[WIP] OLTC-czyli własny system kontroli pociągów

[Tadeusz Brickow]

Ze względu na to, że z klocków Lego można budować w pełni funkcjonalne modele kolejowe ciekawą opcją byłoby zaadaptowanie czegoś na kształt systemu DCC do tego typu taboru. Ogólnie dostępne zestawy Lego projektowane były z myślą o dzieciach, natomiast bardziej wymagający budowniczowie musieli/muszą zadowolić się tym co jest. Ale czy na pewno ? Otóż nie. Jakiś czas temu, podczas jednego ze spotkań przy klockowym taborze, poruszone zostało zagadnienie tego typu sterowania i na chwilę obecną powstał prototyp takiego systemu dumnie nazwanego OLTC ( own lego train controller) ;-) Koncepcja zakłada różne warianty integracji z Lego. Głównie dlatego, że posiadany przeze mnie tabor zbierany był na przestrzeni wielu lat, a co za tym idzie Lego rozwijało serię trains zmieniając system sterowania ( od zasilania z szyn do systemów bezprzewodowych i plastikowego torowiska).
A teraz kilka szczegółów. Każda opcja zawiera centralkę komunikującą się poprzez bluetooth/usb z pilotem, którym jest tablet/smartfon lub komputer z autorską aplikacją. W zależności od stopnia ingerencji można będzie wykorzystać:
* standardową wieżę ir LEGO i nadajnik IR centralki, wadą jest to że wieża obsługuje jedynie 8 różnych kanałów a co za tym idzie można jedynie kontrolować 8 składów i 7 stopni prędkości w przód/tył
* pozostawić jedynie silniki i battery box lego , a zamontować w modelu dedykowany sterownik , który komunikuje się z centralką bezprzewodowo w technologii 2.4GHz lub 433Mhz, zyskujemy płynną regulację prędkości od 0 do 100 %, możliwość oświetlenia modelu oraz inne funkcje jakie przyjdą nam na myśl, kwestia jedynie napisania odpowiedniego programu dla sterownika,dodatkowo każdy model ma swój adres 4 bitowy , czyli centralka obsłuży 31 modeli :)
Dla systemu 9V możliwe jest pobieranie zasilania z szyn , a sterowanie jak w opcji drugiej. Dodatkowo, aby zautomatyzować torowisko w przyszłości powstaną napędy do zwrotnic , czujniki do wykrywanie taboru itp. , aby prowadzenie klockowych składów było zbliżone do kolei w skali 1:1.
Poniżej kilka informacji o wersji podstawowej :
Kontrolerem jest laptop z dedykowaną aplikacją komunikującego się z centralką poprzez USB. Ma to swoją zaletę ponieważ centralka pobiera zasilanie z portu USB. Całość przeszła już testy stabilności i nie odnotowałem najmniejszych problemów z jej pracą. Ze względu na specyfikę systemu IR Lego możliwe jest użytkowanie maksymalnie 8 składów w tym samy czasie, mając na uwadze ten fakt aplikacja zbudowana jest w myśl podejścia "jedna forma", po pierwsze aby uprościć program, a po drugie żeby mieć szybki dostęp do każdego modelu. Dodałem coś na kształt managera taboru, ponieważ możemy mieć więcej niż 8 modeli. Dodatkowo każda z lokomotyw ma określone kluczowe parametry takie jak : nazwa , kanał IR, wirtualną masę oraz miniaturkę do szybkiej identyfikacji i zapewne dojdzie jeszcze kilka parametrów. Wprowadzenie wirtualnej masy pozwala na bardziej realistyczne rozpędzanie i hamownie w zależności od klasy modelu. Każdy wybrany model do jazdy ma swoją przepustnicę oraz kontroler kierunku oraz możliwość odłączenia zasilania silnika w sytuacji awaryjnej. Sama centralka oparta jest o Arduino Uno, a jako nadajnik IR wykorzystałem 3 diody o szerokim kącie świecenia, docelowo rozmieszczone będą co 120 stopni, a sam nadajnik będzie połączony w standardzie około 1 metrowym przewodem ze złączami. Oczywiście jest kilka dostępnych tego typu systemów na rynku, jednak nie do końca sprawdzają się dobrze, a poza tym cenowo to już wyższa półka.
Kilka zdjęć :



Oraz materiał filmowy
https://youtu.be/3S1I-OGzfyY
https://youtu.be/EfJ0J0osx1M

W ramach ciekawostki. Po ciężkich negocjacjach z córką udostępniła mi do testów swój ulubiony skład choć wielokrotnie przypominała ,żebym go nie popsuł za bardzo ;) A podczas pierwszego testu torowisko uległo przemieszczeniu ze względu na zbytnie rozpędzenie składu. :)

[Zwariowany]

Całkiem ciekawe, ja gdzieś na YouTube widziałem taki projekt wykorzystujący kostkę LEGO RCX 2.0 Obsługiwała 2 pociągi i 2 zwrotnice bodajrze. Zaraz podniesie się szum ,że to nie koszerne hehe

[wielkamucha]

Zaraz podniesie się szum ,że to nie koszerne hehe

Wiadomo :)

Niekoszerne, ale bardzo ciekawe. Nasuwają mi się 2 pytania:

1. Czy będziesz robił własny odbiornik/dekoder (na podobieństwo wieży IR)?
2. Czy odbiornik ten obsługiwałby także inne funkcje, jakie oferują dekodery np. w kolejkach H0 (dźwięki pracy silników, gwizdawki/syreny itp.)?

Odbiornik/dekoder można by wykonać w dedykowanej obudowie z ABS/druku 3D, na podobieństwo wieży IR lub innego klocka - albo zmodyfikować oryginalną wieżę IR i wymienić jej bebechy, ewentualnie część funkcji upchnąć w innym, osobnym module, podłączanym kablem. Wtedy byłoby i w miarę koszernie (dla mnie, przynajmniej) i estetycznie.

bzzz-bzzz

[Jetboy]

Fajnie że robisz coś takiego. Ale teraz wchodzi nowy system Power Up który ma zastąpić PF - na razie nie wiadomo za wiele, ale na forum Ambasadorów zbierają właśnie pytania na temat tego systemu. Jak się pojawią odpowiedzi wrzucę je na swoją stronę.

Pewnie nie będzie oferował wszystkiego co Ty możesz zaimplementować ale część rzeczy pewnie tak - przynajmniej sterowanie pociągami z komputera/telefonu.

[Tadeusz Brickow]

Zaraz podniesie się szum ,że to nie koszerne hehe

Wiadomo :)

Niekoszerne, ale bardzo ciekawe. Nasuwają mi się 2 pytania:

1. Czy będziesz robił własny odbiornik/dekoder (na podobieństwo wieży IR)?
2. Czy odbiornik ten obsługiwałby także inne funkcje, jakie oferują dekodery np. w kolejkach H0 (dźwięki pracy silników, gwizdawki/syreny itp.)?

Odbiornik/dekoder można by wykonać w dedykowanej obudowie z ABS/druku 3D, na podobieństwo wieży IR lub innego klocka - albo zmodyfikować oryginalną wieżę IR i wymienić jej bebechy, ewentualnie część funkcji upchnąć w innym, osobnym module, podłączanym kablem. Wtedy byłoby i w miarę koszernie (dla mnie, przynajmniej) i estetycznie.

bzzz-bzzz

Własny moduł dekodera mam już na ukończeniu. Dekoder składa się z sterownika silników (maksymalnie 2 silniki po 800mA każdy),modułu odbiornika radiowego i mikrokontrolera. Sterownik podstawowy ma wyprowadzony port komunikacyjny do dołączania innych modułów, ponieważ projekt przewiduje możliwość rozbudowy o kolejne dodatki. Wszystko ograniczone jest jedynie naszą wyobraźnią oraz posiadanym miejscem w samym modelu. Wstępnie myślałem, aby dźwięki obsługiwane były dodatkowym modułem z czytnikiem kart micro sd z zapisanym dźwiękami, ale czy taki konkretnie moduł będzie czymś więcej niż tylko prototypem zależy od tego czy będą chętni na taki dekoder. Mam dostęp do drukarki 3D więc obudowy wykonam właśnie tą techniką. Co do nowego systemu PF wykorzystuje on bluetooth do komunikacji, a ten standard opiera się o pary urządzeń. Ma to swoją poważną wadę, ponieważ chcąc obsługiwać więcej niż jeden odbiornik aplikacja sterująca musi cyklicznie zrywać i nawiązywać połączenie z kolejnym modułem. Błąd połączenia spowoduje utratę kontroli, a poza tym moduły wykorzystujące bluetooth pobierają sporo energii i np. wykorzystując standardowy battery box zasilania starczy na około 40 min. Sam bluetooth idealnie sprawdzi się do komunikacji z centralką, natomiast centralka z modelami powinna komunikować się drogą radiową. I takie rozwiązanie stosuję u siebie, a pobór energii podczas komunikacji to jedynie 15mA na cały układ dekodera.

[Tadeusz Brickow]

Mała aktualizacja. Aplikacja sterująca przeszła lifting i obecnie wygląda tak:


Całość zyskana bardziej nowoczesny wygląd, najważniejszą zmianą jest połączenie nawrotnika oraz przepustnicy. Dzięki tej modyfikacji uzyskałem bardziej naturalny sposób sterowania tak jak w klasycznym systemie 12V/9V. W związku z kilkoma pytaniami odpowiem zbiorczo.
1. Centralka może posłużyć do kontroli nie tylko pociągów ,lecz również innych modeli wykorzystujących Power Functions. Kwestia leży jedynie w dostosowaniu panelu aplikacji
2. Aplikacja i centralka są zgodne z systemem 9/12V. Zamiast nadajnika IR podłącza się moduł zasilania do szyn. Wydajność prądowa tego modułu wynosi 2A. Kontrola za pomocą wirtualnego pokrętła oraz możliwość sterowania według rozkładu. Domyślnie aplikacja rozpoznaje rolkę myszki jako kontroler pokrętła.

[meler]

Wygląda zachęcająco, gratuluję zacięcia. Mi po pierwszych diodach i kilku kontrolnych przejazdach zabrakło animuszu by rozwijać system. Jestem ciekaw jak to dalej rozwiniesz. Jedno Uno może być niewystarczające do zarządzania większą siecią...

[Zwariowany]

Tak z ciekawości kolejarskiej :-) będziesz może to rozpowszechniał dla chętnych?

[Zwariowany]

W sensie sprzedawał oczywiście

[Tadeusz Brickow]

Mam to do siebie,że jak już rozpocznę jakiś projekt to staram się doprowadzić go do końca, a że łączy się to m.in. z moją pasją to praca nad rozwojem systemu pozwala na oderwanie się od codzienności.
Oczywiście jeden moduł UNO nie wystarczy dlatego całość oparta jest o architekturę master-slave oraz szynę I2C. Dzięki takiemu rozwiązaniu uzyskałem możliwość podłączania dowolnej liczby dodatkowych centralek np. do obsługi rozjazdów czy sygnalizacji. Po dołączeniu nowego modułu do szyny danych, nowa centralka rozsyła informację po szynie danych o swojej obecności, dzięki czemu centralka główna (master ) uaktywnia opcje sterowania nowym modułem w aplikacji. Dodatkowo centralka master okresowo aktualizuje listę modułów dodatkowych (slave), aby w razie utraty łączności/ odłączenia użytkownik wiedział o utracie funkcji odłączonego układu.

Zamieszczam kilka zdjęć elektroniki do mojej wieży. Wieża zawiera (od lewej ) sterownik silników, mikrokontroler oraz odbiornik radiowy.


Całość zajmuje 4x5 studów.


Aby nie modyfikować oryginalnych wózków napędowych systemu PF należy nieco przerobić dodatkowy kabel przedłużający np. 8886. Pozwoli to na zasilanie z battery boxa oraz podłączenie napędu. Dla systemu 9/12V, aby zachować możliwość zasilania z szyn potrzeba poddać modyfikacji wózek, wyprowadzając 4 przewody - 2 to zasilanie z szyn, pozostałe 2 to przewody silnika.

I chyba najważniejsze z punktu widzenia wszystkich zainteresowanych, otóż kilka osób pytało mnie o dostępność systemu w sprzedaży i odpowiedź brzmi: tak, będzie można zamówić dowolny zestaw do sterowania. Oczywiście przewiduję możliwość dostosowania systemu zgodnie z wymaganiami zamawiającego. Aby usystematyzować wersje systemu ewentualnie osoby zainteresowane mogą zgłaszać swoje potrzeby/wymagania.

[Tadeusz Brickow]

Po kilku testach aplikacja przeszła kolejny lifting i obecnie wygląda tak:





Stwierdziłem również, że budowanie centralki obsługującej tylko wieże IR jest krokiem w tył. W związku z czy będę rozwijał jedynie wersję radiową. Jeden z testerów( zwolennik koszerności ) podsunął mi ciekawy pomysł na stworzenie układu hybrydowego wykorzystującego standardową wieżę ir. Otóż mój dekoder zamontowany w modelu wykorzystuje nadajnik ir do sterowania wieżą oraz odbiornik radiowy do komunikacji z centralką. A ze względu na to, że cały układ pobiera mało prądu można wykorzystać osobne zasilanie do dekodera np. z baterii 9V. Ucyfrowienie modelu polega jedynie na schowaniu wieży ir we wnętrzu modelu oraz skierowanie nadajnika ir dekodera na odbiornik wieży. W tym tygodniu dostanę pierwszy model do uzbrojenie w dekoder i pokażę jak to wszystko wygląda podczas pracy. Będzie to lokomotywa z zestawu 60052. Dodatkowo dekoder można będzie wykorzystać do ożywienia wagonów ( oświetlenie lub specjalne funkcje).

[Aleksander Spyra]

Przyglądam się temu tematowi, i obawiam się, że choć sporo osób to przeczyta, to uzyskasz niewiele konstruktywnej krytyki - taki już paradoks, że alternatywne sterowanie Lego nie ma swojego miejsca ani na forach elektronicznych, ani AFOLskich. Może to przywiązanie do koszerności, może po prostu Lego przyzwyczaiło budujących do dziecioodpornej elektroniki, która nie wymaga zbytniego zainteresowania budującego - tak czy siak, fajnie że próbujesz, ale jeszcze fajniej, że to dokumentujesz.

Jeden z testerów( zwolennik koszerności ) podsunął mi ciekawy pomysł na stworzenie układu hybrydowego wykorzystującego standardową wieżę ir.

O, to to. Jeśli mam Cię przekonywać do tego rozwiązania, to wypiszę wszystko, co mnie skierowało na tą drogę:
Wydajność prądowa, prędkość silników, ich zabezpieczenie - wszystko jest dalej zgodne z Legowym sterowaniem. Zamiana wieży na jakiś mostek H na pewno zmieni charakterystykę pracy silników.
Wtyczki - o ile przy tym rozwiązaniu potrzebujesz wtyczki tylko na zasilanie układu, to przy wyrzucaniu wieży masz zasilanie + kabel do każdego z silników. Nie znalazłem zamienników do Legowych wtyczek, więc każda przedłużka mniej stanowczo zmniejsza cenę takiego układu.
No i uniwersalność - jeden taki moduł może obsłużyć wszystkie cztery Legowe wieże. Może w pociągu to takiego znaczenia nie ma, ale przy innych MOCach - taka możliwość 'rozszerzenia' sterowania ma dużo sensu.
Co do wielkości to ja byłem w stanie upchnąć całość podobnego odbiornika (Atmega328p, nRF24L01, regulator napięcia 3.3V, dioda IR z tranzystorem) do klocka 2x4, więc rozwiązanie to nie będzie dużo większe od zamiany wieży :)
Głównym minusem jest cena Legowej wieży IR - ale jak już się je ma, to taka opcja jest naprawdę opłacalna :)

EDIT: Teraz doczytałem o zastosowaniu osobnej baterii. Jest to fajny pomysł, i głupio się przyznać, ale nie pomyślałem wcześniej o dorzuceniu małego LiPo do odbiornika. Sam wypróbuję takie połączenie :)

[szarikm]

Zaraz podniesie się szum ,że to nie koszerne hehe

Zupełnie jak alternatywne kostki do PFów - Sbrick viewtopic.php?t=23157&highlight=sbrick i jeszcze jest jeden, chłopaki z TrTr powiedzą jaki. Jeśli przekonasz do tego wynalazku dużą część kolejkowiczów - mam na myśli w skali globalnej, pierwszy-lepszy link w wyszukiwarce: JAPAN TRAIN LUG (JT-LUG) - to powiedzmy, że Tadeusz Brickow na pomysł na założenie biznesu.

Przyglądam się temu tematowi, i obawiam się, że choć sporo osób to przeczyta, to uzyskasz niewiele konstruktywnej krytyki - taki już paradoks, że alternatywne sterowanie Lego nie ma swojego miejsca ani na forach elektronicznych, ani AFOLskich.

Tu się nie zgodzę, po prostu w Polsce kolejkowiczów jest relatywnie mało i w dodatku tekst napisany po polsku.
Tadeusz Brickow, wyjdź z tym na świat.

[Jellyeater]

Śledzę ten wątek z wielkim zainteresowaniem. I wygląda to super.

[dmac]

Tadeusz Brickow na pomysł na założenie biznesu.

Święte słowa. Nie wiem, czy w kraju, ale w Japonii, Stanach i może w Niemczech - z całą pewnością tak. (Oczywiście o ile nie działa już gdzieś konkurencja, o której nic nie wiemy ;) .) Trzymam kciuki, żeby się udało, bo to bardzo ciekawy projekt.

Nie wiem, jak inni podchodzą do takich wynalazków, ale ja kombinuję tak: skoro same klocki nie są modyfikowane, skoro nadal trzeba korzystać z koszernych elementów, żeby zbudować piękną lokomotywę, a jedyna różnica polega na tym, że się inaczej nią steruje, to wszystko jest w najlepszym porządku. Pamiętam, jak fantastycznie było przesiąść się z tradycyjnej, analogowej kolejki elektrycznej na dekodery DCC i przypuszczam, że wielu fanom LEGO Trains będzie równie miło skorzystać z tego wynalazku :) .