La carte Satellite V1
Le matériel
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Par : ,
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DIFFICULTÉ :★★★
Après la présentation des principes fondateurs de la carte satellite, venons en à la réalisation matérielle.
Nous présentons d’abord les choix techniques qui facilitent l’installation des satellites comme prévu. Puis nous détaillons la réalisation autour d’un Arduino Nano, jusqu’au circuit imprimé professionnel.
Nous avons vus dans Les principes fondateurs les idées qui ont gouverné la conception de la carte Satellite V1. Il reste à décider du « combien » : combien de LEDs pour les signaux, combien de servomoteurs pour les appareils de voie, combien de détections. Ce combien conditionne le choix de l’Arduino. Dans ce domaine le choix n’est pas si vaste, nous avons les petits Arduino, Nano, Pro Mini, Uno, comportant une vingtaine de broches d’E/S ou les très gros comme le Mega comportant une soixantaine de broches d’E/S. Deux critères guidaient notre choix. Le premier est ce que nous appellons la « portée ». Le second est évidemment le coût unitaire de la prise en charge d’un dispositif, c’est à dire les ressources nécessaires sur l’Arduino.
La « portée » de l’électronique
On peut définir la « portée » comme ceci : si on fixe une longueur de fil maximum entre le Satellite et le dispositif, signal, servo, détecteur IR, combien de dispositifs sont « à portée » du Satellite sur le réseau ? Une question sous-jacente est « quelle est la longueur de fil maximum ». Pour des dispositifs pilotés en courant comme les LED, on peut aller assez loin, plusieurs mètres. Pour des dispositifs pilotés en tension, les fils doivent être courts, moins de 50cm. En se fixant ce critère de 50cm de longueur de fil entre le Satellite et le dispositif, il n’y a pas de réponse unique et universelle à la quantification de la « portée ». On sent bien que selon les réseaux, leur échelle, la densité des appareils de voie et des signaux, ça sera différent. En dehors des gares, on ne trouvera pas forcément d’appareil de voie et, en voie unique et circulation dans un seul sens, l’implantation minimum sera formée d’un feu et de deux détections. Sur un grill de sortie de gare on peut avoir beaucoup d’appareils de voie sur une courte distance.
En revanche, on comprend bien que si on pose sur le réseau un disque de 50cm de rayon dont le centre est occupé par le Satellite, on trouvera à « portée » des dispositifs variés.
Le coût unitaire
L’Arduino Nano se trouve pour environ 2€50. A cela il faut ajouter 3€50 pour le contrôleur et le transceiver CAN. Une fois retirées les 4 broches du SPI pour le contrôleur CAN, il reste 14 broches [1] pour les dispositifs et donc un coût unitaire de 43 centimes par dispositif [2]. L’Arduino Mega coûte environ 12€ soit 15€50 avec le CAN. 60 broches sont disponibles pour les dispositifs soit un coût unitaire de 26 centimes.
Toutefois, comme on l’a vue au paragraphe précédent, dans certaines parties du réseau, un Nano serait déjà sous employé avec seulement 5 dispositifs (3 LED pour le feu plus deux détections) avec donc un coût réel du dispositif de 1€20. Avec un Mega, le coût réel serait de 3€10. Pour que le Mega soit rentable par rapport au Nano, il faudrait au moins avoir 23 dispositifs à portée, ce qui même dans une zone dense est peu probable.
Comme vous l’aurez compris, le Nano a été adopté [3].
Le Satellite v1 a été fortement influencé par la topologie du Locoduinodrome qui comprend 7 zones (Z0 à Z6) avec détection de présence par consommation de courant, 10 détections ponctuelles (P1 à P10), 10 signaux (les carrés C1 à C6 et les sémaphores S1 à S4) et 2 aiguillages (a0 et a1).
Le compromis que nous avons choisi est d’assurer 3 détections, permettre l’allumage de 9 LED et piloter 1 servo-moteur. Cela permet de gérer la totalité des équipements du réseau avec 8 satellites comme indiqué sur cette figure :
On verra plus loin le détail des branchements quand on en arrivera à la mise en place sur le réseau. Il va sans dire que la version 2 de la carte satellite présentera une configuration moins rigide.
La détection
Le Satellite permet la détection d’un train par consommation de courant sur une section de voie. Ce premier détecteur nécessite de l’électronique sur la carte. Il faut en effet mesurer le courant et, lorsqu’il est supérieur à un seuil, signaler la présence. Cela va nécessiter des diodes, un transistor, un opto-coupleur, quelques résistances et condensateurs. Le schéma adopté est présenté figure 3 ci-dessous.
Le Satellite permet également deux détections ponctuelles, via des capteurs : ILS, capteur à effet Hall, barrière IR, détecteur par réflexion, ... pour détecter l’entrée en zone d’arrêt et le déclenchement du freinage, entre autres. Cette détection ne nécessite pas d’électronique sur la carte car ces détecteurs sont équipés d’un connecteur de 3 broches (GND, +5V, Signal).
3 broches de l’Arduino Nano sont donc employées :
| Détecteur | Broche |
|---|---|
| Détecteur d’occupation DET0 | A3 |
| Détecteur Ponctuel DET1 | A4 |
| Détecteur Ponctuel DET2 | A5 |
Le servo-moteur
Dans la version actuelle, chaque satellite permet de piloter 1 servo connecté à la broche A2.
Les LED
La notion de signal n’est pas présente au niveau d’un Satellite. La raison est que la configuration d’un Satellite doit rester la plus simple possible. Par conséquent, aucune information de haut niveau n’est présente. Le Satellite ne voit que des LED individuelles, seul le gestionnaire centralisé les assemble pour en faire des signaux.
Toutefois, la carte présente les LED aux signaux sur 3 connecteurs de respectivement 9, 6 et 3 LED. Un signal 3 feux utilisera le connecteur 3 LED et, par exemple, un 7 feux utilisera le connecteur 9 LED. Toutes les LED sont disponibles sur le connecteur 9 LED, 6 d’entre elles sur le 6 et 3 d’entre elles sur le 3. Il est ainsi possible de connecter 3 signaux 3 feux ou moins sur chaque connecteur ou bien un signal 6 feux ou moins sur le connecteur 6 LED et un 3 feux ou moins sur le connecteur 3 LED ou encore un signal 9 feux ou moins sur le connecteur 9 LED.
Les LED sont connectées comme suit sur les broches de l’Arduino :
| LED | Broche | Connecteur 9 LED | Connecteur 6 LED | Connecteur 3 LED |
|---|---|---|---|---|
| 0 | D3 | x | x | x |
| 1 | D4 | x | x | x |
| 2 | D5 | x | x | x |
| 3 | D6 | x | x | |
| 4 | D7 | x | x | |
| 5 | D8 | x | x | |
| 6 | D9 | x | ||
| 7 | A0 | x | ||
| 8 | A1 | x |
Voici les schémas complets d’un satellite :
Sur cette figure, on voit les différentes zones fonctionnelles de la carte :
Et voici le dessin du circuit imprimé qui occupe une surface de 10cm x 5 cm :
Nous avons fait fabriquer les circuits imprimés. Comme la plupart des fabricants produisent des cartes de 10cm x 10cm à un prix d’appel, il a été décidé, pour le Locoduinodrome d’Orléans, de réaliser aussi en circuit imprimé, des cibles de signaux de grande taille par rapport à l’échelle H0.
Après découpe, nous avons ce jeu de circuits :
Nous avons confectionné des plaques avant des cibles en papier plastifié et percé à l’emporte pièce :
ainsi que des supports en impression 3D :
Voilà un jeu complet de signaux prêts pour l’exposition :
La quasi totalité des composants a été commandée chez TME. Si vous souhaitez en commander de votre coté nous pouvons fournir les références des composants chez TME.
A titre indicatif, le coût total d’un satellite V1, circuit imprimé et composants, sans le Nano, nous est revenu à 13,50€.
Après équipement des circuits, voilà un beau satellite :
Vous avez remarqué qu’il y a quelques composants CMS (C2 à C7 et C9 coté cuivre et les diodes D1, D3 à D6 et le régulateur 5V coté composants). Ce n’est pas difficile à souder : il faut couper 1 à 2 mm de soudure fine et la poser contre un coté du composant, tenir le composant en place avec une pince brucelles très fine, puis appliquer la pointe du fer à souder sur la soudure. Le composant est immobilisé et on peut souder l’autre côté de fait de façon conventionnelle.
On remarque le bus Can qui passe de satellite en satellite via des câbles téléphoniques terminés par des prises RJ11, le bus d’alimentation 9V qui alimente les cartes satellite et le bus DCC qui alimente les rails.
On voit ici un satellite avec une commande d’aiguille réalisée avec un servo standard placé dans un convertisseur de rotation en translation (réalisé en impression 3D), et deux satellites connectés à des signaux carrés.
La suite de cette série décrit le logiciel ainsi que la messagerie CAN permettant la communication avec les Satellites.
[1] On laisse également libre les deux broches de la ligne série pour le debug
[2] Le reste du coût de l’électronique évolue en fonction du nombre de dispositifs.
[3] Un autre point qui mérite d’être abordé est la capacité d’alimentation du micro contrôleur. En effet, le fait que le Mega disposent de 60 sorties utilisables ne signifie pas que 60 LED puissent être alimentées. Plusieurs limites intrinsèques existent. La première est le courant total que le micro contrôleur peut fournir sur ses sorties. Pour celui du Mega il s’établit à 200mA, valeur à laquelle le fabricant ne garantit plus le fonctionnement et qui aboutit généralement à la destruction du micro contrôleur. On voit donc qu’une quinzaine de LED demandant chacune 10mA est un maximum
Bonjour @ tous !
Top lecture ! On attend la suite avec impatience ;-)
Suite échange avec Dominique, c’est le principe que j’avais retenu
pour mon modeste réseau et modules. Mais pas avec autant de "professionnalisme".
3 Mega subtilement répartis sur le réseau faisaient mon affaire.
Le CAN réglant la problématique des fils "à gogo" (entre autres choses).
Wait and see pour la suite. Bon week-end :-)
Ça fait plaisir de vous lire !
Super intéressant, surtout que j’ai tout juste fini une carte similaire - sans la partie détection d’occupation puisque j’ai des barrières IR. Au plaisir de discuter du design sur le forum.
D’ailleurs je remarque qu’il y avait une résistance pull-down sur la ligne TXCAN dans le design du module CAN Locoduino (si je ne me trompe pas), qui ne semble pas reprise ici ?
A quoi sert le bouton de config ? Vu qu’il utilise l’une des sorties des leds, il doit probablement n’être actif qu’au démarrage ?
Et je suis curieux de comprendre pourquoi le circuit de reset du MCP2515 est aussi complexe : pourquoi ne pas le relier directement au reset du Nano ?
En attendant, encore merci <3
La résistance pull-down ne nous a pas semblé indispensable.
Concernant le circuit de reset, c’est ce qui est préconisé dans la datasheet du MCP2515. Le but est de faire un signal qui monte plus doucement et qui ne subit pas les rebonds du reset.
Le bouton de config sert à remettre le satellite dans son état initial et est donc lu au démarrage.
Bonjour,
J’ai déjà réalisé la rétro-signalisation S88 avec un de vos articles précédent, mais j’ai vraiment envie de passer au bus CAN, en voilà l’occasion.
Cependant, il y a quelque chose que je ne comprends pas :
Cordialement
Bonjour Pierre,
Vous n’avez pas lu l’article La carte Satellite V1 (1) qui donne les principes fondateurs. Il n’y a pas besoin de décodeur DCC pour les accessoires, ceux-ci étant commandés directement via Can par le système de Gestion (sans passer par la centrale DCC ou analogique).
Nous n’avons pas prévu cette fonction décodeur d’accessoires mais il y aura des détecteurs et des actionneurs.
Cordialement
Bonjour,
Merci de cette réponse rapide, qui me pose une autre question :
J’espère que vous serez à Trainmania en mai 2019, car j’ai hâte de voir tout ça de près.
Cordialement
Je m’en doutais ;)
Pour utiliser ces satellites avec l’interface SAM que nous allons décrire prochainement, il faudrait que RRTC intègre SAM.
JMRI est probablement mieux placé que RRTC pour cela, mais si quelqu’un veut le faire pour RRTC, why not.
L’objectif de SAM et du reste, est de permettre de réaliser son propre gestionnaire en DIY, comme le reste !
Bonjour,
Je viens de voir que dans mon système RRTC, au niveau des centrales numériques à connecter, on a une option :
Peut-être y aura-t-il quelque chose à creuser de ce côté là, pour se raccorder à SAM et non pas à une centrale ???
Cordialement
Bonsoir,
Il est peut-être possible de réaliser une passerelle entre le protocole Can de RRTC et celui des Satellites.
Cordialement
Bonsoir,
Il faudra sérieusement envisager des passerelles car beaucoup de modelistes
utilisent RRTC, iTrain, CDM Raill comme gestionnaire de réseau.
il serait dommage que tous ces utilisateurs potentiels
ne puissent utiliser ces prometteuses cartes satellites
Cordialement
Je suis d’accord ;)
Appel aux réalisateurs !
Les satellites utilisent des structures de messages qui leur sont propres. J’ai rédigé quelques pages qui expliquent le principe de ces messages. Il est prévu de publier cela prochainement mais si Jean-Luc n’y voit pas d’inconvénient, je veux bien ouvrir un nouveau fil sur le forum sur ce sujet pour mettre ce document à disposition et discuter de cette question de passerelle.
Réaliser une passerelle n’est pas en soit quelque chose de très compliqué. Le principal inconvénient et que l’on ajoute du traitement et donc forcement un temps de réponse un peu plus long. Mais on parle sans doute de 10ièmes ou de 100ièmes de secondes.
J’en ai réalisé une passerelle qui permet d’envoyer des messages à partir du port série (avec par exemple la zone de saisie de l’IDE Arduino ou mieux avec un client série comme CoolTerm) au bus CAN des satellites et vis versa, de recevoir sur le port série, les messages circulants sur le bus CAN.
Cette passerelle fait la même chose en TCP avec des clients connectés en Websockets dans les deux sens également.
Après réflexion, il me semble que le protocole à utiliser pour l’Ethernet et le WiFi devrait plutôt être l’UDP que le TCP. L’UDP est plus rapide que le TCP puisque c’est un mode de communication sans connexion. Son principal problème est le risque de perte de données mais qui ne se pose pas avec les satellites puisque les messages CAN sont régulièrement répétés. La perte occasionnelle d’un paquet est sans conséquence.
L’UDP est par ailleurs multicast et broadcast. En ce sens, il est assez similaire au CAN pour lequel tous les messages peuvent être vus par tous.
Dans le cas où le bus utilisé pour RRTC, iTrain, CDM Rail ou encore JMRI serait le CAN, la passerelle ne correspondrait en fait qu’à une seule table de correspondance de messages.
Bonsoir,
Un fil sur le forum serait bien sûr le bienvenu.
je vais interroger la hot Line de RRTC pour voir comment le logiciel peut
sortir sur un bus CAN.
Cordialement
Bonjour,
Merci de la réponse, j’attends avec impatience la suite de vos articles, pour voir ce que je peux faire.
Et à bientôt à Trainmania, j’ai vu que vous faisiez partie de la liste des exposants.
Cordialement
Bonjour,
d’abord, bravo, j’ai toujours pensé que le principe du satellite était la bonne approche !
quelques mots pèle-mêle, humble point de vue perso, réponses facultatives, mais peut-être des idées pour la v2 :
Bonjour,
merci pour les compliments :) mes réponses point par point :
Bonjour Jean-Luc,
merci d’avoir lu et répondu, vivement la V2 :)
Bonjour.
Je lis et essaye de comprendre !
Bravo pour le boulot effectué. Beau travail, et en plus vous êtes le premier à offrir une possibilité du vrai numérique, avec le SAM ...
Question stupide de ma part :
ce point est lié à l’identifiant des messsages dont le nombre de bits significatifs a été choisi pour le locoduinodrome. Rien n’empêche de passer à des identifiants de satellite sur 6 ou 7 bits.
Pour changer la longueur des adresses des satellites, il faut reconfigurer le mic 2515 ?
Je demande, parce que je ne comprends déjà pas tout dans la programmation !
Ou apprendre le C arduino ?
mais mon probleme est peut être d’apprendre le C ?
je n’ais pas vu quand on programme un Id satellite sur l’octet de poids faibles...
Avec tous mes remerciements, et avec l’expression de mon admiration, sur ce que vous faite !
Bonsoir,
Je souhaite me lancer dans la fabrication de la carte Satellite V1 dans un premier temps. Il y a dans cet article la liste des composants mais je ne vois pas le typon. Je suppose que la société TME a besoin du typon pour fabriquer les cartes et que les schémas ne suffisent pas. (J’ai peut-être loupé un épisode).
PS : La conférence sur la V2 à trainsmania à lille était passionnante !!
Cordialement,
Cyril
Merci Cyril :)
Les fichiers sont en PJ sur le forum ici ;
ainsi que fabriquant (SeeedStudio par exemple) et non TME.
bonne réalisation !
Merci beaucoup pour votre réponse très rapide !!
J’ai 2 questions :
au moment de la commande, sur le site seeed, y a-t-il des options à cocher où faut-il laisser toutes les options par défaut ? (j’ai simplement choisi un circuit de couleur bleu) ?
Visiblement, on peut commander 20 circuits pour 4,90€, c’est incroyable ! par contre au delà de cette quantité, les prix grimpent.
Par ailleurs, si j’ai bien compris, le site propose de souder les composants gratuitement mais il faut fournir un fichier. Est-ce intéressant ? Si oui quel fichier dois-je fournir ?
Merci d’avance pour votre aide.
Cordialement, Cyril
Les options par défaut conviennent tout à fait, il y a juste la couleur à choisir. Concernant le soudage des composants, je n’ai jamais essayé et je n’ai pas examiné ce qu’il faut fournir. Par contre ce n’est pas gratuit en général, il y a juste une offre en ce moment (5 pièces gratuites et une seule fois par client).
Cordialement
Bonjour,
Le concept carte satellite est très intéressant, pour mon circuit j’aurais besoin d’avoir des cartes avec 8 servos , des cartes avec 6 détect, est ce possible ?
Merci
Dans ce sujet sur le forum : carte servomoteurs..., il y a de quoi trouver ce que vous cherchez.
Merci pour la réponse,
Prévoyant de gerer mon réseau par JMRI la carte servo en question est-elle utilisable avec le SAM, que je trouve très pratique
je vais d’abord etudier la chapitre ACAN, je pense que je trouverai des réponses à mes interragations
Bonjour à tous,
sur la Carte Servomoteurs DCC + CAN sont prévues des résistances de pull-up sur les 8 lignes servo. Elles tirent le signal au 5V pour éviter, je crois, les mouvements erratiques des servos au démarrage de l’arduino. Ces résistances ne semblent pas présentes sur les cartes satellites : est-ce que les mouvements des servos au démarrage ont été évités d’une autre manière ?
Voir en ligne : carte servomoteurs DCC + CAN
La réponse est sans doute dans le logiciel du satellite.
Bonjour, ces articles sont passionnants et j’ai commandé le cartes que je devrais recevoir ces jours-ci.
Par contre, TME ne me répond pas... Vous proposez de fournir la liste des références de composants chez TME. Pourriez vous me la transmettre ?
En vous remerciant encore, j’ai réalisé une centrale DCC à partir de vos articles, et j’espère pouvoir alimenter le site avec mes dévellppements. Mais je démarre mon train et je n’ai pas encore beaucoup à apporte...
Cordialement
Claude Quinot
Bravo pour votre parcours avec Locoduino, qui nous honore 😃.
Pour commander chez TME, il faut s’inscrire et moi, j’utilise l’application sur iPhone.
Je peux vous envoyer la liste d’une ancienne commande chez TME. Ça devrait vous aider. Vus les frais de port DHL) il vaut mieux faire le plein !
Je me suis inscrit et j’ai envoyé il y a 15 jours la liste donnée dans votre document. Mais TME ne répond pas. Je veux bien une ancienne commande comme vous le proposez. J’ai cependant une question : n’y a-t-il pas de fournisseur plus près ( en France par exemple) ?
en vous remerciant d’avance,
cordialement
claude quinot
Que voulez-vous dire par « TME ne répond pas » ?
il est en Europe et nous avons tous commandé avec succès, livraison rapide et produits de qualité. Vous pouvez trouver d’autres fournisseurs comme indiqué dans nos articles « où acheter ». Je comprends mal votre question. J’étais sur la route aujourd’hui.
Merci pour votre réponse... Je n’ai pas été clair. J’ai envoyé la liste de composants à TME après m’être inscrit sur leur site Internet. Ça fait maintenant 15 jours. J’ai relancé (par la fenêtre contact de TME), en demandant (en anglais) comment leur soumettre une liste de matériel à commander. J’ai relancé une troisième fois. Mais je n’ai aucune réponse. Je pense que je vais faire une commande composant par composant. Si vous pouviez m’envoyer une de vos commandes pour ces composants, je vous serez reconnaissant.
Cordialement ;
Claude
Bonjour, TME fonctionne comme tous les sites marchand : créer un panier, choisir les composants et les mettre dans le panier. A la fin : payer. Je vous envoie ma liste cet après midi comme exemple mais il faudra vérifier les disponibilités.
Bonjour,
Je me fais un projet de plateforme ferroviaire modulable et j’aimerais bien y intégrer des cartes satellites. Ma question est de savoir s’il serait possible d’en commander déjà toute faite auprès de Locoduino.
Merci
Locoduino n’est pas une organisation commerciale donc ne vend rien.
Mais vous pouvez reproduire et ou modifier les réalisations décrites selon vos besoins en DIY (do it yourself).
Amicalement.
Dominique
Bonjour,
En fait je suis un étudiant en école d’ingénieur, et je souhaite faire une commande d’une carte satellite pour notre projet de fin d’étude qui est de réaliser un maquette ferroviaire modulable.
Comment faire cette commande ?
Bonjour.
Comme l’a signalé Dominique, nous ne vendons rien. Nous proposons des manières de faire et d’apprendre pour les modélistes, rien de plus. Si une réalisation, comme la carte satellite, vous plait, il faut récupérer les fichiers Gerber dans l’article, faire fabriquer la carte par un prestataire (par exemple JLCPCB en Chine) avec ces fichiers, puis commander les composants, assembler et tester le tout... Et si vous rencontrez un problème avec la carte assemblée, on pourra vous aider sur le forum.
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