КОНТРОЛЛЕР ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПЬЕЗОПРИВОДАМИ МОДЕЛЕЙ ЭЛЕКТРИФИЦИРОВАННОЙ ЖЕЛЕЗНОЙ ДОРОГИ

Полезная модель относится к области игрушечных железных дорог, к железнодорожному моделизму, а именно, к управлению моделями локомотивов, моторных и немоторных вагонов электрифицированной железной дороги и предназначена для независимого управления двумя пьезоприводами, в частности, пьезоприводами WAVE-L04S-10 производства шведской фирмы Piezo Motor AB на основе команд цифрового управления стандарта DCC
Известно «Пьезоэлектрическое устройство перемещения» (патент РФ на изобретение №2055625 А63Н 19/24, Н02N 2/00, приоритет 27.01.1992, опубликовано 10.03.1996 г.), которое относится к пьезоэлектрическим устройствам перемещения и может быть использовано в настольной радиоэлектронной игре. Устройство содержит пьезоэлектрическую пластину с электродами, опоры, токопроводящие полоски и генератор. Причем функциональная схема пьезоэлектрического устройства включает непосредственно устройство перемещения (виброкар), который состоит из двух пьезоэлементов и трех игл опор. Управление осуществляется переходом с одного его резонанса на другой, что реализуется дискретным переключением частот генераторов. Площадка для перемещений соединена с генератором-кабелем. Для осуществления перемещения устройство устанавливают на токопроводящие дорожки. Управление производят с помощью клавиатуры, расположенной на генераторе. Каждой клавише соответствует определенная, заранее найденная экспериментально частота того или иного движения. Осуществляя поочередно нажатия клавиш прямолинейного движения, поворотов направо или налево, производят перемещение устройства по дорожкам.
Однако данное пьезоэлектрическое устройство обладает функциональной недостаточностью, так как предназначено только для перемещения виброкары и не предназначено для перемещения других объектов, в частности, объектов моделей железной дороги и их компонентов, таких как двери и токоприемники.
Известно также устройство для управления моторными вагонами игрушечной железной дороги, содержащее блок управления, включающий два управляемых источника тока, два генератора импульсов и два моторных вагона, каждый из которых включает тяговый электродвигатель, подсоединенный через блок реверсирования, однополярный выпрямитель и токосъемники к рельсовому пути (патент ФРГ №1728505, А63Н 19/24, 1976 г.)
Однако данное устройство обладает повышенным напряжением на рельсах при подаче сигналов реверса, что приводит к возможности поражения электрическим током и, следовательно, к недостаточной безопасности работы устройства.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемой полезной модели является устройство «Устройство для управления моторными вагонами игрушечной железной дороги» (авторское свидетельство №869783, А63Н 19/24, приор. 16.01.80 г., опубл. 07.10.81 г., Бюллетень №37), выбранное за прототип, содержащее блок управления, включающий два управляемых источника тока, два генератора импульсов, и два моторных вагона, каждый из которых включает тяговый электродвигатель, подсоединенный через блок реверсирования, однополярный выпрямитель и токосъемники к рельсовому пути. Дополнительно оно содержит, установленный в блоке управления, сумматор, выход которого соединен с одним из рельсов, и установленные в каждом из моторных вагонов элемент И и элемент задержки. При этом первые входы источников тока подключены к синхронизирующим входам генераторов импульсов, вторые входы - к другому рельсу, а выходы - к первому входу сумматора. Причем, первый токосъемник подключен ко входу элемента И и элемента задержки. Второй токосъемник - ко второму входу блока реверсирования. Выход элемента задержки через элемент И подключен к третьему входу блока реверсирования. При этом выходы генераторов импульсов подсоединены ко второму и третьему входам сумматора.
Однако данное устройство обладает функциональной недостаточностью в связи с невозможностью управления моделями - подвижными объектами железной дороги, оснащенными пьезоприводами с целью расширения набора функций системы. Кроме того - конструкция устройства обладает большими размерами, недостаточной гибкостью в реализации имеющихся у данного устройства функций и недостаточным быстродействием в реализации управления объектами.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является расширение функциональных и технических возможностей работы комплекса железнодорожного моделизма.
Технический результат, который может быть получен при использовании полезной модели, заключается в возможности управления модельными локомотивами и моторными вагонами и их компонентами при повышенной стабильности функционирования устройств управления моторными вагонами и локомотивами модельной железной дороги. Кроме того в конструкции устройства достигается максимальная минимизация пространства.
Поставленная цель достигается за счет того, что контроллер для управления пьезоприводами моделей электрифицированной железной дороги, устанавливаемый на подвижном объекте, а именно, на модели локомотива, моторного и немоторного вагона и содержащий блок питания, содержит также связанные с ним и между собой, блок дешифрации цифрового сигнала и блок многофункционального контроллера пьезоприводов, конструктивно выполненные в виде одной печатной платы, связанной с источником цифрового сигнала DCC посредством проводов через токосъемники вагона или локомотива, через колеса и рельсовый путь.
Кроме того, он снабжен двумя миниатюрными разъемами для оперативного подключения пьезоприводов к плате контроллера, а также тремя функциональными выходами для возможности независимого управления тремя низковольтными слаботочными потребителями.
Контроллер также выполнен с подключенными пьезоприводами марки WAVE-L04S-10 фирмы Piezo Motor AB и предназначен для команд цифрового управления стандарта DCC, причем с печатной платой - связан источник цифрового сигнала DCC (контроллер DccPiezo).
Таким образом, решение поставленной задачи достигается за счет введения новых блоков, их размещения, взаимосвязей, конструктивных особенностей, а также дополнительно, за счет применения программируемой адаптивной логики. Данный контроллер, например, контроллер DccPiezo, устанавливается на подвижном объекте-модели и содержит три блока: блок питания контроллера, блок дешифрации цифрового сигнала и блок многофункционального контроллера пьезоприводов, конструктивно объединенных в одном изделии. Связан с источником цифрового сигнала DCC посредством проводов через токосъемники вагона или локомотива через колеса и рельсовый путь. С целью минимизации размеров системы управления элементами подвижного объекта выбраны самые компактные на данное время пьезоприводы, а схема управления этими пьезоприводами реализована в виде одной компактной печатной платы, включающей в себя три взаимосвязанных блока, два из которых выполнены на особо компактных программируемых контроллерах с оригинальным специализированным программным обеспечением, позволяющим добиться расширенной функциональности при минимуме аппаратных затрат.
Сущность изобретения поясняется чертежами, на фиг.1 представлена структурная схема контроллера, на фиг.2 - общий вид платы контроллера.
В состав устройства контроллера входят:
блок питания контроллера (БПК) - 1;
блок дешифрации цифрового сигнала (БДЦС) - 2;
блок многоцелевого контроллера пьезоприводов (БМКП) - 3;
печатная плата контроллера - 4;
провода к источнику цифрового DCC-сигнала (к токосъему от рельсов) - 5;
разъемы А и В для подключения пьезоприводов - 6;
функциональные выходы - 7, а именно, выходы «1», «2», «3»;
общая клемма - 8, а именно, выход, с обозначением на плате: «5».
БПК 1 - преобразует цифровой DCC-сигнал со входа контроллера в выпрямленное и стабилизированное напряжение для питания БДЦС 2 и БМКП 3.
БДЦС 2 - расшифровывает цифровой DCC-сигнал со входа контроллера, выделяет и запоминает полученные команды и организует включение функциональных выходов и управление БМКП 3.
БМКП 3 - анализирует управляющие сигналы от БДЦС 2 и формирует управляющие последовательности для пьезопризодов. Все перечисленные блоки: 1, 2 и 3 объединены в одном изделии.
Конструктивно контроллер представляет собой печатную плату со следующими параметрами: длиной 32,8 мм, шириной 19,7 мм и высотой 4 мм, выполненную с двумя проводами 5 для соединения с источником цифрового DCC-сигнала (не показан), двумя разъемами 6 для подключения пьезоприводов (не показаны) и тремя функциональными выходами 7 для подключения к трем потребителям (не показаны).
DCC, как система стандартов, и ее практическая реализация известна (Альманах: Введение в DCC, Часть 1, larkot_uа@mail.ru, 2011 г.), а именно, DCC - Digital Control Command (DCC) - Система цифрового управления или Канал передачи данных (Data Communication Channel, DCC) - часть коммуникационной сети, состоящая: из технических средств передачи и приема данных, включая линию связи; из средств программного обеспечения и протоколов. Основная идея DCC состоит в том, что на путь подается кодированный цифровой сигнал, который одновременно является источником тока для привода подвижного состава. Таким образом, DCC сочетает в себе цифровую сеть с прямой адресацией и систему электропитания одновременно. Первым очевидным следствием из этого является отсутствие полярности тока на рельсах. При работе системы пульт управления позволяет выбрать по уникальному номеру декодер и указать команду для передачи, станция команд транслирует это в цифровой сигнал, который передается как пакет или их последовательность на рельсовый путь, с которого и считывается адресатом-декодером, который и исполняет эту команду.
Полный перечень стандартов DCC находится по ссылке Nmra.org/standards/DCC/standards_rps/DCCStds/html.
Пример конкретного выполнения данного устройства относится к варианту независимого управления двумя пьезоприводами типа WAVE-L04S-10 (далее пьезоприводы А и В) производства шведской фирмы Piezo Motor AB при помощи команд от источника цифрового управления DCC-сигнала по проводам 5. В конкретном примере возможно осуществлять управление от командных станций производства фирм Roco, Lenz и других. Имеется три функциональных выхода 7 для возможности независимого управления тремя потребителями, например, хвостовыми огнями вагона или локомотива, подсветкой кабины и т.д. Контроллер DccPiezo может работать как совершенно самостоятельно, так и параллельно, т.е. одновременно и независимо с другими DCC-декодерами на локомотиве.
Контроллер DccPiezo рассчитан на подключение с помощью проводов 5 к источнику цифрового DCC-сигнала амплитудой до 18 В. Поддерживается «короткая» и «длинная» адресация в стандарте DCC, управление от функциональных клавиш командной станции. Обеспечивается возможность настройки принудительного включения функций в аналоговом режиме управления. Имеется возможность изменения настроек контроллера путем его программирования с командной станции с помощью стандартных команд DCC.
Входы данного контроллера DccPiezo: провода 5 - красный и черный соединяются через токосъемники вагона или локомотива с рельсами. Причем красный провод соединяется с правым по ходу движения рельсом, а черный провод - с левым.
Контроллер DccPiezo имеет три функциональных выхода 7 для возможности независимого управления тремя низковольтными слаботочными потребителями, например, хвостовыми огнями вагона или локомотива, подсветкой кабины и т.д.
Клемма 8, а именно обозначенная на плате: «5», является общим плюсом для выходов 7, а именно, «1», «2», «3». Нагрузка подключается между данной клеммой 8 и соответствующим выходом 7: в виде «1», «2», «3». Максимально допустимый ток через каждый из выходов 7, а именно «1», «2» составляет 50 мА, а выход 7, а именно «3», рассчитан на ток до 10 мА. При подключении светодиодов к функциональным выходам 7 контроллера должна соблюдаться полярность подключения и применение гасящего резистора.
Контроллер DccPiezo устанавливается в вагон или локомотив с таким расчетом, чтобы гибкие кабели пьезоприводов могли быть включены в разъемы 6 без дополнительного наращивания. При этом необходимо обеспечить также вентиляцию контроллера или достаточный теплоотвод. Кроме того, предусматривается надежная изоляция платы контроллера 4 от металлических, токопроводящих элементов кузова и от других устройств и приборов.
Разъемы 6 для подключения пьезоприводов оборудованы защелками для фиксации кабеля. Для правильного подключения их надо сначала отодвинуть от корпуса, затем вставить кабель и придвинуть к корпусу.
Один пьезопривод, например А, будет приходить в состояние «ON» (открыто), то есть левые двери будут открываться или токоприемник будет подниматься, при нажатии функциональной клавиши F11 на командной станции (на чертеже не показано). Пьезопривод, например В, будет приходить в состояние «ON», т.е. правые двери будут открываться или другой токоприемник будет подниматься, при нажатии функциональной клавиши F12 на командной станции.
Для организации производства, изготовления и применения в железнодорожном моделизме контроллер DccPiezo прошел испытания с применением проверочного стенда. По результатам испытаний, контроллер DccPiezo подготовлен к производству и эксплуатации на железнодорожных моделях типоразмеров ТТ и НО. Положительный эффект достигается путем создания набора функций, необходимых и достаточных для обеспечения качественной работы всей системы. Также достигается повышение стабильности функционирования устройств управления в конструкции подвижного состава. Необходимое функциональное и техническое многообразие определяется дополнительной возможностью программирования и перепрограммирования составных частей устройства управления. Кроме того, в конструкции устройства нашло отражение одно из главных критериев ее построения: при размещении элементов обеспечена максимальная минимизация пространства.