Schemi Elettrici
Lo schema elettrico è ripreso direttamente da quello di Philipp Gahtow con alcune modifiche per poter essere implementato e costruito attraverso il sito JLCPCB come una board unica, senza la necessità di acquistare le schede Arduino. Ogni sezione è individuata con un riquadro sullo schema per facilità di consultazione. La parte centrale dello schema e' il cuore della centrale, il microcontrollore Microchip ATMEGA2560. Il clock del processore è di 16MHz, l'ingresso di "reset" è riportato sul pannello utente per permettere un restart delle operazioni della centralina. Vicino al processore è presente il connettore di programmazione J2 (header maschio 2.54mm a 3x2 contatti) che serve alla programmazione del microcontrollore: personalmente uso questo programmatore, ma in commercio ce ne sono moltissimi e vanno bene tutti per lo scopo. Ai capi di C32 si può misurare (con un tester) la tensione di riferimento (nominalmente 1.1 Volt) del microcontrollore e può essere inserita nel codice Arduino per migliorare la precisione di conversione A/D della tensione di alimentazione e corrente erogata.
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La seconda sezione è quella relativa all'interfaccia Ethernet (LAN & WIFI). Anche in questo caso è stata integrata la parte di circuiteria presente sull'ethernet shield (depurata di tutto ciò che non è indispensabile) in modo da avere la centralina su una singola scheda. L'interfaccia e' basata sul chip Wiznet W5100 che implementa tutti i layer della comunicazione LAN e si collega al microcontrollore con una interfaccia SPI a 4 fili (MISO, MOSI, SS, SCK). Il clock dell'interfaccia Ethernet è a 25MHz e anche questo chip viene resettato insieme al micro attraverso un tasto presente sul pannello utente. La parte di disaccoppiamento dal bus (trasformatori di segnale) è integrata nel connettore RJ45 HR911105A (HANRUN) che contiene anche due LED (verde/ambra) per la visualizzazione dello stato del link. I LED di ricezione e trasmissione sono riportati sul pannello utente (TXLED & RXLED). La parte WIFI è basata su un circuito ESP-01 montato direttamente sul circuito e collegata al micro attraverso una porta seriale: questa parte per ora non è stata implementata, ho preferito usare il WIFI del router casalingo collegato attraverso la ethernet.
La terza sezione è quella relativa al pilotaggio del segnale DCC verso il tracciato e verso il binario di programmazione. Il pilotaggio del tracciato è realizzato con la parallelizzazione di 4 x DRV8870 di Texas Instruments, capaci di erogare ognuno fino a circa 2 Ampere considerando una temperatura della scheda e del dissipatore di 50°C. Considerando un derating del 50% per un uso continuativo, la capacità di pilotaggio sarà di circa 4 Ampere verso il tracciato (vedi dissipatore proposto) attraverso il connettore TRACK - CDE). Un quinto DRV8870 è usato per il solo binario di programmazione, che ha anche un'uscita separata (PROG). Per non usare un rele meccanico ho implementato lo switch tra binario di programmazione e binario di corsa con una porta OR quadrupla 74HC32 (da ricordare che nel DRV8870 quando gli ingressi sono a livello logico alto le uscite pilotano un livello basso). Il mosfet Q7 serve ad avere una resistenza di sensing della corrente da 0.1 Ohm durante il funzionamento standard del tracciato e una resistenza di sensing da 1 Ohm durante le operazioni sul binario di programmazione (per una migliore detezione dell'ACKnowledge dal decoder). Il foto-accoppiatore U12 rileva la condizione di corto sul booster esterno (pin E) in modo da segnalarlo sulla centrale e sull'eventuale software di gestione. In questa sezione è presente anche il driver (mosfet Q9) per il ventilatore collegato al dissipatore di calore. I connettori verso il tracciato sono del tipo a vite, passo 5mm, pin sulla centrale e socket sui cavi, sganciabili dalla centrale. Attraverso il partitore R30/R31 viene letta la tensione di alimentazione della centralina.
La quarta sezione è quella relativa all'alimentazione della centralina. Sono presenti 3 DC/DC converter step-down per i diversi circuiti, interni ed esterni. Il primo DC/DC converter (TPS54331 di Texas Instruments) crea una tensione di +12VDC con 3 Ampere di corrente massima per l'alimentazione del bus LocoNet ed XpressNet. Ogni uscita di alimentazione a questi due bus è protetta con fusibili auto-ripristinanti. Il secondo DC/DC (RY8310 di RYCHIP Semiconductor) converter crea una tensione di +5VDC, massimo 1 Ampere che alimenta tutti i circuiti integrati logici della centralina. Il terzo DC/DC converter (RY8310 di RYCHIP Semiconductor) crea una tensione di +3,3VDC, massimo 1 Ampere che alimenta tutti i circuiti integrati logici "low power" della centralina come ad esempio l'interfaccia ethernet. Questi DC/DC converter hanno una tensione massima di ingresso rispettivamente di 28VDC e 30VDC, il connettore di alimentazione è del tipo a tubetto da 5.5mm esterni e 2.5mm interni, con il positivo sulla parte interna.
La quinta sezione è quella relativa al ricevitore RAILCOM collegato ad un'uscita specifica della centralina (RCOM) che quindi permetterà lo scambio bidirezionale di informazioni con il decoder (in pratica un modo più veloce di leggere le CV) senza usare il binario di programmazione. Il ricevitore RAILCOM si basa su un doppio comparatore LM293 di Texas Instruments che compara la caduta del loop di corrente da 30mA su una resistenza da 1 Ohm con una soglia ricavata da un partitore resistivo. Sono presenti due comparatori percè la corrente RAILCOM può fluire in entrambi i versi, a seconda di come è posta la loco sul tracciato.
La sesta sezione è quella relativa all'interfaccia con il bus LocoNet. Sono presenti due connettori, RJ4 di tipo LN.T(hrottle), standard per ogni uso alimentato a +12VDC e RJ5 di tipo LN.B(ooster) alimentato con il segnale DCC amplificato da un driver di potenza Microchip TC4428 e con una resistenza di uscita da 22 Ohm su ogni linea come da standard LocoNet. Il pull-up attivo da 15mA per il bus Loconet è disinseribile attraverso il jumper H1 nel caso sul bus sia già presente un altro pull-up.
La settima sezione è quella relativa all'interfaccia S88. E' implementata attraverso un buffer Nexperia 74HC245 per una tramissione su linee lunghe e implementa delle resistenze da 50 Ohm in serie ai segnali del bus per minimizzare le riflessioni del segnale. Sono collegabili in serie fino a 62 moduli S88 (il numero esatto è selezionabile dall'interfaccia web), lo standard dell'interfaccia è il S88N su connettore RJ45 8p8c.
L'ottava sezione è quella relativa all'interfaccia XpressNet. Sono presenti due connettori XpressNet, il primo solo "standard" (RJ1) mentre il secondo può essere anch'egli "standard" se lo posizione del jumper H3 è tra i pin 1 e 2 oppure può essere "master" se il jumper H3 è tra i pin 2 e 3. Nella posizione "master" l'alimentazione per i pull-up dei segnali DCC e GO/STOP viene dal booster e sui pin del connettore 1 e 6 sono presenti il segnale DCC e la segnalazione di corto circuito. Il circuito in configurazione "master" è necessario per collegare i boosteer Roco 10761/10764 e simili. Il transceiver RS485 è implementato con un circuito integrato EXAR SP485EEN.
La nona ed ultima sezione è quella relativa alle interfacce ausiliarie presenti nella centralina. Il chip Mysentech MY18B20Z è un circuito compatibile con il termometro DALLAS DS18B20 per la lettura della temperatura vicino agli elementi di potenza e per poter attivare la ventola di raffreddamento nel caso di temperature troppo elevate. L'interfaccia USB è implementata con il circuito integrato WCH CH340N. Il connettore verso il pannello utente (che può essere sia nella scatola della centralina sia esternamente, ad esempio su un quadro di comando separato) è basato su un connettore JST ZH (passo 1.5mm) da 12 poli e porta i segnali per il LED di OVERCURRENT, il LED di presenza DCC, i due LED TX e RX della interfaccia LAN, il display OLED da 1 pollice e per i due tasti di RESET centralina e START/STOP del segnale DCC.
Lo schema elettrico del pannello utente è molto semplice e si basa su 4 LED rossi (OVER, DCC, TX e RX), due tasti normalmente aperti (RESET e START/STOP) e un display OLED basato sul controller SSD1306.
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