Concept de base

CTC est un système composé de matériel et de logiciels pour contrôler les réseaux ferroviaires miniatures. Il présente les caractéristiques suivantes :

• Modules CTC  : modules électroniques pour contrôler les locomotives, aiguillages, signaux, éclairages, actionneurs, etc. Chaque module CTC gère localement les tâches de commande via un microprogramme et une configuration dédiés, comme la commande des moteurs, la commutation des aiguillages, l’allumage des feux, etc. La configuration respective est stockée de manière décentralisée dans le module CTC correspondant.
• Application CTC  : le logiciel sert d’interface utilisateur (interface graphique) et peut être utilisé sur un smartphone, une tablette Android ou iOS, ou encore sur un PC sous Windows, Mac ou Linux. Aucune unité de commande centrale dédiée et coûteuse n’est nécessaire.
• Les modules CTC sont configurés via l’application CTC.
• Communication via WiFi  : un point d’accès WiFi dédié (par exemple une FritzBox) assure la communication entre l’application CTC et les modules CTC, ainsi qu’entre les modules CTC eux-mêmes. Le débit de transmission atteint jusqu’à 54 Mbit/s. Aucune autre connexion filaire n’est nécessaire en dehors de l’alimentation électrique.
• L’application CTC permet de contrôler les modules CTC. L’interface graphique permet de commander par exemple la vitesse des locomotives, la position des aiguillages, les signaux lumineux, etc.
• Détection précise de la position  : à l’aide d’émetteurs infrarouges dédiés dans la voie et de récepteurs infrarouges dans la locomotive, l’application CTC peut déterminer la position exacte.
• Un fonctionnement parallèle avec d’autres systèmes numériques et analogiques du marché est possible.

Origine du concept

Comme alternative à la communication par la voie, seule une technologie sans fil était envisageable. De plus, nous voulions pouvoir contrôler notre réseau ferroviaire miniatures facilement depuis une tablette ou un smartphone.

Ainsi, pour une connexion directe entre l’application et la locomotive/aiguillage/signal, il ne restait plus que le Bluetooth et le WiFi. Comme le Bluetooth est peu adapté à un grand nombre de connexions simultanées et que sa faible consommation d’énergie n’était pas un critère pour nous, le choix s’est porté sur le WiFi.

Il ne restait plus qu’à développer des modules WiFi adaptés aux locomotives, aiguillages, signaux, etc., et surtout à concevoir le logiciel correspondant.

Toutes les données relatives aux locomotives, aiguillages et signaux devaient être stockées dans le module concerné. Une locomotive devait donc pouvoir enregistrer non seulement tous les paramètres techniques (CV en modélisme ferroviaire numérique), mais aussi par exemple son nom, son image ou une description détaillée. C’est de cette volonté qu’est né un concept logiciel rendant une composante centrale totalement superflue. Nous n’avions donc plus que le WiFi, les modules pour locomotives, aiguillages et signaux, et l’application.

Le cœur du logiciel est désormais publié sous licence open source sur PI-Rail.org . Cela permet notamment de rendre le protocole de communication public et d’ouvrir la porte à vos propres extensions.

L’application CTC

L’application CTC permet de contrôler locomotives, aiguillages, éclairages, actionneurs, etc. depuis un PC sous Linux, Mac ou Windows, ainsi que depuis un smartphone ou une tablette sous Android et bientôt iOS. Ci-dessus, la version PC.

L’application ne stocke aucune donnée concernant le réseau ferroviaire. Au démarrage, elle lit toutes les informations nécessaires depuis les modules CTC concernés et construit son interface à partir de ces données. Les images des locomotives et le schéma de voie affiché en bas de l’application sont également lus depuis les modules CTC correspondants.

La configuration des modules CTC, le chargement du microprogramme et l’enregistrement (unique) des modules CTC dans le WiFi du réseau ferroviaire se font de manière conviviale via l’application CTC. Une fonctionnalité particulièrement intéressante est l’étalonnage automatique du capteur de moteur des modules de locomotive et l’ajustement graphique des paramètres du moteur (régulateur PID).

L’application coordonne la communication avec les modules pour garantir une communication fluide, même sur de grands réseaux ferroviaires miniatures avec un grand nombre de modules CTC.

Installation

Logiciel :

• L’application pour Android est actuellement encore fournie sous forme de fichier apk. À l’avenir, les applications pour Android puis iOS seront installées via les stores respectifs.
• L’application PC est fournie sous forme de fichier zip et peut être lancée directement après extraction.
• Le point d’accès (routeur) est livré entièrement installé par nos soins. Nous disposons donc de tous les paramètres tels que le SSID et le mot de passe du WiFi. Ces informations vous sont fournies dans un procès-verbal.
• Vous pouvez bien sûr configurer vous-même un routeur WiFi.
• Dans les deux cas, nous pouvons livrer les modules entièrement configurés. L’application contient des points de menu pour enregistrer et configurer les modules dans le WiFi.

Matériel :

• L’installation d’un CTC-Loco-Module dans une locomotive est comparable à l’installation d’un décodeur pour les systèmes de commande numérique classiques : Il faut généralement connecter 4 fils, à savoir 2 vers les rails et 2 vers le moteur à courant continu avec aimant permanent au stator. Les stators bobinés sont également possibles. Les fonctions supplémentaires comme l’éclairage ou le déclencheur doivent également être câblées.
• L’installation des modules CTC dans les aiguillages est également comparable à l’installation d’un décodeur pour les systèmes de commande numérique classiques. Pour les voies Märklin C, il existe un CTC-Aiguillage-Module à installer dans l’aiguillage, avec la même forme que les décodeurs Märklin. Pour tous les autres systèmes de voie, on peut utiliser soit le CTC-Aiguillage-Module soit une CTC-Multi-I/O-Board . Différents systèmes de connexion par fiches et vis sont disponibles pour le câblage.
• Deux balises IR pour la détection de position peuvent être connectées à un CTC-Aiguillage-Module ou à une CTC-Multi-I/O-Board

Enregistrement d’un module dans le WiFi :

• Mode de configuration : un nouveau module (sans configuration WiFi) crée son propre réseau WiFi et attend d’être configuré.
• Si un module déjà configuré ne trouve pas son réseau WiFi, il passe en mode de configuration après une minute, attend une connexion pendant une minute, puis revient automatiquement à son état initial.
• L’application CTC peut détecter les modules en mode de configuration d’un simple clic et écrire la configuration WiFi dans le module. Après avoir écrit la configuration WiFi, le module revient automatiquement à son état initial et se connecte au WiFi du réseau ferroviaire.

Enregistrement de l’appareil de commande dans le WiFi :

• L’appareil (PC, tablette, smartphone) sur lequel se trouve l’application CTC est connecté au LAN ou au WiFi comme d’habitude pour cet appareil.

Mise en service (processus de démarrage)

Dès que le point d’accès est démarré et que le WiFi est disponible, les appareils de commande peuvent être connectés au LAN/WiFi comme d’habitude pour chaque appareil.

Les modules déjà installés se connectent automatiquement au WiFi dès qu’ils sont alimentés en courant.

L’application CTC détecte automatiquement tous les modules présents dans le même réseau WiFi. Les modules démarrés ultérieurement apparaissent dans l’application dès qu’ils sont connectés au WiFi. L’enregistrement d’un module prend une à quelques secondes, si la qualité de réception est bonne. En cas de zone morte, les solutions classiques d’amélioration de la couverture radio s’appliquent, par exemple un répéteur.

Pour les actionneurs connectés aux modules (par exemple aiguillage, signal), une position de base peut être définie dans la configuration du module. Cette position est adoptée directement après le démarrage du module, par exemple aiguillage droit ou signal à l’arrêt. La position initiale peut également être lue via une entrée capteur. La modification de la configuration se fait via un menu dans l’application CTC.

Schéma de voie

À l’aide de l’application CTC, un schéma de voie simple peut être créé sous forme de grille, comme on en connaît dans de nombreux systèmes centraux ou logiciels de commande de réseaux ferroviaires miniatures. Comme pour CTC, ce schéma est stocké dans les modules de réseau ferroviaire miniatures de la manière suivante :

• Pour chaque segment contigu du réseau ferroviaire miniature (par exemple une plaque ou un module standard), on sélectionne un aiguillage ou un module E/S intégré de manière fixe sur ce segment. Dans ce module, le plan de voie du segment est stocké.
• Pour chaque aiguillage, signal, fonction de commutation, éclairage, etc., les coordonnées de l’aiguillage/signal/module E/S concerné dans le plan de voie du segment sont stockées dans le module correspondant.
• Pour l’ensemble du réseau ferroviaire, un autre module est sélectionné, dans lequel l’agencement des différents segments est stocké pour former un schéma de voie global. Le réseau peut également être divisé en plusieurs sections ou niveaux de schéma de voie.

La modification du schéma de voie se fait de manière conviviale via l’application CTC.

Au démarrage de l’application, celle-ci trouve le schéma de voie global et l’affiche. Les aiguillages, signaux, etc. peuvent ensuite être commutés via l’affichage du schéma de voie. La position de commutation respective est bien sûr affichée.

Détection de position

À l'aide de signaux infrarouges, une locomotive CTC peut déterminer sa position avec une précision de quelques centimètres. Pour cela, deux émetteurs infrarouges peuvent être connectés à chaque module d'aiguillage et d'E/S. Ceux-ci sont ensuite installés dans le lit de voie. De plus, un récepteur infrarouge doit être connecté au module de locomotive et monté sous celle-ci.

Via l'application, chaque émetteur infrarouge se voit attribuer un ID et la distance en centimètres jusqu'à la balise IR précédente est enregistrée. Celle-ci se compose de l'ID de la section de voie correspondante (2 caractères) et d'un numéro d'ordre. Les balises IR d'une section de voie sont numérotées dans le sens des aiguilles d'une montre.

De plus, la position de la balise IR est notée dans le plan de voie.

La balise IR envoie maintenant cycliquement son ID, la distance jusqu'à la balise IR précédente et éventuellement une commande. Lorsque la locomotive passe la balise IR, elle peut déterminer sa direction de marche et sa vitesse moyenne depuis la dernière balise IR lue à l'aide de l'ID lu et de la distance. La locomotive transmet l'ID lu et la vitesse déterminée à l'application CTC, qui peut alors afficher la position de la locomotive, y compris la direction de marche.

Les sections de voie qui présentent une pente (ou une descente) constante entre deux balises IR et sont entièrement droites ou courbées de manière constante peuvent également être utilisées pour calibrer le capteur de moteur du module de locomotive. Dans un parcours circulaire approprié, l'application CTC peut effectuer ce calibrage automatiquement.

À l'aide d'un capteur de moteur bien calibré, la locomotive est maintenant capable d'estimer sa vitesse (en mm/s) et également sa distance jusqu'à la dernière balise IR. Si la maquette dispose d'une balise IR environ tous les 60 à 100 cm, la détection de position est précise à quelques centimètres près.