DCC transmis par radio

Cette rubrique concerne surtout le train de jardin. Le nettoyage des rails est une opération longue et fastidieuse et il est intéressant de piloter les trains par radio en insérant une batterie et les équipements radio dans la locomotive ou dans un wagon situé derrière la locomotive.

On utilise généralement des systèmes radio identiques à ceux des voitures ou avions radio-commandés. Ces systèmes fonctionnent bien mais ne permettent pas de sonoriser les locos et la commande de plusieurs locos sur le même circuit n'est pas simple. Il faut une radio-commande par loco.

Aussi je me suis posé la question de savoir s'il était possible de transmettre le signal DCC par radio afin de pouvoir disposer de tous les avantages du DCC (sonorisation, pilotage de plusieurs locos) sans transmettre le signal par les rails. Et bien, la réponse est oui. C'est possible avec un coût raisonnable, environ 100 Euros pour le système radio et les batteries à ajouter au prix du décodeur DCC.

1. Description du système

Le système réalisé utilise des composants prévus pour la transmission d'un signal audio. En effet, un signal DCC utilise une fréquence de 8 KHz pour la transmission des bits à 1 et le spectre du signal est compris dans celui d'un signal audio (20 HZ - 20 KHZ). Il est donc possible d'utiliser des équipements audio pour transmettre un signal DCC. Par exemple, il a déjà été montré que l'on peut utiliser un ampli audio comme booster DCC.

Pour la transmission par radio, on trouve dans le commerce des modules permettant de transmettre un signal audio aux fréquences de 433 MHz et de 2,4 GHz. Pour les premiers essais, j'ai choisi des modules AUREL à 433 MHZ que je possédais déjà et qui étaient utilisés pour sonoriser les locos avant passage au DCC.

2. Emetteur DCC radio

L'émetteur est constitué par un module radio AUREL à 433 MHz dénommé " TX FM AUDIO". Ce module alimenté en 9 Volts reçoit un signal audio d'environ 200 mV en entrée et délivre la porteuse modulée en FM. Ce module est disponible chez CONRAD au prix de 25 Euros. Il faut ajouter une petite antenne à 433 MHz. Il faut évidemment insérer un atténuateur à résistances entre le booster DCC et l'entrée du module AUREL. On peut utiliser n'importe quel booster DCC du commerce ou générer le signal DCC sur l'interface parallèle d'un PC.

Pour les premiers essais, j'ai testé les deux solutions suivantes pour générer le signal DCC

- création du signal DCC par le PC sur l'interface parallèle.

- utilisation d'un module SPROG 2 interfacé en USB avec le PC.

La première solution est moins chère mais sera bientôt obsolète puisque les nouveaux PC ne disposent plus d'interface parallèle.

Le montage réalisé pour la première solution est représenté sur la figure ci-dessous.



Le montage réalisé pour la deuxième solution avec le SPROG 2 est représenté sur la figure ci-dessous.



On peut commander les trains en utilisant le clavier et la souris du PC, mais il est aussi possible d'utiliser une manette de jeu sans fil qui permet de suivre les trains sur le réseau. Alors tout se passe par radio. Le PC sert de relais entre la manette de commande sans fil et les trains. La manette permet de piloter plusieurs trains. Le nombre de trains sur le réseau n'est pas limité puisque le signal DCC radio est reçu en même temps par tous les trains.

Le schéma de l'émetteur réalisé pour le SROG II est donné sur la figure ci-dessous.



Le signal qui doit être appliqué à l'amplificateur 2 du module émetteur AUREL TX-FM audio est de 2 volts crête à crête soit environ 0,7 Volt eff. Comme le SPROG II délivre un signal d'environ 12 Volts eff, il faut une atténuation de 12/0.7 = 17. L'atténuateur que j'utilise est constitué par une résistance de 22K en série entre le SPROG et le module AUREL et une résistance de 1,5K entre l'entrée 7 du module AUREL et la masse. L'alimentation du module AUREL est fournie par le signal DCC à l'aide d'une diode et d'un condensateur chimique.
Pour les premiers essais, je vous conseille de monter l'émetteur sur une plaquette d'essais comme montré sur la photo ci-dessous.



Vous pouvez voir ci-dessous une photo de l'émetteur plaçé dans un boitier avec l'antenne 433 MHz.



3. Réception DCC radio

3.1 description du système

La locomotive doit pouvoir circuler en DCC fourni soit par les rails soit par radio. Le choix est effectué par un commutateur placé sous la machine.
En conséquence, le décodeur DCC et le haut-parleur sont installés dans la locomotive.

Les autres équipements qui ne sont utilisés que pour la radio sont plaçés dans un wagon qui fournit le signal DCC à la locomotive.

Ces équipements comprennent:
- un récepteur radio FM à 433 MHz de marque AUREL intitulé "RX FM AUDIO"
- un booster DCC qui amplifie le signal fourni par le récepteur.
- l'alimentation qui est fournie par deux batteries Li-ON de Canon (ref BP 511) ayant une tension de 7,4 Volts chacune.
- un fusible de protection des batteries (les batteries Li-On ne doivent jamais être mises en court-circuit car elles peuvent s'enflammer et exploser)
- un régulateur de tension qui fournit la tension de 3 Volts au récepteur radio.

La figure ci-dessous montre l'interconnexion des équipements à installer dans un wagon.



3.2 Choix des batteries

Mon choix s'est porté sur des batteries Li-On pour camescope. Elles présentent un bon rapport entre énergie fournie et poids.
Chaque batterie Canon BP-511 a les caractéristiques suivantes:
Capacité: 1500 mAh
Tension: 7.4 V
Longueur: 55 mm
Hauteur: 21 mm
Largeur: 38 mm
Poids: 76 g
Cette batterie est disponible chez aboutbatteries.com au prix de 15 Euros. Il faut aussi disposer d'un chargeur (prix 28 Euros).

3.3 Description du booster

3.3.1 Un peu de technique

Le booster doit fournir une tension minimale de 10 Volts efficaces au décodeur DCC, ce qui correspond à une tension de 28 volts crête à crête. Avec un booster classique utilisant un seul ampli opérationnel, il faut donc disposer d'une alim de 28 volts ou 2 alims de 14 volts.

L'utilisation d'un montage en pont avec deux amplis permet de diviser par 2 la tension d'alimentation. On peut alors utiliser 2 alims de 7 volts seulement. Le principe est illustré par la figure cidessous.



Les deux amplificateurs A1 et A2 identiques sont connectés en configuration de pont. Si un seul amplificateur est capable de produire ± 10 V par rapport à la masse (20 Vp-p),le second amplificateur va afficher le même signal, mais inversé. Si la charge est connectée entre les sorties des deux amplificateurs (au lieu d'une liaison entre une sortie et la masse), on peut obtenir jusqu'à 10 V - (-10 V) = ± 20 V (ou 40 V crête à crête) totale, qui est le double de ce que chaque amplificateur individuel peut fournir.

3.3.2 Description du booster réalisé

Le booster que j'ai réalisé utilise le principe décrit ci-dessus. Il comporte deux amplis constitués par un comparateur LM311 suivi par des transistors de puissance. Le schéma de principe est donné sur la figure ci-dessous.Les transistors utilisés sont les suivants:
Q1: BC337
Q2: BD243C
Q3: BC327
Q4: BD244C



Le booster a été cablé sur un circuit imprimé acheté chez CONRAD (ref 527700-62 ) de dimensions 50 x 110 mm . Vous pouvez voir ci-dessous une photo du circuit réalisé.



Avec une alimentation par 2 batteries Li-On de 7.5 Volts, le circuit fournit un signal DCC de 12 Volts efficaces.

3.3.2 Utilisation d'un ampli audio comme booster

Il est tout à fait possible d'utiliser un ampli audio comme booster à condition que l'ampli utilise un montage "en pont". Pour fournir une tension de sortie de 12 Veff au décodeur DCC, l'ampli audio utilisé comme booster doit donc pouvoir fournir dans une charge de 8 Ohms une puissance de 18 Watts (P = V2/R).

J'ai testé deux amplis qui ont donné satisfaction et peuvent être utilisés comme booster DCC.

Booster réalisé à partir d'un ampli audio TDA 7240.

Le circuit TDA 7240 est un ampli en pont qui permet de délivrer une puissance de 20 Watts dans 8 Ohms avec une alimentation de 15 Volts.
Le schéma à réaliser est donné sur la figure ci-dessous.



On peut réaliser soi-même un circuit imprimé mais on peut aussi acheter le kit µP 12 chez Microprocessor au prix de 14 Euros.
Ce kit est un ampli audio complet avec préampli. Il n'est pas nécessaire de cabler le kit complet. Il suffit de cabler le TDA 7240 ainsi que les composants décrits sur la figure ci-dessus. Il ne faut pas oublier de fixer le TDA 7240 sur un radiateur.

La figure ci-dessous montre le schéma du récepteur radio et de l'ampli audio connectés ensemble



La figure ci-dessous montre une photo du récepteur radio et de l'ampli audio connectés ensemble. Les dimensions réduites (70x40x40 mm) permettent de l'insérer sans problème dans un wagon à l'échelle IIm ou O.



Avec une alimentation de 15 Volts, le circuit permet de fournir une tension de 12 Volts efficaces à un décodeur DCC. Le courant maximal est d'environ 1 A.

La figure ci-dessous montre le cablage des composants sur le circuit imprimé du kit µP12 avec les connexions au récepteur radio AUREL TX-FM.



La nomenclature des composants à souder sur le circuit imprimé est la suivante.



Booster réalisé à partir d'un ampli KEMO.

Le circuit précédent marche très bien, mais le courant maximal est limité à 1 A environ. Certaines locomotives nécessitent un courant supérieur, jusqu'à 2A. J'ai donc cherché un ampli compatible avec cette exigence.
Mon choix s'est porté sur un ampli KEMO 40 W universal [M034] acheté chez CONRAD qui peut fournir une puissance de 40 Watts dans une charge de 4 Ohms. Ses dimensions (69 x 35 x 23 mm) permettent de l'insérer facilement dans un wagon à l'échelle IIm.



Cet ampli nécessite une tension d'entrée supérieure à 200 mVeff. Or le module Aurel ne délivre que 100 mV. Il est donc nécessaire de placer un préampli entre le module Aurel et l'ampli. Ce préampli est très simple. Il est constitué par un transistor BC 337, 2 résistances et un condensateur. Le schéma complet du récepteur est donné sur la figure ci-dessous.



4. Liste des composants

Vous pouvez télécharger la liste des composants ainsi que les fournisseurs et les prix en cliquant ici.

5. Les premiers essais avec un autorail Billard à l'échelle IIm

Les premiers essais ont été effectués avec un autorail Billard à l'échelle IIm qui était déjà équipé en DCC avec un décodeur ESU Loksound XL. La seule modification sur l'autorail a consisté à installer une prise de courant pour la réception du signal DCC et un interrupteur qui permet de choisir la prise de courant par les rails ou par radio.

Les équipements radio ont été installés dans une remorque messagerie comme on peut le voir sur la photo ci-dessous.



On peut voir à gauche les 2 batteries Li-On ainsi que le fusible. A droite, on voit le récepteur radio AUREL à 433 MHz. Le booster est plaçé sous le carton noir à droite.

Voici une photo de la remorque messagerie.



Et une photo de l'autorail attelé à la remorque.



La photo ci-dessous montre l'émetteur radio à 433 MHz et l'antenne.



Les premiers tests ont été faits sur une voie d'essai dans le grenier comme on peut le voir sur la vidéo ci-dessous.

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Pour télécharger la vidéo, cliquez ici.

Et voici une petite vidéo qui montre les essais sur le réseau du jardin dont les rails n'ont pas été nettoyés depuis l'an dernier.

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Pour télécharger la vidéo, cliquez ici.

Ces premiers tests sont encourageants. Tout se passe bien. La portée radio est supérieure à 30 mètres, ce qui est suffisant pour mon réseau. Il reste à équiper d'autres matériels.

6. Application à l'échelle zéro

Le système DCC radio a été installé dans une loco diesel BB67001 JMG associée à un fourgon vapeur JMG. Les équipements radio (batteries, récepteur radio et ampli audio) ont été installés dans le fourgon vapeur comme on peut le voir sur les figures ci-dessous.





Le décodeur DCC ESU Loksound XL et le haut-parleur sont plaçés dans la BB67001.
La photo ci-dessous montre la loco attelée au fourgon.



La vidéo ci-dessous montre la loco en circulation sur le réseau modulaire à l'échelle zéro.

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Pour télécharger la vidéo, cliquez ici.

7. Consommation et autonomie

Les batteries LiOn ont une capacité de 1,5 Ah, ce qui signifie qu'elles peuvent fournir un courant de 1,5 A pendant 1 heure ou de 0,75 A pendant 2 heures ou de 0,375 A pendant 4 heures.

L'ampli KEMO de 40 W consomme à vide un courant d'environ 0,6 A et en charge on va dépasser largement 1 A, ce qui va limiter sérieusement l'autonomie.
Il faut privilégier l'ampli MICROPROCESSOR µP12 qui ne consomme à vide que 0,25 A.

Voici les consommations mesurées avec un autorail DeDion équipé du matériel suivant:
- 1 moteur LGB
- décodeur ESU Loksound XL V4
- Haut Parleur de 4 Ohms, puissance 3 W
- éclairage avec un phare AV et deux lampes intérieures
- ampli MICROPROCESSOR µP12

consommation à vide: 0,25 A
consommation avec l'éclairage seul: 0,53 A
consommation avec le son seul: 0,34 A
consommation avec éclairage et son: 0,63 A
consommation du moteur seul : 0,4 A
consommation avec moteur en marche, éclairage et son: 1 A
consommation avec moteur en marche et son, sans éclairage: 0,6 A

On voit que sans utiliser l'éclairage, l'autonomie sera supérieure à 2 heures.

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