commandes.
Erreur de débutant
Lors des premiers tests de la carte interface, le block a été remplacé par des interrupteurs. Leur action entraînait irrémédiablement un blocage du micro-contrôleur… Erreur de débutant: il se produit une surtension lors de l’ouverture d’une charge inductive. Cela est le cas lorsqu’on pilote des relais. L’installation d’une diode dite de roue libre permet de protéger l’électronique de cette surtension. Ce composant est intégré au module ULN 2803A, ce qui m’avait évité tout problème lors de mes montages en 2021, mais il était à prévoir pour des relais actionnés directement par contacts ou autres interrupteurs!
La carte « demi-block »
Carte demi-block
Dans le respect de mon principe « un connecteur-une carte »… et par simplification pour le test envisagé, une carte « demi-block » est créée. Les entrées-sorties sont reprises directement sur le micro-contrôleur de l’extension 2022. Les commandes sont également amplifiées par un ULN 2803A. Comme toute la carte et les retours de la gare sont sur la même alimentation, les signaux 12V en retour de la gare sont convertis en signaux TTL par des condensateurs. Le signal mis à la masse par la gare est directement repris par le micro-contrôleur qui dispose d’une option pull-up intégrée.
Premiers tests en simulation
Ecran OLED Extension
Le micro-contrôleur de l’extension est programmé pour gérer le block et l’extension (Pleine voie et les 3 zones d’arrêt). L’utilisation de l’écran OLED et l’adaptation des procédures graphiques du premier test permettent de disposer rapidement d’un outil de mise au point intéressant.
Gestion automatique d’un réseau ouvert
greffe de l’interface block sur le réseau 2021 (programmation)
platine laboratoire de commande de l’extension
Le défi le plus intéressant de cette saison la mise en place d’une gestion automatique de la gare avec une extension »ouverte ». Lors de tests de 2021, le cycle automatique était essentiellement un enchainement séquentiel des étapes dont il suffisait de déterminer l’étape initiale à la reprise du cycle.
Comme l’opérateur d’une gare en réseau ouvert, le micro contrôleur doit gérer 3 éléments.
Entrées
Sorties
Communiquer sa saturation aux gares voisines pour conserver des options de sorties. C’est souvent ce qui est oublié par les opérateurs et conduit à des situations…compliquées!
Saturation de la gare
Analyse des situations
L’analyse des blocks verrouillés entrants et de l’état d’occupation des voies définit la saturation de la gare. Elle pourrait être affinée en ne la définissant que vers une des deux gares adjacentes.
Si les deux voies sont ou vont être occupées dans le même sens, il ne faut pas admettre de convoi du côté opposé. (Situation 1,2 et 3).
Les situations 2 et 3 sont en fait des anticipations de la situation 1.
Le côté gauche du réseau test (ouest) peut poser problème. Saturée avec une seule composition, elle doit de toute manière envoyer un train vers la gare… et la gare devra forcément le faire suivre à l’Est, cela revient à anticiper d’un niveau supplémentaire.
Cette analyse impose de mémoriser le sens d’arrivée sur les voies.
Extrait du code définissant la saturation de la gare de passage
Recherche des mouvements possibles
En phase de repos (itinéraire libre ou voie=0), le micro-contrôleur analyse les entrées possibles en fonction des annonces de blocks (signal Entrée possible) et des occupations des deux voies. La voie 2 est occupée en priorité.
Pour les sorties, La priorité entre les voies 2 ou 3 est définie selon « l’heure de départ » définie à l’arrivée des convois. Puis l’itinéraire dépend du sens souhaité (maintien du sens de réception) et de l’état du block correspondant.
Dans les deux cas, la recherche aboutit à une proposition d’itinéraire et de sens de marche appelant les routines existantes pour le mode Exploitation. Ces dernières peuvent encore annuler les opérations si les conditions ont changer pendant l’établissement de l’itinéraire.
Routine de recherche d’itinéraireRoutine de définition de sortie
Dans un premier temps, les platines de blocks, et le code ont été testés en simulation avant de passer sur les rails.
Gestion de compositions en pousse
Bien souvent, la gestion des entrées en gare passe par un tronçon de voie isolé, non alimenté tant que le signal d’entrée ne passe pas au vert, sur lequel s’immobilise la locomotive privée d’énergie. Cette solution n’est pas satisfaisante avec des compositions en pousse qui une fois ou l’autre se retrouveront voiture-pilote en tête.
La norme de block du club Train-Passion comprend depuis peu la communication au block de l’état du signal d’entrée ce qui permet de couper la traction en pleine voie.
Pour ce faire, il convient de détecter correctement l’entrée d’une composition. Pour ne pas multiplier les aimants sous les compositions, le club Train-Passion a choisi un système de barrière optique. Pour ma part, j’ai choisi de tester la détection de présence sur le tronçon à l’aide d’un montage de diodes et optocoupleur.
Montage de détection de voie
Les locomotives et voitures-pilotes d’ancienne génération (Arst 151-152) sont détectées dès l’entrée du premier bogie. La prise de courant de ma dernière acquisition (Ast 117) est plus problématique. La prise de courant est répartie sur les deux bogies, ce qui évite par ailleurs des éventuels courts-circuits lors de passages entre modules de traction mal gérés, et l’éclairage à LED nécessite un minimum de tension sur le tronçon de détection pour en dépasser le seuil de conduction. En théorie, la détection n’est possible que quand le deuxième bogie entre sur le tronçon isolé… cela na pas toujours été le cas lors du test.
Les dessous de l’Ast 117
Cette adaptation permet également d’arrêter une double traction sans patinage de la deuxième machine.
On dit que c’est à la fin de la construction de son logement ou de son bateau (pour prendre un thème qui m’est cher) que l’on sait comment il aurait fallu le construire. Fort de cet adage, je poursuis mes investigations sur la commande d’un réseau test par micro-contrôleur avant de me lancer dans un projet de plus grande ampleur.
Petit rappel
Les premières étapes de découverte du micro-contrôleur Arduino m’ont conduit a acquérir et tester différents modules. Un des composants importants étant une barrette de relais. Il est apparu qu’il était encombrant, gourmand en énergie et difficile à dépanner en cas de défaut d’un des relais par exemple. Cette barrette nécessitait une alimentation 5 V séparée, car la carte ne pouvait la commander en direct de quoi se faire du souci pour un projet de plus grande ampleur.
Entre-temps, les travaux du Rail Club La Côte et internet m’ont fait découvrir le composant ULN 2803A.
Ce module est équipé de 8 Darlington permettant de faire circuler 500 mA du côté puissance, soit bien assez pour les relais et signaux en 12V dans le domaine du modélisme.
– Chaque circuit de puissance est équipé d’une diode dite en roue libre.
– Une résistance interne de 2.7 kohms en entrée limite le courant du circuit de commande à moins de 2 mA.
Les relais choisis se contentent de 17mA sur le circuit de puissance (12V). Au niveau traction et en exploitation, il ne devrait y en avoir que 5 qui consomment en même temps dans le projet futur.
Il était temps de passer à une fabrication maison!
Conrad propose une carte avec la possibilité d’insertion d’un connecteur D-SUB 25 pôles aux extrémités. Voilà qui limite le câblage dans le pupitre, d’autant plus que le travail avec un micro-contrôleur limite la logique câblée. A l’avenir, j’imagine une de ces cartes par connecteur arrivant au pupitre, avec, à l’autre extrémité, les câbles partant vers le micro-contrôleur. Les relais et IC sont montés sur socles pour une maintenance plus aisée. Ce choix permet également un contrôle de toutes les liaisons avant de monter les composants.
Un pupitre rudimentaire
Le kit de démarrage arduino contient un affichage LCD de 2 lignes de 16 caractères. Pourquoi ne pas en faire la base d’un pupitre rudimentaire permettant de se passer du PC? Avec cet affichage, les fonctions des 4 boutons du montage initial deviennent dynamiques et sont adaptées à la phase de roulement. L’affichage de base comporte sur la première ligne les états de blocks aux extrémités (réservé sortant à gauche, libre à droite dans le cas présent), l’itinéraire, le sens de marche de la gare, la vitesse et le mode d’exploitation (manoeuvre, exploitation, automatique, distant). Sur la deuxième ligne, sont affichées les fonctions des boutons. A vitesse nulle en dehors des modes « automatique » et « contrôle distant », les deux boutons de droite deviennent « I » (itinéraire) et « M » (mode) puis s’adaptent en fonction des requêtes du micro-contrôleur, avec par exemple, le choix de la voie lors de la création d’un itinéraire.
Petit bémol: l’affichage LCD et les 4 boutons mobilisent 10 canaux du micro-contrôleur!
Un montage plus compact
Les nouveaux composants sont intégrés au dispositif de gestion du réseau test. Le micro-contrôleur UNO est remplacé par un modèle MEGA (au centre). Le tout est nettement plus compact, même si le montage de l’affichage LCD n’est pas du tout « optimisé »(à gauche)!… Mais cette configuration a le désavantage craint lors des premiers tests: la concentration du câblage aux abords du micro-contrôleur. Une solution devra encore être trouvée avec des choix stratégiques concernant l’utilisation des composants MCP23017 et leur communication en bus qui permet de limiter le câblage. S’il sera probablement utilisé pour les extensions qui dépendront de l’environnement de la gare (blocks selon les normes de clubs par exemple), son utilisation en interne devra être évaluée si le câblage en est simplifié.
Un article paru dans dans la Traverse Métrique n°28 d’août 2008
A l’occasion de la dernière séance du samedi de la saison 2007/2008, les participants du club Train-Passion se sont livrés à un comparatif de différents modèles de la FZe 2001 produits à l’échelle HOm. Merci à André, Norbert et Pierre pour la mise à disposition de leurs modèles.
Face côté Zweisimmen. De gauche à droite les modèles Fulgurex, Lemaco, BEMO I et II (Photo Pierre Lauber)
Le matériel à disposition se composait d’un modèle Fulgurex produit en 1983 à 350 exemplaires (390 g à la balance), une des 100 pièces produites par Lemaco en 2001 (356 g) et deux exemplaires de la série produite par Bemo fin 2007 (384 g). En effet, Bemo a procédé à quelques modifications au niveau du masquage des fenêtres depuis les premières machines livrées. D’emblée, la couleur crème tirant sur le vert et le toit foncé de la version Lemaco attirent l’attention. Cette couleur de toiture apparaît effectivement sur des documents des années 90, à une époque où l’immatriculation était DZe 2001 et où les passerelles d’interciculation étaient plus sommaires.
Détails de toitures. De gauche à droite les modèles Lemaco, Fulgurex et BEMO (Photo Pierre Lauber)
En toiture toujours, la version Bemo semble présenter la finition la plus proche de la réalité. Au niveau des pantographes, Bemo et Lemaco présentent des archets doubles, avec une réalisation la plus proche des documents disponibles pour la version Lemaco qui ne relie pas les extrémités des archets. Si cette réalisation est esthétiquement la plus réussie, elle n’est par contre pas fonctionnelle: en position haute le pantographe, comme celui de la Fulgurex (à vérifier svp), a bien du mal à toucher la caténaire du réseau du club!
De face, les lanternes des versions Fulgurex et Lemaco sont mieux finies. Les essuie-glaces de la version Lemaco sont orientés vers le bas comme sur les photos des années 30, la configuration des autres versions est observée sur les documents des années 90.
De côté, les modèles Bemo ont un espace entre caisses de l’ordre de 3-4 mm conforme aux plans disponibles ce qui ne l’empêche pas d’emprunter les courbes du rayon le plus serré de ce fournisseur. La première version de Bemo est la seule à masquer les fenêtres du couloir central par des filets de protection alors que la fenêtre du compartiment bagages n’est pas protégée (on y devine même la voie dans les courbes!), erreurs corrigées par la suite… ne serait-ce que pour être conforme à l’illustration de l’emballage, au détriment d’une visibilité accrue sur la fin du soufflet et de l’électronique. De l’autre côté, Lemaco est le seul à masquer la fenêtre des WC ce qui semble logique. Lemaco présente la réalisation la plus fine des filets derrière les fenêtres.
Côté couloir central. De bas en haut les modèles Fulgurex, Lemaco, BEMO I et II (Photo Agent M)Côté WC. De bas en haut les modèles BEMO II et I, Lemaco et Fulgurex (Photo Pierre Lauber)
Les inscriptions du modèle Fulgurex sont les plus grossières et ne présentent pas les plaques du constructeur. N’oublions pas que la production de ce modèle date de 25 ans et que les techniques de sérigraphies ont beaucoup évolué. Une mention spéciale pour Bemo qui va jusqu’à reproduire l’ombre sur le sigle MOB.
Eclairage: Les versions Fulgurex et Lemaco présentent 3 feux à l’avant et un feu à l’arrière alors que la version Bemo ne propose que 3 feux à l’avant qui n’apparaissent nettement qu’à tension élevée.
Roulement: Le roulement à basse vitesse sans acoups de la version Bemo est remarquable. Le modèle reste très stable sur le faisceau d’aiguilles. Le modèle Fulgurex souffre de problèmes connus d’alimentation électrique que les amateurs les plus avertis corrigent par quelques modifications. La reproduction sans concessions des modèles Lemaco impose des voies impeccablement posées… sous peine d’accrochages et frottements divers.
Conclusions
Ce comparatif a mis en évidence l’évolution des techniques dans le domaine du modélisme qui permet la réalisation de modèles réduits plus détaillés. Ce dont le modèle Bemo a pleinement profité.
Cet exercice montre aussi les difficultés que doivent rencontrer les fournisseurs pour trouver les documents nécessaires à la définition du modèle réduit, spécialement quand les photographies couleurs n’existaient pas! Chaque modèle présente des différences, faute de sources fiables ou par compromis liés à la technique ou à la fonctionnalité.
Un article paru dans dans la Traverse Métrique n°40 d’août 2010
Découvert au hasard d’un surf sur internet, un artisan vaudois propose sur son site www.laser-creation.net des bâtiments à l’échelle 1:87 en bois réalisés par découpe laser. Ses produits ont aussi été présentés aux bourses de Monthey et du Bouveret. Des occasions pour l’agent M de rencontrer Monsieur Huwiler qui lui a ouvert les portes de son atelier.
En fait, le lieu s’apparente plus à un bureau. La machine de découpe est à peine plus grande qu’une imprimante. Elle est reliée à un ordinateur où les plans sont dessinés sur Autocad. Pour simplifier, c’est le niveau de gris associé au trait qui définit la force du laser pour graver ou découper. Sur un grand plan de travail sont déployés les plans d’un bâtiment en préparation et sont montés les prototypes.
Le lancement de Laser-Création
Mécanicien de locomotives, Monsieur Huwiler est aussi passionné de modélisme. Son réseau actuel (le troisième) inspiré de décors suisses est parcouru par des compositions HO et HOm (partiellement à crémaillère) sur 40 m2. Le tout est digitalisé avec le système ZIMO et contrôlé par le programme STP. C’est à l’occasion de constructions pour ce réseau et de démonstrations de fournisseurs qu’il a découvert la découpe laser. Son intérêt pour le dessin technique et le manque de bâtiments typiquement helvétiques pour les modélistes l’incitent, le printemps dernier, à faire l’acquisition d’une machine et à proposer ses kits.
Si les premiers modèles étaient imaginaires (2 chalets et un dépôt HOm), le catalogue s’est enrichi d’une gare et d’une halle marchandise typiques des CFF. Le bâtiment de gare proposé peut être observé au Brassus(ex), Le Sentier, Le Lieu, Le Pont, Arnex, La Sarraz, Charrat, Saxon, Riddes… à quelques modifications de facades près. Pour la voie normale, il est prévu de sortir un modèle plus petit (Burier, La Tour-de-Peilz). Pour les amateurs de voie métrique, le catalogue comprend une halte typique du MGB.
Initialement, ce projet d’article n’avait, pour une fois, aucun lien avec le MOB… cela n’allait pas durer. Alors que j’effectuais mes premiers montages, Monsieur Huwiler développait la gare des Avants dont j’ai pu observer une grande partie du prototype lors de ma visite le 27 juin dernier. En fait, il s’agissait déjà de la quatrième version…car notre artisan cherche les solutions les plus simples possibles pour le montage, mais aussi pour les phases de ponçage de la partie maçonnerie une fois assemblée ou la peinture des différents éléments. A titre d’exemple, de nombreuses poutres apparentes affleurent en façade entre le rez et le premier niveau. Une pièce, dont l’usinage aurait été bien compliqué sans la technique laser, a été conçue avec une série de peignes pour représenter les poutres. Elle sert de gabarit lors de l’assemblage du rez, avant d’être provisoirement retirée pour un traitement séparé du rez et de la structure en bois des éléments supérieurs. Dans ce kit, les pièces de vitrages sont allongées jusqu’au plancher du niveau pour en faciliter la pose, ainsi il n’y a plus qu’à positionner latéralement les fenêtres au montage. Ce modèle est livrable depuis mi-juillet.
Le prototype de la gare des Avants (Photo Laser-Création, le 8.7.10)
Pour cet écartement, M. Huwiler prévoit la construction des gares de Rougement et à plus long terme de Chamby.
En dehors du catalogue, il répond aussi à la demande de pièces uniques.
Passons à la pratique
Pour me faire la main, n’étant pas grand bricoleur, j’ai commencé par la cabane du service de la voie puis, content du résultat, ai continué avec le grand chalet de montagne.
Les différents éléments sont livrés en grappe, numérotés et facilement détachables, en MDF de 3 mm pour les éléments de maçonnerie, en bois croisé 1.5 mm pour les composants en madrier gravés sur les deux faces, puisqu’ils s’entrecroisent. Les vitrages sont en plexi prêts à être recouverts des cadres gravés et découpés dans du carton coloré préencollé. Les éléments complémentaires (pierres d’angles, volets…) sont réalisés en carton ou bois fin préencollés. La technique laser permet des découpes d’une finesse remarquable comme les persiennes dans les volets. Les toitures sont réalisées en résine dans des moules « maison » et découpées. Une notice de montage et un tube de colle cyano accompagnent chaque kit (un CD est prévu pour celui de la gare des Avants).
La cabane du service de la voie. La structure en madrier et les détails de la porte sont gravés (Photo Agent M , le 3.6.10)
La cabane du service de la voie n’est constituée que d’une structure légère en bois. Les composants ont été traités, comme dans la réalité, au glacis pour boiseries alors qu’ils étaient encore en grappe. C’est bien plus simple que de patiner du plastique pour lui donner un rendu de bois.
Les portes et fenêtres son préparés en posant les cadres préencollés sur les vitres en plexi. Cette astuce permet une bonne application et d’éviter les taches de colle malgré des pièces très étroites.
Les façades s’entrecroisent avec un jeu minimum depuis que les plaques sont calibrées. Par sécurité, une goutte de colle est déposée dans chaque coin.
La charpente est très détaillée avec de nombreux chevrons. Pour le souvenir, il vaut mieux immortaliser l’instant avant de faire disparaître l’essentiel de ce travail sous le toit. Pour ma part, j’ai customisé le toit avec de la peinture et une bande de faîte, n’étant pas assez habile ou patient pour ajuster les deux pans, même en ayant préalablement chanfreiné les bords.
La partie supérieure du chalet est réalisée selon la même méthode, si ce n’est que j’ai choisi de traiter le bois et coller les fenêtres après le montage de la structure principale. Les volets et cadres extérieurs sont préencollés. Des gabarits s’ajustent aux embrasures pour les positionner avec précision.
Pour la partie inférieure, les pièces en MDF s’emboîtent par des découpes dans les angles. Pour les bases rectangulaires, il est possible de maintenir les éléments avec un élastique et de déposer quelques gouttes de colle à l’intérieur de la construction. Le résultat est ensuite poncé puis peint. Petite astuce du fournisseur, passer un coup de rouleau mousse pour donner un aspect rugueux (… comme pour les routes au stradal). On peut ensuite monter les portes et fenêtres.
Le grand chalet avec un partie des chevrons posés (Photo Agent M, le 11.7.10)
J’ai beaucoup apprécié de construire ce genre de bâtiment en bois. La technique laser permet de produire des pièces compliquées qui simplifient le montage et de graver avec finesse les façades, portes et volets. Mentionnons encore que Laser-Création c’est aussi des murs en résine, des entrées de tunnel, la création d’arbres et des compétences de digitalisation de réseaux. Des activités à découvrir à l’adresse indiquée en introduction.
Un intérêt pour le modélisme ferroviaire et l’informatique m’ont poussé à découvrir le pilotage de réseau à l’aide d’un micro-contrôleur arduino. Cette approche devrait permettre de remplacer la laborieuse logique câblée par relais et contacts divers par du logiciel pouvant évoluer ainsi que la création d’un synoptique informatique plutôt qu’un pupitre figé.
Le fournisseur propose un kit de démarrage bien documenté avec une carte Arduino Uno et divers composants qui m’a bien occupé ce printemps au premier « confinement ». La carte dispose de 14 entrées/sorties numériques, 6 entrées analogiques et d’un espace mémoire de 32 kB pour le programme. Le programme est préparé sur MAC ou PC et transmis à la carte par le port USB. Le langage de programmation IDE est un mélange de C et C++. Les exemples fournis permettent de progresser rapidement.
De ces exemples, un premier exercice ferroviaire est entrepris, la définition de position d’aiguilles (LEDs) à partir d’actions sur les boutons. Cela ne remplace qu’une carte à diodes…mais ouvre la porte à un contrôle depuis un PC
C’est également l’occasion d’exercer la programmation objet. Une approche qui permet de structurer des opérations répétitives et gérer nominativement des données.
Chaque aiguille doit avoir un port attribué sur la carte arduino ou une extension
La position doit pouvoir être connue et la consigne attribuée
Chaque aiguille doit être configurée (configuration du port et position initiale) à la mise sous tension (Setup)
La position de chaque aiguille doit être adaptée selon l’itinéraire choisi. De plus pour éviter les surcharges, les aiguilles sont manoeuvrées avec un délai entre elles (T_action)
A terme, la position des aiguilles devra être validée par les fins de courses
Chaque classe d’objets contient des données privées (utilisables par la classe seulement) ou publiques (utilisables par tout le programme) et des routines spécifiques.
Dans la phase dite de de construction, les aiguilles sont créées avec leurs paramètres (noms pour la communication avec le PC, et le port de commande):
Aiguille AiguO1(« O1 »,0);
Aiguille AiguO1(« E3 »,1);
puis utilisés dans le programme principal (loop):
Lors de l’établissement de l’itinéraire la consigne Droite est attribuée à l’aiguille E3.
AiguE3.Consigne=’D’;
Plus loin, la procédure de contrôle de la position de l’aiguille est lancée.
AiguE3.Adapte();
Pour ce qui est de la commande d’un moteur, j’opte directement pour le module MotoDriver2 proposé par Conrad. Il permet le contrôle de deux moteurs. Chaque moteur est commandé par 2 ports analogiques de la carte (un par sens de marche… attention lors de la programmation)
La routine principale de la classe traction adapte la vitesse avec rampes d’accélération ou de freinage de l’objet en fonction de la consigne et d’une éventuelle urgence (sans rampe!), actionne les ports de la carte arduino et communique au PC les changements par le port série.
Prise en charge d’un block
Une des finalités du développement sera de traiter les signaux provenant de blocks voisins de clubs avec leurs spécificités de câblage.
Etats des blocks à afficher pour les prises de décisions de l’opérateur.
Envoi des quittances (entrée/sortie du block) et des demandes.
L’isolement restant de mise, une nouvelle simulation est lancée selon l’illustration ci-dessous. Le micro-contrôleur analyse la platine transformée en block sur un ovale reliant les extrémités de la gare (faute de réseau, des boutons simulant les cellules sont ajoutés aux extrémités). Il se comporte également comme traitant à chaque extrémité de la gare les informations du block… de quoi lui infliger des troubles de la personnalité! Ce test a aussi pour objectif de progresser dans la communication entre le micro-contrôleur et le PC sur lequel tourne un programme de synoptique développé sur Processing.
En résumé: un block peut être libre, réservé ou verrouillé. Quand les états sont verrouillés et réservés, les signaux sont complétés (plus ou moins clairement selon les spécificités du câblage entre gare et block voisin!) par un sens de marche… qui se transforme en entrant ou sortant selon l’extrémité de la gare.
Dans l’illustration, l’opérateur a créé un itinéraire de 2 à gauche, le vert sortie a déclenché la réservation sortante du block. Le block sur la platine est réservé de gauche à droite, et à droite de la gare s’affiche un block réservé entrant. Le passage du convoi sur la cellule verrouillera le block. Mais cette étape pourrait être dictée par un autre critère du micro-contrôleur et transformé en signal correspondant au passage sur la cellule dans l’interface avec le block.
Puis l’été est arrivé!
Une étape plus concrète:
Avec le retour de l’hiver et d’une nouvelle limitation des contacts, de nouveaux objectifs plus concrets sont posés pour la découverte de ce micro-contrôleur: Le pilotage automatique d’une gare de croisement. Cela pourrait être les voies 2 et 3 de la gare de Saanen en cours de construction (plan de voies début des années 2000).
Au niveau matériel, le réseau est constitué de voies tillig, un système qui me semble idéal pour un réseau temporaire de test et qui me rappelle le premier montage « provisoire » en voie C sur la table de la salle à manger familiale! De plus, les éclisses isolantes noires permettent de bien identifier les secteurs. L’absence de stock d’éclisses de raccordement me permet de m’exercer à la soudure sur rail et de bien visualiser les raccordements!!!
En bas, à gauche, en jaune, le kit de démarrage. Sa platine laboratoire sert dans ce test à contrôler le démarrage de la locomotive active (GO, STOP) puis à régler sa vitesse de consigne (+ et -)…tel le passage de touches qui ne me fait pas regretter l’installation d’un potentiomètre. Ce qui n’aurait pas de sens, la demande de puissance des locomotives pouvant être très différentes en réseau ouvert, oublier le potentiomètre en position élevée quand une locomotive moins gourmande arrive peut mener à une catastrophe. Je préfère choisir une vitesse de base avec possibilité de correction!
En bas à droite, le module de traction (la pile et le moteur ne sont plus utilisés, restes des tests du module de traction). Alimenté en 12V, il fournit également du 5V à une partie des composants. A terme, il permet de commander deux moteurs… ou deux itinéraires pour rester dans le monde ferroviaire.
En haut à gauche, les modules de détection d’occupation des voies, car dans tout automatisme, il faut mesurer pour réagir. Ces modules permettent de se passer d’aimants sous les machines déclenchant des contacts Reed sur le réseau ou de capteurs optiques à cacher.
En haut à droite, un module de 8 relais. Pour ce test, j’y commande les deux aiguilles et l’alimentation des 4 segments de voies (les deux voies de croisement et les deux voies d’accès). Les sorties de la carte ou d’un module a donnent directement les ordres aux relais via une séparation galvanique. ATTENTION: L’alimentation de la carte Arduino ne suffit pas pour alimenter l’étage de puissance des relais.
Au milieu, deux modules d’extension MCP 23017 qui permettent en théorie de gérer 16 entrées-sorties chacun (On pourrait aller jusqu’à 8 modules). En plus de l’augmentation du nombre d’entrées/sorties, l’intérêt de ces modules et de limiter la concentration du câblage autour de la carte. car ils ne sont reliés à cette dernière que par deux fils de communication, une masse commune et, si l’alimentation le permet, une seule alimentation.
Le composant dispose de 28 broches. Les broches 1 à 8 et 21 à 28 sont les entrées/sorties configurables.
Le composant est équipé de résistances internes Pull-Up de 100kOhms activables à la configuration de qui permet de câbler simplement les entrées.
Les autres branchements indispensables sont:
# 12 sur la broche Analog 5 de la carte arduino
#13 sur la broche Analog 4 de la carte arduino
Ces deux branchements servent à la communication selon I2C
#9 au +5V local
#10 à la masse commune
#18 au +5V local
# 15, 16 et 17 servent à définir l’adresse du module (de 0 à 7)
Expérience faite, je recommande de brancher une LED de contrôle avec une résistance en série sur une des sorties et de la faire clignoter dans le programme pour contrôler le fonctionnement du module. Si elle ne clignote pas, le module est en carafe. Dans mon cas, cela générait des erreurs de détection incompréhensibles. Si j’avais installé cette LED dès le début, je me serais posé moins de questions! Cela était dû à une alimentation insuffisante ou instable.
Le programme:
Le processus suivant est retenu: Le premier train vient de l’ouest et rentre en voie 2, le plus proche du bâtiment. Chaque étape définit un itinéraire (positions aiguilles et tronçons alimentés) et un sens de marche. L’étape 4 ramène à la situation 1.
Pour la programmation, deux nouvelles classes d’objets sont créées.
Les capteurs:
Chaque capteur se voit attribuer un port de lecture et mémorise un état. Sa routine importante est la mise à jour de l’état. Si l’état passe à 1, un délai est pris en compte pour admettre un passage à 0 pour éviter des parasites. Un changement d’état peut être transmis au PC si nécessaire (en l’état, passé en commentaire pour ne pas surcharger le port série)
Attention: la mesure est valide pour autant que de la tension soit présente sur le tronçon de voie. En amont de l’appel à la mise à jour de l’état, il faudra s’en assurer.
En programmation objet, il y a des notions d’héritage… mais je ne me suis pas lancé!
Les segments:
Chaque segment se voit attribuer un port d’écriture (action du relais), mémorise un état (alimenté ou non), une occupation, et mémorise la consigne de vitesse de la locomotive l’occupant (bonus d’un réseau fermé). Il est ainsi possible de recharger la vitesse de consigne de base pour son redémarrage.
Une routine importante est le calcul de la vitesse de consigne en fonction des capteurs lui ordonnant une réduction de vitesse ou l’arrêt. Cette routine met également à jour la variable globale Adestination pour la suite du cycle.
Dans le programme principal (loop), la gestion des mouvements se résume à appeler cette routine avec les bons capteurs:
Par exemple, pour la voie 2 de droite à gauche en provenance de l’est (indiquant que la voie 2 est une destination), le capteur de réduction est le 22, celui d’arrêt le 21 et inversement de gauche à droite depuis le secteur Ouest: Le capteur de réduction de vitesse est le 21, celui pour l’arrêt est le 22.
Le comportement à destination, ainsi que la détermination de la phase initiale à la mise sous tension de la carte, aurait pu se résumer à une démarche du genre ci-dessous, mais du code complémentaire a été ajouté pour contrôler que la prochaine destination est bien « indiquée comme libre » suite à des défauts du module MCP mesurant les détections. Je vous en épargne!
A noter que dans la phase initiale, il suffit de donner un minimum de tension (sans mettre en mouvements les locomotives) sur tous les segments pour que la détection fonctionne normalement pour déterminer les occupations de voies.
Mise en garde: je me suis servi à plusieurs reprises de la commande delay(x) ou x est un temps d’attente en millisecondes, pour espacer l’action sur les relais par exemple alors que les convois sont arrêtés. Cette commande interrompt le programme pendant cette durée. Elle est à proscrire en réseau ouvert où d’autres événements peuvent être à détecter, sur les blocks par exemple.
Et maintenant?
Ce test reste très théorique, il me permet de dégourdir les bogies de matériel resté longtemps à l’arrêt!… et d’en tirer quelques enseignements.
Le choix de la détection par les voies et la mise sous tension de l’itinéraire complet permet des doubles-tractions sans patinage de la deuxième machine et d’arrêter correctement une voiture-pilote éclairée en pousse.
Attention à prévoir des outils de dépannage dans les montages (LEDs de contrôle par exemple)
Attention aux alimentations. La capacité de la carte est limitée.
Dans un réseau ouvert, il faudra tenir compte de l’état des blocks voisins pour déterminer les étapes du cycle.
Dans l’intervalle, je vais travailler sur l’interface avec le PC développé sur Processing pour des commandes plus « manuelles ».
