ModelleisenbahN

Platine d'adaptation HE10 vers RJ45

Jean-Luc — 2013-10-21T11:50:00Z

Dans les plans initiaux, le bus CAN traction ainsi que les autres signaux qui interconnectent le contrôleur central aux cartes 4 alimentations est porté par une nappe de 14 conducteurs au pas de 1,27mm. Cette nappe comporte donc 3 paires de conducteurs pour véhiculer en différentiel :

le bus CAN traction
le signal de synchronisation des PWM
le signal de synchronisation de la mesure de vitesse

Les 8 autres conducteurs sont alloués à l'alimentation des transceivers CAN, qui sont découplés de l'alimentation du reste de la carte, à raison de 5 conducteurs pour la masse et 3 conducteurs pour le +9V. La nappe est sertie dans un connecteur femelle HE10 qui vient s'enficher dans le connecteur mâle de la carte.

Au cours des essais de mise au point des alimentations traction et une fois éliminés et corrigés tous les problèmes logiciels et matériels, il restait des soucis d'erreurs sur le bus CAN. Quelques investigation côté logiciel ont montré que le problème ne venait pas forcement de là et les soupçons se sont portés sur la nappe. Quelques remplacements par une autres nappe, inversion de sens, tortillage plus tard, la coupable était trouvée. Elle avait pourtant été réalisée avec soin mais la fiabilité n'est pas suffisante.

Nous avons donc décidé de remplacer la connectique HE10 avec nappe de 14 conducteurs par du RJ45 et du câble ethernet classique 8 conducteurs. Ces câbles sont largement disponibles, à un coût négligeable, sont câblés en paires torsadées et offrent une bande passante bien supérieure à nos besoins. Seuls 6 conducteurs sont employés pour les signaux. L'alimentation est maintenant délivrée séparément.

Recto de la platine pour la carte prototype 4 alimentations

Verso de la platine

La première carte 6 servos est montée

Jean-Luc — 2013-09-21T21:53:05Z

J'ai terminé ce soir le montage de la première carte 6 servos. Il y a eu quelques anicroches.

Tout d'abord une erreur de brochage des transistors de puissance BD680 m'a forcé à inverser 2 des broches en les tordant en hélice. Pour je ne sais quelle raison, j'avais ajouté à la bibliothèque de composants un boîtier TO-126 dont les broches 2 et 3 étaient inversées. Ça se fait assez facilement mais c'est un peu rageant de tomber sur ce genre d'erreur alors que j'avais vérifié cette carte des dizaines de fois avant de l'envoyer à la fabrication.

Ensuite quelques sueurs froides avec le générateur d'horloge qui passe tout juste à cause des régulateurs de tension. Le boîtier du générateur est atypique. Bien qu'ayant un format 8 broches, il est un peu plus long qu'un boîtier 8 broches et je n'en avais pas tenu compte lors du dessin. Enfin, ça passe et c'est le principal.

Enfin j'ai dû remplacer le connecteur d'alimentation. À l'origine j'avais prévu un bornier à vis mais ceux que j'avais en stock ne correspondaient pas à l'empreinte de composant utilisée. Je me suis rabattu sur une prise mâle à 90°. C'est aussi bien voire mieux que le choix initial.

Lors du montage, j'ai testé au fur et à mesure les alimentations et les commandes des transistors de puissance. Il me reste à tester la carte au niveau du logiciel. J'ai déjà repéré un bug : la séquence d'allumage bloque au premier servo en erreur. Il faudra aussi que je rajoute les allumages de LED selon le traffic CAN et l'activité de la carte.

Une fois cette première carte opérationnelle, je passerai au montage de cette quincaillerie sous la gare. Gare qu'il va falloir que je présente dans un prochain billet.

La carte de commande 6 servo-moteurs, la messagerie et les commandes

Jean-Luc — 2013-08-23T10:05:00Z

Le pilotage des servo-moteurs a été présenté dans « La carte de commande 6 servo-moteurs, le logiciel », voici maintenant la messagerie CAN ainsi que les commandes auxquelles la carte répond.

Sur un réseau CAN, les messages ne comporte pas une entête indiquant quelle est la station réceptrice. Au lieu de cela, chaque message comporte un identifiant qui sert aussi de priorité. Les stations intéressées par un message le reconnaissent grâce à son identifiant.

Les messages peuvent être transportés par des trames standard et avoir un identifiant sur 11 bits, ou bien par des trames étendues avec un identifiant sur 23 bits. La messagerie CAN est définie globalement pour les 3 participants à ce projet de façon à ce que le matériel spécifique à chacun puisse être connecté sur le réseau CAN des deux autres. Il a été convenu que seule les trames standard sont employées en exploitation, les trames étendues sont réservées au diagnostic et à des fonctions spéciales comme le flashage de programme via le CAN.

Par convention, les identifiants des messages en provenance des cartes 6 servos sont donc compris entre 768 et 783 (16 cartes flashées avec le même programme et 96 servos possibles) et ceux destinés aux cartes 6 servos sont compris entre 784 et 799.

Trame émise par la carte

Les cartes 6 servos émettent à intervalle régulier (toutes les 100ms en exploitation mais cet intervalle est réglable) une trame de 6 octets comportant l'état des servos et dont l'identifiant est :

10	9	8	7	6	5	4	3	2	1	0
0	1	1	0	0	0	0	n	n	n	n

où nnnn est le numéro de la carte émettrice sur 4 bits.

L'octet de rang 0 correspond au servo 0 et celui de rang 5 au servo 5. Un octet est formé de la manière suivante :

Octet d'une trame « États des servos »

Le champ état est l'état dans lequel se trouve la machine d'états du servo. Les valeurs possibles sont les suivantes :

7	6	5	4	État du servo
0	0	0	0	éteint
0	0	0	1	calib
0	0	1	0	op
0	0	1	1	frein
0	1	0	0	arrêté
1	0	0	0	erreur

Le champ erreur signale sur quel fin de course une erreur a été détectée. Notez qu'il peut aussi s'agir d'une panne de servo-moteur. Les valeurs possibles sont les suivantes :

3	2	Erreur
0	0	Aucune erreur
0	1	Anomalie fin de course horaire
1	0	Anomalie fin de course trigo
1	1	Anomalie sur les deux fins de course

Enfin, le champ fdc donne l'état des interrupteurs de fin de course. Les valeurs possibles sont les suivantes :

1	0	Fins de course
0	0	Les deux fins de course sont enfoncés
0	1	Fin de course trigo enfoncé
1	0	Fin de course horaire enfoncé
1	1	Aucun des fins de course n'est enfoncé

Trames de commande reçues par la carte

Une trame de commande de servo permet d'envoyer une commande à un des servos de la carte ou à la carte dans sa globalité. L'identifiant d'une trame de commande est :

10	9	8	7	6	5	4	3	2	1	0
0	1	1	0	0	0	1	n	n	n	n

où nnnn est le numéro de la carte destinataire sur 4 bits.

Si plusieurs commandes doivent être envoyées, plusieurs trames sont nécessaires. Une trame de commande de servo comprend 2 octets de données. Le premier octet contient, dans les 4 bits de poids fort, le numéro du servo et, dans les 4 bits de poids faible, la commande. Le second octet contient l'argument de la commande dont la signification est variable selon la commande. Certaines commandes s'adressent à la carte dans sa globalité et, dans ce cas, le numéro de servo est ignoré.

Trame de commande

Commandes

Les commandes sont résumées dans le tableau à la fin du billet.

Commande Aucune opération

Code : 0000

Cette commande est sans effet.

Commande Position

Code : 0001

La commande de position permet de fixer la consigne de position d'un servo. L'argument peut avoir les valeurs suivantes :

Argument	Signification
00 (0)	Pas de changement de position
01 (1)	Position trigo
10 (2)	Position horaire
11 (3)	Position milieu

Les commandes de vitesse

Les commandes de vitesse permettent de fixer la vitesse de rotation du servo dans le sens trigonométrique, horaire ou les deux à la fois. Si le servo est en mouvement au moment de la réception d'une commande de vitesse, la nouvelle vitesse ne sera prise en compte que pour le mouvement suivant.

Commande Vitesse trigo

Code : 0010

La commande Vitesse trigo permet de fixer la vitesse du servo quand il tourne dans le sens trigonométrique. L'argument est la vitesse sur 3 bits (de 1 à 7) dans les bits 2 à 0 de l'argument. La valeur 0 est sans effet.

Commande Vitesse horaire

Code : 0011

La commande Vitesse horaire permet de fixer la vitesse du servo quand il tourne dans le sens horaire. L'argument est la vitesse sur 3 bits (de 1 à 7) dans les bits 2 à 0 de l'argument. La valeur 0 est sans effet.

Commande Vitesses

Code : 0100

La commande Vitesses permet de fixer à la fois les vitesses trigonométrique et horaire du servo. L'argument est la vitesse trigonométrique sur les bits 6 à 4 (de 1 à 7) et la vitesse horaire sur les bits 2 à 0. Pour les deux vitesses, la valeur 0 est sans effet.

Commande Alimentation servo

Code : 0101

La commande Alimentation servo permet d'allumer ou d'éteindre un servo. L'argument est 0 (extinction) ou 1 (allumage) dans le bit 0 de l'argument. L'allumage est sans effet si le servo n'est pas dans l'état servo éteint. L'extinction est toujours effective.

Commande Reset servo

Code : 0110

Cette commande permet de passer un servo de l'état Servo en erreur à l'état Servo éteint. Aucun argument n'est nécessaire. La commande est sans effet si le servo n'est pas dans l'état Servo en erreur.

Commande Envoi trame d'état

Code : 0111

Cette commande permet de démarrer ou d'arrêter l'envoi de la trame d'état des servos. Le numéro de servo est ignoré. Au démarrage, l'envoi est arrêté. L'argument est 0 (arrêt) ou 1 (démarrage) dans le bit 0 de l'argument.

Commande Période d'envoi trame d'état

Code : 1000

Cette commande permet de fixer la période d'envoi de la trame d'état des servos. Cette période est réglable par multiple de 20ms. La valeur 0 correspond à une période de 20ms, 1 à 40ms, . . . 255 à 5,12s.

Commande Fixer nombre d'erreur maximum

Code : 1001

Cette commande permet de fixer le nombre d'erreurs admissible avant qu'un servo passe dans l'état servo erreur.

Commande Ecrire paramètres dans EEPROM

Code : 1010

Cette commande permet d'enregistrer les paramètres utiles d'un démarrage sur l'autre dans l'EEPROM.

Commande Limiter le nombre de servos en mouvement

Code : 1011

Cette commande permet de limiter le nombre de servos qui peuvent être en mouvement simultanément. L'argument est le nombre de servos. Un argument de 0 est sans effet. Un argument supérieur à 6 est ramené à 6.

Résumé des commandes

Ce billet conclut la présentation de la carte 6 servos. Rendez vous dans la rubrique « Journal de bord » pour la suite.

L'architecture générale

Jean-Luc — 2012-07-06T10:00:11Z

L'architecture générale de l'électronique et de l'informatique n'est pas de ma conception mais essentiellement de celle de Pierre. Pour résumer rapidement, le contrôle des convois est effectué par un seul calculateur plutôt costaud et les contrôles des appareils de voie, des signaux et des alimentations de cantons sont délégués à des calculateurs plus simple du type PIC. L'interconnexion entre les calculateurs est assurée par 3 réseaux CAN [1].

Architecture générale du système électronique

Le cœur du système

Le matériel

Le calculateur central est une carte L2294 fabriquée par la société OLIMEX et équipée d'un micro-contrôleur ARM LPC2294 de Philips cadencé à 60MHz. Cette carte est distribuée en France par la société Lextronic. La carte offre 4 bus CAN. 3 d'entre eux sont utilisés et nous verrons leur usage plus loin. De plus un contrôleur Ethernet est présent.

Afin de compléter cette carte, Pierre a développé une carte mezzanine [2] comportant plusieurs fonctions additionnelles :

un écran LCD permettant l'affichage de messages de contrôle et de déverminage ;
un micro-contrôleur PIC accessible via l'un des bus CAN et remplissant plusieurs rôles : contrôle de l'écran LCD, synthèse d'un signal de synchronisation à destination des cartes d'alimentation de cantons, synthèse d'un signal de déclenchement de mesure de vitesse (plus d'informations sur ces fonctions seront présentées dans un billet consacré à la carte d'alimentation de cantons) ;
2 circuits amplificateurs pour 2 des bus CAN. En effet, la carte L2294 n'a qu'un seul des bus CAN équipé d'une amplification, il est donc nécessaire d'ajouter ces circuits pour exploiter les autres bus ;
plusieurs boutons-poussoir, commutateurs permettant de 1) démarrer la carte dans plusieurs modes, 2) mettre en oeuvre un arrêt d'urgence ;
quelques diodes électro-luminescentes (LED) permettant une interaction avec l'utilisateur pour indiquer le fonctionnement, normal ou non, du système.

Carte mezzanine dépourvue de l'écran LCD

Le logiciel

Le logiciel reste à écrire. Pierre et Philippe emploierons un logiciel de suivi de convois appelé Caniche et écrit par Pierre alors que je compte écrire le mien. J'ai quelques idées, que j'exposerai dans un billet futur, sur la manière dont l'exploitation automatique du réseau sera implémentée. Le logiciel d'exploitation reposera sur un système d'exploitation temps-réel (ou RTOS [3]) appelé Trampoline. Trampoline implémente la norme ISO OSEK/VDX et aussi la norme AUTOSAR 4.0. Ces deux normes sont employées dans l'industrie automobile pour les systèmes électroniques embarqués à bord des véhicules. Il s'agit d'un RTOS destiné à de petits systèmes temps-réels dits durs, ou stricts, dont le comportement doit être facilement prévisible.

Les cartes d'alimentation de cantons

Ces cartes ont été conçues par Pierre. Un des 3 bus CAN est réservé à la communication avec ces cartes. Chaque carte regroupe 4 alimentations et possède un système d'adressage sur 4 bits via un DIP switch permettant de distinguer les cartes entre elles. Il est donc possible d'avoir jusqu'à 2⁴ = 16 cartes, soit 64 cantons, sur le bus.

La carte 4 alimentations de canton

Un prototype de cette carte est opérationnel et a été testé de manière très satisfaisante. Philippe a posté un billet à ce propos. De plus amples informations seront données sur ces cartes dans un futur billet.

Les cartes de contrôle des appareils

Ces cartes sont connectées sur un second bus CAN réservé aux « accessoires ». Ces cartes sont de mon cru et sont conçues de manière modulaire : une carte mère banalisée comporte l'interfaçage avec le réseau CAN, le micro-contrôleur PIC, quelques LED, un DIP switch pour fixer son adresse comme pour la carte d'alimentations de cantons, une carte fille « mezzanine » permettant de personnaliser la fonction. Pour l'instant, sont conçues et dessinées 3 cartes mezzanine remplissant les fonctions suivantes :

Carte de commande de 10 aiguilles à moteur électromagnétique avec retour de position ;
Carte de commande de 8 aiguilles à FAM avec retour de position ;
Carte de commande de 16 moteurs à FAM sans retour de position pour les dételeurs et les signaux mécaniques.

Là aussi, 16 cartes sont possibles sur ce bus mais comme les logiciels seront différents, l'adressage pourra aussi être distingué de manière logicielle et il est donc possible d'avoir 16 carte par type de logiciel.

Les postes de conduite

Le 3e et dernier réseau CAN est destiné à recevoir des postes de conduite qui pourront se connecter à chaud. Ils permettent une exploitation manuelle du réseau. Un poste de conduite regroupe un afficheur LCD, un bouton rotatif relié à un codeur numérique, un clavier 12 touches et quelques commutateurs et poussoir. 4 postes de conduite sont possibles.

Connexion PC

La carte L2294 possédant un port Ethernet, il est aisé de le raccorder à un ordinateur. Pierre a écrit une pile TCP/IP qui tourne sur la carte. Cela permettra de communiquer avec elle via le réseau de la maison. De nombreux usages sont possible : maintenance du logiciel des PIC, supervision, traçage des messages CAN, etc.

[1] Voir à ce propos l'article de Wikipédia « Controller Area Network »

[2] C'est à dire une carte qui s'enfiche par dessus une autre via des connecteurs

[3] Real Time Operating System