DCC-decoder geïntegreerd in sein(voet)

[Dennis1984]

Het is hier even stil, maar dat betekent niet dat ik ook stil zit .

Al dat gepraat over elektronica is leuk, maar zonder het daadwerkelijke sein heb ik er natuurlijk niets aan. Daarom de afgelopen tijd druk bezig geweest met het sein tekenen (in Fusion360) en printen op mijn nieuwe 3D-printer.



Deze print is de laatste die ik heb geprint en die is goed gelukt. Nog een paar kleine dingetjes aanpassen in het ontwerp (meeste inmiddels gedaan) en het ontwerp zelf optimaliseren (betere constraints en parametrisering). En ik moet nog iets doen aan de reiniging (ultrasoonreiniger testen/aanschaffen).

Ondertussen ook nog nagedacht over wat ik precies wil qua elektronica en decoder en volg de andere discussies hier op het forum op de voet.

Met vriendelijke groet,
Dennis

[schipcas]

Compliment Dennis, keurige print. Ik denk met een Resin printer? Chapeau!

Groet,
Henk

[AP3737]

Hi Dennis

Ziet er perfect uit. Het grijs lijkt goed overeen te komen met het grote voorbeeld. Alleen het signaal vlak moet nog zwart gespoten worden. Met een malletje is dat misschien wel makkelijk te spuiten?

Meer hoeveel lampen / leds zitten er nu in? 7? Hoe ga je dat doen? Ze op een (flexibel?) printje bij JLCPCB laten zetten? Of losse 0402 LEDs? Ik ben benieuwd.

Wat decoder betreft: zoe iets zou niet zo moeilijk moeten zijn. Ik verwacht dat ik voor de stappenmoter print een “Tiny” versie van mijn DCC-core decoder ga maken, zonder RS-bus maar wel met CVs, SM and PoM. Dat zou hier ook moeten kunnen werken.

Groet, Aiko

[Dennis1984]

Dank Henk!

Jij mag niet meer raden Aiko .

Inderdaad een flex print met daarop de leds al gesoldeerd. 0402 zou ideaal zijn, maar het probleem is de groene leds. De precieze kleur die ik nodig heb (rond de 510nm) is in 0402 vrijwel niet verkrijgbaar. Daarom ben ik voornemens uit te wijken naar 0603, al zit ik dan tegen de limieten wat fysiek past.

Spuiten kan ik inderdaad een mal voor maken, maar dat is voor latere zorg eigenlijk. Eerst moet dit 100% goed uit de printer komen en moet het me lukken om de boel ook elektrisch te laten werken (in ieder geval de leds laten branden).

Ik heb vanavond nog even een filmpje geüpload dat laat zien hoe ik het sein kan aanpassen met de parameters in Fusion360. Dat ben ik nu dus verder aan het optimaliseren en daarna is het denk ik zo goed als klaar.

<a href="https://www.youtube.com/v/Z7MMuZlRxMM" target="_blank" class="new_win">https://www.youtube.com/v/Z7MMuZlRxMM</a>

Met vriendelijke groet,
Dennis

[AP3737]

Inderdaad een flex print met daarop de leds al gesoldeerd. 0402 zou ideaal zijn, maar het probleem is de groene leds. De precieze kleur die ik nodig heb (rond de 510nm) is in 0402 vrijwel niet verkrijgbaar.

Ik zat net even bij Mouser te zoeken, en met 520nm is er wel een groene 0402 LED. Nummer 710-150040GS73220. Die zou je bij JLCPCB gewoon moeten kunnen bestellen. Is dat wat?

[janvanbemmel]

Mooi werk Dennis, ben onder de indruk van je parametrische benadering. Heb zelf ook SBB-seinen geprint, ‘t blijft een beetje tricky vanwege de kleine afmetingen. Ik zelf heb de seinen van bedrade 0402’s voorzien, de draden vallen tussen de mast en vallen niet erg op. Heb ook aan flex-pcb gedacht maar weet niet hoe dat op te lossen en vraag me af hoeveel print banen er naast elkaar passen, deze kunnen aan voor- en achterzijde van een flex-pcb? Succes met je seinen-project en ben benieuwd naar het vervolg.

[Dennis1984]

Ik zat net even bij Mouser te zoeken, en met 520nm is er wel een groene 0402 LED. Nummer 710-150040GS73220. Die zou je bij JLCPCB gewoon moeten kunnen bestellen. Is dat wat?

520nm is eigenlijk alweer te veel. 505 tot 510 is het beste. Maar ondanks dit soort 'exacte' specificaties verschilt het toch nog wel eens per led, dus misschien ga ik jouw suggestie toch eens aan een test onderwerpen .

Mooi werk Dennis, ben onder de indruk van je parametrische benadering. Heb zelf ook SBB-seinen geprint, ‘t blijft een beetje tricky vanwege de kleine afmetingen. Ik zelf heb de seinen van bedrade 0402’s voorzien, de draden vallen tussen de mast en vallen niet erg op. Heb ook aan flex-pcb gedacht maar weet niet hoe dat op te lossen en vraag me af hoeveel print banen er naast elkaar passen, deze kunnen aan voor- en achterzijde van een flex-pcb? Succes met je seinen-project en ben benieuwd naar het vervolg.

Dank Jan. Printbanen kunnen heeeeel dun zijn, dus dat gaat zeker geen problemen opleveren. En inderdaad aan voor- én achterzijde. Bij mij komt de flexprint alleen in de seinbehuizing: vanaf daar komen gewoon lakdraden naar beneden langs de mast. Ik denk hetzelfde als bij jou dus.

[Jan Wiegerinck]

een heel interessant project Dennis.

Ik heb een paar jaar geleden zoiets gerealiseerd met WeichZwei decoders van DigitalBahn. Ik heb een Japanse baan in N en gebruik Kato rails. De decoders van Digital Bahn passen er precies onder. Verder heb ik dummy Japanse seinen van LEDs voorzien (net als in de prutsvlog) en op de decoder aangesloten.
Het lijkt me eenvoudiger dan zelf een decoder te bouwen, tenzij dat natuurlijk je hobby is!

[Dennis1984]

Het 3D-sein zelf uit de printer is eigenlijk klaar, dus ik kan weer even focussen op de elektronica. Afgelopen weekend had ik ineens een zinvolle ingeving dat een testprint wel handig zou zijn. Dus even schemaatje getekend (dit keer netjes) en daarna printplaatje:



Dit is een 'sein' met decoder geïntegreerd. Even handig als één geheel en ik bedacht me dat dit later ook wel handig is in schaduwstations waar je snel en dirty een sein wil plaatsen. De afmeting van deze printplaat is 1 bij 8 cm. De decoder is gebaseerd op het werk van AP3737 uit het topic over een microstepper decoder. Om het passend te krijgen in deze nog kleinere printplaat heb ik de gelijkrichter vervangen door vier losse diodes. Verder is er een kleinere spanningsregelaar aanwezig.

In totaal kan deze decoder 12 leds aansturen, die nu verdeeld zijn over 4 groepen (van de respectievelijke "sub-seinen"). De 12 leds zijn aangesloten op GPIO-uitgangen van de Attiny. Per groep is een mosfet aanwezig die op een PWM-uitgang van de Attiny is aangesloten. In Zwitserland dimmen op een sein namelijk altijd alle lampen per groep tegelijk (eerst gaat alles uit, daarna gaat het nieuwe seinbeeld integraal aan).

Al jullie feedback is welkom!

Schema downloaden kan hier.
Bijhorende assembly files downloaden kan hier.

Met vriendelijke groet,
Dennis

[bask185]

Ik begrijp niet goed waarom je zowel weerstanden aan emitter en collector heb zitten. Ik snap dat je de emitter weerstand gebruikt om de basis stroom te begrenzen, maar het is beter om deze voor de basis te zetten. Bovendien is de waarde van 220R veels te laag. Je gaat dan basis stromen krijgen van 5-0.7 / 220 = 19.5mA per transistor. Dit belast je 5V circuit zo zwaar, dat je spanningsregulator dit niet gaat overleven.

De collectorweerstand is ook veels te laag. Als je 19V DCC invoert, blijft er na de gelijkrichter (1,4v) en de led(~1.3v) 16.3V over. Deel dat door 430R en je zit op 38mA.  Ik zou de leds zelf op 5mA laten uitkomen.

Je kan overwegen om de npn transistors te vervangen door https://jlcpcb.com/partdetail/Nexperia-PUMH13F/C3588805. Deze is ook 2 in 1, en ze hebben ingebouwde weerstanden van 4k7. Dat is een basis stroom van 0.9mA. En je wint er een klein beetje ruimte mee. En niet onbelangrijk ze zijn ook goedkoper met iets van 8ct per stuk. Dat x6 x 10? printplaten is toch bijna $5 winst

De diodes zijn tevens extended parts. Je kan C2128 overwegen, maar die is klein tikke groter. Wel is die basic en goedkoper. $3 winst.

In principe kan je software PWM'en, op 50~60Hz is dat prima te doen. En code is niet heel lastig daarvoor. Dan kan je de mosfets achterwege laten. Dat is 3$ + (4 x 13ct x 10?)  = $8.2 winst. Bovendien doe je bij mosfets er ook goed aan om zowel pulldown weerstanden (10k ~20k) te gebruiken en een inrush current limit weerstand tussen gate en GPIO pin (22R).

Ik zou schakelaar C231329 vervangen door een van deze 2, omdat is basic dat is weer $3 winst.


R20, R28 en R29 zijn voor de status LEDs, die hebben niet echt niet meer dan 0,5mA nodig en nu staan ze op 5mA. Deze weerstanden kan je 6k8 van maken. Dit is ook belangrijk omdat je echt zoveel als mogelijk je 5V circuit wilt ontlasten. Die 15mA voor al die leds kan catastrophaal zijn. Die attiny trekt op 8MHz ( <= toereikend voor dit doel) ongeveer 2,6mA.

Dus op een bestelling van 10 printen kan je een kleine 20$ besparen. En er is nog wat werk te doen om het 5V circuit te ontlasten.

Mvg,

Bas

[Dennis1984]

Ha Bas,

Dank voor je uitgebreide reactie!

Ik ga die diodes aanpassen naar de 323-variant die basic part is. De pushbutton ga ik ook aanpassen (is wel iets groter, maar dat lukt nog wel net). Ook ga ik de voorschakelweerstand van de 3 leds aanpassen naar een grotere waarde zodat er minder A door de regulator loopt.

Ik wil denk ik toch vasthouden aan de hardware PWM. Vind het ook leuk om het op die manier op te lossen en in de code met de timers te werken en kijken hoe e.e.a. functioneert. De pulldown (ook op de basis, toch?) en de inrush current limiter R's zal ik toevoegen.

Dan over de led circuits. In het opstellen ben ik uitgegaan van 20mA leds en ik gebruik hier 5mA leds. Niet slim. 4.3V/5mA = 860ohm -> dus ik ga daar naar 1K weerstanden.

Klopt mijn volgende denkwijze?

De BC847QASZ die ik gebruik mag maximaal 350mW dissiperen. Laten we even uitgaan van 150mW per transistor. Bij 5mA betekent dat maximaal 30V. Dus dan heb ik eigenlijk geen 430R weerstand überhaupt meer nodig, toch?

Ik had een andere rekensom van iemand waarbij de transistor 200mW mocht. Daar werd dus 20mA gebruikt. Dan kom je uit op 10V. Hij ging nog uit van 4.3V over de transistor verlies en 2V over de led en kwam dus (toevallig) uit op 16.3V. Daar gingen we uit van maximale invoer van 24V en dus moest er nog 8V worden kwijtgeraakt -> 8V/20mA = 400ohm.

Ik begrijp alleen niet waarom jij schrijft "Dit belast je 5V circuit zo zwaar, dat je spanningsregulator dit niet gaat overleven." terwijl de transistors gevoed worden door het 16V circuit. Kun je me dat nog eens uitleggen?

Dan nog tot slot even over die transistors: ik weet niet of ik er veel ruimte mee bespaar want jouw transistors met ingebouwde weerstanden zijn SOT-323 en mijn BC847QASZ is DFN-1010B-6 dus al een stuk kleiner. Bovendien heb ik daar al een flinke hoeveelheid van gekocht bij JLCPCB (zit in mijn part library) en dan zijn ze goedkoper dan de prijs die geadverteerd staat bij het product .

Maar nogmaals dank voor het uitgebreid meedenken. Ben geen electromannetje dus ik leer 'on the job'.

Met vriendelijke groet,
Dennis

[bask185]

De BC847QASZ die ik gebruik mag maximaal 350mW dissiperen. Laten we even uitgaan van 150mW per transistor. Bij 5mA betekent dat maximaal 30V. Dus dan heb ik eigenlijk geen 430R weerstand überhaupt meer nodig, toch?

Die weerstand is feitelijk je voorschakelweerstand, je gebruikt die om de stroom door je led te beperken. Ik zou de weerstand voor de collector 3k3 maken.

Ik wil denk ik toch vasthouden aan de hardware PWM. Vind het ook leuk om het op die manier op te lossen en in de code met de timers te werken en kijken hoe e.e.a. functioneert.

Software PWM kan je makkelijk doen met een timer ISR. Die kan je elke 200us laten afgaan. Dan voeg je een countertje toe die tot 100 telt en dan reset naar 0.

Als de counter 0 is, dan zet je alle lampjes aan die aan moeten gaan. Dit is het begin van de dutycycle.
Bij elk interrupt ga je een lijstje langs met if statements om te kijken of er al een lampje uit moet schakelen.

Als je geen for-loops gebruikt en direct poort instructies, dan is je interrupt niet te lang.

Code: [Selecteer]

void updateTrackPower()
{
    uint32_t currentTime = micros() ;  // vervang micros door een ISR

    if( currentTime - prevTime >= 200 )     // 50 HZ
    {   prevTime = currentTime;

        if( !state )
        {
            PORTB = 0x00 ;                              // turn off all track pins at once
            PORTD = 0x00 ;
        }
        else if( counter == 0 )    // if counter reaches 100, reset it to 0 and enable the track power pins, begin of cycle
        {
            PORTB = 0xFF & track_mask_1 ;              // turn on ALL track at the same time.
            PORTD = 0xFF & track_mask_2 ;              // With an AND mask you can pick which tracks go ON and which go OFF
            // etc
        }
        if( counter == dutyCycle[ 0] )  PORTB &= ~TRACK_1_MASK ; // 8 bit comparison are somewhat fast, followed by direct port manipulation
        if( counter == dutyCycle[ 1] )  PORTB &= ~TRACK_2_MASK ;
        if( counter == dutyCycle[ 2] )  PORTB &= ~TRACK_3_MASK ;
        if( counter == dutyCycle[ 3] )  PORTB &= ~TRACK_4_MASK ;
        if( counter == dutyCycle[ 4] )  PORTB &= ~TRACK_5_MASK ;
        if( counter == dutyCycle[ 5] )  PORTB &= ~TRACK_6_MASK ;

        if( counter == dutyCycle[ 6] )  PORTD &= ~TRACK_7_MASK ;
        if( counter == dutyCycle[ 7] )  PORTD &= ~TRACK_8_MASK ;
        if( counter == dutyCycle[ 8] )  PORTD &= ~TRACK_9_MASK ;
        if( counter == dutyCycle[ 9] )  PORTD &= ~TRACK_10_MASK ;
        if( counter == dutyCycle[10] )  PORTD &= ~TRACK_11_MASK ;
        if( counter == dutyCycle[11] )  PORTD &= ~TRACK_12_MASK ;

       
        if( ++counter > 100) counter = 0 ;  // 100 speed steps
    }
}
Dit specifieke voorbeeld had ik gemaakt voor een atmega chip en om PWM op spoortjes te zetten, maar voor LEDs werkt het ook. Maar met dit lapje code en goede invulling voor masks natuurlijk, kan je exact hetzelfde bereiken, maar zonder de mosfets. All I'm saying.

Mvg,

Bas

[bask185]

Ik begrijp alleen niet waarom jij schrijft "Dit belast je 5V circuit zo zwaar, dat je spanningsregulator dit niet gaat overleven." terwijl de transistors gevoed worden door het 16V circuit. Kun je me dat nog eens uitleggen?

De transistors schakelen het 16V circuit via led en weerstand naar 0V toe. Het aansturen van de transistor gebeurt met de basis stroom en die komt uit de attiny vandaan. Dit is 5V. Er moet een weerstand tussen attiny pin en basis pin om die basisstroom te begrenzen. Meestal neem ik gewoon 1mA aan, maar afhankelijk van de transistor kan minder ook. Als die weerstand te laag is, dan moet die attiny meer stroom leveren voor de transistor. Dat vindt die attiny wel prima, maar die stroom komt wel uit de 5V regelaar vandaan. Daarom moet je een hogere basis weerstand kiezen. Het liefst zo groot dat je net aan de maximale verzadiging bereikt.

[AP3737]

Leuk 

Het idee om eerst een PCB proefsein te maken lijkt me heel verstandig.

De aanpak met Mosfets in de 16V plus leiding klinkt ook leuk. Ik zou ook gewoon echte PWM gebruiken; het kan inderdaad in software maar dat vraagt best wel wat code. Nu kost het je de ruimte voor 4 mosfets; dat kan er nog wel af.

Ik ben het wel met Bas eens dat ik de weerstanden in de emitter niet snap; die kunnen wat mij betreft dus weg. Neem wel iets van 10K in de basis. Dan raakt de transistor in verzadiging en valt er iets als 0,3V over de collector - emitter (de basis komt op 0,7V). Als je 5mA door de LEDs wilt, dan verstookt de transistor 5 x 0,3 =1,5 mW. De collector weerstanden verstoken echter het leeuwendeel: 16V (DCC) - 2V (LED) - 0,3 (C-E) = 13,7V x 5 mA = 67,5 mW. Dat kan nog net.
Ik vind 5mA wel heel veel voor de moderne LEDs. 2 mA zou ook ruim voldoende moeten zijn. Als je in de collector dus iets tussen 4K7 en 10K neemt, dan zou je voldoende moeten hebben om de LEDs helder te laten branden.

Ik ben geen expert op het gebied van mosfets, en weet dus niet of de gekozen mosfet geschikt is, of niet, Mosfets hebben geen (nauwelijks) basis / gate stroom, en kan je dus beschouwen als een soort condensator: als je (vanuit de microcontroller) een spanning op de gate zet, dan komt daarop een lading te staan die niet zomaar weer weg loopt. Vandaar dat men meestal aan de gate een weerstand heeft om die lading weg te laten lopen als de gate spanning wegvalt. Misschien dat die lading vanuit de gate wel door de ATTiny kan weglopen als je de poort laag zet (zou ik in de specs na moeten zoeken), maar tijdens inschakelen moet de gate niet “open” hangen, want dan weet je niet wat die doet. Dus ik zou altijd gate weerstanden nemen (eventueel een weerstand array; is bij JLCPCB ook een basic component).

Zoals gezegd, weet ik weinig van Mosfets. Je schakelt daarmee de +16 V, en ik weet niet zeker of je huidige schakeling dat wel doet. Misschien wel, maar misschien ook niet.

Leuk!
Aiko

[AP3737]

. Meestal neem ik gewoon 1mA aan, maar afhankelijk van de transistor kan minder ook.

De versterkingsfactor (hfe) bepaalt de verhouding tussen collector en basisstroom. Voor transistoren zoals hier gebruikt ligt die hfe vaak tussen de 300 en 600, Als je voor de hfe uitgaat van 100, dan zit je heel veilig. Als je 5mA collector stroom wilt, dan is 50uA basisstroom voldoende. Omdat er 5V (4,3 om precies te zijn) over de basis weerstand moet kunnen vallen, zou 100K nog voldoende moeten zijn.

Groet, Aiko