Poloautomatické závory

k dřevěné vláčkodráze



Mezi mými ostatními doplňky k vláčkodráze je tento spolehlivě nejatraktivnější, a proto dostal samostatný článek. Jedná se o elektricky ovládané poloautomatické závory. Proč poloautomatické? Závory se sice stahují a vytahují motoricky, ale pokyn k jejich stažení či vytažení se musí dát ručně (přepínačem). Já si prostě stále myslím, že z didaktického důvodu není přílišná automatizace vhodná. Malé dítko by prostě mělo od útlého věku vědět, že věci se nedějí jen tak samy od sebe, ale až na základě nějaké akce. Z toho důvodu jsem musel zaplašit všechny ty nápady (a že jich bylo) na plně automatické závory a různé uspořádání čidel. Čidla musela ustoupit ručně ovládanému přepínači.


Závory k vláčkodráze
Závory k vláčkodráze
Závory k vláčkodráze
Závory k vláčkodráze


Myšlenka na stavbu závor přišla při prohlížení katalogu originálních doplňků k vláčkodrahám. Byly tam krásné závory a zaujal mě u nich symbol baterie. Nicméně mě nějak nešlo do hlavy, jak to mají udělané, aby se to stahovalo. Zkrátka jsem nedovedl ohalit ten správný "akční člen". A taky se mi nelíbila cena. Detailním studiem jsem zjistil, že se to nestahuje, tedy že se to stahuje ručánko. Žádný akční člen tam není a baterie "pohání" pouze výstražné světla (červené LED). Teď už se mi ta cena nelíbila vůbec. Rozhodl jsem se, že postavím opravdové motorické závory a ručně se bude zadávat jen pokyn ke stažení a vytažení.

Klíčovým problémem byla volba toho akčního členu. Nejprve mě napadl elektromagnet, jako se to používalo u legendárních závor PIKO k modelové železnici TT/H0. Také je někde mám. Jenže hotový vhodný elektromagnet mě nenapadl, nic vymýšlet a nedejbože navíjet se mi nechtělo a taky by se to asi muselo napájet poměrně tvrdým zdrojem o vyšším napětí. Tedy nejspíše síťovým adaptérem. A to nepřicházelo v úvahu. Navíc elektromagnetem stahované závory s sebou rychle plácnou a to není moc modelové. Nehledě o jejich problematickém vyvažování pro zpětný chod. Zkrátka chtěl jsem motor. Malý motor s převodem do pomala. A pak mě napadlo modelářské mikroservo. Těch levných čínských byl plný internet a pár jsem jich měl i v domácích zásobách. Jsou to tzv. devítigramová Turnigy TG9e.


Závory k vláčkodráze
Závory k vláčkodráze
Závory k vláčkodráze
Závory k vláčkodráze


Naopak jasno jsem od začátku měl v otázce řízení. V době stavby byl mým favoritem pro podobné úkoly malý Atmel AT89C2051, tedy okleštěná klasická x51. A jelikož už jsem pro ni měl napsané rutiny pro ovládání modelářských serv, byla to jasná volba. Dnes bych asi použil nějaký ATTINY procesor programovaný v prostředí Arduina, ale pozor: klasické Arduino se sériovým bootloaderem je nevhodné z důvodu pomalého startu, jak bude popsáno dále. Proto by se procesor musel naprogramovat přímo, třeba s pomocí hardwarového ISP. Totéž platí o PIC, respektive jeho user friendly variantě PICAXE.

Závory jsem chtěl mít jako jeden konstrukční celek včetně kolejového dílu a ovládání. Základem je deska ze sololitu, na kterou je přilepen rovný kolejový díl. Před přilepením byla do kolejového dílu vyfrézována příčná drážka pro kabely k druhé závoře. Stojany závor jsem si od oka načrtl na karton, vystřihl a použil jako šablonu pro vyřezání dílů stojanů z kuprexitu, které jsou následně sletovány. Stojany nesou jak mikroservo, tak vždy dvojici výstražných světel (2x červená LED 5 mm). Oba stojany jsou identické a jsou přišroubovány na základovou desku.

Vlastní závory (klacky) jsou z bílé plastové výstražné tabulky a jsou přímo přišroubovány na páku serva. V místě upevnění je nalepena šedá samolepící folie. Červené pruhy jsou vybarveny lihovým fixem. Závory ve vytažené poloze záměrně nestojí kolmo k podlaze, ale šikmo. Kdyby na ně něco spadlo, tak má servo alespoň malou naději se protočit a nepoškodit se. Tedy pochopitelně ve vypnutém stavu.


Závory k vláčkodráze
Závory k vláčkodráze
Závory k vláčkodráze
Závory k vláčkodráze


Řídící jednotka je v plastové krabičce spolu s držákem baterií (4x tužka AA) a ovládacím spínačem. Krabička je klasická elektrikářská lištová s víky na obou stranách a je přišroubována k základové desce. Není to moc estetické, ale nic jiného po ruce nebylo. Základem řídící jednotky postavené na kousku vrtané univerzálky je jednočip Atmel AT89C2051. Jednočip ovládá přímo 4 LED výstražných světel (každá je z důvodu zatížení portu připojena na svůj pin). Serva jsou spojená paralelně na jednom pinu a ovládají se společně. Jeden vstup jednočipu je vyhrazen pro ovládací spínač (spíná pin s pullupem na GND), jeden výstup přes tranzistor ovládá malé relé 5V. Je tedy využito celkem 7 pinů procesoru. Pokud by se výstražné LED spojily vždy dvě paralelně, stačilo by 5 pinů.

Napájecí napětí je 6V (4 alkalické AA tužky á 1,5V). Zkoušel jsem destičkovou 9V baterii a stabilizátor, ale ta baterka je hroznej měkkejš a moc nevydržela. Veškerá elektronika je napájena přes srážecí křemíkovou diodu, jako to bývalo u Logitroniku. Serva jsou možná napřímo na 6V, ale to už si nepamatuju.

A jak to funguje? Klíčovým požadavkem byla nulová spotřeba v klidovém stavu a ovládání jedním spínačem. Takže jsem použil systém, který jsem uplatnil i v mé Useless Machine stavěné současně se závorami. Ovládací spínač je ve skutečnosti dvoupólový. Jeden pár kontaktů je připojen na vstup jednočipu, druhý připíná napájení. V klidu je tedy napájení vypnuto. Sepnutím spínače se jednak uzemní řídící pin procesoru, ale hlavně se připojí napájení. Procesor naběhne a první co udělá je to, že sepne relé, které přemostí spínač napájení. Následně přečte stav vstupního pinu a stáhne závory. Ty zůstávají stažené po celou dobu sepnutí ovládacího spínače. Zároveň blikají výstražná světla přejezdu. Pokud přijde pokyn k vytažení závor, vytáhne je a zhasne výstražná světla. Zároveň spustí interní časovač a stále vyhodnocuje stav řídícího vstupu. Je-li vstup aktivován, závory se opět stáhnou a světla rozblikají. Nepřijde-li po vytažení závor další pokyn ke stažení do cca 7 minut, dojde k přetečení interního časovače a procesor vypne relé. Tím si zároveň odepne napájení a závory přechází do klidového stavu. Z tohoto principu nebylo možné aplikovat bílé blikající světlo přejezdu. Ale nikdo ho nepostrádal. Přestože světýlka já rád:-)


Závory k vláčkodráze
Závory k vláčkodráze
Závory k vláčkodráze
Závory k vláčkodráze


Z výše uvedeného plyne, že k prvotnímu stažení závor dojde s určitou prodlevou, než procesor nastartuje (power up reset). Další stažení při zapnutém procesoru již probíhají ihned po sepnutí spínače. Z toho důvodu není vhodné používat Arduino se sériovým bootloaderem, protože než si bootloader očuchá sériovou linku, tak to trvá dlouho a ke stažení závor by došlo opravdu s velkým zpožděním. Nicméně u toho AT89C2051 je prodleva v podstatě zanedbatelná. Je tam a je znát, ale nijak zvlášť neruší. Dítko si toho ani nevšimne. Pokud by prodleva byla rušivá, je nutné buď procesor nechat napájený a uspaný v nějakém úsporném režimu, nebo použít separátní spínač napájení. Ale to jsem opravdu nechtěl. Namísto relé by pochopitelně bylo elegantnější použít třeba MOSFET, ale já měl taková maličká relátka v zásobách a hlavně se mi líbilo, že odpojení napájení bylo díky cvaknutí relé i slyšet:-) Vlastní pohyb závor je rozfázován asi do 50 kroků a vypadá velmi realisticky. Pro nalezení ideálních délek servoimpuslů pro klíčové polohy serva jsem použil jednoduchý servotester 555. Délky pulsů jsem vždy změřil čítačem a naprogramoval.


Závory k vláčkodráze
Závory k vláčkodráze
Závory k vláčkodráze
Závory k vláčkodráze


Možná si řeknete, že by to celé mohlo vypadat lépe. Uznávám, že to není z estetického hlediska nic extra. O maketovosti se hovořit nedá vůbec. Ale komu to vadí? Cílové věkové skupině určitě ne a důležité bylo to mít rychle, dokud zájem o vláčkodráhu trval. Tím byl dán i použitý materiál typu co dům dal. Hlavně, že to funguje.


Publikováno: 3/2020    


RET



HOME


Odladěno na MS IE 8.0 a Firefoxu při rozlišení min. 1024 x 768 pixelů
www.NOSTALCOMP.cz    2010  -  2020