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Prototype Antares

Electronique et logiciel pour le pilotage de train HO

Cette page présente tous les développements effectués pour réaliser un prototype capable de commander le maximum d'éléments avec le minimum de matériel électronique. Il a fallut concevoir et réaliser une interface électronique permettant de communiquer avec la maquette ferroviaire en courant alternatif. Cette interface possède 24 entrées protégées par optocoupleurs et 24 sorties de type relais. Il a fallut également concevoir et réaliser le logiciel informatique capable de piloter la maquette en utilisant l'interface électronique.
La maquette existante est commandée au moyen d'un courant alternatif. Cette restriction empêche toute commande conviviale directe par l'électronique et augmente également la complexité de l'interface entre l'ordinateur et la maquette. Le prototype utilise donc un système d'optocoupleurs et relais pour résoudre le problème, ce n'est peut-être pas la meilleure solution mais c'est la plus simple qui a été envisagée pour ce prototype.

Interface électronique L'interface électronique a été construite au moyen de deux cartes électronique au format Europe reliées par un cable plat. Tout le cablage a été réalisé en Wirewrap, permettant ainsi d'optimiser l'espace nécessaire. La première carte électronique, qui contient toute la logique de commande, se compose de deux circuits programmables (par mot de commande) et de trois circuits intégrés d'amplifications utilisés pour les sorties. La seconde carte électronique, qui contient toute la partie 'puissance', se compose de trois circuits d'optocoupleurs pour les entrées accompagnés par les résistances et les condensateurs nécessaires ainsi que les 24 relais pour les sorties.
Les entrées sont uniquement utilisées pour la détection des convois sur les rails. La maquette a été construite en installant des rails isolés fonctionnant comme des interupteurs en courant alternatif qui se ferment lorsqu'un convoi est sur les rails. Afin de traiter le signal obtenu par ces rails isolés, les entrées numériques utilisent des optocoupleurs. Ceux-ci permettent à la fois de séparer galvaniquement la maquette de l'électronique et également de transformer le signal alternatif en signal simple alternance positive. Le signal est ensuite 'adouci' au moyen d'un couple condensateur/résistance afin de fournir au circuit numérique final un signal utilisable.
Les sorties sont utilisées à la fois pour commander le positionnement d'un aiguillage et à l'alimentation d'un tronçon de voie. Afin d'être le plus polyvalent possible quant à ce qui y est connecté, les sorties sont composées d'un amplificateur qui pilote un simple relais. L'utilisation du relais est ensuite définie en fonction de l'usage que l'on souhaite en faire au moyen des connections de celui-ci.
La liaison série entre le PC et l'interface électronique est assurée par deux cartes électroniques de récupération, une dans le PC sur le port ISA et une autre du côté de l'interface. Cette liaison offre, à la sortie de la deuxième carte électronique, un bus de données de 8 bits et un bus d'adresse de 16 bits. Concrètement, cela permet de connecter à l'ordinateur jusqu'à 128 entrées et 128 sorties.

Système de pilotage Nous voilà au coeur du système de pilotage, le logiciel va définir comment réagir aux différentes entrées et aux interractions de l'opérateur. Codé sur plus de 2'000 lignes, le programme gère l'ensemble des opérations nécessaires au bon fonctionnement de la maquette. Des règles de sécurités ont été implémentées pour garantir le déplacement des convois sans collision.
L'interface graphique montre le plan de la gare comme sur un tableau de commande traditionnel. Les couleurs représentent les trains (en rouge) et les parcours (en vert). Toutes les manipulations s'effectuent au moyen de la souris de l'ordinateur. Les parcours sont programmés et mémorisés en faisant un simple 'glissé-déplacé' du train. Les boutons disposés dans le bas de l'écran permettent de faire des manipulations spéciales (mode manuel pour tourner les aiguilles manuellement, par exemple) ou de faire passer certaines voies en mode automatique (l'ordinateur s'occupe de tout).

Système de diagnostique La programmation du logiciel s'est faite sous forme de couches d'abstractions. Les couches les plus basses s'occupant de tourner une aiguille ou de commuter un secteur et les couches les plus hautes s'occupant des interractions avec l'utilisateur. Le coeur du programme se trouve dans les machines d'états qui permettent de simuler le parrallèlisme et de garantir une fluidité et surtout une prise en compte immédiate des changements de la maquette. Une seconde fenêtre du logiciel permet de visualiser les états internes des différents processus (sécurité, entrées, sorties, ...). Le logiciel de pilotage a entièrement été codé en Turbo Pascal 7 (et son mode graphique).

Ce prototype a permis de découvrir bien des aspects du pilotage d'une maquette de train par logiciel informatique. Développer une interface électronique pour connecter la maquette à l'ordinateur et développer un logiciel pour la piloter a été une partie très intéressante du projet. Il a néanmoins des limites. En effet, il ne permet de commander qu'une partie d'une gare à cause du nombre limité d'entrées et de sorties. Le langage de programmation, imposé par la liaison série industrielle utilisée, n'offre également pas de brillantes perspectives pour le reste du projet. Il va falloir trouver de nouvelles idées, de nouvelles technologies pour permettre encore plus de possibilités et pouvoir enfin piloter la maquette avec un TCO au travers de l'ordinateur.