LOCODUINO

Calcul de la vitesse d’un train miniature avec l’Arduino

.
Par : LIKIKI

DIFFICULTÉ :

L’objet de cet article est de déterminer la vitesse réelle d’un train miniature, rapportée à sa grandeur nature, donc en Kilomètres par Heure, en fonction de l’échelle évidemment.

Bien évidement, cette mesure est réalisée avec un Arduino.

Voici la description de mon projet.

Mais pourquoi calculer la vitesse de nos petits trains ?

Il n’y a rien de plus décourageant que de voir un TGV se faire doubler par un ABJ (surtout pour les ingénieurs qui ont travaillé sur la conception du TGV, ceux de l’ABJ étant plutôt contents).

En tout cas cela permettra de pouvoir régler les décodeurs de nos machines en conséquence.

Alors, le projet ....

Sur un portion de voie droite, on met en place deux barrières infrarouges séparées par une distance connue (dans ma réalisation j’ai 22 cm). Une barrière infrarouge est constituée d’un émetteur et d’un récepteur de lumière infrarouge. L’article Une barrière infrarouge en décrit un exemple.

Lorsqu’un train traverse une barrière infrarouge, il coupe le faisceau lumineux invisible et son récepteur fournit un signal qui peut être interprété par l’Arduino.

Voici le raisonnement :

A) Nous avons donc un point d’entrée, un point de sortie et une distance fixe.

B) L’arduino nous permet de relever le temps parcouru par un véhicule entre les deux points.

C) Nous avons la formule magique V = D / T (Vitesse = Distance / Temps)

Où : V est en m/s, D est en mètres et T est en secondes.

Jusque là, tout est simple.

En réalité, la distance sera plutôt exprimée en centimètres (ici j’ai 22 cm), le temps en millisecondes, donné par l’instruction millis() et le donc le résultat en cm/s, en divisant par 1000.

Pour passer aux Km/H, à l’échelle 1, il faut en plus :

  • multiplier par le facteur d’échelle (87 en HO ou 160 en N)
  • multiplier par 3600 (le nombre de secondes dans une heure)
  • diviser par 100.000, pour passer des centimètres aux kilomètres

donc :

  • en HO il faut multiplier les cm/s par 3,132
  • en N il faut multiplier les cm/s par 5,76

... ou faire autrement comme dans mon programme ci-dessous, pourvu que l’on obtienne la bon résultat.

Alors c’est parti :

Commençons par le schéma du projet :

PNG - 62 kio

Nous voyons à gauche les 2 couples de Leds comprenant une diode émetteur infrarouge, type SFH415, alimentée à partir du 5V à travers une résistance de 330 Ohms et une diode récepteur infrarouge, type SFH 205, montée en inverse et protégée par une résistance de 220 KOhm. Les 2 récepteurs infrarouges reliés sont aux entrées A2 et A3 de l’Arduino.

Le choix de ces composants est important : il faut que l’émetteur et le récepteur aient pour caractéristique commune une même fréquence lumineuse (ici : 940 nm).

Le LCD est raccordé de façon classique :

  • RS à la pin 12 de l’Arduino
  • Enable à la pin 11
  • D4 à la pin 5
  • D5 à la pin 4
  • D6 à la pin 3
  • D7 à la pin 2

Et maintenant le code du programme

Le code est écrit en partant d’un des exemples "LiquidCrystal" de la bibliothèque intégrée de l’IDE Arduino. Il vous reste donc peu de choses à ajouter.

// Calcul de la vitesse d'un train miniature 
// En passant devant deux led Ir
// Programme V 2.3
// Du 11/11/2013
// Par C.ARFEL
// 
// Avec afficheur autonome
// 

#include "LiquidCrystal.h" // Ajout de la librairie pour afficheur lcd

LiquidCrystal lcd(12, 11, 5, 4, 3, 2); // declaration des bornes du lcd

int IR1 = A2;   // La diode IR 1 est branchee sur A2
int IR2 = A3;   // La diode IR 2 est branchee sur A3

int compteur1 = 1;      // variable enregistre un passage compteur 1
int compteur2 = 1;      // variable enregistre un passage compteur 2
int temps1=millis();    // Variable prise de temps pour IR 1
int temps2=millis();    // Variable prise de temps pour IR 2
int temps3 = 0;         // Variable pour le calcul du temps reel passe
float V = 0.0;            // Variable Vitesse
float TTS = 0.0;          // Variable temps passe en secondes
float VKM = 0.0;          // Variable vitesse en KM/H
float VKMN = 0.0;         // Variable vitesse en N
float VKMH0 = 0.0;        // Variable vitesse en H0

void setup(){
  
  lcd.begin(16,2); // Declaraton du type d'afficheur 16 cracteres sur 2 lignes
  
  pinMode(IR1, INPUT);     // Declaration de la broche A2 en "entree"
  pinMode(IR2, INPUT);     // Declaration de la broche A3 en "entree"
  
  lcd.print("** En attente **"); // Affichage sur le lcd 
  
}

void loop(){
  
  int valIR1 = digitalRead(IR1);  
  // Lecture de broche A2 et mise du resultat dans la variable valIR1
  int valIR2 = digitalRead(IR2);   
  // Lecture de broche A3 et mise du resultat dans la variable valIR2
  
   if(valIR1 == LOW && compteur1 == 1) {  
   // Si passage devant IR1 ET compteur1 = 1 alors ....
   temps1=millis();       // enregistrement dans temps1 de la valeur millis
   compteur1 = compteur1 + 1;   
  // On rajoute +1 a compteur1 ce qui empeche le remplacement de la valeur de temps1   
   } 
       
   if(valIR2 == LOW && compteur2 == 1) {   
   // Si passage devant IR2 ET compteur2 = 1 alors .... 
   temps2=millis();      // enregistrement dans temps1 de la valeur millis    
   compteur2 = compteur2 + 1; 
  // On rajoute +1 a compteur2 ce qui empeche le remplacement de la valeur de temps2    
   }
  
   if(compteur1 > 1 && compteur2 > 1) {   
   // Si les valeurs de Compteur1 ET de compteur2 sont differente de 1 alors le calcul peut debuter
    
   temps3 = (temps2 - temps1);       
   // temps en millisecondes passez entre les deux capteurs
    
   TTS = ((float)temps3 / 1000.0);          
   // conversion milisecondes en secondes
     
   V = (0.22 / (float)TTS);               
   // calcul de d/t, ma distance est ici de 22 cm, soit 0,22 m
    
   VKM = ((float)V * 3.6);               
   // conversion de la vitesse en m/s en KM/H
    
   VKMN = ((float)VKM * 160.0);             
   // conversion de la vitesse a l'echelle N
    
   VKMH0 =((float)VKM * 87.0);              
   // conversion de la vitesse a l'echelle H0
    
    //  Affichage des resultats sur le LCD
    
    lcd.clear();                      // on efface l'ecran
    lcd.print(VKMN);                  // affichage de VKM N
    lcd.println(" KMh en N");         //
    lcd.setCursor(0, 1);              // On deplace le curseur sur la 2 eme ligne
    lcd.print(VKMH0);                 // affichage de VHM HO
    lcd.println(" KMh en H0");        //
    
    delay(10000);  // delais de 10 secondes avant reprise du programme 
    // Pour permettre la liberation de la zone IR
    
    compteur1=1;  // Variable remise a 1
    compteur2=1;  // Variable remise a 1
    temps1 = 0;   // Variable remise a 0
    temps2= 0;    // Variable remise a 0
    
    lcd.clear(); // on efface l'ecran
    lcd.print("** En attente **"); // Affichage sur le lcd 
  }
}

Une petite vidéo en fonctionnement :

https://www.youtube.com/watch?v=yQN...

Bonne réalisation !

Christian

38 Messages

  • Calcul de la vitesse d’un train miniature avec l’Arduino 30 novembre 2015 10:49, par Dominique DELEAZ

    Bonjour et merci pour le partage.
    J’ai fait une chose assez similaire et voici pour compléter votre approche ce que j’ai fait et mes constatations :

    • j’ai utilisé un seul capteur et fait tourner mes locos (une par une) sur un circuit en boucle dont j’ai mesuré la longeur en affichant (même calcul que vous !) la vitesse à chaque tour ;
    • et j’ai vu que la vitesse varie un peu d’un tour à l’autre, et il m’a fallu attendre quelques tours (de plus de 30 secondes) pour que la vitesse soit identique d’un tour sur l’autre (la vitesse augmentait un peu) ;
    • j’ai fait donc un étalonnage avec différentes vitesse, de 10 en 10 entre les crans 0 à 127 (commande DCC) dans un petit programme qui fait cela automatiquement ;
    • et je me suis servi de ces valeurs pour écrire une fonction dans arduino qui me permet de passer d’un cran vitesse (0-127) à la vitesse en km/h et l’inverse, pour chaque loco ;
    • et avec cela , je régule la vitesse de mes trains entre eux sur le circuit en calculant, pour chacun, une position "calculée" entre chaque détecteur de présence (infrarouge, ou ILS, ou simple capteur de lumière...) avec la vitesse et le temps du dernier passage sur un capteur.

    C’est simple et assez efficace.
    Bien cordialement

    Dominique

    Répondre

    • Calcul de la vitesse d’un train miniature avec l’Arduino 12 février 2016 19:23, par Wapata

      Très bonne idée !
      Du coup, que faites vous après avoir eu cette information (vitesse en km/h par cran DCC) ?
      Vous reprogrammez la loco, ou vous indiquez la table de vitesse dans un logiciel ?

      Répondre

      • Calcul de la vitesse d’un train miniature avec l’Arduino 12 février 2016 21:16, par Dominique Déléaz

        Bonjour,
        avec l’information de vitesse par cran DCC, je programme 2 fonctions :

        • une qui calcule la vitesse pour un cran ;
        • et la fonction inverse.
          Ceci pour chaque loco.

        Et avec cela je fais deux choses indépendantes :

        • je pilote mes trains dans une interface graphique réalisée avec Processing, et j’ai donc un curseur de vitesse pour chaque train, et donc quand les curseurs sont sur la même valeur (ils sont alignés visuellement), les trains vont (à peu près !) à la même vitesse). Cela évite les collisions, ou en tout cas c’est plus facile de piloter des trains qui ont des vitesse très différentes. Processing calcule donc le cran DCC correspondant à chaque loco, et l’envoi (liaison série de base) à la carte arduino qui elle envoie les ordres DCC aux rails (avec la technique expliquée sur ce forum, merci encore).
        • et aussi, mais là c’est plus expérimental, j’ai fait l’essai sur un circuit simple et cela marche bien, maintenant je passe à plus complexe, avec la vitesse de la loco, je calcule (approximativement !) sa position sur le circuit à chaque instant, avec un "rattrapage" des erreurs à chaque fois que la loco passe sur un ILS (car je connait la position de chaque ILS). Et comme cela, je peux calculer à chaque instant la position des locomotives sur le circuit, et donc je calcule les écarts entre les trains, en distance et en temps, et ainsi je gère l’allure de chacun en ralentissant un train qui en rattrape un autre, ou en l’accélérant si l’écart dépasse une certaine valeur. Cela permet de s’affranchir du concept de canton, même si cela en est une forme dérivée.
        • je rajoute qu’avec l’interface Processing, je pilote les aiguillages et les visualise, ainsi que les ILS activées.

        Bon, je ne sais pas si mes explications sont bien claires. Dans le cas contraire, dites le moi et j’essaye d’expliquer mieux.

        Bien cordialement

        dominique

        Répondre

    • Calcul de la vitesse d’un train miniature avec l’Arduino 4 février 11:53, par Jean Paul

      Bonjour

      pouvez vous m’envoyer votre code pour Calcul de la vitesse d’un train miniature avec l’Arduino, concernat le pas de vitesse ?

      Cordialement

      Répondre

  • Calcul de la vitesse d’un train miniature avec l’Arduino 1er décembre 2015 18:14

    Une variante avec la liaison série permet d’économiser le prix d’un lcd :
    * supprimer toutes les lignes concernant le lcd
    * dans setup, mettez : Serial.begin(9600) ;
    * dans loop, à la place des commandes lcd, dans le paragraphe affichage des résultats :
    Serial.print("Vitesse de : ") ;
    Serial.print(VKMN) ;
    Serial.println(" km/h en N") ;
    Serial.print("Vitesse de : ") ;
    Serial.print(VKMHO) ;
    Serial.println(" km/h en HO") ;
    Et dans le deuxième paragraphe
    Serial.println("attente d’une lecture") ;

    Une économie et une sauvegarde des différentes vitesses.

    Répondre

  • Calcul de la vitesse d’un train miniature avec l’Arduino 24 janvier 2016 18:13, par gilles

    Bonjour
    le plan est un peu flou et je ne vois pas bien les composants nécessaires, ni les connexions au niveau des nœuds
    est il possible d’avoir un plan plus clair et la nature du potentiomètre
    merci

    Voir en ligne : Calcul de la vitesse d’un train miniature avec l’Arduino

    Répondre

    • Calcul de la vitesse d’un train miniature avec l’Arduino 11 avril 2016 07:17, par guillon

      Bonjour
      Comme le schéma est difficilement lisible pouvez vous écrire la liste des composants infrarouge et leur résistance associée
      Est que tout type de Led émettrice IR 940 est utilisable résistance ?
      Quel type de récepteur photo diode ou phototransistor ?
      Merci

      Répondre

  • Calcul de la vitesse d’un train miniature avec l’Arduino 25 mars 2016 09:50, par Matjaz

    Hi !

    Please, please, is it possible to provide a plan with better resolution ?
    It is impossible to see values and numbers.

    Kind regards,

    Google translate :
    Salut !

    S’il vous plaît, s’il vous plaît, est-il possible de fournir un plan avec une meilleure résolution ?
    Il est impossible de voir les valeurs et les chiffres.

    Cordialement,

    Répondre

  • Calcul de la vitesse d’un train miniature avec l’Arduino 13 avril 2016 13:08

    Thank you both ! :D

    Répondre

  • Calcul de vitesse moyenne avec l’Arduino 28 février 2017 10:10, par lambda95t3

    Je débute.
    J’ai adapté votre programme pour mesurer la vitesse moyenne d’un train sur une longueur de voie donnée (958 cm dans mon cas HO entre les deux capteurs ). Dans ce cas, il ne faut pas oublier de modifier le type des variables de temps car les temps en millisecondes dépassent vite la valeur maximum possible d’une variable entière, ce qui ne se produit pas dans votre exemple où la longueur de mesure est 22 cm.

    Répondre

  • Calcul de la vitesse d’un train miniature avec l’Arduino 28 février 2017 17:18, par Likiki

    Bonjour,

    Effectivement, j’ai prix une distance égale a 2 fois la longueur d’une machine N soit environ 22 cm. En HO cela serait de l’ordre de 45 à 50 cm.
    Et là, vous ne devriez pas dépasser la valeur possible pour une variable entière.

    Cordialement.

    Christian.

    Répondre

  • Calcul de la vitesse d’un train miniature avec l’Arduino 6 février 2018 17:35, par Daniel ETHUIN

    Bonjour

    Je viens de terminer le montage à base d’1 arduino UNO pour le calcul de la vitesse train en HO.
    Dans le programme récupéré par copié/collé, et après avoir trouvé la bibliothèque " LiquidCrystal.h", lors de la compile j’ai le message : Exit status 1 stray ’\302’ in program.
    L’ avant dernière ligne "}" est soulignée en orange.
    J’ai vérifié que chaque {} ouverte avaient été refermées, et je n’ai rien trouvé.

    Est-ce que vous pouvez m’aider ?

    Cordialement.
    Daniel

    Répondre

  • Calcul de la vitesse d’un train miniature avec l’Arduino 14 juin 2018 19:24, par Aurelien Houeix

    Bonjour Christian
    J’ai réaliser votre montage (très bien présenter au passage) et il se trouve que lorsque je met le dispositif sous tension l’écran LCD s’allume et affiche "inf KMH en N" et "inf KMH en HO". NE devrait t-il pas plutôt afficher "**en attente**" ? Le fait qu’il affiche "inf" ne serait-il pas un soucis aussi ?
    Merci d’avance
    Aurélien

    Répondre

    • Calcul de la vitesse d’un train miniature avec l’Arduino 14 juin 2018 21:50, par Jean-Luc

      Bonsoir.

      Inf = infinity. C’est le résultat d’une division par 0, probablement dans le calcul de TTS. Donc il y a de forte chance pour que les deux temps mesurés soient identique et probablement parce que les deux broches correspondant aux capteurs sont LOW.

      Répondre

      • Capteurs IR 3 janvier 2019 17:54, par Jean-Marie GILLES

        Tout fonctionne parfaitement, à un détail près !
        Pour que l’initialisation matérialisée par "**en attente**" se fasse, il est nécessaire que les broches A2 et A3 soient au niveau logique haut, faute de quoi, le message "inf KMH en N" et "inf KMH en HO" apparaît et il ne se passe rien. Effectivement, j’ai vu plus bas que d’autres avaient rencontré le même souci.
        Le problème c’est qu’au repos (faisceau libre), c’est un niveau bas qui est présent sur les entrées. En revanche, si on coupe le faisceau, on fait apparaître un niveau haut.
        L’inversion de polarité ne pose aucun problème, il suffit d’un transistor et le tour est joué. En revanche, ne serait-il pas plus judicieux d’inverser ces variables au niveau du programme ?
        Merci

        Répondre

  • Calcul de la vitesse d’un train miniature avec l’Arduino 13 février 2020 17:42, par Fantasio

    Bonjour à tous,

    Merci à LIKIKI pour ce projet.

    Après l’avoir testé sur un arduino Uno, je viens juste de l’adapter pour qu’il fonctionne sur un ATtiny84 avec détection d’un niveau HIGH lors de la coupure des faisceaux IR. De plus, j’ai modifié l’affichage de la vitesse pour lire uniquement une valeur positive quelque soit le sens de marche et limitation à une décimale après la virgule.
    Ce montage va faire le bonheur de mon club...

    Fantasio

    Répondre

  • Calcul de la vitesse d’un train miniature avec l’Arduino 3 mai 2020 13:30, par Romain

    Merci beaucoup pour vos explications et votre générosité de partager votre projet. Pour simplifier un peu j’ai utilisé un capteur de détection d’obstacle arduino qui est très bon marché.

    et j’ai simplement couper le récepteur pour le connecter à un cable électrique afin de faire une barrière infrarouge. du coup pas besoin de résistances ni de connecteur l’émetteur et le récepteur. ABE.

    Voir en ligne : capteur d’obstacles

    Répondre

  • récepteur 29 mai 2020 12:28, par melissa

    bonjour, merci pour le programme.
    Cependant je ne sais pas comment connecté mon récepteur, le pin A2 doit être connecté à l’entrée de mon récepteur et mon récepteur doit être alimenté c’est bien cela ? Le mieux serait d’avoir un récepteur avec 3 branches ? je suis débutante je suis un peu perdue !
    merci d’avance

    Répondre

  • Calcul de la vitesse d’un train miniature avec l’Arduino 30 mai 2020 00:09, par msport

    Vous pouvez utiliser deux modules comme ceux ci-dessous.
    un OUT sur A2 un OUT sur A3, 5V sur les VCC, GND sur les GND

    Voir en ligne : Barrière IR

    Répondre

  • Calcul de la vitesse d’un train miniature avec l’Arduino 16 octobre 2020 00:09, par Gerad MENORET

    Bonjour à tous
    La vitesse des trains c’est bien, mais quid de la durée d’une journée à l’échelle 1:87
    Si on considère l’équinoxe (12/12) combien de temps dure le jour et la nuit. (8 minutes ????) + un coef de 40% préconisé par le MOROP soit 11 minutes ???
    En fait, j’ai l’intention de faire un bassin à marée sur mon réseau (enceinte portuaire) et de reproduire les marées qui sont en grande partie tributaires de la lune.
    Avec pompage du bassin géré par un Arduino.
    Merci de vos avis

    Répondre

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