Hé oui, on continue dans la 3D! Le signal 3D a besoin d'une petite armoire de voie pour le commander. Le but est non seulement de concevoir l'armoire en 3D mais aussi de concevoir le petit montage de commande des feux pour mettre un peu de piment dans la conduite des trains.
Conception de l'armoire
L'armoire de voie n'est pas un modèle unique dans le monde ferroviaire. Chaque pays a ses spécificités, ses exigences et ses fournisseurs. Le réseau SNCF n'échappe pas à la règle. Nous n'allons pas détailler tous les types d'armoires et les combinaisons possibles. Il est intéressant de savoir que ces armoires sont en tôle galvanisée avec un dispositif de renfort pour décourager le vandalisme. L'armoire est généralement posée sur un socle en béton.
Pour notre conception, nous avons adapté les dimensions de l'armoire à la taille d'un personnage à l'échelle G.
Cette armoire est composée des parties suivantes:
- un socle,
- un panneau de fond,
- deux panneaux latéraux,
- un panneau frontal,
- un toit.
Vue du modèle disponible sous Tinkercad
C'est vrai, nous n'avons pas fait les demi-portes. La raison est qu'il faut éviter au maximum l'intrusion des insectes dans l'armoire pour protéger l’électronique. En conséquence, les panneaux seront emboîtés les uns dans les autres par des guides et l'ensemble fixé sur le socle.
D'un point de vue dessin en 3D ça commence à être intéressant. Comme toujours, il faut bien réfléchir pour simplifier au maximum l'impression 3D.
Le modèle est disponible sous Tinkercad ici. Vous avez la vue de l'objet assemblé et les différents morceaux à imprimer. Vous pouvez sélectionner chaque élément et l'exporter au format STL.
Impression en 3D
Dans ces temps difficiles, l'impression en 3D à la maison est une bénédiction. Pour valider le design fait précédemment, nous avons lancé une impression avec une Prusa I3 de deux pièces, le socle et le toit, pour vérifier le résultat.
Impression du socle
Le résultat est conforme a ce que nous attendions. Les rainures sont nettes et les deux trous, pour le passage des fils électriques fins venant du signal, bien présents.
Impression du toit
Comme il fallait s'y attendre, le toit ressemble un peu à la pyramide à degré de Saqqarah! Cela vient de la configuration du slicer. On peut faire des couches plus fines et le résultat sera plus réussi mais attention à la durée d'impression qui peut également se rallonger. Pour un prototype c'est acceptable.
A ce stade, nous avons envisagé d'utiliser une pile de 9 V pour alimenter le montage de commande du signal et cela tiendrait dans le volume de l'armoire en laissant une toute petite place pour l’électronique.
Évaluation du volume avec une pile de 9 V
Pour être certain du montage correct de l'ensemble, nous avons demandé à Laurent, d'imprimer et d'assembler les éléments. Le résultat est vraiment bon. Laurent maîtrise parfaitement son imprimante et a réussi à affiner la toiture.
Résultat de l'impression faite par Laurent
Jusque là nous avons pu avancer sans trop de difficultés mais il la suite s'annonce plus délicate.
La commande du signal
La commande doit allumer 3 LEDs dans une séquence assez simple. Le vert reste allumé pendant une dizaine de secondes, puis on commande l'extinction du vert et on allume le jaune pendant quelques secondes, enfin le rouge est commandé et le jaune éteint. Cela ressemble plus à de la signalisation routière mais ce ne sera pas moins ludique.
Deux solutions sont envisageables pour commander les LEDs du signal. La première est d'utiliser un petit circuit intégré et de faire une temporisation réglable (dans une plage prédéterminée). La seconde est d'utiliser un circuit programmable compacte, tel que l'Arduino nano.
En étudiant d'un peu plus près la première solution, on se rend compte que la temporisation n'est pas un problème. Il y a même un petit circuit intégré parfait pour cela, le LM 3909. Il y a un certain nombre d'années déjà que j'avais réalisé un petit circuit d'essai sur un petit circuit imprimé. Ce circuit fonctionne toujours, même après toutes ces années. La temporisation est ajustée en fonction du condensateur mais dépend aussi de la tension d'alimentation. A garder dans un coin de la mémoire pour de futurs montages. Il faut quand même ajouter une petite logique (avec un circuit logique intégré) pour allumer les LEDs séparément. La place va vite être occupée par les circuits mais la bonne nouvelle est que l'on peut alimenter l'ensemble en 5 V voire 3 V.
Vues du montage avec le LM3909
La seconde solution consiste à utiliser un circuit Arduino Nano pro mini. Avant de se lancer dans cette voie, nous avons fait un essai avec un autre Arduino Méga qui est facile à programmer et ne nécessite pas d'adaptateur pour s'interfacer avec l'ordinateur.
Arduino Nano et Mega pour tester la commande du signal
Le programme est très similaire à celui utilisé pour le démonstrateur de signal. Nous avons juste ajouté une durée aléatoire de la durée des feux vert et rouge, histoire de maintenir l'intérêt du jeu.
Voici le programme :
/* * Programme pour arduino uno * par A. ZANDER Mars 2020 * * Ce programme fait fonctionner un signal tricolore avec allumage par alternance. * 3 LED (vertes, oranges et rouge) sont reliées aux sorties D2, D3, D4 */ // Initialisation des variables const byte S1V = 2 ; const byte S1O = 3 ; const byte S1R = 4 ; // Délai des différents temps mis en const pour changer facilement // si le délai imparti ne vous satisfait pas. Il s'agit de millisecondes //const long TempsAttenteFeuRougeSeul = random (10000,30000); //const long TempsAttenteFeuVert = random (10000,30000); //const long TempsAttenteFeuOrange = random (1000,2000); // Initialisation des lignes en sortie void setup () { pinMode (S1V, OUTPUT) ; pinMode (S1O, OUTPUT) ; pinMode (S1R, OUTPUT) ; } // Fonction loop void loop () { // Extinction de toutes les LED au dèpart digitalWrite (S1V, LOW) ; digitalWrite (S1O, LOW) ; digitalWrite (S1R, LOW) ; // Allumage de A1 Vert digitalWrite (S1V, HIGH) ; // Début de cycle // Concerne le feu S1 delay (random (10000,30000)) ; // Feu vert S1V pendant 30 secondes digitalWrite (S1V, LOW) ; // Extinction de S1V digitalWrite (S1O, HIGH) ; // et allumage de S1O delay (random (1000,2000)) ; //durée 2 secondes digitalWrite (S1O, LOW) ; // Extinction de S1O digitalWrite (S1R, HIGH) ; // et allumage de S1R delay (random (10000,30000)) ; // Temporisation pendant 30 secondes // Le cycle peut recommencer }
Comme d'habitude, le programme est téléversé sur l'Arduino Nano. Ne pas oublier de bien sélectionner celui-ci comme cible et surtout utiliser le petit adaptateur pour s'interfacer avec l'ordinateur.
Tests
Les petits tests à faire à l'intérieur sont rapides. Le montage est fait avec l'Arduino Nano qui est alimenté par deux piles de 1,5V (AAA) logées dans un porte piles compact. L'ensemble est maintenu par un simple élastique. Les connexions au signal sont faites par des petits fils utilisés pour les montages Arduino et ayant des fiches femelles des deux côtés. Le câblage est facilité du fait du code couleur utilisé pour le signal (pin 2 sur le vert, pin 3 sur l'orange, pin 4 sur le rouge, GND sur le noir).
Pas besoin de mettre le montage dans l'armoire. C'est même plus pratique pour voir la LED rouge d'état de l'Arduino Nano.
Il ne reste plus qu'à mettre les piles et prendre un chronomètre et c'est parti!
La LED verte s'allume comme prévu et nous démarrons le chronomètre. Elle reste allumée pendant 30 s. Puis c'est l'allumage bref l'orange pendant 2 secondes et puis la LED rouge s'allume pendant 20s. On laisse le cycle se poursuivre et on vérifie la variation des durées d'allumage.
Test avec le montage dans l'encombrement de la guérite (fond et toit).
L'éclairage des LED est nettement suffisant et en plus on s'économise des résistances et du câblage!
Tout rentre dans l'armoire : l'Arduino, le porte-piles et même un petit interrupteur.
Il reste à essayer tout cela sur le terrain.
Et si on essaye sur le terrain
Le signal est implanté à gauche (comme il se doit en signalisation française) dans une gare et la guérite est mise à côté. On peut toujours laisser une pile sur les deux en place dans le porte-piles et ajouter la seconde au dernier moment avant de refermer l'armoire de voie. Le signal est à Voie Libre (Vert) et le train est prêt au départ. A la fin du premier tour, le signal est fermé (Rouge) mais heureusement mon train avait une vitesse réduite ce qui m'a permis de l'arrêter à temps au pied du signal. D'un point de vue signalisation, nous pouvons repartir car nous avons marqué l'arrêt au sémaphore et rien ne s'y oppose (pas de train devant).
Après quelques tours, on prend vite l'habitude et on adapte sa vitesse pour éviter de franchir le signal fermé. Attention à l’excès de confiance à l'approche du signal. La circulation du train devient plus active et beaucoup moins monotone simplement avec un signal. On se rapproche d'une vrai conduite de train.
C'est amusant et on a même du mal à s'en passer. Il ne reste plus qu'à ajouter un autre signal dans une autre gare ou entre les gares. Cela va nous ramener au cantonnement n'est-ce pas ?
