Сборка DCC-командной станции для модельной железной дороги на Arduino с бесплатным приложением

Компоненты и материалы

SparkFun Arduino Pro Mini 328 - 5V/16MHz	1
LMD18200T (H-мост 3А)	1
Печатная плата (PCB)	1
Линейный стабилизатор 7805 (5В)	1
Зенерный диод 3.6В 0.5Вт (1N4732A)	1
Bluetooth-модуль HC-06	1
Резистор 0.1 Ом 2 Вт (токовый шунт)	1
Конденсатор 220 мкФ 16В	1
Конденсатор 10 мкФ 16В	1
Керамический конденсатор 0.1 мкФ	3
Резистор 10 кОм	2
Резистор 4.7 кОм	1
Клеммник 2-позиционный 3.5 мм	1
Клеммник 6-позиционный 2.54 мм	1
Гнездо 4-пин 2.54 мм	1
Гнездо 12-пин 2.54 мм	2

Приложения и онлайн-сервисы

• LocoMotive — бесплатная версия приложения (Google Play)
• LocoMotive DCC — полная версия (платная, £5 + налог) с чтением/записью CV 1–255

О проекте

В чем уникальность этой системы? Очень простая электронная схема формирует DCC-сигнал и питание путей, но основную работу выполняет приложение на смартфоне! Мощность процессора телефона используется для формирования пакетов команд DCC, что сильно упрощает задачу Arduino.

Обновления:

• 16 авг 2019: Выпуск улучшенного приложения с чтением/записью CV 1–255 (платная версия).
• 18 мая 2019: Новая версия приложения (£3 + налог): до 28 функций с редактируемыми названиями, видимостью и режимом «мгновенное» (momentary). Одновременное управление до 4 локомотивами с полосками скорости.
• 17 фев 2019: Рекомендуется удлинить антенну HC-06 медным проводом длиной 31.2 мм (1/4 волны для 2.4 ГГц) для увеличения дальности.
• 29 янв 2019: Добавлен режим momentary для F2/F3 (звуки гудка), пресет максимальной скорости для каждого локомотива.

Это самая эффективная DCC-командная станция: минимум компонентов, максимальные возможности. Сборка на готовой плате (доступна на eBay) и нескольких деталях. Приложение LocoMotive (бесплатно) работает на Android 4.1+. Совместимо с NMRA-декодерами. Система формирует DCC-пакеты в приложении, отправляет их на Arduino, который комбинирует их с тактовыми сигналами DCC.

Общая стоимость деталей ~£20 (покупка на eBay).

Возможности:

• Управление 1–20 локомотивами
• Идеально для малых/средних макетов
• 2А нагрузка (до 16 локомотивов OO/HO), можно поставить более мощный H-мост
• Защита от короткого замыкания, настраиваемое отключение по перегрузке
• Свет и направление движения
• Функции F1–F8 с редактированием имен, видимостью, режимом momentary
• Стрелки/аксессуары — до 8 пар выходов с редактированием имен
• Свои имена локомотивов, пресет макс. скорости
• Программирование CV1 (адрес), чтение/запись CV 1–255
• Добавление адресов аксессуаров
• Выбор питания 12–20В под масштаб (Z/N/OO/HO/O/G)

Разработано на базе предыдущих работ по беспроводному DCC. Bluetooth-командная станция связана с приемником на Arduino + HC-06 + LMD18200 (2А).

Шаг 1: Скетч Arduino

Полный скетч во вложении. Основной цикл принимает данные по Bluetooth, декодирует текстовые строки в массивы байтов для формирования DCC-пакетов (3 или 4 байта).

void loop() {
  if (bluetooth.available() > 0) {
    inString = bluetooth.readStringUntil('\n');
  }
  if (inString.substring(0,1) == "D") {
    string(); // парсинг и формирование пакета
  }
  delay(20);
}

Функция string() разбирает строку и заполняет структуру сообщения DCC.

Примеры протокола:

• Строка DD, 3, 63, 12, 48 → 4-байтовый пакет скорости: [Loco 3] [speed steps] [loco speed] [XOR]
• Строка DD, 1, 129, 128 → 3-байтовый пакет функций: [Loco 1] [F1 on] [XOR]

Стандарт NMRA: S-9.2.1

LMD18200 требует DCC-сигнал на 핀 DIR, а PWM зажатым в HIGH.

Шаг 2: Схема Fritzing

Arduino Pro Mini получает данные через HC-06, генерирует NMRA-стандартные тактовые циклы. Прием новых данных прерывает последовательность и обновляет пакет.

Список деталей (помимо платы):

• Arduino Pro Mini Atmega328P 5V/16M (eBay)
• LMD18200T H-мост (eBay)
• HC-06 Bluetooth (eBay)
• Резистор 0.1 Ом 2Вт (eBay)
• 3× Конденсатор 0.1 мкФ (eBay)
• 2× Резистор 10 кОм (eBay)
• Конденсатор 10 мкФ 25В (eBay)
• Конденсатор 220 мкФ 16В (eBay)
• Клеммник Phoenix Contact MKDS 1/2-3,5 (eBay)
• Резистор 4.7 кОм (eBay)
• Стабилизатор L7805CV (eBay)
• Разъемы: 4-pin, 2×12-pin, 6-pin клеммник (eBay)
• Зенер 3.6В 0.5Вт 1N4732A (eBay)
• Провода
• Блок питания: для OO/HO — 14В DC (например, зарядка от ноутбука 2.5А). Подберите панельный разъем под штекер.

Удлинение антенны HC-06: припаяйте твердый медный провод (от заземления сети) длиной 31.2 мм к антенне модуля. Изолируйте катушкой!

Важно: На плате Rx подключен к Rx модуля, Tx к Tx (не перекресто).

Добавлена защита по току через шунт 0.1 Ом. Arduino измеряет ток на A0 (внутренний опорный 1.1В). При превышении 2А подается HIGH на пин 13 (Brake LMD18200). Ток передается в приложение каждую секунду.

if (C > 2000) { // 2 А
  Serial.println("Over Current");
  digitalWrite(13, HIGH); // Brake
}
void send_c() {
  t = millis() - lastmillis;
  if (t >= interval) {
    bluetooth.write(sensorValue);
    bluetooth.write('c');
    lastmillis = millis();
  }
}

Шаг 3: Android-приложение

• Бесплатная версия: LocoMotive (Google Play)
• Полная версия (£5.99): LocoMotive DCC (чтение/запись CV 1–255)

Инструкции к полной версии во вложении.

Исходный код (Arduino)

Скетч locomotive_dcc_sep19.ino с поддержкой CV read/write, контроля тока, Bluetooth-протоколом.

// 1 Sep 2019 // sketch for Android App 'Locomotive DCC' using LMD18200 h-bridge
// CV read/write facility added
#include <SoftwareSerial.h>
SoftwareSerial bluetooth(8,9); // RX TX
// ... (полный код во вложении, см. исходный XML)

Код включает: генерацию DCC-сигнала через Timer2 (прерывания), машину состояний для преамбулы/сепаратора/байтов данных, парсинг Bluetooth-команд (D, C, G, A, get, add, V, E), функции программирования CV (reset, page preset, write, verify), измерение тока с усреднением.

Корпус и сборка

Схемы

• Bluetooth receiver / H-Bridge amplifier circuit (Fritzing): bluetooth_android_dcc_lmd18200_S8NTVsI4LY.fzz
• Инструкции к приложению