Приветствуем на нашем канале.
Производство творческой студии РосВагонМасштаб сейчас остановлено в связи с переездом к новому месту дислокации в г. Омск.
Производственные мощности там будут больше, а проекты масштабнее.
Чтобы не терять время даром, пока наши станки и инструменты, разобранные по коробочкам, преодолевают полстраны, мы решили заняться теорией.
Сегодня мы запускаем серию статей на тему электронных схем, которые могут пригодится при постройке железнодорожных макетов.
Сразу оговоримся, мы не профессионалы, только начинаем в это вникать, поэтому идеи, описанные ниже и в следующих статьях - не догма. Эти статьи больше для нас, чтобы упорядочить как-то свою деятельность, так что не спешите критиковать. Если у кого-то есть дельные советы по данной теме - пишите в комментариях, будем рады получить совет профессионала.
Начнем с того, без чего железнодорожный макет теряет свою привлекательность и индивидуальность - с движущей силы.
Что движет модели?
В большинстве случаев в движение модель приводит электродвигатель, очень редко - механический накопитель энергии (заводная пружина), а также - сжатый воздух.
Вот пример двигателя на основе сжатого воздуха для паровоза масштаба 1/32
Очень интересное решение, а самое главное оно является самым близким к оригиналу, только вместо пара - сжатый воздух.
Проект в свободном доступе, возможно, когда-нибудь мы за него возьмемся, а сегодня мы поговорим о "электротяге".
Большинство железнодорожных моделей приводятся в движение электродвигателем, напряжение на который подается от рельс. Управление также осуществляется через эти рельсы.
Различают два вида классических вида управления электродвигателями: аналоговое и цифровое.
Аналоговое управление
Аналоговое управление — это традиционный метод, который используется на многих модельных железных дорогах. Его принцип работы прост и понятен:
- Ток и напряжение: На рельсы подаётся аналоговый сигнал в виде напряжения от 0 до 12 вольт.
- Регулировка скорости: Чем выше напряжение, тем быстрее движется поезд. Это позволяет легко регулировать скорость локомотива с помощью пульта управления.
- Направление движения: Аналоговое управление также позволяет менять направление движения поезда, переключая полярность напряжения.
Преимущества аналогового управления:
- Доступность: Аналоговые системы относительно недороги, что делает их доступными для начинающих.
- Простота использования: Если у вас есть один локомотив, аналоговое управление будет простым в освоении и эксплуатации.
Недостатки аналогового управления:
- Сложность подключения: Для управления несколькими локомотивами требуется больше проводов и сложнее организовать подключение.
- Ограниченные возможности: Аналоговое управление не позволяет реализовывать сложные сценарии, такие как плавное торможение или управление дополнительными эффектами (свет, звук, дым).
Цифровое управление
Цифровое управление — это более современная и продвинутая технология, которая предлагает множество дополнительных возможностей:
- Дискретные сигналы: В отличие от аналогового управления, цифровое использует дискретные сигналы, что позволяет более точно и гибко управлять локомотивами.
- Расширенные функции: Цифровое управление позволяет управлять не только движением, но и различными эффектами, такими как освещение, звук, дым и даже имитация работы стрелок и расцепителей.
- Плавность движения: Локомотивы под цифровым управлением могут плавно разгоняться и тормозить, что делает движение поездов более реалистичным.
Преимущества цифрового управления:
- Многофункциональность: Возможность управлять несколькими локомотивами, стрелками и другими элементами с одного пульта.
- Простота подключения: Для управления несколькими устройствами требуется меньше проводов, что упрощает монтаж и эксплуатацию.
- Гибкость: Цифровые системы позволяют легко настраивать сценарии и изменять параметры работы.
Недостатки цифрового управления:
- Стоимость: Цифровые системы и компоненты, такие как декодеры, стоят дороже, чем аналоговые аналоги.
- Сложность настройки: Для установки и настройки цифрового управления может потребоваться больше времени и навыков, чем для аналогового.
Выбор между аналоговым и цифровым управлением
Выбор между аналоговым и цифровым управлением зависит от ваших потребностей и уровня опыта:
- Начинающие: Если вы только начинаете заниматься модельными железными дорогами и у вас есть один локомотив, аналоговые системы могут быть хорошим выбором из-за их простоты и доступности.
- Опытным моделистам: Если у вас уже есть опыт и вы хотите реализовать сложные сценарии, такие как управление стрелками, звуками и светом, цифровое управление будет более предпочтительным.
- Бюджет: Цифровые системы могут быть дороже, поэтому важно учитывать свой бюджет при выборе.
В итоге, оба типа управления имеют свои преимущества и недостатки, и выбор зависит от ваших конкретных требований и возможностей.
Альтернативные способы управления
Железнодорожный моделизм - хобби недешёвое. Бюджет нашего производства весьма ограничен, поэтому будем "колхозить". Ни один из выше перечисленных выше вариантов нас не устраивает. Нам нужно подешевле да попроще.
В своих проектах мы попытаемся отойти от передачи электроэнергии энергии по рельсам. Такие производители как Pico и Roco начинали создавать свою продукцию, когда еще не были хорошо развиты компактные аккумуляторные батареи. В наше время пылесосы, паяльники, гайковерты, угловые-шлифовальные машины ("болгарки") и даже ударные перфораторы имеют мощные и относительно небольшие портативные источники питания. Вот и мы считаем, что гораздо рациональнее каждый локомотив запитать индивидуально от батареи. Это уменьшит количество проводов, а аппаратура управления будет стоить гораздо меньше декодеров.
По своей сути представленные ниже способы управления являются аналоговыми, только сигнал будет передаваться не по рельсам. В наших макетах по рельсам будет передаваться сигнал о занятости блок участка на перегоне (так называемая "автоблокировка"). Эту тему мы раскроем потом, а пока подробнее расскажем, как управлять железнодорожными моделями.
Управление "закольцованных" макетов
Очень много проектов в свободном доступе у автора Depronized на https://www.thingiverse.com. В основном там представлены модели масштаба 1/43,5 ("0"). Все компоненты печатаются на 3Д-принтере, включая тележки и редукторы для "обмоторивания".
Для макетов, где поезда будут ходить по кругу, автор предлагает использовать ардуино.
Помимо ардуино понадобятся потенциометр, резистор, кнопка, выключатель и драйвер электродвигателя. Микропроцессор также управляет освещением. В качестве источника питания - 4 батарейки по 1,5 В или 2 аккумулятора на 3,7 В. Все можно приобрести на китайском сайте.
Небольшое пояснение по светодиодам.
Во-первых, на схеме указано две группы по два белых светодиода. По идее, для моделей отечественных локомотивов должно быть по три светодиода (прожектор и два буферных).
Во-вторых, в цепи светодиодов должны быть резисторы, чтобы напряжение в них не превышало: белые - 3,0...3,6 В, красные - 1,8...2,2В. Для этого замеряем напряжение в цепях освещения и по закону Ома подбираем резисторы, чтобы на светодиодах оно не превышало указанное значение.
Более подробно это мы опишем в статье, посвященной освещению моделей.
Так же есть проект и в типоразмере h0.
Для передачи крутящего момента на колесную пару предлагается вот такой редуктор:
Колесная пара тоже напечатана и совмещена с шестерней:
Плюс такого способа: не надо тянуть провода и органы управление к макету, меньше оборудования и отсюда - относительная дешевизна проекта.
Минусы:
1. Помимо навыков пайки необходимы навыки программирования ардуино.
2. Все печатается на 3Д принтере.
Что касается первого недостатка - в интернете полно наглядных роликов о том, как программировать ардуино, а практически все программы в свободном доступе.
Что касается 3Д-печати, то, если поискать, можно найти печатника, готового за адекватную цену напечатать необходимые детали.
Аналоговое управление по Wi-Fi
Еще один альтернативный метод. Он так же основан на ардуино, только для управления необходима специальная плата с wi-fi модулем и драйвер двигателя.
Конкретный пример рассчитан на масштаб 1/45, но при желании можно его реализовать и в 1/87, например в двухсекционном локомотиве.
Вот, как выглядит плата с wi-fi
А так драйвер двигателя.
Как видите, стоимость этих элементов несоизмеримо мала по сравнению с различными декодерами.
Все это соединяется по схеме:
Принцип работы: перед работой Wi-fi-модуль прошивается специальной программой. Во время работы он создает сеть. К этой сети можно подключится любым устройством с браузером, будь то смартфон или ноутбук. Далее в браузере в адресной строке вводится адрес 192.168.4.1 (без всяких "www", "/" и прочего), открывается интерфейс с кнопками управления, через который уже можно управлять моделью.
Крутящий момент передается через угловой редуктор
Радиоуправляемые модели
Если же вас все же пугает все, что связанно с программированием, то можно обойтись без всяких ардуино. Вместо модуля из предыдущего способа можно использовать плату с радиоуправлением.
Вариантов таких плат множество.
К примеру вот (пятиканальный)
или вот (четырех канальный)
Для управления моделью достаточно двух каналов (один канал для подачи сигнала вперед, другой - назад). Оставшиеся каналы можно использовать для включения звука и подачи сигнала, либо для управления крана. Некоторые модули необходимо подключать так же через драйвер, некоторые работают напрямую. Записанный звук могут воспроизводить отдельные модули.
Более подробно об радиоуправлении (схемы, детали) в одной из следующих статей.
Один большой недостаток
В заключении хочется поговорить об общем недостатке указанных альтернативных способах управления. Данные способы рассчитаны на автономность. Источником электроэнергии здесь будут служить батарейки и аккумуляторы. Они имею определенные размеры, не всегда вписывающиеся в масштаб модели. К тому же, они имеют свойство быстро терять заряд со временем, а значит необходимо будет продумывать механизмы замены этих элементов или их подзарядки.
Как вариант, объемные источники тока можно будет размещать в прицепляемых вагонах, а ток на модель подавать по проводам, замаскированным под тормозную магистраль.
Так же можно снимать ток с рельс с помощью незадействованных колесных пар. Однако тогда теряется возможность передавать по рельсам сигнал о занятости участка. Подробнее об этом и об создании аналоговой системы управления мы расскажем в следующих статьях.
P.S.
Сейчас мы заняты процессом разработки управляемого мотовоза. На его примере мы далее покажем реализацию вышеуказанных способов.
Результаты разработок можете отслеживать на нашем VK.
На сегодняшний день мы создали шасси, смогли обмоторить ось и провели испытания. Все расскажем подробнее в следующих статьях.
P.P.S.
Не судите строго. Статья, скорее для нас самих, чтобы разобраться с мыслями и определить план действий. Если есть, что добавить - укажите в комментариях.