Premiers pas

1. L’analogique et ses limitations

Que ce soit avec un courant continu ou alternatif, en 6 V, 12 V, ou plus, sur piles ou sur secteur, les premiers trains électriques fonctionnaient en analogique : les moteurs étaient directement pilotés par l’alimentation que l’on faisait varier pour changer la vitesse de la locomotive. Le principe a évolué peu ou prou durant tout le XX^e siècle pour en arriver à deux systèmes analogiques, l’un fonctionnant en 12 V courant continu, et l’autre en 20 V courant alternatif. Ce second système, très spécifique, n’est plus promu que par la marque Marklin, et ne sera pas abordé dans ce livre.

L’essentiel des trains électriques fonctionnent donc en 12 V courant continu depuis des années. En pratique, la tension est souvent de 14 à 16 V. La vitesse de la locomotive est donc plus ou moins proportionnelle à la tension appliquée sur les rails. Pour changer le sens du train, il suffit d’inverser le sens du courant, car il est défini par convention pour faire avancer la locomotive. Il faut appliquer une tension positive sur le rail de droite et négative sur le rail de gauche, dans le sens de la marche du train.

Le fonctionnement analogique a le mérite d’être simple à mettre en œuvre et peu coûteux. Ce sont ses seuls avantages. Dès qu’il s’agit de faire circuler plusieurs trains sur la même voie, d’en faire ralentir certains, ou d’en laisser d’autres arrêtés, cela devient rapidement ingérable, voire impossible.

2. Cinquante ans d’évolutions

Ce n’est...

1. La centrale DCC

C’est le cœur du système. Elle permet le pilotage des trains, mais peut aussi effectuer la programmation des variables de configuration. Un pupitre de contrôle permet le pilotage simultané de plusieurs locomotives. Il en existe de diverses tailles, plus ou moins transportables et plus ou moins sophistiquées.

2. Le booster

Souvent intégré à la centrale, le booster est un amplificateur de puissance destiné à convertir le signal issu du microprocesseur, souvent modulé en 0/5 V sous quelques dizaines de milliampères, en un signal modulé en +18/-18 V sous 2 à 5 A (voire plus).

Si l’on souhaite faire tourner de nombreux trains simultanément, en particulier si ceux-ci sont entièrement éclairés, il devient rapidement nécessaire d’installer des boosters supplémentaires. Généralement, les centrales DCC disposent d’une sortie directe à destination des boosters additionnels.

3. Le programmeur DCC

Cet appareil est exclusivement dédié à la programmation des locomotives. Électroniquement parlant, il reprend en grande partie les circuits électroniques d’une centrale DCC, et son programme a aussi de nombreux points communs avec celui d’une centrale. La différence étant qu’il...

1. Une rapide présentation

Mais pour parvenir à cela, il faut quelques microprocesseurs. Heureusement, les Arduino sont très accessibles financièrement.

La gamme Arduino est particulièrement variée, car elle est adaptée à de nombreux usages. Suffisamment pour que l’on puisse trouver le microcontrôleur le plus adapté à chaque usage. Les prix sont assez variables, selon que l’on achète de véritables Arduino ou des variantes chinoises, bien moins chères, mais aussi moins fiables (c’est un choix). La taille du circuit est également variable, et cela influe essentiellement sur le nombre d’entrées-sorties disponibles ; on peut constater une différence importante entre le très grand Mega2560 et le tout petit Nano. Le Uno, qui est d’une taille intermédiaire, a des dimensions similaires à la plupart des modules d’extension disponibles dans le commerce.

2. L’Arduino Uno

C’est le modèle le plus classique de la gamme. Il est pratique, car il existe de nombreuses extensions disponibles (sous forme de shields que l’on connecte sur la carte principale). Sa variante Leonardo laisse plus de mémoire libre pour l’utilisateur. Ce modèle dispose aussi de fonctionnalités USB supplémentaires, mais qui ne sont pas exploitées pour le pilotage des trains.

On peut l’utiliser pour faire une centrale simplifiée, comme nous le verrons plus loin, ou un programmeur de CV (variables de configuration). Mais ses 2 ko de RAM ne permettent...

1. L’installation

Il existe de très bons livres consacrés à la programmation Arduino, en particulier aux Éditions ENI : Arduino : Apprendre à développer pour créer des objets intelligents. Le lecteur totalement débutant aura donc tout intérêt à commencer par la lecture d’un tel livre. Dans cette section, seul le strict minimum sera expliqué.

Pour programmer un Arduino, quel qu’il soit, il faut un environnement de développement (ou IDE : Integrated Development Environment), un ordinateur et un câble USB. Rien de plus. C’est cette simplicité de mise en œuvre qui est à l’origine du succès du concept Arduino.

L’environnement de développement peut être directement téléchargé sur le site officiel à l’adresse suivante : https://www.arduino.cc/en/Main/Software

Il est disponible pour Windows (en exécutable standard ou en Windows app), macOS ou Linux (il existe même une version pour Raspberry Pi). On peut aussi utiliser l’éditeur web, qui ne nécessite même pas d’installation. L’adresse suivante contient toutes les informations nécessaires pour effectuer l’installation de l’environnement de développement : https://www.arduino-france.com/tutoriels/ide-arduino-installation-et-utilisation/

Pour développer sous Arduino, il faut aussi des librairies qui permettent d’interagir immédiatement avec des périphériques, sans avoir à redévelopper tout le code nécessaire. Les librairies officielles sont disponibles à l’adresse suivante : https://www.arduino.cc/en/Reference/Libraries

Il en existe de nombreuses autres disponibles sur Internet, en particulier sur GitHub.

L’installation de l’environnement de développement ne pose guère de difficultés. Sous Linux, cela dépend grandement de la distribution installée. Certaines intègrent déjà l’IDE Arduino, d’autres pas. La page suivante recense...

1. KiCad

KiCad est un programme de conception de circuits électroniques sous licence libre. Il est disponible gratuitement sur Linux, Windows et MacOS. Il inclut les éléments suivants :

Créé en 1992, il s’est progressivement amélioré et il dispose dorénavant de toutes les fonctionnalités nécessaires à un travail professionnel. C’est avec KiCad que tous les schémas et les circuits imprimés de ce livre ont été réalisés.

Le programme peut être téléchargé sur son site officiel : www.kicad.org/

2. Les circuits imprimés

De nombreux circuits sont proposés dans cet ouvrage. Ils sont tous disponibles en téléchargement dans trois formats :