Vogliamo ora dare una descrizione sommaria del driver installato sulla locomotiva.
Il suo schema elettrico è mostrato nella seguente figura
Alimentazioni elettriche
Regolatore LD1117V33 e ponte di diodi
La parte del circuito dedicata alla generazione delle tensioni di alimentazione è mostrata in alto a destra.
La tensione di circa 12V prelevata dai binari viene inviata ad un ponte di diodi che fornisce in uscita una tensione di segno costante quale che sia la polarità della tensione d'ingresso (possiamo invertire la locomotiva senza problemi.)
Per l'alimentazione del microcontroller è richiesta una tensione di 3.3V. L'uscita del ponte viene quindi inviata ad un regolatore di tensione
LD1117V33 che fornisce una tensione costante di 3.3V.
Il condensatore C1 serve come accumulatore di carica in modo che il microcontroller non si spenga in caso di contatto diffettoso delle ruote sui binari. La sua capacità, 0.5F, è molto elevata essendo formata da due supercondensatori da 1F collegati in serie.
Il connettore TEST_1 viene usato per alimentare la locomotiva durante i test sul banco.
Controllo del motore
Schema di funzionamento di un ponte-H
Poiché la tensione d'ingresso è costante, per poter variare la velocità del motore (anche fermarlo) e invertirne il verso si può usare il circuito cosiddetto ponte H.
Nella figura a lato mostriamo uno schema di principio del di tale circuito che consente di invertire il verso di rotazione del motore senza invertire il segno della tensione di alimentazione.
Infatti se, nella figura a lato, tutti gli interrutori sono aperti non scorre corrente e il motore è fermo. Se chiudiamo S1 ed S4 la corrente scorre da sinistra a destra, viceversa se chiudiamo S2 ed S3 essa scorrerà da destra a sinistra ed il motore inverte il verso di rotazione.
Segnali di eccitazione modulati in durata di impulso (PWM).
Nelle applicazioni gli interrutori sono sostituiti da dispositivi a semicondutore. Questi, allo scopo di regolare la velocità del motore, possono essere comandati con un treno di impulsi a frequenza fissa e durata variabile, (Pulse width modulation PWM).
Nella figura a destra mostriamo in alto un treno di impulsi ove il segnale rimane alto per il 25% del tempo in basso invece rimane alto per il 60%. Di conseguenza, in questo secondo caso il motore girerà a velocità maggiore.
Il modulo scelto per controllare il motore è DRV8833, mostrato nell'immagine a sinistra. Esso consente sia di invertire il senso di marcia che di controllare la velocità del motore Modulando opportunamente il segnale di ingresso. Inoltre è tanto piccolo da poter essere inserito all'interno delle nostre locomotive
Il microcontroller
Il microcontroller ESP12F.
Il microcontroller utilizzato a bordo delle locomotive, mostrato nell'immagine a destra, è ESP12-F
Esso è basato sul processore ESP8266, si programma per mezzo del IDE di Arduino e compie le seguenti azioni:
Si connette ad una rete WIFI ed è in grado di accettare comandi ed inviare informazioni ad un computer remoto.
Genera il segnale PWM da inviare al driver del motore.
Se richiesto inverte la direzione di marcia.
Accende e spegne le luci della locomotiva e, se connesse, dei vagoni.
Attraverso il suo convertitore analogico digitale legge la velocità del motore.
Legge lo stato del fototransistor infrarosso TEFT4300 e, se necessario, ferma il treno.
Regola la velocità del treno per mezzo di un ciclo di controllo ad anello chiuso.
