Module de sonorisation d'une locomotive

1.Introduction

Il est possible de générer avec un ARDUINO un son de durée maximale de 4 secondes environ. C'est peu, mais c'est suffisant pour sonoriser une locomotive de train jouet, à vapeur,diésel ou électrique.
Le module de sonorisation peut être plaçé dans un wagon derrière la locomotive. Il peut être alimenté par une pile et est alors entièrement autonome (Il peut être associé à une locomotive mécanique). Il peut aussi être alimenté par les rails.

Pour une loco vapeur, la sonorisation utilise deux séquences sonores:
- un coup d'échappement de durée 0,3 seconde qui se répète proportionnellement à la vitesse du moteur
- un sifflet de durée 2,5 secondes

Pour une loco diésel, la sonorisation utilise trois séquences sonores:
- une séquence de mise en marche du moteur qui ne se produit qu'une fois lorsqu'on alimente le module
- une séquence de bruit moteur de durée 0,3 seconde qui se répète proportionnellement à la vitesse du moteur
- un klaxon deux tons de durée 1,5 seconde

Pour une loco électrique, le module ne génére que les son du klaxon.

La création de sons avec un ARDUINO est décrite sur le site web http://highlowtech.org/?p=1963

2. Choix du module ARDUINO

Le système peut utiliser trois types d'ARDUINO:
- un ARDUINO UNO qui est le plus connu mais les dimensions sont importantes (67 x 54 mm)
Le prix est de 19,20 Euros chez TipTopBoards

- un ARDUINO NANO dont les dimensions sont plus petites ( 45 x 18 mm)
Le prix est de 17,50 Euros chez TipTopBoards

- un ARDUINO PRO MINI dont les dimensions sont vraiment très petites ( 33 x 18 mm).
Ce module est à privilégier pour l'installation dans une locomotive. Le prix est de 7,80 Euros chez TipTopBoards avec le module CP2102 qui permet de connecter l'ARDUINO au PC pour le programmer. Une fois le programme téléchargé, on peut déconnecter le module CP2102. L'inconvénient est qu'il faut souder soi-même les connecteurs sur le module ARDUINO.

Les modules que j'ai réalisé utilisent des ARDUINO NANO ou Pro Mini dont la taille est compatible avec l'installation dans un wagon.

3. Montage pour une loco vapeur avec alimentation par pile

3.1 Description du système

Le matériel nécessaire est le suivant:
- Un module Arduino
- un ampli audio LM386
- deux résistances de 10 KOhms
- une résistance de 220 Ohms
- un haut-parleur d'impédance 8 Ohms et de puissance 1 Watt
- deux interrupteurs à lames souples (ILS)
- un interrupteur
- une pile de 9V et le coupleur de pile associé

L'ampli audio LM 386 coûte moins de 4 Euros et peut être acheté chez TIPTOPBOARDS. Il faut utiliser un haut-parleur d'impédance 8 Ohms et de puissance 1 Watt.
On peut régler le volume avec un potentiomètre plaçé sur l'ampli audio.

Le signal audio est disponible sur la broche 11 de l'ARDUINO et est relié à l'entrée Vin du module LM 386

Ce montage peut être plaçé dans un wagon derrière la locomotive.
Les coups d'échappement vapeur sont produits en reliant l'entrée A0 au +5V en utilisant un ILS (ILS 1) et un aimant fixé sur un essieu.
Le sifflet ou le klaxon est déclenché en reliant l'entrée A1 au +5V par un ILS (ILS 2) fixé sous le wagon qui est activé par un aimant plaçé entre les rails.
L'aimant qui déclenche le klaxon doit être plaçé entre les rails n'importe où sur le réseau, par exemple à l'entrée d'une gare. On peut même placer plusieurs aimants sur le réseau.

Le schéma du montage est donné sur la figure ci-dessous.



3.2 Photos du montage réalisé

La photo ci-dessous montre les composants installés dans un wagon HORNBY.



La photo suivante montre les ILS installés sous le wagon.



Enfin, la photo ci-dessous montre le wagon attelé à une petite loco vapeur mécanique HORNBY.



4. Montage pour une loco (vapeur ou diesel) avec alimentation par les rails

Dans ce cas le système de sonorisation est constitué de deux modules:
- un module d'alimentation
- un module de sonorisation

4.1 Module d'alimentation

Ce module est constitué des éléments suivants:
- un redresseur qui reçoit la tension des rails et dévivre une tension continue
- un condensateur de filtrage
- un régulateur 7809 qui délivre une tension de 9 Volts à condition que la tension sur les rails soit supérieure à 10 Volts environ.
- une résistance de 22 KOhms (sortie C1)

Le schéma du montage est donné sur la figure ci-dessous.



4.2 Module de sonorisation

Ce module est constitué des éléments suivants:
- Un module Arduino
- un ampli audio LM386
- un potentiomètre linéaire de 10 KOhms
- une résistance de 10 KOhms
- une résistance de 220 Ohms
- un haut-parleur d'impédance 8 Ohms et de puissance 1 Watt
- un interrupteur à lames souples (ILS)
- un interrupteur

Le sifflet ou le klaxon est déclenché en reliant l'entrée A1 au +5V par un ILS (ILS 2) fixé sous le wagon qui est activé par un aimant plaçé entre les rails.
Pour une loco vapeur, l'espacement entre les coups d'échappement diminue en fonction de la tension d'alimentation des rails. Le potentiomètre permet de régler cet espacement.

Pour une loco diesel, il y a 3 bruits possibles pour le moteur en fonction de la tension d'alimentation des rails:
- moteur au ralenti lorsque la loco est à l'arrêt
- moteur à vitesse lente
- moteur à vitesse rapide.
Le potentiomètre permet de régler la tension d'activation du bruit de moteur à vitesse lente.

L'interrupteur permet de couper le bruit moteur, seul le klaxon est actif.

Le schéma du montage est donné sur la figure ci-dessous.



4.3 Photos du montage réalisé

La photo ci-dessous montre les deux modules qui peuvent être insérés dans un wagon derrière la locomotive



5.Télécharger les programmes pour l'ARDUINO

Vous pouvez télécharger le dossier intitulé bruitage_loco_arduino en cliquant ici.
Ce dossier contient:
- un dossier intitulé PCM à placer dans le dossier librairies du logiciel ARDUINO
- le programme ARDUINO intitulé "bruitage_loco_vapeur_v1" qui génère le son d'une loco vapeur avec alimentation par pile
- le programme ARDUINO intitulé "bruitage_loco_vapeur_v2" qui génère le son d'une loco vapeur avec alimentation par les rails
- le programme ARDUINO intitulé "bruitage_loco_diesel" qui génère le son d'une loco diésel avec alimentation par les rails
- le programme ARDUINO intitulé "bruitage_loco_electrique" qui génère le klaxon d'une loco électrique CC 40100

6. Ecouter les sons

Vous pouvez écouter les sons produits par le module pour loco vapeur réalisé avec le premier montage sans ampli audio sur la vidéo ci-dessous.



Et voici le son pourloco diésel.



7. Vidéo

La vidéo ci-dessous montre les résultats obtenus avec le module de sonorisation avec alimentation par pile pour une petite loco vapeur mécanique 020 HORNBY et pour un locotracteur Y9100 MERKUR.



8. Télécommande par radio

Une alternative à l'utilisation d'aimants et d'ILS pour actionner le sifflet ou le klaxon est d'employer une télécommande par radio.
J'ai utilisé un système à 433 MHz compatible avec l'ARDUINO et très peu cher: 4,80 Euros pour un émetteur et un récepteur chez TIPTOPBOARDS.

On trouvera une description de la mise en oeuvre de ces composants en cliquant ici.

8.1 Emetteur

L'émetteur permet de commander le klaxon ou le sifflet de 4 trains différents. Il est constitué par les composants ci-dessous:
- une pile 9 Volts
- un bouton poussoir
- un potentiomètre qui permet de sélectionner le train
- un module émetteur 433 MHz
- un ARDUINO Pro Mini

Le schéma est représenté ci-dessous:



Le potentiomètre permet de choisir le train qui va siffler ou klaxonner.
Lorque l'on presse le bouton poussoir, l'ARDUINO envoie un nombre compris entre 1 et 4 suivant le train sélectionné.

La photo ci-dessous montre l'émetteur réalisé.



8.2 Module de réception

Le schéma d'un module de réception est donné sur la figure ci-dessous. Il faut un module par train. Dans chaque module l'ARDUINO est programmé pour recevoir le code correspondant au train sélectionné (1 à 4).



Lorsque le code correspondant au train sélectionné est reçu, la sortie 13 de l'ARDUINO passe au niveau haut (+5V), ce qui déclenche le sifflet ou le klaxon du module bruiteur auquel le module de réception est connecté.

La photo ci-dessous montre un module de réception.



8.3 Téléchargement des programmes ARDUINO

Vous pouvez télécharger le dossier intitulé programme_433_mhz en cliquant ici.
Ce dossier contient:
- un dossier intitulé VirtualWire à placer dans le dossier librairies du logiciel ARDUINO
- le programme ARDUINO pour l'émetteur
- le programme ARDUINO pour la réception du code 1 (à modifier pour la réception des codes 2, 3 et 4)


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