Analýza protokolu SCX The Digital System (1. část)
Posted by Pepino on July 13 2008 18:58:40

---

Převodník protokolu SCX na signál RS232

Mnohé z těch, jež se seznámili s digitální autodráhou, jistě napadla otázka, jak je možné provozovat více autíček na jedné drážce. Ti, kteří znají například systémy DCC či Selectrix pro řízení železničních modelů, vědí, že u nich společně s napájením je veden i digitální řídicí signál. Podobně je tomu i u digitální autodráhy SCX, ale tento systém má i svá specifika.

Prvním a dosti zásadním rozdílem je to, že protokoly DCC a Selectrix jsou publikovány v normách mezinárodních modelářských organizací, zatímco protokol SCX (i protokoly jiných digitálních autodráh) jsou proprietární, tj. výrobce je nepublikuje. To je dáno i situací, která panuje na trhu digitálních autodráh. Nezbývá tedy, než vzít do ruky vhodné měřicí přístroje a pustit se do rozboru protokolu autodráhy experimentálně.

Pokud připojíme osciloskop k vodícím drážkám dráhy, můžeme při vhodném nastavení vidět na jeho obrazovce takovýto průběh:



Horní průběh je měřen přímo z mikroprocesoru řídicí jednotky, spodní průběh je pak napětí v autodráze. Zde ještě musím podotknout, že většinu měření jsem prováděl na starší řídicí jednotce (typ SCX 20090) bez Pit boxu, rozdíl mezi novou a starou jednotkou by se však neměl projevovat v kódování signálu v dráze, ale až ve skladbě paketů.

Z rozboru na osciloskopu pak vyplývá, že v protokolu SCX je použita asynchronní sériová komunikace (UART) o rychlosti 115,2 kbps. Sériovou komunikaci takovouto rychlostí umožňují i standardní sériové porty na PC (i když se s nimi už moc často nesetkáme, lze je nahradit převodníkem USB-serial). Ovšem zádrhel je v napěťovém kódování úrovní. Zatímco klasická sériová komunikace RS232 použitá právě u PC využívá bipolární signál +12 V / -12 V (můžeme se však setkat i s nižšími napěťovými úrovněmi, např. +5 V / -5 V), autodráha SCX používá pro kódování logické úrovně „0“ napětí 18,4 V a pro log. „1“ napětí 0 V (s malou výjimkou a tou jsou pakety odpovědí z autíček). Jedná se tedy o signál unipolární, jeho použití v systému digitálního řízení autodráhy má i své zvláštní aspekty, podrobněji je můžu rozebrat v některém z dalších článků. Abychom ale mohli připojit autodráhu SCX na sériový port PC, je nutné sestrojit převodník.

Převodníky pod názvy SEB I a SEB II („analogový“ a s mikroprocesorem) vyrábí Ole Seeberg z Dánska. Cena za ně je však 26 € za SEB I a 50 € za SEB II. K tomu je nutné ještě připočíst poštovné. Proč si však nepostavit vlastní převodník (bez mikroprocesoru) s náklady cca 100 Kč?

Základním principem mnou navrženého převodníku je převod signálu z dráhy nejprve na úroveň TTL logiky, kterou je pak buzen obvod MAX232, zajišťující převod TTL – RS232.

Schéma převodníku

Převodník se skládá z napájecí a převodní části. Napájení je bráno přímo z dráhy, přes oddělovací diodu D1 je přivedeno napětí na elektrolytický kondenzátor C6, který napájí obvody převodníku ve chvíli kdy kvůli komunikaci v dráze poklesne napětí na nulu. Za kondenzátorem je zapojen IO1, stabilizátor na +5 V. Zde je možné použít prakticky jakýkoliv typ stabilizátoru, který snese vstupní napětí 18,4 V. Pro filtraci zvlnění je za stabilizátorem zapojen ještě další kondenzátor C7. Signalizace připojeného napájecího napětí se děje LED diodou D2, jež přes odpor R1 připojena na zem. Výstupní napětí stabilizátoru pak napájí integrované obvody převodní části.

Převodní část je tvořena stabilizátorem IO2, který je připojen přímo na drážky dráhy. Zde je ovšem nutno vybrat stabilizátor, který rychlá sériová komunikace nedovede do bláznivého stavu, plného překmitů. Je vhodné si výstupní napětí stabilizátoru proměřit na osciloskopu. Mně se osvědčil typ L7805 firmy STMicroelectronics, naopak nevhodné se ukázaly některé typy low-drop stabilizátorů. Výstup stabilizátoru je přiveden na vstup T1IN obvodu MAX232CPE (IO3). Tento je nutno osadit kondenzátory C1 až C5, elyty nebo tantaly. Výstup MAXe T1OUT je připojen na pin 2 konektoru Canon 9, na pin 5 konektoru je pak přivedena společná zem. Signalizaci probíhající datové komunikace pak zajišťuje LED dioda D3, buzená signálem na úrovni TTL (ze stabilizátoru IO2) přes invertor obvodu IO4 (7404).

Po zapojení na univerzálním plošném spoji vypadá převodník takto:



Pokud převodník připojíme na drážky autodráhy (blíže k řídicí jednotce se nachází + drážka, dále od ní je zem) a k sériovému portu PC, můžeme zachytávat řídicí data v autodráze. Po připojení musíme ještě správně nastavit terminálový program (např. Hyperterminál). Připojujeme se přímo k příslušnému COM portu, datová rychlost je 115200 bps, komunikace je typu 8N1 (8 datových bitů, parita žádná a jeden stop bit) a řízení toku nastavíme na žádné. U některých terminálových programů je potřeba ještě nastavit echo vstupních dat na obrazovku a pak už můžeme sledovat komunikaci probíhající v dráze. Zatím to vypadá spíš jako změť znaků, přesto můžeme vysledovat, že jsou v ní určité pravidelnosti a zákonitosti. O těch podrobněji v některém z dalších článků.
Převodník v akci:




Odkazy:
DCC (česky):
http://www.volny.cz/mtbbus/dcc/dcc_doc.htm

DCC (anglicky):
http://www.nmra.org/standards/DCC/standards_rps/S-91-2004-07.pdf
http://www.nmra.org/standards/DCC/standards_rps/S-92-2004-07.pdf

Selectrix (německy):
http://www.morop.org/de/normes/nem680_d.pdf
http://www.morop.org/de/normes/nem681_d.pdf

Rozhraní SEB (anglicky):
http://www.virklund.dk/scx/

Datasheet stabilizátoru L7805 (anglicky):
http://www.st.com/stonline/products/literature/ds/2143/l7805.pdf

Datasheet MAX232 (anglicky):
http://www.ti.com/lit/gpn/max232


Článek napsal:
Honza Nešpor (PanPredseda)