A.M.F.N.
Association des Modélistes Ferroviaires de Nice

Localisation des trains par infrarouge
(sans coupure dans les rails)
(page en cours de rédaction)

Pourquoi ce système?

Pour ajouter de petits automatismes sympas à un réseau digital, il faut pouvoir localiser les trains.

Qu'il s'agisse de déclencher une annonce d'entrée en gare, ou d'allumer l'éclairage avant de pénétrer dans un tunnel,  ou encore de faire siffler une locomotive davant une pancarte "S", il faut être prévenu qu'un certain train vient de passer à un certain endroit.
À partir de ces informations, on peut même envisager une automatisation plus poussée du réseau: signalisation fonctionnelle, obéissance aux signaux, etc.

Les solutions disponibles sur le marché consistent à découper la voie en sections, et connecter ces sections à des détecteurs d'occupation qui vont nous prévenir au passage d'un train.
Pour savoir  de quel train il s'agit, on peut ensuite faire appel à une solution de type Railcom, ou bien simplement suivre les trains de section en section.

Si cette façon de faire est acceptable pour équiper un réseau lors de sa construction, elle est plus problématique lorsqu'on a affaire à un réseau existant, dont les voies sont peintes et ballastées, et pour lequel le propriétaire n'a prévu aucune coupure dans la voie, puisque c'est une des raisons d'être du digital que de s'en passer.

C'est pourquoi nous avons cherché une façon simple de faire cela sans aucune modification du réseau, et notamment sans sectionner la voie.

Nous verrons aussi plus loin que ce système peut être utilisé en complément d'un système digital, sans modifier celui-ci.

Le RFID?

La première solution qui vient à l'idée, c'est d'utiliser le RFID. De petites étiquettes dans le matériel roulant, des détecteurs sous la voie, et le tour est joué!
Joué? Pas si sûr, car nous avons rencontré nombre de difficultés avec ce système.

Cette page n'a  pas pour but de critiquer le RFID ou de dissuader les modélistes de s'en servir, mais notons que:

installer des récepteurs sous la voie n'est pas si simple, et même problématique  sur un réseau terminé dont on ne souhaite pas refaire le décor,
les récepteurs ont un côut non négligeable,
les étiquettes, ou "tags", ne sont pas si faciles à placer dans le matériel roulant,
des dysfonctionnements sont possibles dans un certain nombre de situations,
et enfin, et surtout, le temps de détection est trop long pour permettre l'identification d'un train roulant à vitesse raisonnable.

C'est pourquoi, en attendant que l'industrie nous propose une meilleure solution, nous nous sommes tournés vers l'identification par infrarouge.

Comme exposé plus loin, l'installation de LEDs ou de photodétecteurs dans la voie ne nécessite qu'un trou de 3mm de diamètre, et une fois posé, le composant est très discret.

Et l'alimentation électrique?

L'intérêt majeur du RFID est que les "tags" ne nécessitent pas d'alimentation électrique.
Alors qu'avec l'infrarouge, la partie embarquée doit être alimentée, d'une façon ou d'une autre.
Mais ce n'est pas un problème en digital, et l'électronique que nous présentons peut être alimentée depuis la voie, ou même depuis le décodeur DCC, comme un accessoire embarqué.

Réalisation:

L'identification par infrarouge peut être mise en oeuvre de deux façons:

Solution 1: les émetteurs sont dans les trains et les détecteurs le long de la voie,
Solution 2:  à l'inverse, les émetteurs sont le long de la voie et les détecteurs dans les trains.

Les deux possibilités ont été testées et sont décrites plus loin, mais les avantages et inconvénients de chacune sont essentiellement les suivants:

dans la solution 1, l'électronique embarquée est plus simple et plus facile à alimenter, mais le câblage du réseau plus complexe, parce qu'il faut utiliser un bus de rétrosignalisation pour faire remonter les informations des détecteurs à la centrale (ou au processeur qui gère la fonction qu'on veut réaliser).

  dans la solution 2, l'électronique embarquée est un peu plus complexe, mais on fait l'économie de tout câblage supplémentaire au niveau du réseau.

Les émetteurs infrarouge:
 
Un émetteur de base se compose d'un microcontrôleur quelconque, d'une LED infra-rouge et d'une résistance. Le microcontrôleur envoie des octets sur la LED via le  port série (ou, en l'absence de port série, via la fonction "SoftUART" présente dans la plupart des environnements de programmation).

La vitesse de signalisation est limitée par les performances de la LED et du photodétecteur. 19200 bps semble être la limite raisonnable avec les composants utilisés ici.

Comme exposé plus loin, dans le cas de la solution 2 on peut réduire la quantité de matériel nécessaire sur le réseau en commandant plusieurs LEDs infrarouge depuis le même microcontrôleur.

Les récepteurs-transmetteurs infrarouge:
 
 Un récepteur-transmetteur se compose d'un phototransistor et d'un microcontrôleur capable de retransmettre les informations reçues soit sur un bus (solution 1) soit par WiFi (solution 2).

Dans le premier cas nous avons utilisé des Arduino Pro Mini, dans le second, des ESP8266-01.

(Note: non, le phototransistor n'est pas monté à l'envers!).

Performances:

Avec le phototransistor  à environ 5 mm de la LED infrarouge, la détection fonctionne sur une longueur de 1 cm.
Comme l'émetteur envoi un octet toutes les 4ms. La vitesse du train doit être inférieure à 3,75 m/s pour avoir le temps de détecter cet octet.
Mais comme le détecteur attend d'avoir reçu trois octets identiques avant de les transmettre, la vitesse maximum n'est que de 1,25 m/s, soit seulement(!) 390 km/h à l'échelle HO.

Tous ces paramètres peuvent être modifiés pour obtenir des performances différentes.

Exemples d'applications:

- annonce d'entrée en gare d'un train (sans action sur le train),
- déclenchement de l'avertisseur ou du sifflet lors du passage devant la pancarte S (action sur le train),
- allumage de l'éclairage à l'entrée d'un tunnel, extinction à la sortie (action sur le train),
- obéissance aux signaux, bloc-système simplifié (action sur le train),
- exploitation plus avancée d'un réseau  (action sur le train).

Ces exemples sont détaillés plus loin.

Détail des réalisations:

Solution 1: (émetteurs dans les trains et détecteurs le long de la voie - projet LOTIR).

Solution 2:  ( émetteurs le long de la voie et détecteurs dans les trains - projet RASCAR).


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