ターンテーブル用デコーダの製作

TOMIX 1621 TCS電動ターンテーブル N-AT212-15 用の DCC アクセサリデコーダを製作しました。DCC を導入して TCS が使えなくなっていたのですが、やっぱりターンテーブルが欲しいので解析して DCC 対応にしました。

製作したデコーダはポイント用デコーダに見えるように作ってあり、コマンドステーションのポイント転換の直線（または分岐）ボタンを押すと、ターンテーブルが時計回り（または反時計回り）に15°回転します。ターンテーブルはリバース区間になるので、リバースに関する制御は製作したデコーダでは行わず、Digitrax AR1 等のオートリバーサに任せることにしました。現在の実装では15°毎に一旦停止し、連続した回転はできません。これはプログラム側の問題なので、今後、改良するかもしれません。

基板は下の写真の通りです。

右上の青い端子は線路電源を接続します。左上の 2組の青い端子は、オートリバーサを接続するための端子です。左下のボックスコネクタはターンテーブル本体を接続します。ターンテーブルのフラットケーブルついていたコネクタは、ユニバーサル基板と相性が悪いので、ヘッダソケットに付け替えています。フォトカプラの下のピンは、プログラムモードにするためのジャンパです。

回路図はまだ描いていません (汗)

需要が多いようでしたら回路図とプログラムを公開します。公開希望の方は、コメントを付けてください。

アクセサリデコーダの製作 その３

昨日、まとまった時間がとれたので、一気に完成させました。回路は前回から少し変わっています。

Lemaco のスローアクションポイントマシンは、ポイントのてこを動かすパーツをモーターでスライドします。一定距離動いた後、マシン内部のスイッチを押す構造になっていて、物理的に電源が切れるようになっています。ですので、正常動作しているうちは、電流は流しっぱなしでよいのですが、マシンの不調で転換途中で停止した場合は、モーターを焼損する可能性があります。そこで、モーターの BEMF 電圧を監視して、モーターが停止した場合は電流を止める機能を追加しました。また、ポイントの開通方向が分からないので、既に開通済みの方向へ再度転換しようとした場合 (つまりモーターが回らない場合) も、電流を止める機能を追加しました。念には念を入れて、タイムアウトによる強制断の機能もあります。

回路図には調整箇所が 2箇所 (VR1, VR2) あって、実際に使うには結構面倒です。まず、VR2 で、ポイントマシンにかける電圧を決めます。転換速度に影響するので、お好みで C2 の電圧が +8.5 〜 12V 程度になるように調整します。次に、ポイントマシンを動作させ、 PIC の RA1 (18pin) と GND (5pin) 間の電圧を、モーターが回転中に測ります。この電圧より、やや高い (+0.2V 程度) 電圧が PIC の RA2 (1pin) とGND (5pin) 間に印加されるように、VR1 を調整します。VR1 の調整はシビアなので、高回転型の可変抵抗器が必要です。こういうのはダメです。

ソフトウェア的には、タイムアウトの時間などを少し調整する必要があります。ポイントマシンの個体差に起因するので、この辺が限界です。nucky さんが作成したプログラムには、DCCパケットの受信のために、PIC マイコンの動作速度の誤差を吸収するパラメタがあるのですが、私の作成したものは、あらかじめ誤差を考慮の上で受信するので、こちらは調整不要です。

実際に使う上では、ややハードルが高いように思います。ソフトウェアは要望が多ければ公開します。BEMF なしバージョン (時間管理のみ) ならば、割と簡単に使えるかもしれません。

アクセサリデコーダの製作 その２

先日から作っているアクセサリデコーダは、プログラムが大方済み、ハードも固まってきました。一応回路図は公開しますが、モータードライバの TA7257P が生産中止なので、今からでは入手困難かもしれません。プログラムは、nucky さんのものをベースに作っていたのですが、気がついたらほぼすべての箇所を全面的に書き直して、nucky さんのコードは跡形もなくなってしまいました (汗) 。

nucky さんの掲示板で議論になっている、フォトカプラまわりの定数 (上の回路図で言うと、R1 と R2) ですが、私の回路では、どちらも 1kΩを採用しています※。理由は、TLP521 のデータシートを見ると、入力側の LED は 5V 2mA 程度流した状態で点灯するまで 2μS 、出力側は 1.9kΩのプルアップ抵抗使用時に、フォトトランジスタがオフになるまでに 25μS 程度の遅延が生じるとのことなので、手持ちの抵抗器の中から、これに準じた値で選んでいます。ちなみに R2 は 4.7kΩや 2.2kΩではだめでした。掲示板では 680Ωがよいのではないか、という結論になっていますが、データシートの遅延値を信用するに、そこまで電流を流す必要はないように思います。ただし、この定数は、私が書いたプログラムを使った場合なので、nucky さんのプログラムで動くかどうかは分かりません。

※ 正確には R1 は 1/4W 2.2kΩ を 2本並列にした合成抵抗で、およそ 1.1kΩ です。これで 22V 程度を流すコマンドステーションを使った場合、抵抗器 1本当たり、0.01mA × 22V = 0.22W で 1/4W をクリアできます。

ピンが余ったので、逆起電圧の検知によるポイント転換中／完了検知を行おうとしています。これは、回路・プログラムともまだ作っていません。連休中にやろうと思います。

アクセサリデコーダの製作

nucky さんのアクセサリデコーダを参考に、Lemaco スローアクションポイントマシン用のデコーダを作りました。まだハードだけで、ソフトはこれから作ります。

我が家のレイアウトに合わせて、色々変えました。かゆいところに手が届く、これが自作する最大の強みです。

• Lemaco の スローアクションポイントマシン用にしました。ソレノイドに大電流を流すための、大容量電解コンデンサは不要です。
• 6基のポイントマシンを制御できるようにしました。このために、18pin の PIC16F628 を採用しています。まだ 2pin 余っているので、最大 7基までコントロールできるはずです。
• ポイントマシンにかける電圧を (写真手前の可変抵抗器で) 調整可能にしました。DS52 では、線路電源を整流しただけの 13V (DCS50K の場合) がもろに流れていたので、定格を 1V オーバーしていました。モーターの動きも速く、音もうるさかったです。作例では、8.5V くらいまで落としています。
• 不安な箇所の定数を変更。線路電源の LED がほんのり暖かくなっていたので、nucky さんの回路図で言うと、R1 を 680Ω から 1kΩにしました。この箇所の電圧はコマンドステーションによって変わるので、複数のコマンドステーションにつなぐ可能性のある場合は、低電流ダイオードにしないと LED が壊れるかもしれません。ちょっと高くなりますが、安全には代えられません。
• 不要なLEDは省略しました。
• DS52 と Lemaco のスローアクションポイントマシンの組み合わせで発生する、線路電源を ON にした瞬間にポイントが動くことがある仕様を修正しました。ポイント数が少ないときは、それほど問題になりませんが、数が多くなるとコマンドステーションの定格最大電流を超えてしまう可能性があります。

DS52を置き換える目的で作成しました。DS52 3つを、1つの基板で置き換えています。大きな電解コンデンサが不要になるので、サイズが小さくなり、DS52 運用上の問題点を解消しています。

Ｂトレと大きさを比べると、こんなです。このサイズに収めるのは、ちょっと無理矢理な感じですが…。

Loconet アダプタ (USB 版) の製作

Loconet アダプタを作りました。Nucky さんのサイトで紹介されている回路図を元に作っています。

今回の製作では、オペアンプは LM358 を使っています。LM393 よりは入手が容易ではないかと思います。ピン配置は同じなので、回路図的には変更はありません。ジャンパの代わりに 0Ω抵抗器を多用しています。なお、パイロットランプ等の LED は省略しています。

Nucky さんの作例では、ローゼットの中に組み込んでいますが、私は DCS50K の空いているスペースに入れました。ローゼットの中に組み込むよりはスペースに余裕があるので、製作は楽だと思います。DCS50K を加工しないといけないですが…。

パソコンからは、列車の制御ではなく、主にポイント制御をしようと思います。

末筆ですが、先人たちの英知に感謝いたします。

鉄コレ制御器を DCC コントローラに改造する③

鉄コレ制御器の基板からも不要な部品を取り除きます。速度調整用の可変抵抗器と、進行方向切り替え用のスイッチを残して、すべての部品を取り外します。その後、残っている可変抵抗器とスイッチ周辺の基板をパターンカットし、独立した部品として使えるようにします。

次は、UT4と鉄コレ制御器をつないでいきます。写真のように、可変抵抗器とスイッチから、コードをそれぞれ３本ずつ引き出します。

まずは、方向制御用のスイッチを結線しましょう。鉄コレのスイッチ (8pin) と、UT4 の 3方向スイッチの対応は、写真左下の回路図の通りです。回路図右の 8pin の並びは、鉄コレの基板をハンダ面から見た時のスイッチの足の配置と同じです。

鉄コレ制御器を DCC スロットルに改造する②

鉄コレ制御器を DCC スロットルに改造するための手順です。まずは、Digitrax UT4 から基板を取り出し、不要な部品を外します。

UT4 の基板です。速度調整用の可変抵抗器、進行方向を切り替えるスイッチは鉄コレ制御器のものを使うので取り外します。デコーダ ID 設定用のロータリーエンコーダは、IC ソケットでかさ上げしてあるため、このままでは鉄コレ制御器の筐体の中に入りません。IC ソケットを取り除き、ロータリーエンコーダを基板に直付けし直します。

なお、写真では、ファンクションスイッチのゴムボタンのパーツを外してありますが、外す必要はありません。

裏側 (ハンダ面) です。LED 2本を取り除きます。この後の写真では、この LED を付けたまま作業しているものがありますが、この段階で外してしまってかまいません。

部品を外し終わりました。

鉄コレ制御器を DCC スロットルに改造する

半年近く放置していた鉄コレの制御器の続編です。鉄コレ制御器を DCC スロットルとして使えないかな〜、と思って買ったのですが、ようやく実現しました。写真のとおり、内部に Digitrax UT4 を仕込んであります。洒落っ気がない、鉄道っぽさがないと言われている DCC スロットルも、これで楽しく使えます。

電池ボックスのフタを開けると、内部の基板にアクセスできます。DCC のデコーダの ID を設定するときは、フタを開けて操作します。

製作記事は順次公開していきます。

鉄コレ制御器

鉄コレ制御器を買ってきました。思ったより…です。ノッチの刻みはなく、普通にスライドするだけのパワーパックです。ブレーキハンドル側も作ってほしいです。

早速バラします。電池ボックスのフタを外すと 4本のネジがありますので、それを外すと、ライトグリーンの部分とゴールドの部分に分離できます。

中途半端な状態で写真を撮ってしまいました。基板を固定するネジが 3本しかないのは、1本私が外したからです。TOMYTEC の製造ミスではありません。電池ボックスへは、赤と青のコード、レールには茶色のコードです。基板を外すには、ネジ 4本を外して、ますコンレバーを引き抜きます。

基板を外したところです。マスコンの可変抵抗器に連動してスライドする黒いパーツがあります。これが赤いコードがつながっているスイッチを動かすようになっていて、マスコンを OFF の位置にすると、電源が切れます。

基板です。真面目に解析したわけではないですが、右から方向切り替え用のスライドスイッチ、マスコン用の可変抵抗器 (500ΩB, 使用領域は 0〜130Ω)、電流制限用の抵抗器 (110Ω, 青い抵抗器) 、LED 用の電流制限用の抵抗器 (470Ω, 小さい抵抗器) 、逆電流防止用のダイオード、パイロットランプの LED 、さらに基板のハンダ面に PTC サーミスタ (過熱時の保護用) が取り付けられています、といったところでしょう。改造するには、この程度の情報で十分です。

デコーダ搭載方法の変更

DE10/15用の動力の、デコーダ搭載方法を変更してみました。DZ123のビニール被服を剥ぎ取って、動力ユニットの内部に収納しました。動力ユニットの上に出ているのは、前照灯用の配線です。前照灯には、電球色の LED 3DL-3N4KW を使用しています。

今回のモチベーションは二つあります。一つ目は補重スペースの確保です。「補重は集電性能に影響なし」という結論を得て以来、補重を軽視していました。しかし、牽引性能に不満があることから、補重する方針に変更しました。二つ目は見た目の問題で、DE10/15ではDZ123の厚みのため、どうしても腰高になってしまう点を改善するためです。

改造のポイントは、Ｂトレ動力の基板の固定方法です。この基板は集電バネを抑える役割があるので、これを省略すると厄介な問題が残ります。DE10/15のボディの制約上、基板を固定しているプラ部品が邪魔になりますので、すっぱり切り落とし、代わりに基板をビス止めしています (下の写真、ビスが見えます) 。ビスは下部に突き出てしまいますので、床下機器を取り付けてごまかします。

DZ123はビニール被服を剥ぎ取り、両面テープ等で動力ユニットの天板に固定します。モーターとギアを結ぶ推進軸をつないでいる黒いビニールの部品 (わかります？ 写真では、抵抗器の左下、ビスの左にある黒い部品) がビスと干渉するので、動力伝達に影響のない範囲で少々カットします。

前照灯のLEDについてです。3DL-3N4KW は 2.9V ～ 3.5V 20mA が定格です。DZ123の COMMON (青) と 1エンド方ライト (黄) 間で実測したところ、12～13V で変動していました。680Ω程度の抵抗器を入れれば良さそうですが、680Ωでは LED からの発熱が多いようなので、1kΩを採用しました。これでもかなりまぶしいです。しかし、光誘導用の透明プラを通って、前照灯として見えるまでには、かなり減衰するようで、十分な光量は得られていません。LED のマウント方式を含めて、再検討したいと思います。

ジャンプ制御を体験

ひょんなことから、直流二線式のパワーパックが手元にあったので、DCS50K のジャンプ制御を使ってみました。上の写真は左から増設用スロットル UT4 、コマンドステーション DCS50K 、そして ZJゲージ用パワーパックの CZP-01 です。これだけあると、3台の列車を個別に運転できます。

一応、おさらいです。ジャンプ制御とは、DCC コマンドステーション DCS50K 独自の機能であり、直流二線式のパワーパックを DCC の増設スロットルのように使えるというものです。この機能は、これまで直流二線式で楽しんでいたユーザをスムーズに DCC に移行させるものとして、なかなかおもしろいアイデアであると思います。

付属の JUMP 制御用ケーブルを使って、ZJゲージ用パワーパックの CZP-01 を JUMP 制御端子に接続します。次に、JUMP ボタン、LOCO ボタンを順に押し、CZP-01 で動かす列車の ID を指定します。これだけで動きます。簡単です。

で、普通に走るんですが、いくつか問題があります。

• CZP-01 の電圧を最低レベルにしても、車両のモーターはブブブブ…と動き続けている
• ライトやホイッスルなど、DCC独自のギミックが制御できない

本格的に DCC を楽しむには、やはりスロットルを買わないといけないですねぇ。増設用スロットルがもうちょっと、鉄道っぽいデザインになるといいんですけどね。

ポイント制御

久しぶりにレイアウトの話です。本レイアウトでは、レールには PECO、ポイントマシンには LEMACO のスロースイッチングを使っており、適合するポイント用デコーダは DS52 になります。ここのところ DS52 は品薄で入手困難だったのですが、ようやく必要数が揃いましたので、さっそく取り付けました。

当レイアウトには、ポイントが 6ヵ所 (各図の 11イ、11ロ、21イ、21ロ、22および23) あります。安全側線のポイントは固定でもいいのですが、せっかくなので 6カ所すべて動かすことにします。ポイントマシンは全部で 6個、DS52 は 1個で 2回路持っているので 3個必要になります。11イと11ロおよび21イと22ロは渡り線なので、同時に動かすことを念頭においています。

上図（DS52を2個で済まそうプラン）のように、これらのポイントをそれぞれ組にしてポイントマシンを並列に配線すると、DS52 は 2個で足りるのではないかという気がするのですが、結論から言うと、これはだめでした。並列接続では、ポイントマシンのモーターを動かした時の電圧降下が著しく、定格の 6V を下回ってしまうためポイントマシンの動作不良が頻発します。この問題は定電圧回路などを挿入すれば解決するかもしれませんが、配線がややこしくなるのでやめました。

次に、上図（DS52 を 3個使って安直に配線したプラン）のような配線＆アドレス設定を試してみました。DS52 の肩に書いてある赤い数字が DS52 の各回路アドレスです。定格を下回るような電圧降下なども発生せず、安定して動作するようになりました。しかし、11イと11ロを切り替えるのに、11イ反位、11ロ反位という具合に、二回続けて操作をしなければならないのは面倒ですし、操作を失念すれば脱線などの危険性もあります。11イと11ロは一回のポイント操作で切り替わってほしいと思うのが自然です。

最終的な配線＆アドレス設定は上図（DS52 を 3個使って、渡り線のポイントを同時転換可能なプラン）の通りです。左の DS52 から11イ、真ん中の DS52 から 11ロと配線されているのはちょっと変則的な感じがします。DS52 のアドレス設定の都合上、2回路とも同じアドレスに設定するのはできないようです。そこで、左側と真ん中の DS52 のアドレスの割り当てを工夫し、それぞれ第一回路のアドレスを 11、第二回路を 21に設定して、この問題を回避しています。これならスロットルから 11のポイントを操作する指令を出すと、2つの DS52 が作動し、 11イと11ロが同時に切り替わります。

なお、各図の配線の記法は模式的なもので、実際には DS52 の回路とポイントマシンの間には、2本ずつ配線が必要になり、それらの極性も関係します。念のために注記しておきます。

DCCデコーダ試験編成

メーカーによると、DCCのデコーダは単体で動作試験をしてから取り付けるもの、だそうです。メーカー推奨の方法はミノムシクリップを使う方法です。レールからクリップで線路電源を取りデコーダにクリップで接続、さらにデコーダとモーターをクリップでつなぎます。早速この方法で試してみたのですが、正常なのかどうかイマイチよくわかりません。不安になったので、実際に使うのと同じ環境でテストしてみようと、デコーダをハンダ付けせずに搭載し、試験走行できる編成を作成しました。

メーカー推奨の方法で動作試験をした際の問題点は、二つあります。一つ目は、モーターや車輪が空回りするだけなので、実際にどの程度の速度で走るのかさっぱりわからないこと。二つ目は、テスト中にプログラムしてみても、レジスタ (CV) の値が正常に読み出せないことです (希に読み出せることもある) 。モーターを回転させてみても、加速率・減速率・最大速度などがちゃんと設定されているのか、不安になるような回転です。

そこで、余っている床板にターミナルを打ち込んで配線し、写真のような編成を仕立てました。一番右の車両が集電と動力担当、他の車両はデコーダを取り付けるためのターミナルを装備しています。ネジ式のターミナルなので、頭の部分をくるくる回してデコーダのケーブルを固定します。赤い端子にはモーターへの出力（灰・橙）、黒い端子には線路電源（赤・黒）、白と黄色の端子は残りのケーブルを接続します。白と黄色の端子は現在はダミーで配線されていませんが、デコーダのケーブルを宙ぶらりんにしておくと、走行中の振動でショートする可能性があるので、それを防ぐために設けています。ターミナルの色をデコーダのケーブルと同じ色にできればよかったのですが、残念ながら７色手に入らなかったので、このような配色にしています。

走行させるので、建築限界を支障しないように配線を束ね、デコーダをターミナルの間に挟みます。いざ走行…させてみると、ものすごいスピードで周回します。あれ？　最高速度の設定が全然効いてない。おかしいな…。プログラムしてみると、レジスタの値は正常に読み書きできます。一歩前進。ぱちぱち。

しかし、走り具合はさっぱりで、相変わらずフルスピードで走っています。これはいったい…。デコーダを交換してみても同じです。もしかして錘のせい？　と思い、動力車の重さを調子よく走ってくれる DD51 と同じ重さにしてみますが、これもだめです。そういえば、DD51 は抵抗器が付いていない動力だったっけ…と思い出して動力を交換してみると、ちゃんと最高速度の設定が反映されて、スムーズに動きます。おー、やったー。そういえば、DE10 も同じ動きをしていました。デコーダが悪いと思っていたのですが、そうではなく動力に問題があったのですね。

本日の実験の成果としては「古い抵抗器付きの動力は DCC と相性が悪いので使うべからず」ということです。相性というのは非科学的な表現で気持ち悪いですが、現時点ではそういう結論に至りました。そういえば、以前、Ｂトレインの動力に回収騒ぎがありましたが、もしかして…。

ランニングシステムに DCC を採用

今回のレイアウトですが、当初、アナログ制御の予定でレールを敷いていました。ちゃんとセクションを区切り、自作したパワーパックを使って複数の列車を運転できるようにする予定でした。線路の仮敷設の後、一杯やりながら眺めていたら「結構作るの面倒くさそうだなぁ。いっそのこと、デジタル制御 (DCC) もいいなぁ」と思い始め、変更することにしました。

ということで、KATO の DCC 基本セットとデコーダを買ってきて、デコーダをＢトレイン化した DE10 に取り付けました。最初、コンデンサを外し忘れて煙が出たりしましたが、DE10 が走り始めました。超低速走行もスムーズで、いい感じです。安定して牽引可能な編成は 6両が限度のようです。DE10 へのデコーダの取り付けは、スペースが限られているので、既に取り付けていたおもりの位置の変更などが必要でした。これについては機会があれば書きたいと思います。

PECO のポイントが切り換え式なのを忘れていて、電気配線はまだ完了していませんが、走行試験を開始することにしました。入線予定の車両を DE10 につなげて走らせています。ささやかなレイアウトですが、とても楽しいです。やっぱり鉄道模型は走らせてナンボ、という言葉を実感します。